新课标人教版选修3-3第10章章综合

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1 高中物理选修 3-3 同步训练试题解析 章综合(A 卷) 一、选择题 1. 在下述现象中没有做功而使物体内能改变的是( ) A．电流通过电炉而使温度升高 B．在阳光照射下，水的温度升高 C．铁锤打铁块，使铁块温度升高 D．夏天在室内放几块冰，室内温度会降低 解析： 电流通过电炉做功，使电能转化为内能；在阳光照射下，水温升高是靠太阳的 热辐射来实现的；铁锤打铁块是做功过程；室内放上冰块是通过传热的方式来改变温度的． 答案： BD 2．(2011·江苏物理)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中 关于气泡中的气体，下列说法正确的是( ) A．气体分子间的作用力增大 B．气体分子的平均速率增大 C．气体分子的平均动能减小 D．气体组成的系统的熵增加 解析： 气泡上升时，因压强减小，温度不变，故气体体积增大，分子间平均距离增大， 分子间作用力减小，平均动能和平均速率不变，A、B、C 均错误；分子间平均距离增大， 分子做无规则热运动的空间增大，分子运动的混乱度增大，系统的熵增加，D 正确． 答案： D 3．以下各种现象中能够发生的是( ) A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能 C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离 D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体 解析： 选项 A、B 违背了热力学第二定律，故不能发生； 选项 C 中泥水的分离是由于重力的作用 ，能够发生； 选项 D 可以通过做功的方式实现，故能发生，应选 C、D. 答案： CD 4．下面关于能源的说法中正确的是( ) A．能源是取之不尽、用之不竭的，尽量使用即可 B．大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡不利用能源 C．能量的利用过程实质上是能量的创造和消失过程 D．能量的利用过程实质上是能量的转化和转移过程 解析： 虽然在能量的利用过程中能的总量保持不变，但能量的品质会逐渐降低，可利 2 用的能源会逐渐减少，所以应该节约能源，A、B 错误；能量的利用过程的实质是能量的转 化和转移，而不是能量的创造和消失，C 错误，D 正确． 答案： D 5. 2012 年，世界各地出现干旱、洪涝等自然灾害．世界上日益严重的环境问题主要源 于( ) A．温室效应 B．厄尔尼诺现象 C．人类对环境的污染和破坏 D．火山喷发和地震 解析： 人类对环境的污染和破坏导致了环境恶化，温室效应、厄尔尼诺现象等的形成 是环境恶化而引起的，所以 C 正确． 答案： C 6．如图所示，带有活塞的汽缸中封闭一定质量的理想气体．将一个半导体 NTC 热敏电 阻 R(温度降低，电阻变大)置于汽缸中，热敏电阻与容器外的电源 E 和电流表 A 组成闭合回 路，汽缸和活塞固定且具有良好的绝热(与外界无热交换)性能．若发现电流表的读数增大时， 以下判断正确的是( ) A．气体一定对外做功 B．气体体积一定增大 C．气体内能一定增大 D．气体压强一定增大 解析： 电流表读数增大，说明热敏电阻温度升高，由于汽缸绝热，故气体温度升高， 则内能一定增大，C 正确． 答案： CD 7．给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体 温度不变、不计分子间势能，则胎内气体( ) A．从外界吸热 B．对外界做负功 C．分子平均动能减小 D．内能增加 解析： 选胎内气体为研究对象．由于气体温度不变，气体状态变化遵循玻义耳定律．放 水前气体的压强大，在放水过程中，气体的压强逐渐减小，体积增大，气体对外界做正功， B 错误．由热力学第一定律知ΔU＝W＋Q，气体温度不变，分子的平均动能不变，内能不变， 从外界吸收热量，A 正确，C、D 错误． 答案： A 8．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用 W1 表示外界对气体做的功，W2 表示气体对外界做的功，Q1 表示气体吸收的热量，Q2 表示气 体放出的热量，则在整个过程中一定有( ) 3 A．Q1－Q2＝W2－W1 B．Q1＝Q2 C．W1＝W2 D．Q1＞Q2 解析： 因为该气体从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，所以内能 没有变化．ΔU＝0，根据热力学第一定律可知 W1－W2＋Q1－Q2＝ΔU＝0，即 Q1－Q2＝W2 －W1，故 A 正确． 答案： A 9．如图所示，一定质量的理想气体，从状态 A 经绝热过程 A→B、等容过程 B→C、等 温过程 C→A 又回到了状态 A，则( ) A．A→B 过程气体降温 B．B→C 过程气体内能增加，可能外界对气体做了功 C．C→A 过程气体放热 D．全部过程气体做功为零 解析： A→B 过程气体绝热膨胀，气体对外界做功，其对应的内能必定减小，即气体 温度降低，A 正确；B→C 过程气体等容升压，由p T ＝恒量可知，气体温度升高，其对应的内 能增加，因气体体积不变，做功 W＝0，B 错误；C→A 过程气体等温压缩，故内能变化为零， 但外界对气体做功，因此该过程中气体放热，C 正确；A→B 过程气体对外做功，其数值等 于 AB 线与横轴包围的面积，B→C 过程气体不做功，C→A 过程外界对气体做功，其数值等 于 CA 线与横轴包围的面积，显然全过程对气体做的净功为 ABC 封闭曲线包围的面积，D 错误． 答案： AC 二、非选择题 10．一定质量的理想气体由状态 A 经状态 B 变为状态 C，其中 A→B 过程为等压变化， B→C 过程为等容变化．已知 VA＝0.3 m3，TA＝TC＝300 K，TB＝400 K. (1)求气体在状态 B 时的体积； (2)说明 B→C 过程压强变化的微观原因； (3)设 A→B 过程气体吸收热量为 Q1，B→C 过程气体放出热量为 Q2，比较 Q1、Q2 的大 小并说明原因． 解析： (1)A→B 过程为等压变化， 由盖—吕萨克定律VA TA ＝VB TB 得 VB＝TB TA VA＝0.4 m3. (2)B→C 变化为等容变化，分子的密集程度不变，温度降低，气体分子运动的平均动能 减小，则气体的压强减小． (3)A→B 气体体积增大，气体对外做功，W＜0， 由热力学第一定律有ΔU1＝W＋Q1，B→C 气体体积不变，W＝0， 由热力学第一定律得ΔU2＝－Q2 4 气体内能为状态量，仅由温度决定， 因 TA＝TC，则ΔU1＋ΔU2＝0 即ΔU1＝－ΔU2，所以 Q1＞Q2. 答案： (1)0.4 m3 (2)分子的密度不变，温度降低，气体的分子平均动能减少，所以气体压强减小． (3)Q1＞Q2 11．质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液态Ⅰ到气态Ⅲ(可看成理想气体) 变化过程中温度(T)随加热时间(t)变化关系如图所示．单位时间所吸收的热量可看作不变． (1)以下说法正确的是________． A．在区间Ⅱ，物质的内能不变 B．在区间Ⅲ，分子间的势能不变 C．从区间Ⅰ到区间Ⅲ，物质的熵增加 D．在区间Ⅰ，物质分子的平均动能随着时间的增加而增大 (2)在区间Ⅲ，若将压强不变的条件改为体积不变，则温度升高________(变快、变慢或 快慢不变)请说明理由． 解析： 根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，理想气体的状态方程PV T ＝C 可知，在吸收相同的热量 Q 时，压强不变的条件下，V 增加，W＜0，ΔU＝Q－|W|； 体积不变的条件下，W＝0，ΔU＝Q； 所以ΔU1＜ΔU2，体积不变的条件下温度升高变快． 答案： (1)BCD (2)变快 12．(1)下列说法正确的是( ) A．气体的内能是气体所有分子热运动的动能和分子间的势能之和 B．气体的温度变化时，其分子平均动能和分子间势能也随之改变 C．功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功 D．热量能够自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物 体 (2)汽车在高速公路上行驶时，由于轮胎与地面、空气等之间的摩擦而温度升高，气压 增大，会出现“爆胎”现象，有可能导致交通事故的发生， 已知某汽车轮胎所承受的最大 压强为 3 atm，如果轮胎在常温 25 ℃时充气气压为 2.5 atm，求： ①汽车在行使的过程中，轮胎的温度不能超过多少？(不考虑温度升高时轮胎容积的变 5 化) ②从微观角度解释轮胎内部气体压强变化的原因． ③若气体吸收的热量为 3 J，则气体内能变化了多少？ 解析： (2)①设气体常温时的压强为 p1，温度为 T1；达最高温度时的压强为 p2，温度 为 T2 由查理定律：p1 T1 ＝p2 T2 代入数值可得：T2＝357.6 K 所以 t＝T2－273＝84.6 ℃ 答案： (1)AD (2)①84.6 ℃ ②体积不变，单位体积内分子数不变，温度升高，分子的平均动能增加，所以压强增加． ③气体对外做功为零，据热力学第一定律可知，内能增加 3 J. 6 高中物理选修 3-3 同步训练试题解析 章综合(B 卷) 一、选择题 1．根据分子动理论，下列关于气体的说法中正确的是( ) A．气体的温度越高，气体分子无规则运动越剧烈 B．气体的压强越大，气体分子的平均动能越大 C．气体分子的平均动能越大，气体的温度越高 D．气体的体积越大，气体分子之间的相互作用力越大 解析： 由分子动理论知：气体的温度越高，气体分子无规则的热运动就越剧烈，所以 选项 A 正确．而气体压强越大，只能反映出单位面积的器壁上受到的撞击力越大，可能是 分子平均动能大的原因，也可能是单位时间内撞击的分子数目多的原因，所以选项 B 错误．温 度是分子平均动能的标志，所以平均动能越大，则表明温度越高，所以选项 C 正确．气体 分子间的距离基本上已超出了分子作用力的作用范围，所以选项 D 错误． 答案： AC 2．根据热力学第二定律，下列说法中正确的是( ) A．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引 起其他变化的热机是可以实现的 B．制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其他变化 C．热效率为 100%的热机是不可能制成的 D．不需要任何外力做功而可正常运行的制冷机是不可能制成的 解析： 内能要全部转化为机械能必须借助于外界的帮助，因而必引起其他变化，故 A、 B 错误；热机在工作过程中必然向外排出热量，C 正确；D 项，符合开尔文表述，也正确． 答案： CD 3．关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是( ) A．布朗运动就是液体分子的热运动 B．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功 2.0×105 J，同时空气的内能增加 1.5×105 J， 则空气从外界吸热 0.5×105 J C．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律 D．一定质量的气体，如果保持温度不变，体积越小，则压强越大 解析： 布朗运动是小颗粒的运动，只是间接反应了分子的无规则运动，故选项 A 是 错误的．由热力学第一定律ΔU＝Q＋W 可知，空气向外界散热 0.5×105 J 的热量，故选项 B 是错误的．第一类永动机违背了能量守恒定律，故选项 C 是正确的．一定质量的气体，在 保持温度不变的条件下，体积越小，气体分子与容器壁碰撞的次数越多，故压强越大，因此 选项 D 是正确的． 7 答案： CD 4．对一定质量的理想气体( ) A．若保持气体的温度不变，则当气体的压强减小时，气体的体积一定会增大 B．若保持气体的压强不变，则当气体的温度减小时，气体的体积一定会增大 C．若保持气体的体积不变，则当气体的温度减小时，气体的压强一定会增大 D．若保持气体的温度和压强都不变，则气体的体积一定会不变 解析： 由状态方程pV T ＝恒量可知 T 不变，p 减小 V 一定增大，故 A 正确；p 不变 T 减小，V 一定减小，B 错；V 不变 T 减小，p 一定变小，C 项错；若 T、p 不变，则 V 一定不 变，故 D 项正确． 答案： AD 5．某同学觉得一只气球体积比较小，于是他用打气筒给气球继续充气，据有关资料介 绍，随着气球体积的增大，气球膜的张力所产生的压强逐渐减小，假设充气过程气球内部气 体的温度保持不变，且外界大气压强也不变，则充气气球内部气体( ) A．压强增大 B．单位体积内分子数增多 C．单位体积内分子数减少 D．分子的平均动能增大 解析： 随着气球体积的增大，气球膜的张力所产生的压强逐渐减小，充气气球内部气 体的压强减小，故选项 A 是错误的．温度不变，分子平均动能减小，压强又减小，所以单 位体积内分子减小，故选项 B 是错误的，选项 C 是正确的．选项 D 是错误的． 答案： C 6．一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，(若不计气泡内空气分子势能的变化)则 ( ) A．气泡对外做功，内能不变，同时放热 B．气泡对外做功，内能不变，同时吸热 C．气泡内能减少，同时放热 D．气泡内能不变，不吸热也不放热 解析： 在气泡缓慢上升的过程中，气泡所受的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功， 故气泡中空气分子的内能减小，温度降低．但由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为 上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变，故须从外界吸收热量，且吸收 的热量等于对外界所做的功． 答案： B 7．如图所示是一定质量的气体从状态 A 经 B 到状态 C 的 V－T 图象，由图象可知( ) 8 A．pA＞pB B．pC＜pB C．VA＜VB D．TA＜TB 解析： 由 A 到 B 的过程是等容变化，由p T ＝C，因 TB＞TA，所以 pB＞pA，故 A、C 项 错误；由 B 到 C 的过程是等压变化，由V T ＝C，因 TB＞TC，所以 VB＞VC，故 B 项错误． 答案： D 8．如图所示，实线表示一定质量的理想气体状态变化的 p－T 图象，变化过程如图中箭 头所示，则下列说法中正确的是( ) A．ab 过程中气体内能增加，密度不变 B．bc 过程中气体内能增加，密度也增大 C．cd 过程中，分子平均动能不变 D．da 过程中，气体内能增加，密度不变 解析： 理想气体没有分子势能，因此只要温度升高，内能就增加，因此 ab、bc 过程 内能增加，cd 过程内能不变，da 过程内能减小，由于 ab 过程体积不变，故气体密度ρ＝m V 不 变，A、C 对；bc 过程体积增大，密度减小，B 错；cd 过程体积增大，密度减小，da 过程， 体积减小，密度增大，D 错；只有 A、C 对． 答案： AC 9．如图所示，甲分子固定在坐标原点 O，乙分子沿 x 轴运动，两分子间的分子势能 Ep 与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示．图中分子势能的最小值为－E0.若两分子所具 有的总能量为 0，则下列说法中正确的是( ) A．乙分子在 P 点(x＝x2)时，加速度最大 9 B．乙分子在 P 点(x＝x2)时，其动能为 E0 C．乙分子在 Q 点(x＝x1)时，处于平衡状态 D．乙分子的运动范围为 x≥x1 解析： 分子势能是由于分子间有相互作用力而具有的能，当分子势能最小时，分子间 的作用力最小，故 x＝x2 时，分子间的作用力最小为零，加速度最小，故 A 选项错，而 x＝ x1 时，分子势能虽然为零，不是最小但分子间作用力不为零，乙分子不会处于平衡状态，故 C 选项错，因系统只受分子力作用，能量守恒，所以当 x＝x2 时 Ek＝E0，选项 B 正确，x＝ x1 时，Ep＝0，而 x＜x1 总能量大于零，违背能量守恒定律，故选项 D 正确． 答案： BD 二、非选择题 10．若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中若将气泡内的气 体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了 0.6 J 的功，则此过程中的 气泡________(填“吸收”或“放出”)的热量是________J，气泡到达湖面后，温度上升的过 程中，又对外界做了 0.1 J 的功，同时吸收了 0.3 J 的热量 ，则此过程中，气泡内气体内能 增加了________J. 解析： 气泡的上升过程气泡内的压强减小，温度不变，由玻意尔定律知，上升过程中 体积增大，微观上体现为分子间距增大，分子间引力减小，温度不变所以气体分子的平均动 能、平均速率不变，此过程为自发过程，故熵增大．D 项正确． 理想气体等温过程中内能不变，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，物体对外做功 0.6 J，则 一定同时从外界吸收热量 0.6 J，才能保证内能不变．而温度上升的过程，内能增加了 0.2 J. 答案： 吸收 0.6 0.2 11．吸盘是由橡胶制成的一种生活用品，其上固定有挂钩用于悬挂物体．如图所示，现 有一吸盘，其圆形盘面的半径为 2.0×10－2 m，当其与天花板轻轻接触时，吸盘与天花板所 围容积为 1.0×10－5 m3；按下吸盘时，吸盘与天花板所围容积为 2.0×10－6 m3，盘内气体可 看作与大气相通，大气压强为 p0＝1.0×105 Pa.设在吸盘恢复原状过程中，盘面与天花板之 间紧密接触，吸盘内气体初态温度与末态温度相同．不计吸盘的厚度及吸盘与挂钩的重量． (1)吸盘恢复原状时，盘内气体压强为____________； (2)在挂钩上最多能悬挂重为________的物体； (3)请判断在吸盘恢复原状过程中盘内气体是吸热还是放热，并简述理由． 解析： (1)由玻意耳定律 p1V1＝p2V2 有 p0V0＝p 气 V 气， 得 p 气＝p0V0 V 气 ＝1×105×2×10－6 1×10－5 Pa＝2×104 Pa (2)对吸盘受力分析如图所示，由平衡条件得 10 G＝p0S－p 气 S＝1×105×(2×10－2)2 π N－2×104×(2×102)2π N≈100 N (3)吸盘恢复原状过程中，盘内气体体积增大，对外做功，而温度不变，内能不变，由 ΔU＝W＋Q 知，气体吸热． 答案： (1)2×104 Pa (2)100 N (3)吸热 理由见解析 12．如图是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱 长度为 22 cm，现用竖直向下的外力 F 压缩气体，使封闭的空气柱长度变为 2 cm， 人对活塞做功 100 J，大气压强为 p0＝1×105 Pa，不计活塞的重力．问： (1)若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大？ (2)若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为 20 J，则气体的内能增加多少？ (活塞的横截面积 S＝1 cm2) 解析： (1)设压缩后气体的压强为 p，活塞的横截面积为 S，l0＝22 cm， l＝2 cm，V0＝l0S，V＝lS，缓慢压缩，气体温度不变， 由玻意耳定律： p0V0＝pV p0l0＝pl 解出：p＝1.1×106 Pa (2)大气压力对活塞做功 W1＝p0S(l0－l)＝2 J， 人对活塞做功 W2＝100 J， 由热力学第一定律：ΔU＝W1＋W2＋Q 将 Q＝－20 J 等代入，解出ΔU＝82 J 答案： (1)1.1×106 Pa (2)82 J