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第5章 熱力學定律 (時間：60分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(本題包括8小題，每小題6分．在每小題給出的五個選項中有三項符合題目要求，選對1個得3分，選對2個得4分，選對3個得6分；選錯1個扣3分，最低得分為0分) 1．下述做法不能改善空氣質(zhì)量的是(　　) A．以煤等燃料作為主要生活燃料 B．利用太陽能、風能和氫能等能源替代化石能源 C．鼓勵私人購買和使用汽車代替公交車 D．限制使用電動車 E．大量使用核能發(fā)電、風力發(fā)電和水力發(fā)電 【解析】　以煤等燃料作為主要生活燃料時會產(chǎn)生大量空氣污染物；私人汽車代替公交車會使汽油消耗量增加，帶來的空氣污染物增多，限制使用電動車對改善空氣質(zhì)量無影響，核能發(fā)電、風力發(fā)電和水力發(fā)電能減少污染物故選A、C、D. 【答案】　ACD 2．我國擁有較豐富的地熱資源，其開發(fā)利用前景廣闊．下列關(guān)于地熱能說法正確的是(　　) A．可以用于洗浴、發(fā)電以及供暖等方面 B．與煤炭、石油、天然氣一樣都是化石能源 C．主要源于地球內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生的能量 D．與地下水結(jié)合可形成熱水型地熱，釋放形式之一是溫泉 E．地熱能不是一次能源，也不是新能源 【解析】　地熱能的用途有采暖、發(fā)電、種植、養(yǎng)殖、醫(yī)療等多個方面；地熱能是來自地球內(nèi)部的能量，不屬于化石能源，是地球內(nèi)部放射性元素衰變釋放的熱能，是一次能源也是新能源；地熱能與地下水結(jié)合就變成地下熱水或蒸汽，這些地下熱水沿著斷層或裂隙上升到地表，就形成溫泉等，故B、E錯誤． 【答案】　ACD 3．酸雨對植物的正常生長影響很大，為了減少酸雨的影響，應(yīng)采取的措施是(　　) A．少用煤做燃料 B．燃料脫硫 C．在已經(jīng)酸化的土壤中加石灰 D．多種植美人蕉、銀杏等植物 E．鼓勵大量購買私家車 【解析】　酸雨主要是由煤、石油等燃料，尤其是煤燃燒所釋放的SO2和氮氧化物在降水過程中溶入雨水形成的，因而為減小酸雨的影響，少燒煤和燃料脫硫是有效的方法；另外美人蕉和銀杏對SO2有較強的吸收能力；汽車尾氣不能減少酸雨的形成，故C、E錯誤，選A、B、D. 【答案】　ABD 4．自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，下列說法正確的是(　　) A．機械能守恒 B．機械能在減少 C．總能量守恒 D．只有動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化 E．減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒 【解析】　自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，說明機械能在減少，減少的機械能通過克服阻力做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量不變，故B、C、E選項正確． 【答案】　BCE 5.如圖1所示，內(nèi)壁光滑、導(dǎo)熱良好的氣缸中用活塞封閉有一定質(zhì)量的理想氣體．當環(huán)境溫度升高時，缸內(nèi)氣體(　　) 【導(dǎo)學號：30110071】 圖1 A．內(nèi)能增加 B．對外做功 C．壓強增大 D．分子間的引力和斥力都增大 E．分子間除碰撞力外無斥力和引力 【解析】　因氣缸導(dǎo)熱良好，故環(huán)境溫度升高時封閉氣體溫度亦升高，而一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，故封閉氣體的內(nèi)能增大，A正確；因氣缸內(nèi)壁光滑，由活塞受力平衡有p0S＋mg＝pS，即缸內(nèi)氣體的壓強p＝p0＋不變，C錯誤；由蓋—呂薩克定律＝恒量可知氣體體積膨脹，對外做功，B正確；理想氣體分子間除碰撞瞬間外無相互作用力，故D錯誤，E正確． 【答案】　ABE 6．根據(jù)熱力學定律，下列說法中正確的是(　　) A．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞 B．空調(diào)機在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量 C．科技的進步可以使內(nèi)燃機成為單一熱源的熱機 D．對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成“能源危機” E．雖然能源不斷消耗，但總能量保持不變，只不過能用的能量不斷減少 【解析】　熱力學第二定律有兩種表述：第一是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，即自發(fā)熱傳遞具有方向性，選項A中熱量從低溫物體傳到高溫物體是電冰箱工作的結(jié)果，選項A正確；第二是不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?，而不產(chǎn)生其他影響，即第二類永動機不存在，選項B正確，選項C錯誤；由能量守恒定律知，能量總是守恒的，只是存在的形式不同，選項D錯誤，E正確． 【答案】　ABE 7．如圖2所示，帶有活塞的氣缸中封閉一定質(zhì)量的理想氣體．將一個半導(dǎo)體NTC熱敏電阻R置于氣缸中，熱敏電阻與容器外的電源E和電流表A組成閉合回路，氣缸和活塞具有良好的絕熱(與外界無熱交換)性能．熱敏電阻發(fā)熱不計．若發(fā)現(xiàn)電流表的讀數(shù)增大時，以下判斷正確的是(　　) 【導(dǎo)學號：30110072】 圖2 A．氣體一定對外做功 B．氣體體積一定增大 C．氣體內(nèi)能一定增大 D．氣體壓強一定增大 E．氣體體積一定減小 【解析】　電流表讀數(shù)增大，說明熱敏電阻溫度升高，由于氣缸絕熱，故氣體溫度升高，則內(nèi)能一定增大，C正確；氣體壓強也一定增大，D正確；由ΔU＝W＋Q知，W為正，所以外界對氣體做功，氣體體積減小，E正確． 【答案】　CDE 8.如圖3所示，兩個相通的容器P、Q間裝有閥門K，P中充滿氣體，Q內(nèi)為真空，整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換．打開閥門K后，P中的氣體進入Q中，最終達到平衡，則(　　) 圖3 A．氣體體積膨脹，內(nèi)能不變 B．氣體分子勢能減少，內(nèi)能增加 C．氣體分子勢能增加，壓強可能不變 D．氣體分子勢能可認為不變，氣體分子的平均動能也不變 E．Q中氣體不可能自發(fā)地全部退回到P中 【解析】　據(jù)熱力學第二定律，自然界涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，可知E項正確．容器內(nèi)氣體自由膨脹，氣體與外界之間不做功也沒有熱交換，故氣體的內(nèi)能不變，A正確，B不正確．氣體分子間作用力很弱，氣體體積變化時，氣體分子勢能可認為不變，C項不正確．內(nèi)能不變，即溫度不變，故分子的平均動能不變，D正確． 【答案】　ADE 二、非選擇題(本題共4小題，共52分．按題目要求作答) 9．(10分)如圖4所示，內(nèi)壁光滑的氣缸水平放置，一定質(zhì)量的理想氣體被活塞密封在氣缸內(nèi)，外界大氣壓強為p0.現(xiàn)對氣缸緩慢加熱，氣體吸收熱量Q后，體積由V1增大為V2.則在此過程中，(1)氣體分子平均動能__________(選填“增大”、“不變”或“減小”)，(2)氣體內(nèi)能變化了多少？ 圖4 【解析】　加熱后，氣體溫度升高，平均動能增大， ΔU＝Q＋W＝Q－p0S0d＝Q－p0(V2－V1) 【答案】　(1)增大　(2)Q－p0(V2－V1) 10．(12分)隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，汽車數(shù)量迅猛增長，汽車排放的尾氣造成的空氣污染越來越嚴重．據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，汽車尾氣排放造成的空氣污染目前已占整個污染源的一半以上．在這種情況下，目前正在研制開發(fā)的太陽能汽車具有更好的發(fā)展前景．如圖6所示是某研究所研制的太陽能汽車，它是利用太陽能電池板將接收到的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再利用電動機來驅(qū)動的一種新型汽車．設(shè)太陽光照射到電池板上的輻射功率為7 kW.在晴朗的天氣里，電池板對著太陽時產(chǎn)生的電壓為160 V，并對車上的電動機提供12 A的電流，請你求出： 圖6 (1)在這種情況下電動機消耗的電功率是多大？ (2)如果這輛汽車的電動機將電能最終轉(zhuǎn)化為機械能的效率為75%，當汽車在水平路面上勻速行駛時，受到的牽引力為180 N，則在1 min內(nèi)這輛車行駛了多少米？ 【導(dǎo)學號：30110073】 【解析】　(1)電動機消耗的電功率 P＝UI＝160 V12 A＝1 920 W. (2)由P＝得 W電＝Pt＝1 92060 J＝115 200 J 由題意W機＝W電η＝115 200 J75%＝86 400 J 又由W＝Fs得 汽車行駛的距離s＝＝ m＝480 m. 【答案】　(1)1 920 W　(2)480 m 11. (15分)如圖6所示，pV圖中，一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)過ACB過程至狀態(tài)B，氣體對外做功280 J，吸收熱量410 J；氣體又從狀態(tài)B經(jīng)BDA過程回到狀態(tài)A，這一過程中外界對氣體做功200 J．求： 圖6 (1)ACB過程中氣體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？ (2)BDA過程中氣體是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量是多少？ 【解析】　(1)ACB過程內(nèi)能增加，ACB過程中W1＝－280 J，Q1＝410 J 由熱力學第一定律UB－UA＝W1＋Q1＝130 J 氣體內(nèi)能的變化量為130 J. (2)BDA過程中氣體放熱 因為一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則BDA過程中氣體內(nèi)能變化量 UA－UB＝－130 J 又因外界對氣體做功200 J 由熱力學第一定律UA－UB＝W2＋Q2，Q2＝－330 J， 放出熱量330 J. 【答案】　(1)增加　130 J　(2)放熱　330 J 12．(15分)如圖7所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A.其中，A→B和C→D為等溫過程，B→C和D→A為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)．這就是著名的“卡諾循環(huán)”． 圖7 (1)該循環(huán)過程中，下列說法正確的是________． A．A→B過程中，外界對氣體做功 B．B→C過程中，氣體分子的平均動能增大 C．C→D過程中，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多 D．D→A過程中，氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化 (2)該循環(huán)過程中，內(nèi)能減小的過程是__(選填“A→B”“B→C”“C→D”或“D→A”)．若氣體在A→B過程中吸收63 kJ的熱量，在C→D過程中放出38 kJ的熱量，則氣體完成一次循環(huán)對外做的功是多少？ 【解析】　(1)在A→B的過程中，氣體體積增大，故氣體對外界做功，選項A錯誤；B→C的過程中，氣體對外界做功，W<0，且為絕熱過程，Q＝0，根據(jù)ΔU＝Q＋W，知ΔU<0，即氣體內(nèi)能減小，溫度降低，氣體分子的平均動能減小，選項B錯誤；C→D的過程中，氣體體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，故單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，選項C正確；D→A的過程為絕熱壓縮，故Q＝0，W>0，根據(jù)ΔU＝Q＋W，ΔU>0，即氣體的內(nèi)能增加，溫度升高，所以氣體分子的速率分布曲線發(fā)生變化，選項D錯誤． (2)從A→B、C→D的過程中氣體做等溫變化，理想氣體的內(nèi)能不變，內(nèi)能減小的過程是B→C，內(nèi)能增大的過程是D→A. 氣體完成一次循環(huán)時，內(nèi)能變化ΔU＝0，熱傳遞的熱量Q＝Q1－Q2＝(63－38) kJ＝25 kJ，根據(jù)ΔU＝Q＋W，得W＝－Q＝－25 kJ，即氣體對外做功25 kJ. 【答案】　(1)C　(2)B→C　25 kJ