第三章 热力学定律 单元测试（解析版）

2021-2022学年人教版（2019）选择性必修第三册
第三章
热力学定律
单元测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．一定质量的理想气体，在某一状态变化过程中，气体对外界做功4
J，气体内能减少12
J，则在该过程中（　　）
A．气体放热8J
B．气体吸热8
J
C．气体吸热16
J
D．气体放热16
J
2．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　）
A．气体温度升高，每一个气体分子的动能都增大
B．气体温度升高，气体内能一定增大
C．若压缩气体做功，气体分子的无规则运动一定更剧烈
D．若气体膨胀对外做功100
J，则内能一定减少100J
3．图为一定质量的某种理想气体的p-V图像，图中ba的延线通过坐标原点O，bc垂直于V轴，ac平行于V轴，下列说法正确的是____________（在给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
A．a→b过程中，气体温度不变
B．b→c过程中，气体温度升高
C．c→a过程中，气体放热大于外界对气体功
D．a→b→c→a过程中，气体对外界总功为零
4．下列说法不正确的是（　　）
A．悬浮在液体里的花粉的无规则运动是布朗运动
B．晶体在熔化时要吸热，说明晶体在熔化过程中分子平均动能增加
C．热量可以从低温物体传递到高温物体
D．两个分子的间距从极近逐渐增大到10r0的过程中，它们的分子势能先减小后增大
5．在图所示的两端开口的“U”形管中，盛有同种液体，并用管闩K将液体隔成左、右两部分，左边液面比右边液面高。现打开管闩K，从打开管闩到两边液面第一次平齐的过程中，液体向外放热为Q，内能变化量为，动能变化量为；大气对液体做功为，重力做功为，液体克服阻力做功为，由功能关系可得：①②③④，其中，正确的是（　　）
A．①②③
B．①②④
C．②③
D．①③
6．一定质量理想气体的压强p随体积V变化规律如图所示，从状态A到B的过程中（　　）
A．气体温度保持不变
B．外界对气体做功
C．气体从外界吸收热量
D．气体对器壁单位面积的平均作用力不变
7．下列说法中正确的是（　　）
A．因为液体表面有收缩的趋势，所以液体表面分子间只有引力没有斥力
B．液晶既具有液体的流动性，又具有光学各向同性
C．晶体熔化过程中吸收热量，分子平均动能一定增大
D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小
8．下列说法中正确的是（　　）
A．单晶体的某些物理性质具有各向异性，多晶体和非晶体的物理性质都是各向同性的
B．自然界中宏观自发的过程总是向着熵减小的方向进行
C．晶体熔化过程中要吸收热量，分子的平均动能变大
D．空气相对湿度越大，水蒸气压强越接近同温度下饱和蒸气压，水蒸发的越慢
9．下列说法正确的是___________。
A．金刚石、食盐、玻璃和天然水晶都是晶体
B．质量相等的两种理想气体，温度相同时内能一定相同
C．昆明的冬天，人们感觉比较干燥，说明空气相对湿度小
D．一切热现象的自发过程，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
E.荷叶表面的水珠呈现球形，是由于水对荷叶不浸润，在表面张力的作用下形成的
10．一定质量理想气体的状态变化如图所示，dabc为圆弧，cd为半径相同的圆弧。气体从状态a沿经状态b、c、d，最终回到状态a，则（　　）
A．从状态a到状态b是等温膨胀过程
B．从状态a到状态c，气体吸收热量，内能增大
C．处于状态c时气体分子单位时间撞击单位面积的次数一定比状态a少
D．从状态a经b、c、d回到状态a，气体吸收热量
11．下列说法正确的是（　　）
A．液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子对它的撞击作用不平衡所引起的
B．当容器内气体吸热膨胀时，气体分子的平均动能可能减小
C．当水的温度升高时，每一个水分子的运动速率都会增大
D．处于完全失重状态的水滴呈球形，是液体表面张力作用的结果
E.晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体
12．关于热现象，下列说法正确的是（　　）
A．分析布朗运动会发现，悬浮的颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈
B．一定质量的气体，温度升高时，分子间的平均距离增大
C．分子间的距离r存在某一值r0，当r大于r0时，分子间引力大于斥力，当r小于r0时，分子间斥力大于引力
D．任一温度下，气体分子的速率分布均呈现“中间多、两头少”的规律
E.温度升高，一定质量的理想气体的分子平均动能增大，内能可能保持不变
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．如图，一定质量的理想气体从状态变化到状态，已知在此过程中，气体吸收了的热量，则该过程中气体内能变化了多少？
14．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900J的功，同时汽缸向外散热210J，汽缸里空气的内能改变了多少？内能是增加了还是减少了？
15．如图所示，水平放置的固定汽缸内由活塞封闭一定质量的气体，活塞能无摩擦地滑动，汽缸的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为的空气中，开始时缸内气体的温度为，空气柱长度为。用电热丝对气体加热，活塞缓慢向左移动，缸内气体只与电热丝发生热交换，当缸内气体吸热为Q时，缸内空气柱长度为处于平衡。求：
（1）此时缸内气体的温度；
（2）在此过程中，缸内气体对活塞做了多少功？
（3）在此过程中，缸内气体的内能增加了多少？
16．如图所示，一个内壁光滑、导热性能良好的汽缸放在水平桌面上开口向上．质量与厚度均不计、导热性能良好的活塞横截面积为S=2×10-3m2，与汽缸底部之间封闭了一定质量的理想气体，此时活塞与汽缸底部之间的距离h=24cm．汽缸所处环境的温度为300K，大气压强p0=1.0×105Pa，取g=10m/s2．现将质量为m=4kg的物块放在活塞中央位置上，活塞下移，求稳定后：
①气体的压强；
②缓慢加热气体使活塞回到原位置,此过程中气体吸收了20J热量，求其内能增加量．
参考答案
1．A
【详解】
根据热力学第一定律可知
所以
A正确。
故选A。
2．B
【详解】
A．气体温度升高，绝大多数气体分子的动能都增大，但个别分子的动能也可能减小，A错误；
B．理想气体不考虑分子势能，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，气体内能一定增大，B正确；
C．压缩气体做功，若存在对外放热，由热力学第一定律可知，气体的内能可能减小，温度可能降低，故无规则运动不一定更剧烈，C错误；
D．若气体膨胀对外做功100J，内能不一定减少100J，还跟吸、放热多少有关，D错误。
故选B。
3．C
【详解】
A．a→b过程中，p与V成正比，根据可知，p增大，V增大，可知T升高，故A错误；
B．b→c过程中，V不变，则为常量，又因为p下降，故温度也下降，故B错误；
C．c→a过程中，p不变，为常量，V减小，则T减小，可知气体放热大于外界对气体做功，故C正确；
D．体积增大，气体对外做功，体积减小，外界对气体对做功，p-V图象的图线与横轴围成的面积表示气体对外做功，即三角形abc围城的面积表示对外做的总功，所以气体从a→b→c→a的过程中，气体对外界做功，气体做的总功不为零，故D错误；
故选C。
4．B
【详解】
A．悬浮在液体里的花粉的无规则运动是布朗运动，反应液体分子的无规则运动，故A正确；
B．晶体在熔化时吸热，但温度不变，则晶体在熔化过程中分子平均动能不变，故B错误；
C．热量可以从低温物体传递到高温物体，但要引起其他方面的变化，故C正确；
D．两个分子的间距从极近逐渐增大到10r0的过程中，分子力先做正功后做负功，它们的分子势能先减小后增大，故D正确。
本题选择不正确的选项，故选B。
5．B
【详解】
由动能定理可知
其中
可知①②正确。
由热力学第一定律
得
可知④正确，③错误。
故B正确，ACD错误。
故选B。
6．C
【详解】
A．从状态A到B的过程中，气体的体积增大，分子密度减小，只有温度升高时，其压强才会增大，A错误；
B．气体体积增大，表明气体对外做功。B错误；
C．气体温度升高，说明内能增大，体积增大，说明气体对外做功，根据热力学第一定律可得气体要吸收热量。C正确；
D．因为压强变大，根据压强定义式可知，单位面积上受力变大。D错误。
故选C。
7．D
【详解】
A．根据分子动理论可知，分子间同时存在着引力和斥力，虽然液体表面有收缩的趋势，但液体表面分子间仍存在引力和斥力，只不过引力大于斥力，分子力表现为引力，A错误；
B．液晶既具有液体的流动性，又具有光学各向异性，B错误；
C．晶体熔化过程中虽然吸热，但是温度不变，温度是分子平均动能的标志，所以分子平均动能不变，C错误；
D．根据热力学第二定律的微观解释，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，D正确。
故选D。
8．AD
【详解】
A．单晶体的某些物理性质具有各向异性，多晶体和非晶体的物理性质都是各向同性的，A正确。
B．自然界中宏观自发的过程总是向着熵增加的方向进行，B错误。
C．晶体熔化过程中要吸收热量，但是温度不变，所以分子的平均动能不变，C错误。
D．相对湿度等于水蒸气的压强与饱和蒸气压的比值，空气相对湿度越大，水蒸气压强越接近同温度下饱和蒸气压，越接近饱和，水蒸发的越慢，D正确。
故选AD。
9．CDE
【详解】
A．金刚石、食盐、天然水晶都是晶体，玻璃是非晶体，A错误；
B．温度相同，两气体的分子平均动能相同，虽质量相同，但气体分子数不一定相同，故内能不一定相同，B错误；
C．人们感觉比较干燥是空气相对湿度较小造成的，C正确；
D．根据熵增加原理可知，一切热现象的自发过程，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，D正确；
E．荷叶表面的水珠呈现球形，是由于水对荷叶不浸润，在表面张力的作用下形成的，E正确。
故选CDE。
10．BC
【详解】
A．题意可知从状态a到状态b是圆弧而不是双曲线，所以不是等温膨胀过程，故错误；
B．状态a到状态c，气体压强相等，体积增大，根据理想气体状态方程
可知其温度必定升高，内能增加，又对外界做功，根据热力学第一定律，有
气体吸收热量,故B正确；
C．据上一选项分析，在状态c，气体体积较大，分子数密度较小，气体温度升高导致分子平均动能增加，在保持压强不变的情况下单位时间撞击单位面积的次数一定较少，故C正确；
D．状态a经b、c、d回到状态a，气体的温度不变，内能不变，外界对气体做功等于图形的面积，根据热力学第一定律，有
气体放出热量，D错误。
故选BC。
11．ABD
【详解】
A．液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子对它的撞击作用不平衡所引起的，间接反映了周围液体分子运动的无规则性，A正确；
B．气体吸收热量时，对外做功情况不明，根据热力学第一定律，气体的内能可能减小，可能增大，还可能不变，分子平均动能也可能变大，变小，还可能不变，B正确；
C．当水的温度升高时，大多数水分子的运动速率增大，C错误；
D．处于完全失重状态的水滴，由于液体表面张力，水滴呈球形，D正确；
E．单晶体一定有规则的几何形状，多晶体没有规则的几何外形，金属属于晶体，E错误；
故选ABD。
12．ACD
【详解】
A．温度越高，水分子运动越激烈，对悬浮颗粒的冲力越大，布朗运动越剧烈，同时，悬浮颗粒越小，越容易改变运动状态，A正确；
B．一定质量的气体，压强不确定的情况下，温度升高时，体积不一定增大，故分子间的平均距离不一定增大，B错误；
C．分子间的距离r存在某一值r0，当r等于r0时，引力等于斥力，而分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，由于斥力比引力变化快，所以当r小于r0时，斥力大于引力，当r大于r0时，引力大于斥力，C正确；
D．任一温度下，气体分子的速率分布均呈现“中间多、两头少”的规律，D正确；
E．温度升高，分子平均动能增大，由于理想气体不考虑分子势能，故内能一定增大，E错误。
故选ACD。
13．增加了
【详解】
由题图可知，
气体从状态A变化到状态B的过程是等压膨胀过程，
外界对气体做功
根据热力学第一定律可知，密闭气体的内能变化量
即在此过程中密闭气体的内能增加了220J。
14．690J，增加了
【详解】
依题意得
W=900J
Q=-210J
根据热力学第一定律
故内能的变化量为690J，内能增加了。
15．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）根据盖-吕萨克定律，有
得
（2）气体对活塞做功
（3）根据热力学第一定律，内能的变化
16．①p=1.2×105Pa②10.4J
【详解】
①气体的压强为，由平衡条件可得：
解得：
②由气体的等温变化方程可知：
，即
解得:
缓慢加热气体使活塞回到原位置，则气体对外做功：
则外界对气体做的功为：
则气体的内能增加：