第三章 热力学定律 单元测试题（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
单元测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．一定质量的气体膨胀对外做功100J，同时对外放热40J，气体内能的增量ΔU为（　　）
A．60J
B．-60J
C．-140J
D．140J
2．如图所示为某理想气体的图像，下列说法正确的是（　　）
A．由A到B的过程，气体对外做功，内能增加
B．由B到C的过程，外界对气体做功，放出热量
C．由B到C的过程，气体温度升高，所有气体分子的动能都增大
D．由A到B是等容过程，由B到C是等压过程，气体在C状态时的体积比在B状态时的体积大
3．关于系统的内能，下述说法中正确的是（
）
A．物体内所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能
B．一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化
C．外界对系统做功W，系统的内能增加
D．系统从外界吸收了热量Q，系统的内能增加
4．回热式制冷机是一种深低温设备，制冷极限约50
K。某台回热式制冷机工作时，一定质量的氦气（可视为理想气体）缓慢经历如图所示的四个过程，已知状态A和B的温度均为
，状态C和D的温度均为
，下列判断正确的是（　
　）
A．气体由状态A到B过程，温度先降低后升高
B．气体由状态B到C过程，内能保持不变
C．气体由状态C到D过程，气体对外做功
D．气体由状态D到A过程，其摄氏温度与压强成正比
5．一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p-T图像如图所示，下列判断正确的是（
）
A．气体在a状态的体积大于b状态的体积
B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C．在过程ca中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D．在过程ab中气体从外界吸收的热量小于气体内能的增加量
6．如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成A、B两部分。A内有一定质量的理想气体，B内为真空。抽开隔板K后，A内气体进入，最终达到平衡状态。在这个过程中，下列关系图像正确的是（　　）
A．
B．
C．
D．
7．一定质量的理想气体从状态a开始，经过如图所示的三个过程回到初始状态a，下列判断正确的是（　　）
A．在过程中气体对外做的功等于在过程中气体对外做的功
B．在过程中气体从外界吸收的热量小于在过程中气体向外界放出的热量
C．在过程中外界对气体做的功大于气体向外界放出的热量
D．在过程中气体内能的增加量小于过程中气体内能的减少量
8．下列说法中正确的是（
）
A．因为液体表面具有收缩的趋势，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，又具有光学各向异性
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
E.气体压强的大小和单位体积内的分子数及气体分子的平均动能都有关
9．电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明了（　　）
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体
C．热量的传递过程不具有方向性
D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性
10．一定质量的理想气体经历如图所示的一系列状态变化过程，a、b状态的连线与横轴垂直，b、c状态的连线与纵轴重直。c、a状态连线的延长线经过坐标原点。下列说法正确的是（　　）
A．b、c两状态单位体积内分子数相同
B．a状态的压强大于b状态的压强
C．c状态气体分子平均动能大于a状态分子的平均动能
D．过程，气体放热
E.过程外界对气体做功大于过程中气体对外界做功
11．如图所示，绝热密闭汽缸内有一定质量的理想气体，外界大气压恒定。缸内有一电阻丝R通过导线与电源连接，闭合开关S后，绝热活塞K缓慢且无摩擦地向右移动，则下列说法正确的是（　　）
A．气体分子平均动能不变
B．电热丝放出的热量等于气体对外所做的功
C．气体的压强不变
D．气体分子单位时间内对器壁单位面积的撞击次数减少
12．一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a（V0，2p0）、b（2V0，p0）、c（3V0，2p0）以下判断正确的是（　　）
A．气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功
B．在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量
C．气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量
D．气体在c→a过程中放出的热量大于b→c过程中吸收的热量
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．如图所示，内部横截面积为S的圆筒形绝热容器，封有一定质量的理想气体，开口向上放在硬板上．设活塞质量为，现有一质量为的橡皮泥从距活塞上表面高为处的A点由静止开始下落，碰到活塞后，随活塞—起下降的最大距离为，若不计活塞与容器壁的摩擦，求容器内气体内能的最大变化量是多少？
14．如图所示，圆筒形气缸的质量为M，现用质量为m、横截面积为S的活塞将一定量的理想气体封闭在气缸内，活塞可沿气缸内壁无摩擦滑动，且不漏气。已知大气压强为p0，重力加速度为g。当气缸水平横放时，气缸内空气柱长为l0（图甲），现把活塞按图乙所示悬挂，气缸悬在空中保持静止。
（1）气体温度保持不变，求此时气缸内空气柱长度l；
（2）从图甲状态开始给气缸加热，使活塞缓慢向外移动距离x，如图丙所示若此过程中气体内能增量为，求该过程气体吸收的热量。
15．如图所示，导热良好的气缸竖直放置，活塞下方密闭一定质量的理想气体。活塞可沿气缸无摩擦的滑动，其质量为m，横截面积为S，开始时相对气缸底部的高度为h。将一个质量也为m的物块放在活塞上，气体重新平衡后，活塞下降了。外界大气压强始终保持不变，重力加速度为g。求：
(1)外界大气压强p0（此过程环境温度保持不变）；
(2)若缓慢提升环境温度，使活塞回到起始位置，气缸内气体吸收的热量为Q，则气缸内气体内能增加了多少。
16．如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0×105Pa，经历ABCA的过程，整个过程中对外界放出61.4J的热量。求该气体
（1）在状态B的压强pB；
（2）在整个过程中内能的增量ΔU；
（3）在A→B过程中对外界所做的功W。
参考答案
1．C
【详解】
由热力学第一定律得
故选C。
2．D
【详解】
A．气体由A到B状态发生等容变化，气体对外不做功，温度升高，内能增加，故A错误；
B．由B到C过程，气体体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律
温度升高，内能增加，气体吸收热量，故B错误；
C．由B到C过程，气体温度升高，气体分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大，故C错误；
D．气体由B到C发生等压变化，根据盖吕萨克
由于
因此
故D正确。
故选D。
3．A
【详解】
A．根据内能的定义可知，物体内所有分子的平均动能与分子势能的总和叫物体的内能，故A正确；
B．物体宏观的机械能与内能无关，故B错误；
CD．根据热力学第一定律
可知外界对系统做了多少功W，系统的内能不一定增加多少，同理，系统从外界吸收了多少热量Q，系统的内能也不一定增加多少，故CD错误；
故选A。
4．C
【详解】
A．由题意可知，气体在状态A、B时的温度相等，两状态在同一等温线上，由理想气体状态方程
可知
由图示图线可知，气体由状态A到B过程，pV先变大后变小，则气体温度先升高后降低，A错误；
B．由图示图线可知，气体由状态B到C过程，气体体积不变而压强减小，由理想气体状态方程可知，气体温度降低，气体内能减小，B错误；
C．由图示图线可知，气体由状态C到D过程，气体体积增大，气体对外做功，C正确；
D．由图示图线可知，气体由状态D到A过程，气体体积不变，气体发生等容变化，由查理定律可知，其热力学温度与压强成正比，D错误。
故选C。
5．C
【详解】
A．由图可得
=
依据
=C
可知
Va=Vb
A项错误；
B．一定量理想气体的内能取决于温度，气体在状态a时的内能小于它在状态c时的内能，B项错误；
C．ca为等压过程，温度下降，体积减小，内能减少，即ΔU<0，外界对气体做功，W>0，根据
W+Q=ΔU
得|Q|>|W|，气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功，C项正确；
D．ab为等容过程，温度升高，压强增大，内能增加，即ΔU>0，气体不做功，W=0，气体从外界吸收的热量等于内能的增加量，D项错误；
故选C。
6．B
【详解】
绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，即
△Q=0
稀薄气体向真空扩散没有做功，即
W=0
根据热力学第一定律可知
△U=0
即气体内能不变，做等温变化。
故选B。
7．B
【详解】
A．由气体做功的表达式
可知，p-V图线和横轴体积围成面积即为做功大小，所以气体在过程中气体对外做的功小于在过程中气体对外做的功，故A错误；
B．气体在过程中，由
可得
故为等温变化，由热力学第一定律可知，由于，，故
气体从过程中发生等压变化，根据盖-吕萨克定律可得
解得
由热力学第一定律可得
因为
，
可得
则有
即在过程中外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量，由图可知
则可得
即在过程中气体从外界吸收的热量小于在过程中气体向外界放出的热量，故B正确，C错误；
D．由于b和c温度相同，则在过程中气体内能的增加量等于过程中气体内能的减少量，故D错误。
故选B。
8．BDE
【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，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正确；
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；
E．气体压强的微观解释：气体压强的大小和单位体积内的分子数及气体分子的平均动能都有关，E正确。
故选BDE。
9．BD
【详解】
一切自发过程都有方向性，如热传递，热量总是由高温物体自发地传向低温物体；又如扩散，气体总是自发地由密度大的地方向密度小的地方扩散。在外界帮助下气体可以由密度小的地方向密度大的地方扩散，热量可以从低温物体传向高温物体，电冰箱就是借助外界做功把热量从低温物体传向高温物体，故BD正确，AC错误。
故选BD。
10．ADE
【详解】
A．b、c体积相同，则单位体积内的分子数相同，选项A正确；
B．由理想气体状态方程
得
则图中，某点和原点连线的斜率
而，则a状态的压强小于状态的压强，选项B错误：
C．温度是分子平均动能的标志，c状态温度低，则分子的平均动能小，选项C错误；
D．过程，温度不变，则气体的内能不变，体积减小，则外界对气体做功，根据
知，而，则，气体放热，选项D正确；
E．过程与比较，气体的体积变化相同，而过程气体压强增加，过程气体压强不变，根据知，过程外界对气体做功大于过程中气体对外界做功，也可以转换为图求解，故选项E正确。
故选ADE。
11．CD
【详解】
C．活塞可无摩擦滑动，外界大气压强不变，故气体为等压变化，C正确；
A．电阻丝向气体放热，气体温度升高，而理想气体内能只取决于温度，气体温度升高，分子平均动能增大，A错误；
B．气体内能增大，由热力学第一定律可知，电阻丝向气体放出的热量一定大于气体对外做的功，B错误；
D．压强不变，气体分子平均动能增大，故单位时间内气体分子对器壁单位面积的碰撞次数减少，D正确。
故选CD。
12．BD
【详解】
A．根据气体做功的表达式
可知图线和体积横轴围成的面积即为做功大小，所以气体在过程中对外界做的功等于过程中对外界做的功，故A错误；
B．气体从，压强不变，体积减小，则温度降低，所以
气体体积减小，外界对气体做功，所以
根据热力学第一定律可知
所以，气体放出热量，故B正确；
C．气体从，满足玻意尔定律
所以
所以
根据热力学第一定律
可知
气体从，温度升高，所以
根据热力学第一定律可知
结合A选项可知
所以
即过程气体吸收的热量大于过程吸收的热量，故C错误；
D．理想气体的内能只与温度有关，根据
可知
即气体从过程中内能的增加量等于过程中内能的减少量，由于气体从过程中温度升高，体积增大，根据热力学第一定律知，该过程吸收的热量大于气体对外做的功，即
过程中，温度降低，体积减小，根据热力学第一定律知，该过程放出的热量大于外界对气体做的功，即
又因为
由图像围成的面积表示气体做功的大小，知
所以，可得
故D正确。
故选BD。
13．
【解析】
【详解】
橡皮泥落到活塞上的速度为v，则有
与活塞相撞时动量守恒：
气体内能的增加主要是动能转化加外力对气体做功，所以
气体内能的最大变化量是
14．（1）；（2）
【详解】
（1）当气缸水平横放时，有
，
气缸悬在空中保持静止时，有
根据玻意耳定律
可得
解得
（2）从图甲状态开始给气缸加热，使活塞缓慢向外移动距离x的过程为等压变化，根据热力学第一定律，则有
解得
该过程气体吸收的热量。
15．(1)；(2)
【详解】
(1)初状态
末状态
由玻意耳定律
解得
(2)缓慢加热等压膨胀，则
由热力学第一定律得
解得
16．（1）；（2）0；（3）
【详解】
（1）A→B由玻意耳定律
解得
（2）由于最终回到初状态，内能也回到初始值，即内能增量为
（3）C→A为等压过程，外界对气体做功为
在全过程中由热力学第一定律
由题知
代入解得