第三章 热力学定律 单元检测（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
单元检测（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．下列说法正确的是（　　）
A．液体分子的无规则运动称为布朗运动
B．两分子间距离减小，分子间的引力和斥力都增大
C．物体做加速运动，物体内分子的动能一定增大
D．物体对外做功，物体内能一定减小
2．下列说法中正确的是（　　）
A．第一类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第一定律
B．机械能全部转化为内能是不可能的
C．从单一热源吸收的热量全部变成功而不产生其他影响是不可能的
D．第二类永动机不可能制造成功的原因是能量不会凭空产生
3．下列说法正确的是（　　）
A．体积和温度都相同的气体，内能一定相同
B．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
C．一切过程都是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
D．从单一热源吸收热量，使之完全变为功是提高机械效率的常用手段
4．一定质量的理想气体的体积V随摄氏温度t变化的关系图像如图所示，气体由状态A变化到状态B的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．气体的内能不变
B．气体的压强减小
C．气体的压强不变
D．外界对气体做功，同时气体从外界吸收能量
5．下列说法正确的是（　　）
A．物体放出热量，分子的平均动能一定减小
B．气体的扩散运动总是沿着分子热运动无序性减少的方向进行
C．机械能可以自发地全部转化为内能，内能不可能自发地全部转化为机械能
D．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到-273℃
6．下列说法中正确的是（　　）
A．能量耗散说明自然界的总能量在不断减少
B．物体的内能增加了，一定是物体吸收了的热量
C．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变
D．从单一热库吸收热量，使之全部变成功是可以实现的
7．如图所示，水平放置的封闭绝热气缸，被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分。已知a部分气体为1mol氧气，b部分气体为2mol氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体。解除锁定，活塞滑动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb。下列说法正确的是（　　）
A．Va＞Vb，Ta＞Tb
B．Va＞Vb，Ta＜Tb
C．Va＜Vb，Ta＜Tb
D．Va＜Vb，Ta＞Tb
8．下列说法正确的是（　　）
A．一块的冰逐渐熔化成
的水的过程中分子势能会增加
B．花粉在液体中做布朗运动的剧烈程度与液体的温度和花粉颗粒的大小有关
C．多晶体和非晶体一样没有规则的外形，所以它们均没有固定的熔点
D．若理想气体的体积不变温度升高，则单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多
E.冰箱能够把热量从低温物体传递到高温物体，所以它不遵循热力学第二定律
9．如图所示，绝热容器被绝热隔板K1，卡销锁住的绝热光滑活塞K2隔成a、b、c三部分，a部分为真空，b部分为一定质量的稀薄气体，且压强pbA．只打开隔板K1，b中气体对外做功，内能减少
B．只打开隔板K1，b中气体不做功，内能不变
C．只打开隔板K1，b中气体压强减小，温度不变
D．只打开卡销K2，b中气体对外做功，内能减小
10．有以下说法：其中正确的是（　　）
A．气体的温度越高，分子的平均动能越大
B．即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速度是非常小的
C．对物体做功不可能使物体的温度升高
D．对于一定量的气体，当其温度降低时，速率大的分子数目减小，速率小的分子数目增加
E.从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的
11．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A．其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程。该循环过程中，下列说法正确的是（　　）
A．A→B过程中，气体对外界做功，吸热
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增加
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．该循环过程中，气体放热
12．下列说法正确的是
A．一定质量的0℃冰熔化成0℃水，其分子势能减少
B．用NA表示阿伏加德罗常数，M表示铜的摩尔质量，表示实心铜块的密度，那么铜块中一个铜原子所占空间的体积可表示为
C．脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液
D．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体
E.恒温水池中，小气泡由底部缓慢上升过程中，气泡中的理想气体内能不变，对外做功，吸收热量
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．如图所示，封闭有一定质量的理想气体的内壁光滑的导热汽缸固定在水平桌面上，且开口向右放置；活塞的横截面积为S，其到汽缸底部的距离为；活塞通过轻绳连。接了一个质量为的小物体，轻绳跨在定滑轮上。开始时汽缸内、外压强相同，均为大气压（，为重力加速度）。汽缸内气体的温度为时，轻绳恰好处于伸直状态，滑轮左侧细绳水平，连接小物体的细绳竖直。不计摩擦，现缓慢降低汽缸内气体的温度。
（1）小物体对地面的压力恰好为零时，求气体的温度。
（2）继续缓慢降低气体的温度，当活塞到汽缸底部的距离为时，气体放出的热量为，则气体的内能变化了多少？
14．如图所示，横截面积为S，质量为M的活塞在气缸内封闭着一定质量的理想气体，现对气缸内气体缓慢加热，使其温度从T1升高了?T，气柱的高度增加了ΔL，吸收的热量为Q，不计气缸与活塞的摩擦，外界大气压强为p0，重力加速度为g，求：
①此加热过程中气体内能增加了多少？
②若保持缸内气体温度不变，再在活塞上放一砝码，如图所示，使缸内气体的体积又恢复到初始状态，则放砝码的质量为多少？
15．一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化。
（1）从A到B的过程，气体向外吸收了800J的热量，则A到B气体的内能变化多少？
（2）若气体在状态A的温度为1000K时，则气体在状态C时的温度为多少？
（3）求C到A过程气体对外做的功？
16．人们采用“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射照度。它是指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。近年来通过各种先进手段测得的太阳常数的标准值为。又知地球半径约为。试根据上述数据估算一下太阳每秒辐射到地球的总能量。
参考答案
1．B
【详解】
A．布朗运动是液体中的固体小颗粒的无规则的运动，故A不符合题意；
B．分子间引力和斥力都是存在，当两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大，故B符合题意；
C．物体做加速运动，温度不一定升高，所以物体内分子的平均动能不一定越来越大，故C不符合题意；
D．物体对外做功，若同时吸收热量，则物体内能不一定减小，故D不符合题意。
故选B。
2．C
【详解】
A．第一类永动机不可能制成的原因是能量守恒定律，A错误；
B．机械能提供摩擦做功，可以全部转化为内能，B错误；
C．根据热力学第二定律可知，从单一热源吸收的热量全部变成功而不产生其他影响是不可能的，C正确；
D．第二类永动机不可能制造成功的原因是其违背热力学第二定律，并不违背能量守恒定律，D错误。
故选C。
3．B
【详解】
A．体积和温度都相同的气体，内能不一定相同，还和气体的种类有关，故A错误；
B．根据理想气体状态方程
可知，一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，温度升高，而一定量的理想气体得内能仅仅与温度有关，所以气体的内能一定增加，故B正确；
C．根据熵增原理可知，一切自发的热学过程都是向着分子热运动无序性增大的方向进行。故C错误；
D．根据热力学第二定律，不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，所以机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能，故D错误。
故选B。
4．B
【详解】
A．由题图可知，理想气体从状态A到状态B的过程中，温度升高，内能增大，故A错误；
BC．如图所示
两条虚线为等压线，斜率越大，压强越小，故气体从状态A到状态B的过程中，压强减小，故B正确，C错误；
D．从状态A到状态B，体积增大，气体对外做功
W<0
温度升高，内能增大
ΔU>0
根据热力学第一定律
ΔU=W+Q
可知
Q>0
即气体从外界吸收热量，故D错误。
故选B。
5．C
【详解】
A．根据热力学第一定律
可知，物体放出热量，物体的内能不一定减小，所以物体分子的平均动能不一定减小，故A错误；
B．气体的扩散运动总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，故B错误；
C．机械能可以自发地全部转化为内能，但内能不可能自发地全部转化为机械能，故所以C正确；
D．尽管技术不断进步，但热机的效率仍不能达到100%，制冷机却也无法可以使温度降到-273℃，故D错误；
故选C。
6．D
【详解】
A．能量耗散仍遵循能量守恒定律，自然界的总能量是不变的，故A错误；
B．物体的内能增加了，即?U=20J；根据热力学第一定律可知，W+Q=20J，即物体不一定吸收了的热量，故B错误；
C．物体放出热量，即
同时对外做功，即
根据热学第一定律
可知
即物体的内能一定减小，故C错误；
D．根据热力学第二定律可知，在引起其他变化的前提下，可以从单一热库吸收热量，使之全部变成功，故D正确。
故选D。
7．D
【详解】
AB．解除锁定前，两部分气体温度相同，体积相同，根据
可知，b气体的压强大，故活塞左移，平衡时
AB错误；
CD．根据热力学第一定律，活塞左移过程中，a气体被压缩内能增大，温度增大，b气体向外做功，内能减小，温度减小，平衡时Ta＞Tb，C错误，D正确；
故选D。
8．ABD
【详解】
A．的冰逐渐熔化成的水的过程中吸收热量，冰的内能增大，而冰的温度不变，则分子的平均动能不变，所以分子势能会增加，A正确；
B．布朗运动的剧烈程度与悬浮颗粒的大小有关，是由于颗粒越大，分子碰撞的不平衡性越不明显；温度越高，布朗运动越明显，B正确；
C．多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，C错误；
D．若理想气体体积不变，温度升高，气体分子的平均动能增加，分子的运动加快，故单位时间内撞击单位面积器壁的气体分子数增多，D正确；
E．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体要消耗电能，因此遵循热力学第二定律，E错误。
故选ABD。
9．BC
【详解】
AB．只打开隔板K1，b中气体向a中真空扩散，气体不做功，W＝0，绝热容器导致Q＝0，由热力学第一定律知
ΔU＝W＋Q＝0
内能不变，A错误，B正确；
C．只打开隔板K1时，b中气体内能不变，温度不变，由玻意耳定律pV＝C知b中气体体积增大，压强减小，C正确；
D．只打开卡销K2时，由于pb0，但Q′＝0，则
ΔU′＝W′＋Q′>0
内能增加，D错误。
故选BC。
10．ABD
【详解】
A．气体的温度越高，分子的平均动能越大，故A正确；
B．平均动能越高，温度越高，即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速度是非常小的，故B正确；
C．改变物体内能的方式两种：热传递和做功，所以对物体做功可以使物体的温度升高，故C错误；
D．对于一定量的气体，当其温度降低时，速率大的分子数目减小，速率小的分子数目增加，D正确；
E．在引起其它变化的情况下，从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是可能的，故E错误。
故选ABD。
11．AC
【详解】
A．A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，根据
可知气体吸热，故A正确；
B．B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；
C．C→D过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；
D．该循环过程中，气体内能不变，对外做功，根据
可知气体吸热，故D错误。
故选AC。
12．BCE
【详解】
A．一定质量的0℃冰熔化成0℃水，需要吸收热量，内能增加，而温度不变分子平均动能不变，所以分子势能增加，选项A错误；
B．NA表示阿伏加德罗常数，M表示铜的摩尔质量，表示实心铜块的密度，那么铜块中一个铜原子所占空间的体积可表示为
选项B正确；
C．脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液，选项C正确；
D．用烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，是由于云母片具有各向异性的原因，说明云母片是晶体，选项D错误；
E．恒温水池中，小气泡由底部缓慢上升过程中，温度不变，气泡中的理想气体内能不变，但随着液体压强的减小，小气泡体积增大，对外做功，吸收热量，选项E正确。
故选BCE。
13．（1）；（2）
【详解】
（1）小物体对地面的压力恰好为零，汽缸内气体压强
气体从开始到小物体对地面的压力恰好为零的过程中，气体做等容变化，有
解得
（2）继续缓慢降低气体温度，小物体离开地面后气体做等压变化，外界对气体做的功
根据热力学第一定律可知，气体的内能变化量
14．①②
【解析】
①设缸内气体的温度为时压强为，活塞受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，得到：
气体膨胀对外界做功为：
根据热力学第一定律得到：
联立可以得到：
②设放入砝码的质量为m，缸内气体的温度为时压强为，系统受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，得到：
根据查理定律：
联立可以得到：
15．（1）；（2）；（3）-300J
【详解】
（1）由于从A到B的过程中，气体压强不变，体积增大，故气体对外做功，有
同时气体向外吸收了800J的热量，故有：
根据热力学第一定律
所以得：
（2）由理想气体状态方程有
由图像代入数据可得
解得：
（3）由P—V图像可判断，气体从C到A过程中体积减小，说明气体对外界做负功，故由p—V图像围成的面积表示气体对外做功的大小，故有：
16．
【详解】
由题意可知太阳常数的标准值
垂直于太阳辐射光的地球的有效面积
故每秒辐射到地球的总能量