第三章 热力学定律 单元测试（Word版含解析）

2021-2022学年粤教版（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．人们从平原地区到高原旅游时，常常发现类似薯片等零食的封闭包装会变得很鼓胀，体积明显增大。已知高原的大气压强和温度都低于平原，袋内气体可看作理想气体，则下列说法正确的是_______。
A．外界对袋内气体做功
B．袋内气体内能减小、压强增大
C．袋内气体内能增大、压强减小
D．单位时间内碰撞包装袋壁的气体分子个数减少
2．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中（　　）
A．气体不做功，温度不变，内能不变
B．气体不做功，温度不变，内能减少
C．气体对外界做功，温度降低，内能减少
D．气体对外界做功，温度不变，内能减少
3．下列说法正确的是（　　）
A．物体放出热量，其内能一定减少
B．外界对物体做功，其内能一定增加
C．物体吸收热量同时对外做功，其内能一定减少
D．物体吸收热量且外界对物体做功，其内能一定增加
4．抽水蓄能电站是利用用电低谷期的多余清洁能源进行抽水，在用电高峰期的时候代替部分火力发电。浙江是抽水蓄能电站已建和在建较多的省份，其中丽水缙云的抽水蓄能电站预计2026年全部投产发电，该电站设计年抽水电量24亿千瓦时，设计年发电量为18亿千瓦时，大大减少了二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等排放，具有显著的环境效益和经济效益，被称为“超级绿色蓄电池”。根据发改委提供的数据为火电厂平均每千瓦时供电耗煤约为320g标准煤，而每吨标准煤产生的二氧化碳为2620kg，则该蓄电站建成后每年可减少二氧化碳的排放量约为（　　）
A．15万吨
B．150万吨
C．20万吨
D．200万吨
5．2019年12月以来，新型冠状病毒疫情给世界经济带来很大影响。勤消毒是一个很关键的防疫措施。如图所示是某种防疫消毒用的喷雾消毒桶及其原理图；学校用如图所示的压缩式喷雾器对教室走廊等场所进行消杀工作。给储液罐打足气，打开开关就可以让药液喷洒出来。若罐内气体温度保持不变，随着药液的不断喷出，则罐内气体（　　）
A．内能不断减小
B．压强不断减小
C．外界对气体做功
D．气体对外放热
6．夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强恒定，视气泡内气体为理想气体。则气泡缓慢上升过程中，以下说法正确的是（　　）
A．气泡内气体的压强可能不变
B．气泡内气体对外界做功
C．气泡内气体温度升高导致放热
D．气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击次数增大
7．如图所示，绝热的汽缸被一个绝热的活塞分成左、右两部分，活塞质量不计，活塞用销钉锁住，活塞与汽缸之间没有摩擦，汽虹左边装有一定质量的理想气体，右边为真空，现在拔去销钉，抽去活塞，让气体向右边的真空做绝热自由膨胀，下列说法正确的是（　　）
A．气体在向真空膨胀的过程中对外做功，气体内能减少
B．气体在向真空膨胀的过程中，分子平均动能变小
C．气体在向真空膨胀的过程中，气体内能增加
D．若无外界的干预，气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空
8．如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，压强为p，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自由扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设系统不漏气。下列说法正确的是（　　）
A．气体自由扩散过程中，压强减小，内能不变
B．气体自由扩散过程中，对外做功，内能变小，温度降低
C．气体被压回到原来的体积时的压强大于p
D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，内能增大
9．一定质量的理想气体由状态a等压膨胀到状态b，再等容增压到状态c，然后等温膨胀到状态d，最后经过一个复杂的过程回到状态a，其压强p与体积V的关系如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．从a到b，每个气体分子的动能都增大
B．从b到c，气体温度升高
C．从a经过b、c、d，再回到a的过程，外界向气体传递的热量与气体对外界所做的功相等
D．从d到a，气体对外界做正功
10．如图所示，导热气缸内封闭一定质量的理想气体，外界环境保持恒温，活塞与气缸壁光滑接触，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并通过活塞对外做功，下列说法正确的是（
）
A．所有气体分子热运动的速率都相等
B．气体的压强减小
C．气体分子在单位时间内撞击气缸壁上单位面积的平均次数增加
D．气体对外做功，从外界吸收热量，但内能不变
E.气体从单一热源吸热，全部用来对外做功，但不违反热力学第二定律
11．如图所示，绝热隔板K把绝热汽缸分成两部分，K与汽缸的接触是光滑的，隔板K用销钉固定，两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种理想气体a、b，a的体积大于b的体积，现拔去销钉（不漏气），当a、b各自达到新的平衡时（　　）
A．a的体积等于b的体积
B．a的体积大于b的体积
C．在相同时间内两边与隔板碰撞的分子数相同
D．a的温度比b的温度高
12．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27
℃，状态C和D的温度均为-133
℃，下列判断正确的是（　　）
A．气体由状态A到B过程，温度先升高后降低
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，分子间的平均间距减小
D．气体由状态C到D过程，气体对外做功
E.气体由状态D到A过程，其热力学温度与压强成正比
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．如图所示，圆柱形汽缸内用活塞封闭了一定质量的理想气体。汽缸的高度为、缸内的底面积为S，重力为m。弹簧下固定在桌面上，上端连接活塞，活塞所在的平面始终水平。当热力学温度为T0时，缸内气体高为0.5l，已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞重力及活塞与缸体的摩擦。现缓慢升温至活塞刚要脱离汽缸，求：
（1）此时缸内气体的温度；
（2）该过程缸内气体对汽缸的压力所做的功；
（3）若该过程缸内气体吸收热量为Q，则缸内气体内能增加量为多少？
14．如图所示，在一圆形管道内封闭有理想气体，用一固定绝热活塞K和质量为m的可自由移动的绝热活塞A将管内气体分割成体积相等的M、N两部分。温度都为T0=300
K，上部气体M压强为p0=1.0×105
Pa，活塞A产生的压强有（S为活塞横截面积）。现保持下部分气体N温度不变，只对上部分气体M缓慢加热，当活塞A移动到最低点B时（不计摩擦），求：
（i）上部分气体的温度；
（ii）保持上下部分M、N气体温度不变，释放一部分M气体，稳定后活塞A又回到了原来的位置，则释放气体质量与M气体原有质量之比。
15．如图所示，开口处装有固定卡环且导热性能良好、内壁光滑的气缸竖直放置，横截面积为S。厚度不计的活塞可以在气缸内自由滑动，活塞与气缸底部之间封闭了一定质量的理想气体，开始时活塞与气缸底部之间的距离为L，气体的热力学温度为2T0（T0为环境的热力学温度），压强为2p0（p0为大气压强），由于缸内气体缓慢散热，最终气体的温度与环境温度相同。已知活塞的质量m＝（g为重力加速度）。
(1)求活塞与气缸底部之间的最小距离；
(2)若一定质量的理想气体的内能与温度的关系满足U＝kT（k为大于零的已知常数），求活塞下移过程中气体吸热还是放热，吸收或者放出的热量为多少?
16．如图所示是某气压式柱形保温瓶的结构示意简图，现倒入热水，封闭活塞a，其与液面间封闭一定质量的理想气体，此时瓶内气体温度为，压强为，经过一段时间温度降为，忽略这一过程中气体体积的变化。
(1)求温度降为时瓶内气体的压强p；
(2)封闭气体温度由降为过程中，其传递的热量为Q，则气体的内能如何变化，求变化量的大小。
参考答案
1．D
【详解】
A．封闭包装变得很鼓胀，体积明显增大，则封闭气体对外界做功，故A错误；
BC．高原的温度低于平原，则袋内气体向外界传递热量，根据热力学第一定律有
可知，袋内气体内能减小。根据理想气体状态方程，有
可知压强减小。故BC错误；
D．袋内气体体积增加，单位体积的分子数密度减小，其温度降低，分子的平均动能减小。故单位时间内碰撞包装袋壁的气体分子个数减少。故D正确。
故选D。
2．A
【详解】
绝热容器没有与外界交换热量，气体在真空中自由膨胀，对外不做功，根据公式
所以内能不变，A正确。
故选A。
3．D
【详解】
A．物体放出热量，若外界对物体做功，则物体的内能不一定减少，选项A错误；
B．外界对物体做功，若物体放热，则其内能不一定增加，选项B错误；
C．物体吸收热量同时对外做功，若吸收的热量大于对外做功，则其内能增加，选项C错误；
D．物体吸收热量且外界对物体做功，其内能一定增加，选项D正确。
故选D。
4．B
【详解】
年发电量为18亿千瓦时需耗煤
则每年可减少二氧化碳的排放量为
故选B。
5．B
【详解】
A．由于罐内气体温度保持不变，所以气体的内能保持不变，A错误；
B．随着液体喷出，罐内气体的体积增大，由玻意耳定律可知，气体体积增大，压强减小，B正确；
C．气体的体积增大，让药液喷出，所以气体对外界做功，C错误；
D．由热力学第一定律可得
所以当
则
即气体要从外界吸热，D错误。
故选B。
6．B
【详解】
AD.气泡内气体的压强为
因为大气压强p0恒定，且气泡缓慢上升过程中h减小，所以p减小，则气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击次数减少，故AD错误；
B.根据理想气体状态方程
可知当p减小且T增大时，V一定增大，所以气泡内气体对外界做功，故B正确；
C.气泡内气体温度升高，则内能增大，且对外界做功，根据热力学第一定律可知气体吸热，故C错误；
故选B。
7．D
【详解】
ABC．气体在向右边的真空膨胀的过程中没有力的作用，所以气体不做功，即W=0，绝热过程，Q=0，根据热力学第一定律
可知
所以气体内能不变，温度不变，分子的平均动能不变，故ABC错误；
D．无外界的干预，根据热力学第二定律可知，涉及热现象的宏观过程具有方向性，因此，气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空，故D正确。
故选D。
8．ACD
【详解】
AB．抽开隔板时，由于右方是真空，气体做自由扩散，右方是真空，气体没有对外做功，又没有热传递，则根据
可知，气体的内能不变，由于体积增大，压强变小，B错误A正确；
CD．气体被压缩过程中，外界对气体做功，根据热力学第一定律
气体内能增大，温度升高，体积减小，根据
可知压强变大，CD正确。
故选ACD。
9．BC
【详解】
A．从a到b，根据可知，压强不变，体积变大，则温度升高，气体分子平均动能变大，但是并非每个气体分子的动能都增大，故A错误；
B．根据可知，从b到c，体积不变，压强变大，则气体温度升高，故B正确；
C．从a经过b、c、d，再回到a的过程，其中从a到d过程气体对外做功的值等于图线与V轴围成的面积，从d回到a时外界对气体做功也等于图像与V轴围成的面积大小，则整个过程中气体对外界做功；而整个过程中内能不变，则由热力学第一定律可知，外界向气体传递的热量与气体对外界所做的功相等，故C正确；
D．从d到a，气体体积减小，则外界对气体做正功，气体对外界做负功，故D错误。
故选BC。
10．BDE
【详解】
A．在一定的温度下，气体分子热运动的速率各不相同，具有一定的统计分布，A错误；
BC．气体温度不变，体积增大，根据玻意耳定律，压强减小，分子的密集程度减小，因此单位时间内撞击气缸壁上单位面积的平均次数减少，B正确、C错误；
D．一定质量的理想气体的内能只与温度有关，因此内能不变，气体吸收的热量等于对外做的功，D正确；
E．在等温膨胀过程中，气体从单一热源吸热，全部用来对外做功，但不违反热力学第二定律，此过程由外力对活塞做功来维持，即对外界产生了其他影响，如果没有外力的作用，则不可能发生，E正确。
故选BDE。
11．BD
【详解】
D．由于两部分盛有相同质量、相同温度的同种理想气体，根据
可知初始状态时
拔去销钉后，活塞向左移动，气体b对气体a做功，根据热力学第一定律可知，最终气体温度
D正确；
AB．达到平衡后两边压强相等，根据
可得
A错误，B正确；
C．由于最终a内气体温度高，分子平均动能较大，因此分子对容器壁撞击的力量较大，而两边压强相等，因此在相同时间内，a部分气体对隔板碰撞的分子数较少，C错误。
故选BD
12．ADE
【详解】
A．如图所示，因为等温线离O点越远，温度越高，所以气体由状态A到B过程，温度先升高后降低，A正确；
B．因为等温线离O点越远，温度越高，气体由状态B到C过程，温度降低，内能减小，B错误；
C．气体由状态C到D过程，体积增大，分子间的平均间距增大，C错误；
D．气体由状态C到D过程，体积增大，气体对外做功，D正确；
E．气体由状态D到A过程，体积不变，根据，其热力学温度与压强成正比，E正确。
故选ADE。
13．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）气体等压变化，由盖一吕萨克定律得
解得
（2）对气缸，由平衡条件得
气体做功
解得
（3）由热力学第一定律得
气体内能增加量
14．（i）
（ii）
【详解】
（i）对下部分气体N，做等温变化，初状态压强为：
体积为：
末状态:压强为p2，体积为：
根据玻意耳定律有：
对上部分气体M，当活塞A移动到最低点时，对活塞A受力分析可得出两部分气体的压强
初状态：压强为p0，温度为T0，体积为V0
末状态：压强为，温度，体积为
根据理想气体状态方程，有：
代入数据解得：
（ii）设上部分气体M，等温变化，压强回到p0时体积为V3，根据玻意耳定律有：
代入数据解得：
对应释放气体的等效体积为：
释放气体与原气体质量m0之比为：
15．(1)；(2)放热；
【详解】
(1)当气体的温度最低时，活塞与气缸底部之间的最小距离为，缸内气体的压强为
则有
解得
根据理想气体状态方程得
解得
(2)气体先发生等容变化，当活塞刚要移动时，气体的温度为，根据查理定律得
解得
再发生等压变化，该过程外界对气体做的功为，则
该过程内能的变化量
综上，根据热力学第一定律知气体放热且放出的热量为
16．(1)；(2)内能减少；
【详解】
(1)由查理定律得
解得
(2)温度由下降到过程为等容过程，，温度降低，内能减少，由
得