第三章 热力学定律 单元测试题（解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册
第三章
热力学定律
单元测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．根据热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成
B．效率为100%的热机是不可能制成的
C．电冰箱的工作过程表明，热量可以自发地从低温物体向高温物体传递
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
2．如图，一开口向上的绝热气缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上，使其缓慢上升，系统始终处于平衡状态。在活塞上升过程中（　　）
A．气体对外界做功，气体放出热量
B．气体压强逐渐减小，气体内能减少
C．气体体积逐渐增大，气体内能增知
D．气体压强逐渐增大，气体温度降低
3．关于热学方面的知识，下列说法正确的是（　　）
A．如a图，布朗运动中，显微镜下记录的是三颗小炭粒的沿着折线的运动轨迹，这表明小炭粒没有被液体分子撞击时做直线运动，受到撞击会改变运动方向
B．如b图，荷叶上的水珠呈球状，这是浸润现象，这是液体表面张力的一种表现
C．多晶体没有确定的几何形状，一定压强下具有确定熔点的特征，能够显示各向异性
D．热力学第二定律的开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性；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。
4．某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体（　　）
A．在状态a和c时的内能可能相等
B．在a→b过程中，外界对其做的功全部用于增加内能
C．b→c过程中增加的内能小于d→a过程中减少的内能
D．在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量
5．关于热现象和热学规律，下列说法正确的是（　　）
A．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出每个气体分子的体积
B．一定质量的理想气体温度升高，产生的压强一定增大
C．温度一定时，悬浮在液体中的固体颗粒越大，布朗运动越明显
D．第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第二定律
6．夏天，如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下暴晒（暴晒过程中内胎容积几乎不变），车胎极易爆裂．关于这一现象有以下描述，其中正确的是（
）
A．车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果
B．在爆裂前的过程中，气体温度升高，标志着每一个气体分子速率都增大了
C．在爆裂前的过程中，气体分子的势能增加
D．在车胎突然爆裂的短时间内，气体内能减少
7．在气缸中，用活塞封闭一定质量的理想气体，经历a→b→c→a的一系列变化，p-V图像如图所示，其中ab曲线是双曲线的一部分，bc、ca分别平行于横轴和纵轴则关于此气体下列表述正确的是（　　）
A．a→b过程中，分子平均动能增大
B．b→c过程中，分子势能增大
C．c→a过程中，气体吸热，内能增加
D．a→b过程中，压强减小，外界对气体做正功
8．关于固体、液体、气体，下列说法正确的是（　　）
A．在物理性质上具有各向同性的物质一定是非晶体
B．多晶体在熔化过程中分子平均动能保持不变
C．液体内部分子间的距离大于表面层分子间的距离
D．分子力表现为引力时，增大分子间距，分子势能增大
E.一定质量的理想气体对外做功，内能可能增大
9．用图示实验装置来测量大气压强，将一定质量不溶于水的理想气体密封在烧瓶内，烧瓶通过细玻璃管与注射器和装有水银的U形管连接，最初竖直放置的U形管左右两边的水银面等高，烧瓶中气体体积为600
mL。现用注射器缓慢向烧瓶中注人150
mL的水，稳定后水银面的高度差为25
cm，不计细玻璃管和U形管中气体的体积，环境温度不变。则（　　）
A．注水过程中瓶中气体体积不变
B．注水过程中瓶中气体内能变小
C．注水过程中瓶中气体放热
D．大气压强为75
cmHg
10．一定质量的理想气体经历下列过程后，说法正确的是（　　）
A．保持体积不变，增大压强，气体内能增大
B．降低温度，减小体积，气体分子单位时间内碰撞器壁单位面积的次数可能增大
C．保持体积不变，降低温度，气体分子单位时间内碰撞器壁单位面积的次数减小
D．压强减小，降低温度，气体分子间的平均距离一定减小
E.保持温度不变，体积增大，气体一定放出热量
11．如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小，下列说法中正确的是（　　）
A．从外界吸热
B．向外界放热
C．分子势能不变
D．内能减小
12．如图所示，一定质量的理想气体经历的状态变化为a→b→c→a，其中纵坐标表示气体压强p、横坐标表示气体体积V，a→b是以p轴和V轴为渐近线的双曲线。则下列结论正确的是（　　）
A．状态a→b，理想气体的内能减小
B．状态b→c，单位时间内对单位面积器壁碰撞的分子数变少
C．状态b→c，外界对理想气体做正功
D．状态c→a，理想气体的密度不变
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的气缸内，活塞可沿气缸无摩擦地滑动。活塞面积，质量m=2kg，气缸竖直放置时，活塞相对于底部的高度为h=1.2m，室温等于27°C；现将气缸置于77°C的热水中，已知大气压强，取g=10m/s2，求：
（1）平衡时活塞离气缸底部的距离
（2）此过程中内部气体吸收热量28.8J，气体内能的变化量
14．如图所示，汽缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡，已知活塞距缸口，活塞面积，封闭气体的体积为，温度为，大气压强，物体重力，活塞重力及一切摩擦不计。缓慢升高环境温度，封闭气体吸收了的热量，使活塞刚好升到缸口。求：
(1)活塞刚好升到缸口时，气体的温度是多少？
(2)汽缸内气体对外界做多少功？
(3)气体内能的变化量为多少？
15．一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p－V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为TA=320
K，试求：
（1）气体在状态C时的温度TC；
（2）若气体在A→B过程中吸热900J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？
16．一定质量的理想气体从状态变化到状态，再变化到状态，其状态变化过程的图象如图所示。已知该气体在状态时的温度为。摄氏温度与热力学温度的关系为：，则：
（1）该气体在状态，时的温度分别为多少摄氏度？
（2）该气体从状态到状态的过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？
参考答案
1．B
【详解】
A．第二类永动机违反了热力学第二定律，因此不可能制成，故A错误；
B．效率为100%的热机是不可能制成的，故B正确；
C．电冰箱通过消耗电能才能把热量从低温的箱体内转移到温度较高的箱体外，故C错误；
D．从单一热源吸收热量，不可能使之完全变为有用功，故D错误。
故选B。
2．B
【详解】
活塞向下缓慢上升过程，气体体积增大，则气体对外界做功
由于是绝热气缸
由热力学第一定律
可知
所以要内能减小，则温度降低；又气体体积增大，由理想气体状态方程
可知，压强逐渐减小。故B正确，ACD错误。
故选B。
3．D
【详解】
A．每隔一定时间把观察到的炭粒的位置记录下来，然后用直线把这些位置依次连接成折线；故布朗运动图象是每隔一定时间固体微粒的位置，而不是运动轨迹，只是按时间间隔依次记录位置的连线；故A错误；
B．荷叶上的水珠呈球状，这是不浸润现象，这是液体表面张力的一种表现，故B错误；
C．多晶体没有确定的几何形状，一定压强下具有确定熔点的特征，能够显示各向同性，故C错误；
D．热力学第二定律的开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性；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正确。
故选D。
4．B
【详解】
A．从c到d为绝热膨胀，则Q=0，W<0，则内能减小?U<0，温度降低；从d到a，体积不变，压强减小，则温度降低，则状态c的温度高于a态温度，选项A错误；
B．在a→b过程中为绝热压缩，外界对气体做功W>0，Q=0，则?U=W，即外界对其做的功全部用于增加内能，选项B正确；
CD．从b→c过程系统从外界吸收热量，从c→d系统对外做功，从d→a系统放出热量，从a→b外界对系统做功，根据p-V图象下面积即为气体做功大小，可知c到d过程气体做功：图象中b→c→d→a围成的图形的面积为气体对外做的功，整个过程气体能内能变为为零，则
即在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量，则b→c过程中增加的内能大于d→a过程中减少的内能，故CD错误。
故选B。
5．D
【详解】
A．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体的分子所占据的空间大小，不能算出气体分子体积，A错误；
B．根据理想气体状态方程可知温度升高，压强不一定增大，B错误；
C．温度一定时，悬浮在液体中的固体颗粒越小，同一时刻撞击颗粒的液体分子数越少，冲力越不平衡，布朗运动越明显，C错误；
D．第二类永动机不可能制成的原因是因为其违背了热力学第二定律，D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A．车胎爆裂，是由于车胎内气体温度升高，体积保持不变，因此压强增大造成的，气体分子间相互作用力几乎为零，A错误；
B．在爆裂前的过程中，气体温度升高，绝大多数气体分子速率增大，满足统计规律，也有个别气体分子速率减小，B错误；
C．气体分子间相互作用力几乎为零，分子势能为零，在爆裂前的过程中，分子势能也不变，C错误；
D．在车胎突然爆裂的短时间内，气体对外做功，内能减少，D正确。
故选D。
7．C
【详解】
AD．
ab曲线是双曲线的一部分，在过程a→b中，属于等温变化，气体的温度不变，则分子平均动能不变，气体膨胀对外做功，故AD错误；
B．理想气体由于气体分子之间的作用力可以忽略不计，所以过程b→c中分子势能不变。故B错误；
C．从c到a等容升压，根据
可知温度升高，一定质量的理想气体内能决定于气体的温度，温度升高，则内能增加，根据热力学第一定律
可知，气体从外界吸收热量，故C正确。
故选C。
8．BDE
【详解】
A．在物理性质上具有各向同性的物质可能是多晶体，也可能是非晶体，A错误；
B．多晶体在熔化过程中温度不变，分子平均动能保持不变，B正确；
C．液体表面层分子间的距离大于内部分子间的距离，故分子力表现为引力，形成表面张力，C错误；
D．分子力表现为引力时，增大分子间距，分子力做负功，故分子势能增大，D正确；
E．一定质量的理想气体对外做功，若同时在吸收热量，内能可能增大，E正确。
故选BDE。
9．CD
【详解】
A．由题可知，水进入瓶中，则瓶中气体体积变小，故A错；
B．气体的内能是由温度和物质的量的多少决定的，一定质量的气体，温度不变，内能也不变，故B错误；
C．因为体积减少，说明外界对气体做功，，有热力学第二定律
气体内能不变，则气体对外放热，故C对；
D．开始气压为大气压强，设为，初始，注水后
所以由玻意耳定律有
可得出
故D对。
故选CD。
10．ABC
【详解】
A．根据气体状态方程可知，体积不变，增大压强，温度升高，气体内能增大，故A项正确；
B．降低温度，分子的平均动能减小，减小体积，单位体积内的分子数增多，根据＝C可知，压强有可能增大，故气体分子单位时间内碰撞器壁单位面积的次数可能增大，故B项正确；
C．保持体积不变，单位体积内的分子数不变，降低温度，根据可知，压强减小，气体分子单位时间内碰撞器壁单位面积的次数减小，故C项正确；
D．根据可知，当压强减小，降低温度，气体的体积也有可能增大，此时气体分子间的平均距离可能增大，故D项错误；
E．保持温度不变，气体的内能不变，体积增大，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量，故E项错误。
故选ABC。
11．BC
【详解】
水温恒定，即空气分子平均动能不变；不计分子间相互作用，即分子势能不变，由此可知空气内能不变。筒内空气体积减小，说明外界对空气做功，根据热力学第一定律知空气放出热量。
故选BC。
12．CD
【详解】
A．状态a→b为等温变化，所以理想气体内能不变，且体积增大，气体对外界做功，由热力学第一定律可知
即理想气体从外界吸收热量，所以A错误；
BC．状态b→c为等压变化，且体积减小，外界对气体做正功，单位面积上的分子数增大，所以B错误，C正确；
D．状态c→a为等容变化，即体积不变，由
可知，一定质量的理想气体的密度不变，所以D正确。
故选CD。
13．（1）；（2）增加4.8J
【详解】
（1）设活塞距气缸底部的距离为h2，取封闭气体为研究对象，气体发生等压变化，由盖吕萨克定律
解得
（2）在此过程中气体对外做功
由热力学第二定律
解得
气体内能增加4.8J
14．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)以封闭气体为研究对象
初态
，
末态
缓慢升高环境温度，封闭气体做等压变化，则有
解得
(2)设封闭气体做等压变化的压强为，活塞受力平衡有
汽缸内气体对外界做功
解得
(3)由热力学第一定律得汽缸内气体内能的变化量
解得
故汽缸内的气体内能增加了。
15．（1）400K；（2）内能增加，增加300J
【详解】
（1）D→A为等温线，则
C到D过程是等压变化，由盖吕萨克定律得
解得
（2）A到B过程压强不变，则气体对外做功为
根据热力学第一定律
则气体内能增加，增加300J
16．（1），；（2）吸热，
【详解】
（1）气体从状态变化到状态是等容过程，根据盖吕萨克定律，有
解得
即
气体从状态到状态，是等压过程，根据查理定律，有
解得
即
（2）气体从状态到状态体积增大，对外做功，即；，所以，到状态的过程中内能变化量为，由热力学第一定律得，所以的过程中是吸热。从到过程，体积不变，气体不外做功，外界也不对气体做功，只有到过程气体对外做功，故吸收的热量为