2021-2022学年粤教版(2019)选择性必修第三册
第三章
热力学定律
单元检测(解析版)
第I卷(选择题)
一、选择题(共48分)
1.以下说法正确的是( )
A.气体对外做功,其内能一定增加
B.分子势能可能随分子间距离的增加而增加
C.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
D.热量不可能从低温物体传到高温物体
2.关于热力学定律,下列说法中正确的是( )
A.在一定条件下物体的温度可以降到绝对零度
B.第二类永动机和第一类永动机一样,都违背了能量守恒定律
C.热机的效率可以达到100%
D.在热传递中,热量不可能自发地从低温物体传给高温物体
3.下列说法正确的是(
)
A.布朗运动是悬浮在液体中,固体颗粒分子的无规则运动
B.气体从外界吸收热量,气体的内能一定增大
C.知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数
D.一定质量的气体,体积不变,温度越高,气体的压强就越大
4.下列各种说法中不正确的是( )
A.露珠呈球形是由于表面张力所致
B.布朗运动反映了悬浮颗粒中分子运动的无规则性
C.第二类永动机不违背热力学第一定律
D.给自行车打气时气筒压下后反弹,不是由于分子斥力造成的
5.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(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”、下列说法正确的是( )
A.A→B过程中,气体从外界吸热并全部用来对外做功,所以违反了热力学第二定律
B.B→C过程中,气体分子的平均动能减小
C.C→D过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少
D.D→A过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化
6.在热力学中,下列说法正确的是( )
A.当分子间的距离变小时,分子间作用力可能减小,也可能增大
B.物体的温度越高,分子热运动越剧烈,每个分子的动能越大
C.一定质量的理想气体吸热后,温度一定升高
D.一定质量的理想气体,对外做功,压强一定减小
7.热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象。所谓能量耗散是指在能量转化过程中无法把流散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是( )
A.能量耗散说明能量不守恒
B.能量耗散现象告诉我们内能可以全部转化为其他形式的能
C.能量耗散过程中能量仍守恒,只是能量的转化有方向性
D.待科技发达到一定程度可消除能量耗散现象,就可以制造成这样的机器
8.下列说法正确的是( )
A.0
°C的冰与0
°C的水分子的平均动能相同
B.水黾可以停在水面上、叶面上的露珠呈球形都是因为表面张力
C.布朗运动就是悬浮在液体或者气体中固体颗粒做无规则运动
D.液晶像液体一样具有流动性,而其光学性质与某些晶体相似,具有各向同性
E.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-293
℃
9.对于孤立体系中发生的实际过程,下列说法中正确的是( )
A.系统的总熵只能增大,不可能减小
B.系统的总熵可能增大,可能不变,还可能减小
C.系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展
D.系统逐渐从比较无序的状态向更有序的状态发展
10.下列说法中正确的是( )
A.物体是由大量分子组成的,分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小
B.悬浮在水中的花粉颗粒的运动不是水分子的运动,而是花粉分子的运动
C.物体的机械能可能为零,而内能不可能为零
D.第二类永动机违反能量守恒定律
E.一定质量的理想气体压强不变,温度升高时吸收的热量一定大于内能的增加量
11.下列说法中正确的是( )
A.—定质量的理想气体体积增大时,其内能一定减少
B.气体的温度降低,某个气体分子热运动的动能可能增加
C.当水面上方的水蒸气达到饱和状态时,水中不会有水分子飞出水面
D.气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的
12.用活塞压缩绝热汽缸里的空气,越往下压所需的压力越大,这是因为( )
A.分子间的距离变小,斥力变大的缘故
B.单位体积内分子数增多,相同时间内分子碰撞活塞的次数增多
C.空气体积减小,压强增大
D.空气温度升高,分子运动变剧烈,碰撞活塞时给活塞的撞击力增大
第II卷(非选择题)
二、解答题(共52分)
13.如图所示,绝热容器中封闭一定质量的理想气体,现通过电热丝缓慢加热,当气体吸收热量Q时,活塞恰好缓慢上移H,已知活塞横截面积为S,重量忽略不计,大气压强为p0,求封闭气体内能增加量。
14.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起,若不计气泡内空气分子个数和分子势能的变化,在上浮过程中气泡的内能如何变化,吸热还是放热?
15.如图所示,导热性能良好的汽缸由两部分组成,上端开口下端封闭,两部分汽缸的高度均为,其中上、下两汽缸的截面均为圆形,两截面的面积分别为2S、S,质量分别、m的活塞M、N将理想气体甲、乙封闭在汽缸中。当环境的温度为且系统平衡时,两活塞均位于两汽缸的正中央位置;如果将环境的温度降低到(未知),活塞M刚好到达汽缸的底部,且该过程理想气体乙向外界放出的热量为Q。已知大气压强为,重力加速度为g。求:
(1)降温后的环境温度为多少?
(2)上述过程中,理想气体乙减少的内能为多少?
16.气压升降椅的核心部件是气压棒,充气压力管中封闭着一定量的空气(可近似看成理想气体)。把充气压力管简化成直径为、内壁光滑的均匀圆管,上方用活塞(质量不计)密封,质量为的座椅与活塞固定,如图所示。已知没有人坐在座椅上时,充气压力管内空气的长度为,重力加速度大小为。
(i)求没有人坐在座椅上时充气压力管内、外气体的压强差;
(i
i)若质量为的人坐在座椅上,稳定时充气压力管内气体温度与外界温度相同,此过程充气压力管内气体向外界散发的热量为,外界大气压强为,求稳定时座椅下降的距离及此过程活塞对管内气体做的功。
参考答案
1.B
【详解】
A.根据热力学第一定律可知,做功和热传递都可以改变物体的内能,气体对外做功,若同时吸收一定的热量,其内能可能增加,也可能减小,故A错误;
B.分子势能随分子之间距离的变化比较复杂,当分子力表现为引力时,距离增大时,分子力做负功,分子势能增大,故B正确;
C.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,说明云母是晶体,故C错误;
D.根据热力学第二定律可知,在一定的条件下热量可能从低温物体传到高温物体,如空调机,故D错误。
故选B。
2.D
【详解】
A.热力学第三定律告诉我们,绝对零度永远无法达到,A错误;
B.第一类永动机违反能量守恒定律,第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反热力学第二定律,B错误;
C.不可能从单一热源吸收热量使之全部用来做功而不产生其他影响,热机效率无法达到100%,C错误;
D.热量可以从低温物体传到高温物体,但是不可能自发的从低温传到高温物体,D正确。
故选D。
3.D
【详解】
A.布朗运动是悬浮在液体中,固体颗粒的无规则运动,不是分子的运动,所以A错误;
B.气体从外界吸收热量,并且对外界做功,根据热力学第一定律
则气体的内能不一定增大,所以B错误;
C.知道某物质的摩尔质量和分子质量可求出阿伏加德罗常数,所以C错误;
D.一定质量的气体,体积不变,温度越高,则气体的平均动能越大,单位时间内撞击气壁的分子数越多,冲量越大,所以气体的压强就越大,则D正确;
故选D。
4.B
【详解】
A.露珠呈球形是由于表面张力所致,故A正确;
B.布朗运动反映了液体分子运动的无规则性,故B错误;
C.第二类永动机不违背热力学第一定律,它违反热力学第二定律,能量转化有一定的方向性在不改变其他条件下,故C正确;
D.给自行车打气时气筒压下后反弹,是由于气体压强的原因,不是分子作用力的作用,故D正确。
本题选错误项,故选B。
5.B
【详解】
A.A→B过程中,温度不变内能不变,故气体从外界吸热并全部用来对外做功,该过程必然有外界的作用,因此产生了其他影响,不违背热力学第二定律,A错误;
B.B→C为绝热过程,体积增大对外做功,由热力学第一定律可知,内能减小温度降低,故气体分子的平均动能减小,B正确;
C.C→D过程,温度不变,体积减小压强增大,从微观上来看,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多,C错误;
D.D→A为绝热过程,体积减小,外界对气体做功,故内能增大,温度升高,分子平均动能增大,气体分子的速率分布曲线会发生变化,D错误。
故选B。
6.A
【详解】
A.当分子间的距离变小时,分子间作用力可能减小,也可能增大,所以A正确;
B.物体的温度越高,分子热运动越剧烈,分子的平均动能越大,但是并不是每个分子动能都增大,所以B错误;
C.根据热力学第一定律
一定质量的理想气体吸热后,内能不一定增大,则温度不一定升高,所以C错误;
D.一定质量的理想气体,对外做功,体积增大,但是如果同时吸收热时,则内能可能增大,温度升高,其压强不一定减小,所以D错误;
故选A。
7.C
【详解】
AC.能量耗散的过程是能量向品质低的大气内能转变过程,但总的能量是守恒的,不能凭空产生,也不能凭空消失,只是能量的转化有方向性。故A错,C对;
B.根据热力学第二定律知,内能不可能全部转化为其他形式的能而不发生其他改变,故B错;
D.这类机器违背了热力学第二定律,不可能制造成,故D错。
故选C。
8.ABC
【详解】
A.0
°C的冰与0
°C的水温度相同,分子平均动能相同,故A正确;
B.水黾可以停在水面上、叶面上的露珠呈球形都是因为表面张力,故B正确;
C.布朗运动就是悬浮在液体或者气体中固体颗粒做无规则运动,故C正确;
D.液晶是一种特殊物质形态,它像液体一样具有流动性,而其光学性质与某些晶体相似,具有各向异性,故D错误;
E.尽管技术不断进步,热机的效率仍不能达到100%,而绝对零度也无法达到,故制冷机不可以使温度降到-273.15
℃以下,故E错误。
故选ABC。
9.AC
【详解】
AB.在孤立体系中发生的实际过程,其系统的总熵是增加的,它不可能减小,故A正确,B错误;
CD.根据熵增加原理,系统总是自发的从比较有序的状态向更无序的状态发展,故C正确,D错误。
故选AC。
10.ACE
【详解】
A.根据分子动理论的内容可知,物体是由大量分子组成的,分子间的引力和斥力同时随分子间距离的增大而减小,故A正确;
B.布朗运动是悬浮在液体中固体微粒的无规则运动,是由大量分子撞击引起的,反应了液体分子的无规则运动,故B错误。
C.物体的宏观速度相对于参考系的速度为0时,其动能可以为0,选定合适的参考面则势能可以为零,因此机械能可以为零;而内能是物体内所有分子的分子动能与分子势能的和,分子动能不可能为0,所以物体
的内能不可能为0,故C正确;
D.第二类永动机不违反能量守恒定律,违反了热力学第二定律,故D错误;
E.一定质量的理想气体压强不变,温度升高时,根据理想气体的状态方程:,可知气体的体积一定增大,所以气体对外做功,然后根据热力学第一定律可知,吸收的热量一定大于内能的增加量。故E正确。
故选ACE。
11.BD
【详解】
A.根据公式
可得体积增大,有可能压强减小,温度不变,其内能不变,A错误;
B.温度是分子的平均动能的标志,是大量分子运动的统计规律,物体温度降低,不是每个分子热运动的动能均降低,个别分子动能有可能增加,B正确;
C.水蒸气达到饱和状态时,蒸发和液化达到动态平衡,仍旧会有蒸发现象,仍旧会有水分子飞出水面,C错误;
D.压强就是因为大量气体分子不断碰撞容器器壁而产生的,D正确。
故选BD。
12.BCD
【详解】
A.气体被压缩时,虽然气体分子之间的距离在减小,可是分子之间的距离还是很大的,因此分子之间的作用力可以忽略,A错误;
BCD.绝热汽缸表明气体与外界没有热交换即Q=0,体积减小时,外界对气体做功,气体内能增大则温度升高,温度升高,体积又减小,由压强微观解释可知压强增大,BCD正确。
故选BCD。
13.
【详解】
加热过程中气体做等压变化,封闭气体压强为
p=p0
气体对外做功为
W=p0SH
由热力学第一定律知内能的增加量为
U=Q﹣W=Q﹣p0SH
14.内能不变,吸收热量
【详解】
气泡上升过程中,温度不变,内能不变;上浮过程中,压强减小,则体积变大,对外做功,根据?U=W+Q可知,气泡吸收热量。
15.(1);(2)
【详解】
(1)甲、乙两部分气体发生等压变化,设活塞N下降距离为x,对理想气体甲
由盖吕—萨克定律有
对理想气体乙
由盖吕—萨克定律有
联立解得
,
(2)理想气体甲的压强为
理想气体乙的压强为
理想气体乙被压缩过程中,外界对气体做的功为
根据热力学第一定律可得,理想气体乙内能的减少量为
解得
16.(i);(i
i),
【详解】
(i)没有人坐在座椅上时,座椅受到管内气体压力、管外大气压力和自身的重力,设管内气体压强为
管外大气压为,根据平衡条件有
解得
(ii)质量为的人坐在座椅上后,设稳定时管内气体压强为,则有
解得
由热力学第一定律知,座椅下降过程中活塞对管内气体做的功