第三章 热力学定律 单元检测1（Word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
单元检测1（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．如图所示，一定质量的理想气体由状态，O、A、D三点在同一直线上，由状态过程中（　　）
A．气体内能增加且向外界放出热量
B．气体分子势能增大
C．每个气体分子的动能都增大
D．状态A的压强小于状态C的压强
2．一定质量理想气体的状态变化如图所示，该气体从状态a沿圆形线到状态b、c、d，最终回到状态a，则（　　）
A．状态b到状态d的过程是等温变化过程
B．状态a的压强大于状态b的压强
C．从状态c到状态d，体积减小
D．从状态a到状态c，内能增大
3．下列说法正确的是（
）
A．对一定质量的理想气体加热，其内能一定增大
B．理想气体放出热量，其分子的平均动能一定减小
C．可以从单一热源吸收热量，使之完全转变为功而不发生其他变化
D．一定质量的理想气体，当它的压强、体积都增大时，其内能一定增大
4．下列说法正确的是（　　）
A．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
B．气体对外做功，内能一定减少
C．物体的温度越高，分子的平均动能越大
D．第二类永动机因为违反了能量守恒定律所以无法实现
5．“回热式热机”的热循环过程可等效为如图所示a→b→c→d→a的曲线，理想气体在a→b、c→d为等温过程，b→c、d→a为等容过程，则（　　）
A．a状态气体温度比c状态低
B．a状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比b状态少
C．b→c、d→a两过程气体吸、放热绝对值相等
D．整个循环过程，气体对外放出热量
6．下列说法中正确的是（　　）
A．因为液体表面有收缩的趋势，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，又具有光学各向同性
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
7．下列说法中正确的是（　　）
A．电热器消耗的电能可以全部变成内能
B．在火力发电中，水蒸气的内能可以全部转化为电能
C．在手机中，电池的电能可以全部转化为空气振动的机械能
D．可以制造一种传热物体，能使热量自发地从物体的低温端传给高温端
8．一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．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热量
B．b和c两个状态中，状态b下容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的平均次数较小
C．过程ab中气体一定吸热
D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小
9．下列说法正确的是（　　）
A．液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子对它的撞击作用不平衡所引起的
B．当容器内气体吸热膨胀时，气体分子的平均动能可能减小
C．当水的温度升高时，每一个水分子的运动速率都会增大
D．处于完全失重状态的水滴呈球形，是液体表面张力作用的结果
E.晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体
10．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
B．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
C．不可能使热量从低温物体传向高温物体
D．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
11．如图所示，一定质量的理想气体经历了A→B→C→D→A的循环过程，其中C→D为等温过程，下列说法正确的是（　　）
A．A→B过程气体温度升高，气体向外界放热
B．B→C过程气体对外界做功，气体温度升高
C．C→D过程气体内能不变，气体从外界吸热
D．D→A过程气体分子在单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加
E.A→B→C→D→A整个过程中气体对外界做的功小于外界对气体做的功
12．下列说法正确的是（　　）
A．内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化
B．根据热力学第二定律可知，各种形式的能可以自发地相互转化
C．外界对物体做功，同时物体向外界放出热量，物体的内能可能不变
D．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．一定质量的气体，在保持压强恒等于1.0×105Pa的状况下，体积从20L膨胀到30L，这一过程中气体共从外界吸热4×103J，求：
(1)气体对外界做了多少焦耳的功？
(2)气体的内能变化了多少？
14．一定质量的理想气体，沿如图所示折线由状态A依次变化到状态B、C、A，已知在状态A时，温度为360K，取1atm＝105Pa，求：
①气体在C状态的温度是多少K？
②经过一个循环气体吸热还是放热？吸收或放出了多少热量？
15．如图甲所示，一定质量的理想气体被质量为m的活塞封闭在导热良好的汽缸内，此时活塞静止且距离底部的高度为h，不计活塞与汽缸间的摩擦。外界大气压强为（未知），其中，汽缸截面积为S，重力加速度为g，求：
(1)甲图中封闭气体的压强?
(2)若在活塞上放置质量为m的铁块，活塞下滑后再次静止，如图乙所示，求=?（此过程温度不变）。
(3)现对乙图中封闭气体缓慢加热，使活塞刚好回到原来的位置，若此过程中气体从外界吸收的热量为Q，则气体的内能增加了多少？
16．科学精神的核心是对未知的好奇与探究。小君同学想寻找教科书中“温度是分子平均动能的标志”这一结论的依据。她以氦气为研究对象进行了一番探究。经查阅资料得知：第一，理想气体的模型为气体分子可视为质点，分子间除了相互碰撞外，分子间无相互作用力；第二，一定质量的理想气体，其压强p与热力学温度T的关系式为p=nkT，式中n为单位体积内气体的分子数，k为常数。
她猜想氦气分子的平均动能可能跟其压强有关。她尝试从理论上推导氦气的压强，于是建立如下模型：如图所示，正方体容器静止在水平面上，其内密封着理想气体—氦气，假设每个氦气分子的质量为m，氦气分子与器壁各面碰撞的机会均等；与器壁碰撞前后瞬间，分子的速度方向都与器壁垂直，且速率不变。请根据上述信息帮助小君完成下列问题：
(1)设单位体积内氦气的分子数为n，且其热运动的平均速率为v。
①求一个氦气分子与器壁碰撞一次受到的冲量大小I；
②求该正方体容器内氦气的压强p；
③请以本题中的氦气为例推导说明：温度是分子平均动能（即）的标志。
(2)小君还想继续探究机械能的变化对氦气温度的影响，于是进行了大胆设想：如果该正方体容器以水平速度u匀速运动，某时刻突然停下来，若氦气与外界不发生热传递，请你推断该容器中氦气的温度将怎样变化？并求出其温度变化量。
参考答案
1．D
【详解】
A．根据图象可知：气体由状态A→B→C→D过程中，最终状态与初状态相比温度升高、体积增大，则气体内能增大、对外做功，根据热力学第一定律△U=W+Q可知整个过程中气体吸收热量，故A错误；
B．一定质量的理想气体分子势能为零，故B错误；
C．气体温度升高，气体分子平均动能增大，但不是每个气体分子的动能都增大，故C错误；
D．根据理想气体的状态方程可得
V－T图象中某点与坐标原点连线的斜率越大则压强越小，所以状态A的压强小于状态C的压强，故D正确。
故选D。
2．D
【详解】
A．状态b到状态d的过程，温度先升高后降低，不是等温变化过程，选项A错误；
B．根据
可得
则因为a点与O点连线斜率大于b点与O点连线的斜率，可知状态a的压强小于状态b的压强，选项B错误；
C．由图线可知，从状态c到状态d，体积增加，选项C错误；
D．从状态a到状态c，温度升高，则内能增大，选项D正确。
故选D。
3．D
【详解】
A．对一定质量的理想气体加热时，气体可以通过热传递向外传热，使其温度降低，内能减小，故A错误。
B．一定质量的理想气体放出热量，如果外界对气体做功，则气体内能可能增加，温度升高，分子的平均动能增加，故B错误。
C．热力学第二定律可以表示为：不可能从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化。故C错误；
D．一定质量的理想气体，当压强、体积都增大时，根据
，气体的温度一定升高，则分子总动能一定增大；因理想气体分子势能不计，故气体内能一定增加；故D正确；
故选D。
4．C
【详解】
A．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，所以A错误；
B．根据热力学第一定律可得
物体内能的变化不但与气体做功与否有关，还要考虑物体与外界热量的传递，所以B错误；
C．物体的温度越高，分子的平均动能越大，所以C正确；
D．第二类永动机不违反能量守恒定律，违反了物理过程的方向性，所以D错误。
故选C。
5．C
【详解】
A．由于
而从b到c的过程中，发生等容变化，因此
可得
因此a状态气体温度比c状态高，A错误；
B．由图可知
而
根据压强的微观解释，可知a状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比b状态多，B错误；
C．b→c、d→a两个过程都发生等容变化，根据热力学第一定律
吸收或放出的热量都用来改变物体的内能，由于内能的变化量相同，因此体吸、放热热量的绝对值相等，C正确；
D．在图像中，图像与横轴围成的面积等于气体做的功，可知整个循环过程，气体对外做功，而内能没变，因此吸收热量，D错误。
故选C。
6．D
【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，虽然液体表面有收缩的趋势，但液体表面分子间仍存在引力和斥力，只不过引力大于斥力，分子力表现为引力，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错误；
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。
故选D。
7．A
【详解】
AB．根据热力学第二定律，电热器消耗的电能可以全部变成内能，但内能不能全部转化为电能，
B错误A正确；
C．电池的电能转化为空气振动的机械能的同时伴随着放热过程，不会全部转化为空气振动的机械能，C错误；
D．根据热力学第二定律，不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，D错误。
故选A。
8．CD
【详解】
A．过程ca中压强不变、体积减小，外界对气体做功，由
可知，温度降低，内能减小，由热力学第一定律可知，外界对气体所做的功小于气体所放的热量，A错误；
B．过程bc中温度不变、压强减小，可知体积增大，可知，b和c两个状态中，状态c下容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的平均次数较小，B错误；
C．图线ab为等容线，故过程ab中体积不变，温度升高，内能变大，由热力学第一定律可知，气体一定吸热，C正确。
D．a、b和c三个状态中，状态a的温度最低，故分子的平均动能最小，D正确。
故选CD。
9．ABD
【详解】
A．液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子对它的撞击作用不平衡所引起的，间接反映了周围液体分子运动的无规则性，A正确；
B．气体吸收热量时，对外做功情况不明，根据热力学第一定律，气体的内能可能减小，可能增大，还可能不变，分子平均动能也可能变大，变小，还可能不变，B正确；
C．当水的温度升高时，大多数水分子的运动速率增大，C错误；
D．处于完全失重状态的水滴，由于液体表面张力，水滴呈球形，D正确；
E．单晶体一定有规则的几何形状，多晶体没有规则的几何外形，金属属于晶体，E错误；
故选ABD。
10．BD
【详解】
A．对某物体做功，但是若物体放热，则该物体的内能不一定增加，选项A错误；
B．根据热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，但是必须引起外界变化，选项B正确；
C．根据热力学第二定律可知，热量也可能从低温物体传向高温物体，但是要引起其他变化，选项C错误；
D．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程，选项D正确。
故选BD。
11．BCD
【详解】
A．A→B过程是等容变化，压强增大则温度升高，内能增大，气体不做功，所以气体应从外界吸热，A选项错误；
B．B→C过程体积增大，气体对外界做功，B→C过程是等压变化，体积增大，则温度升高，B选项正确；
C．C→D过程是等温变化，气体内能不变，体积增大，气体对外界做功，所以气体应从外界吸热，C选项正确；
D．D→A过程是等压变化，体积减小则温度降低，气体分子在单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加，D选项正确；
E．A→B→C→D→A整个过程气体温度不变，则内能不变，但由图像可知，B→C→D过程气体对外界做的功大于D→A过程外界对气体做的功，E选项错误。
故选BCE。
12．CD
【详解】
A．根据热力学第二定律，内能可以不全部转化为机械能而不引起其他变化，A错误；
B．热力学第二定律反映了能量转化是具有方向性的，B错误；
C．根据热力学第一定律可知，若外界对物体做功等于物体向外界放出热量，物体的内能不变，C正确；
D．气体膨胀后，我们必须对气体做功，使之恢复原来的状态，所做的功转化为气体向外界传出的热量，根据热力学第二定律，我们无法通过循环过程再将这热量完全转化为功，所以这个过程是不可逆的，
D正确。
故选CD。
13．(1)103J；(2)3×103J
【详解】
(1)气体对外做功
W1=p(V2-V1)=1.0×105×(30-20)×10-3J=103J
(2)外界对气体做功
根据热力学第一定律?U=W+Q
解得
?U=-103+4×103J
=3×103J
即内能增加3×103J。
14．(1)TC＝180K
(2)吸热300J
【解析】
【详解】
①A、C两状态体积相等，根据查理定律得：，又、、
解得：
②整个循环过程气体对外做的功等于三角形ABC包围的面积，根据热力学第一定律有：
而
解得：，表示吸热.
15．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)甲图气体内部压强为，活塞静止，则得
解得
(2)图乙中，活塞下滑后再次静止
气体发生的是等温变化，由玻意耳定律
得
(3)活塞刚好回到原来位置的过程中，气体发生的是等压变化，则外界对气体做功
根据热学第一定律可知
得
16．(1)
①；②；③见解析；(2)
【详解】
(1)
①根据动量定理可得，碰撞一次受到的冲量大小
②设立方体一个侧面的面积为S，在时间内，体积为
内的分子有（假设向各个方向的分子数相等）与该侧面相撞，因此与该面碰撞的分子数
这些分子受到的总冲量
根据动量定理
代入数据，整理得
根据牛顿第三定律，该侧壁受到的平均压力
压强大小
①
③由于
p=nkT②
将①②联立可得
由于分子的平均动能与热力学温度T成正比，与其它因素无关，故温度是分子平均动能的标志。
(2)设立方体内有N个氦气分子，当氦气随容器匀速运动时，整个气体机械运动的动能为
设此时的温度为T1，气体分子的总内能为
突然停止后，设此时的温度为T2，则总内能为
根据能量守恒，这此分子机械运动的动能全部转化为内能
则升高的温度
代入数据，整理得