第三章 热力学定律 单元达标（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
单元达标（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．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传递到高温物体
B．一定质量的理想气体如果从外界吸收了4×105J的热量，内能就增加4×105J
C．一定质量的理想气体在绝热情况下向真空扩散，体积变大，内能不变
D．金刚石可以制成各种不同造型的首饰，说明它没有规则的几何形状，是非晶体
2．在商场一些柜台前常见到一种气压凳（如图），它的高度可以调节且舒适性好。其原理结构简化模型就是一个气缸活塞模型，内部封闭一定质量氮气。如果有一个人坐上去，关于内部气体（理想气体，忽略与外界热交换）的说法正确的是（　　）
A．外界对气体做功，内能增加
B．气体对外界做功，内能增加
C．体积减小，压强增大，温度不变
D．体积减小，压强不变，温度升高
3．在温度均匀且恒定的水池中，有一小气泡（其内部气体可视作理想气体）正在缓慢向上浮起，体积逐渐膨胀，在气泡上浮的过程中（　　）
A．气泡内的气体向外界放出热量
B．气泡内的气体与外界不发生热传递，其内能不变
C．气泡内的气体对外界做功，其内能减少
D．气泡内的气体对外界做功，同时从水中吸收热量，其内能不变
4．下列说法中不正确的是（　　）
A．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的
B．功是能量转化的量度
C．自然界中每种物质的运动形式都有与其相应的能所对应
D．能的转化和守恒定律是可以制造出“永动机”的理论依据
5．下列说法中正确的有（　　）
A．分子间的距离越小，分子势能越小
B．分子直径的数量级是10-7mm
C．分子间的距离越小，分子引力减小
D．物体吸热，内能一定增加
6．下列说法正确的是（　　）
A．若某种固体在光学上具有各向异性，则该固体可能为多晶体
B．液体表面张力的成因是表面层分子间的作用力表现为斥力
C．若液体P滴在固体Q上很难擦去，是由于附着层内分子间的距离比液体内分子间的距离小的缘故
D．某种物质从高温热源吸收20kJ的热量，不可能全部转化为机械能
7．一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．气体在a状态的体积大于b状态的体积
B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C．在过程ca中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D．在过程ab中气体从外界吸收的热量小于气体内能的增加量
8．指出下面例子中哪些是通过做功过程来改变物体内能的（　　）
A．阳光照射衣服，衣服的温度升高
B．用打气筒打气，筒壁变热
C．手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些
D．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点
9．以下说法正确的是（　　）
A．气体吸热的同时，也对外做功，则气体的温度有可能降低
B．温度低的气体不存在速率大的分子
C．内能一定无法全部用来做功转化为机械能，而不引起其他变化
D．水的饱和汽压随着温度升高而增大
E.布朗运动就是物体分子的无规则热运动
10．在一个绝热汽缸里，若因气体膨胀，活塞把重物逐渐举高，则在这个过程中，汽缸中的气体（可视为理想气体）（　　）
A．温度升高
B．温度降低
C．内能增加
D．内能减少
11．一定质量的理想气体由状态a经状态b、c到状态d，其体积V与热力学温度T的关系如图所示，O、a、d三点在同一直线上，ab和cd平行于横轴，bc平行于纵轴，则下列说法正确的是（　　）
A．从状态a到状态b，气体吸收热量
B．从状态b到状态c，气体对外做功，内能减小
C．从状态c到状态d，气体的密度不变
D．从状态a到状态d，气体的内能增加
12．如图所示，一定质量的理想气体从状态a出发，经等容过程ab到达状态b，再经等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a、下列说法正确的是（　　）
A．在ab过程中，气体对外界做功
B．在bc过程中，气体向外界放出热量
C．在ca过程中，气体向外界放出热量
D．在ca过程中，外界对气体做功
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．一定质量的理想气体从状态A经状态B、C、D后又回到状态A，其状态变化过程中的p-V图像如图所示。已知图线的AD段是双曲线的一部分，且该气体在状态A时的温度为270K。
（1）求气体在状态C时的温度TC和在循环过程中气体的最高温度Tm；
（2）若由状态C到状态D过程中吸收热量75J，则求此过程中内能的变化量ΔU。
14．如图所示，竖直放置、上端开口的绝热气缸底部固定一电热丝(图中未画出)，面积为S的绝热活塞位于气缸内(质量不计)，下端封闭一定质量的某种理想气体，绝热活塞上放置一质量为M的重物并保持平衡，此时气缸内理想气体的温度为T0，活塞距气缸底部的高度为h，现用电热丝缓慢给气缸内的理想气体加热，活塞上升了，封闭理想气体吸收的热量为Q。已知大气压强为p0，重力加速度为g。求：
(1)活塞上升了时，理想气体的温度是多少
(2)理想气体内能的变化量
15．如图所示，竖直放置的汽缸内有一定质量的理想气体，活塞横截面积为S＝0.10m2，活塞的质量忽略不计，气缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通．开始活塞被锁定，汽缸内封闭了一段高为80cm的气柱（U形管内的气体体积不计），此时缸内气体温度为27℃，U形管内水银面高度差h1＝15cm．已知大气压强p0＝75cmHg．
（1）让汽缸缓慢降温，直至U形管内两边水银面相平，求这时封闭气体的温度；
（2）接着解除对活塞的锁定，活塞可在汽缸内无摩擦滑动，同时对汽缸缓慢加热，直至汽缸内封闭的气柱高度达到96cm，求整个过程中气体与外界交换的热量（p0＝75cmHg＝1.0×105Pa）．
16．如图所示，竖直放置的足够长的密闭汽缸，缸内封存着一定质量的理想气体（气体质量可忽略不计），缸体质量m1=10kg，活塞质量m2=2kg，活塞横截面积S=2×10-3m2，活塞上部由一根绳悬挂于天花板上；汽缸下部被一个劲度系数k=1×103N/m的轻弹簧支住，弹簧刚好压缩0.02m，整个装置处于静止状态封闭在汽缸内的气柱长L1=0.2m，若外界大气压p0=1×105Pa，g取10m/s2，弹簧始终在其弹性限度内，求（结果保留2位有效数字）：
（1）此时汽缸内气体的压强；
（2）若将绳剪断，待汽缸和活塞重新平衡后温度保持不变汽缸内的气柱长改变了多少？
（3）剪断绳后到气缸和活塞重新平衡（温度保持不变），气缸里的气体是吸热还是放热，请说明你的理由。
参考答案
1．C
【详解】
A．根据热力学第二定律可知，热量也能从低温物体传递到高温物体，但是要引起其他的变化，选项A错误；
B．一定质量的理想气体如果从外界吸收了4×105J的热量，若气体对外做功，则内能增加小于4×105J，选项B错误；
C．一定质量的理想气体在绝热情况下向真空扩散，体积变大，气体对外不做功，与外界也无热交换，则内能不变，选项C正确；
D．金刚石可以制成各种不同造型的首饰，但天然的金刚石有规则的几何形状，是晶体，故D错误；
故选C。
2．A
【详解】
AB．气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，内能增加，故A正确，B错误；
CD．气体被压缩，体积减小，根据理想气体状态方程可知，压强增大，由上分析可知气体的内能增大，温度升高，故CD错误。
故选A。
3．D
【详解】
气泡体积增大，对外做功，由于温度不变，分子的平均动能不变，气泡内气体内能不变，根据
可知，气体吸收热量，选项ABC错误，D正确。
故选D。
4．D
【分析】
做功与热传递在改变物体的内能的效果上是等效的，但从能的转化观点来看它们的区别在于做功是其他形式的能转化为内能，能量的形式没有变化；热传递则是内能在物体间发生转移；功是物体能量转化的量度；结合热力学第二定律分析。
【详解】
A．根据做功与热传递的特点可知，做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，故A正确；
B．做功的过程总伴随能量的转化，功是物体能量转化的量度，故B正确；
C．自然界中每种物质的运动形式都有其相应的能所对应，故C正确；
D．结合热力学第二定律可知，第二类永动机不违反能的转化和能量守恒定律，但第二类永动机不能制成，故D错误。
故选D。
【点睛】
5．B
【详解】
A．当分子间表现为斥力时，分子距离减小时，分子力做负功，则分子势能变大，A错误；
B．分子直径的数量级是10-7mm，B正确；
C．分子间的距离越小，分子引力增加，C错误；
D．物体吸热，若对外放热，则内能不一定增加，D错误。
故选B。
6．C
【详解】
A．若某种固体在光学上具有各向异性，则该固体是单晶体，故A错误；
B．液体表面张力的成因是表面层分子间距较大，分子间作用力表现为引力，故B错误；
C．若液体P滴在固体Q上很难擦去，根据浸润的定义，是由于附着层内分子间的距离比液体内分子间的距离小的缘故，说明液体P浸润固体Q。故C正确；
D．某种物质从高温热源吸收20
kJ的热量，可以全部转化为机械能，但会引起外界变化，故D错误。
故选C。
7．C
【详解】
A．由图可得
=
依据
=C
可知
Va=Vb
A项错误；
B．一定量理想气体的内能取决于温度，气体在状态a时的内能小于它在状态c时的内能，B项错误；
C．ca为等压过程，温度下降，体积减小，内能减少，即ΔU<0，外界对气体做功，W>0，根据
W+Q=ΔU
得|Q|>|W|，气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功，C项正确；
D．ab为等容过程，温度升高，压强增大，内能增加，即ΔU>0，气体不做功，W=0，气体从外界吸收的热量等于内能的增加量，D项错误；
故选C。
8．BCD
【详解】
A．A种情况中是通过传热（太阳辐射）使衣服温度升高，故A错误；
B．B种情况中，通过压缩气体做功，增加气体内能，温度升高，故B正确；
CD．C、D两种情况都是摩擦生热，通过做功增加内能，故CD正确。
故选BCD。
9．ACD
【详解】
A．气体吸热，但若对外做功更多，则内能减少，温度降低。A正确；
B．温度低的气体分子平均运动速度低，但依然存在速率大的气体分子。B错误；
C．机械能可以全部变为内能，但内能不能全转化为机械能，不引起其他变化。C正确；
D．温度越高，水的饱和汽压越大。D正确；
E．布朗运动反映了气体分子的无规则热运动。E错误；
故选ACD。
10．BD
【详解】
汽缸绝热，封闭气体膨胀对活塞做功，气体的内能减少。理想气体的内能只与气体的温度有关，可知气体内能减少，温度降低。
故选BD。
11．ACD
【详解】
A．由状态a到状态b过程中，气体体积不变，则，温度升高，则，根据
可知气体吸收热量，选项A正确；
B．从状态b到状态c，气体温度不变，内能不变，体积变大，则气体对外做功，选项B错误；
C．从状态c到状态d，气体体积不变，则气体的密度不变，选项C正确；
D．从状态a到状态d，气体温度升高，则内能增加，选项D正确．
故选ACD。
12．CD
【详解】
A．在ab过程中，为等容变化，气体对外不做功，故A错误；
B．在bc过程中，体积变大，则气体对外界做功（），气体温度不变（），由热力学第一定律
可知气体向外界吸热（），故B错误；
CD．在ca过程中，为等压变化，体积减小，则外界对气体做功（）,由
可知温度减小，则内能减小（）,
由热力学第一定律
可知气体向外界放热（），故CD正确。
故选CD。
13．（1）337.5K，675K；（2）100J
【详解】
(1)图线的AD段是双曲线的一部分,即从D到A，理想气体等温变化，有
由图可知，从C到D，理想气体等压变化，有
代入数据，有
对于给定质量的理想气体，根据理想气体状态方程易知变化过程中横纵坐标乘积最大时，其温度最高。由图可知状态B时温度最高，理想气体从A到B是等压过程，有
代入数据，可得
(2)由状态C到状态D过程是等压变化，外界对气体做功，有
根据热力学第一定律，有
代入数据，得
14．(1)；(2)
【详解】
(1)封闭理想气体初始状态
，
封闭理想气体末状态
用电热丝缓慢给气缸内的理想气体加热，理想气体做等压变化，设末状态的温度为，由盖吕萨克定律得
解得
(2)
理想气体做等压变化，根据受力平衡可得
理想气体对外做功为
由热力学第一定律可知
联立解得
15．（1）-23℃（2）吸收热量．
【详解】
（1）对气缸内的气体，初始状态：p1=p0+h1＝75+15=90cmHg；V1=HS=0.8S；T1=273+27=300K
末态：p2=p0＝75cmHg；V2=HS=0.8S；T2=？
由可得：
解得
T2=250K=-23℃
（2）解除对活塞的锁定后，气体内部压强变为p0，气体吸收热量对外做功，最终气体温度与外界温度相同，即气体内能不变；当汽缸内封闭的气柱高度达到96cm时，对外做功
由热力学第一定律可知，整个过程中气体吸收热量．
16．（1）6.0×104Pa；（2）0.091m；（3）放热，理由见解析
【详解】
（1）对气缸进行受力分析，重力m1g，大气向上的压力p0S，缸内气体向下的压力p1S，弹簧向上的弹力kx，列平衡方程有
p1S+m1g=p0S+kx
解得
代入数据得
p1=6.0×104Pa
（2）将绳剪断后，对活塞受力分析，重力m2g，大气向下的压力p0S，缸内气体向上的压力p2S，列平衡方程有
p2S=m2g+p0S
所以
代入数据解得
p2=1.1×105Pa
缸内的气体原状态压强为p1，体积V1=L1S；后来气体的压强为p2，体积V2=L2S，根据玻意耳定律有
p1V1=p2V2
所以
代入数据解得
则气柱长度减少了
（3）剪断绳后到气缸和活塞重新平衡，由于温度保持不变，内能不变，而气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知气缸里的气体要放热。