第三章 热力学定律 单元达标1（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1（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．气体绝热膨胀对外做功，内能一定增大
B．单晶体和多晶体都有确定的熔点
C．温度低的物体分子运动的平均速率小
D．液体表面存在张力是因为液体表面层分子间的距离小于液体内部分子间的距离
2．如图所示，内壁光滑的汽缸竖直吊在天花板上，开口向下，用活塞封闭着一定质量的理想气体。开始时封闭气体的热力学温度为，活塞到汽缸底部的距离为L。已知外界大气压强为p，重力加速度为g，活塞的半径为、质量为。由于外界气温较低，封闭气体的温度缓慢下降，封闭气体在温度下降至的过程中，对外界放出的热量为Q，这一过程中封闭气体的内能减少量为（　　）
A．
B．
C．
D．
3．下列例子中，通过热传递改变物体内能的是（　　）
A．火炉将水壶中的水煮开
B．汽车紧急刹车时轮胎发热
C．压缩气体放气后温度降低
D．擦火柴，火柴就燃烧
4．如图所示，为一定量的理想气体从状态a经过状态b到达状态c的p-V图像，状态a的温度为Ta，状态c的温度为Tc，从状态a到状态b气体的内能变化的大小为50J。下列说法中正确的是（　　）
A．TaB．从状态a到状态b的过程中气体从外界吸收热量175J
C．从状态a状态到c的过程中气体的内能先减小后增大
D．从状态a状态到c的过程中气体从外界吸收的热量大于200J
5．下列有关热力学现象和规律的描述正确的是（　　）
A．在绝热条件下，压缩气体，其内能不一定增加
B．热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律
C．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达到绝对零度
D．热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，也能自发地从低温物体传递到高温物体
6．如图所示为某理想气体的图像，下列说法正确的是（　　）
A．由A到B的过程，气体对外做功，内能增加
B．由A到B是等容过程，B到C是等压过程，气体在C状态时的体积比在B状态时的体积大
C．由B到C的过程，外界对气体做功，放出热量
D．由B到C的过程，气体温度升高，所有气体分子的动能都增大
7．下列说法正确的是（　　）
A．功可以完全转化为热量，而热量不可以完全转化为功
B．热机必须是具有两个热库，才能实现热功转化
C．热机的效率不可能大于1，但可能等于1
D．热机的效率必定小于1
8．下列说法正确的是（　　）
A．一个热力学系统吸收了热量，其内能不一定增加
B．绝热情况下，外界对物体做了正功，物体的内能也不一定增加
C．根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%
D．第二类永动机是不可能制造出来的，因为它不仅违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律
9．一定质量的某种理想气体从状态开始经回到初始状态，在各状态时的参数如图中所示，已知在状态时的压强为，下列说法正确的是（　　）
A．在状态时的压强为
B．在过程中气体向外界放出热量
C．在过程中气体对外界做功的数值为
D．在过程中气体从外界吸收热量且内能不变
10．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．根据热力学第一定律可知，一定质量的理想气体等压膨胀对外做功，内能一定减少
B．第一类永动机制不成，是因为它违反了热力学第一定律
C．热力学第二定律是从另一个侧面阐述能量守恒定律
D．从微观意义上讲，热力学第二定律是一个统计规律
11．根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法正确的是（　　）
A．布朗运动就是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动
B．满足能量守恒定律的宏观过程不一定能自发地进行
C．对于一定量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
D．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在势能的缘故
E.若气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，压强可能不变
12．下列说法正确的是（　　）
A．一定质量的理想气体等温膨胀，则该气体对外界做功但内能不变
B．已知某气体的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，则该气体的分子体积为
C．一定质量的理想气体，在压强不变时，单位时间单位面积分子与器壁碰撞次数随温度降低而增加
D．布朗运动是指悬浮在液体中的固体小颗粒分子的无规则的运动
E.在一定温度下，当人们感到潮湿时，水蒸发慢，相对湿度一定较大
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．在当今世界，研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术。其中最重要的一项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使做功冲程中柴油燃烧的更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有6个气缸，气缸直径为110mm，活塞行程为135mm，当转速为2300r/min时，发动机功率为220kW，最低油耗可达240g/(kW·h)，柴油的热值为4.3×107J/kg。请回答下列问题：
（1）该柴油发动机的效率最高可达多少？
（2）在做功冲程中气缸内的平均压强是多少？
（3）如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后，能使它们的平均效率由原来约31%提高到近35%，安装前按每年消耗3亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油？
（4）如果目前我国柴油的平均价格为3750元/吨，根据上面的估算结果，计算使用“增压”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金。由此你有哪些认识？
14．如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0×105Pa，经历ABCA的过程，整个过程中对外界放出61.4J的热量。求该气体
（1）在状态B的压强pB；
（2）在整个过程中内能的增量ΔU；
（3）在A→B过程中对外界所做的功W。
15．如图所示，一个质量为20kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5kg，面积为0.1m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm，现在活塞上方加一15kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少？（p0=1.01×105Pa，g取10m/s2）
16．如图所示，一集热箱里面封间着一定质量的气体，集热板作为集热箱的活塞且始终正对着太阳，其面积为S。在t时间内集热箱里气体膨胀对外做功W，其内能增加了，不计封闭气体向外散的热。已知照射到集热板上的太阳光的能量有50%被箱内气体吸收。求这段时间内集热箱里气体共吸收的热量。
参考答案
1．B
【详解】
A．气体绝热膨胀，说明气体与外界没有热量交换，对外做功，根据热力学第一定律，内能一定减小，A错误；
B．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，晶体包括单晶体和多晶体，B正确；
C．温度是分子平均动能的标志，温度低的物体，分子平均动能一定小，但是分子平均速率不一定小，C错误；
D．液体表面存在张力是因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子之间表现为引力，D错误。
故选B。
2．B
【详解】
对活塞有
由题意知
解得封闭气体的压强为
又
得活塞上升的距离
外界对封闭气体做的功
由热力学第一定律得封闭气体内能的减少量为
故选B。
3．A
【详解】
A．火炉将水壶中的水煮开，是通过热传递改变水内能，故A正确；
B．汽车紧急刹车时轮胎发热是通过摩擦做功改变物体内能，故B错误；
C．压缩气体放气后温度降低是通过气体对外做功使自身内能减小，故C错误；
D．擦火柴，火柴就燃烧是通过摩擦做功使物体内能增大，故D错误。
故选A。
4．B
【详解】
A．对a状态分析有
对c状态分析有
所以有
所以
A错误；
B．对b状态分析有
所以有
结合理想气体状态方程有
从a状态到b状态气体的内能增加50J，由P-V图像可知从a状态到b状态气体对外做功
由热力学第一定律有
解得
所以此过程中气体从外界吸热175J，故B正确；
C．由前面分析可知a到c过程中气体的内能先增大后减小，C错误；
D．由前面分析可知a到c过程中气体的内能变化
由P-V图像可知从a状态到c状态气体对外做功
由热力学第一定律有
解得
即气体从外界吸收的热量等于200J，D错误。
故选B。
5．B
【详解】
A．根据热力学第一定律，在绝热条件下，压缩气体，外界对其做功，其内能一定增加，故A错误；
B．热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律，故B正确；
C．绝对零度就是分子的平均动能为零，与分子热运动矛盾，故不可能达到绝对零度，故C错误；
D．根据热力学第二定律，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，热量从低温物体传递给高温物体，必须借助外界的帮助，故D错误。
故选B。
6．B
【详解】
A．根据可知，一定质量的理想气体，其图像的斜率为，则从A到B的过程为等容升温的过程，因体积不变，则，而温度升高了，则内能增大，故A错误；
B．B到C是等压升温的过程，比较B点和C点与坐标原点连线构成的斜率可知，C点的斜率小，则气体体积大，故B正确；
C．B到C的过程，体积变大，则气体对外做功（），而温度升高说明内能增大（），由热力学第一定律可推出，即气体要吸热，故C错误；
D．由B到C的过程气体温度升高，反映平均动能增大，而气体分子的热运动是统计规律，不能体现所有分子的动能都增大，故D错误；
故选B。
7．D
【详解】
A．开尔文表述没有排除热量可以完全转化为功，但必然要产生其他变化，比如气体等温膨胀，气体内能完全转化为功，但气体体积增大了，A错误；
B．开尔文表述指出，热机不可能只有单一热库，但未必就是两个热库，可以具有两个以上热库，B错误；
CD．由
η=
可知，只要
Q2≠0
就有
η≠1
如果Q2=0，则低温热库不存在，违背了开尔文表述，C错误，D正确。
故选D。
8．AC
【详解】
AB．一个热力学系统的内能增量等于气体从外界吸收的热量与外界对它所做的功的和，故A正确，B错误；
C．根据热力学第二定律“不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响”，故C正确；
D．第二类永动机不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律，故D错误。
故选AC。
9．BD
【详解】
A．根据理想气体状态方程可得
代入图中数据可得
A错误；
B．在过程中，体积不变，外界对气体不做功，温度降低内能减少，根据热力学第一定律，气体向外界放出热量，B正确；
C．在过程中，气体体积膨胀，对外做功，
体积增加了3V0，而压强由减小到，根据功的定义
可知对外做功应小于，C错误；
D．在过程中，温度不变，内能不变。由于气体对外做功，根据热力学第一定律，一定吸收热量，D正确。
故选BD。
10．BD
【详解】
A．一定质量的理想气体等压膨胀，温度升高，内能增加，选项A错误；
B．第一类永动机制不成，是因为它违反了热力学第一定律，选项B正确；
C．热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律，并不是从另一个侧面阐述能量守恒定律，选项C错误；
D．从微观意义上讲，热力学第二定律是一个统计规律，选项D正确。
故选BD。
11．BCE
【详解】
A．布朗运动是固体微粒的无规则运动，是由液体分子撞击形成的，反应了液体分子的无规则运动，故A错误；
B．根据热力学第二定律可知热量不可能自发的从低温向高温传递，故B正确；
C．对于一定量的理想气体，如果压强不变，体积增大，由
可知温度升高，则对外做功
内能增加
根据
可知那么它一定从外界吸热，故C正确；
D．气体分子之间的距离很大分子力近似为零，分子势能也近似为零，气体如果失去了容器的约束就会散开，是由于分子杂乱无章运动的结果，故D错误；
E．气体温度升高，体积变化情况不知，根据理想气体状态方程可知，其压强的变化不确定，故E正确。
故选BCE。
12．ACE
【详解】
A．一定质量的理想气体等温膨胀，则该气体对外界做功但内能不变，A正确；
B．因为气体的分子不是紧密排列的，已知某气体的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，则该气体的分子所占空间为，不是分子的体积，B错误；
C．温度降低，气体分子的平均动能增大，分子平均速率减小，分子对器壁的撞击力减小，而气体压强不变，单位时间单位面积分子与器壁碰撞次数增加，C正确；
D．布朗运动是指悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则的运动，不是分子的运动，D错误；
E．在一定温度下，当人们感到潮湿时，水蒸发慢，相对湿度一定较大，E正确。
故选ACE。
13．（1）35%；（2）
；（3）0.34亿吨；（4）见解析
【详解】
(1)有题意可知1kW·h=3.6×106J；该发动机的效率最高为
(2)根据题意可知
每秒钟的做功冲程数为
设做功冲程中的平均压强为p，则有用功率P为
代入数据可得
(3)已知，，亿吨。因为安装“增压器”前后有用功是相同的，所以有
可得
亿吨
(4)安装“增压器”后，仅节约柴油一项每年可为国家节约的资金为
0.34亿吨×3750元/吨＝1275亿元
由此可以看出，如果这项技术能得到广泛的应用，会给人类带来巨大的利益。但是，任何新技术在实际中的应用会受到各方面条件的影响和制约。应该说，节约和有效利用能源始终是人类需要努力的。
14．（1）；（2）0；（3）
【详解】
（1）A→B由玻意耳定律
解得
（2）由于最终回到初状态，内能也回到初始值，即内能增量为
（3）C→A为等压过程，外界对气体做功为
在全过程中由热力学第一定律
由题知
代入解得
15．1030J
【详解】
由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能，即
ΔU=W外=（m活塞＋m物体）gΔh＋p0SΔh=（5＋15）×10×0.1J＋1.01×105×0.1×0.1J=1030J
16．
【详解】
根据热力学第一定律
由题意可知
气体共吸收的热量为