第三章 热力学定律 单元测试（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册
第三章
热力学定律
单元测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共60分）
1．下列说法中错误的是（　　）
A．不可能从单一热源吸热使之完全转换为有用功而不引起其它变化
B．从单一热源吸热并全部转化为功是可能的
C．热量可以从低温物体传向高温物体
D．物体吸收热量，内能一定增大
2．如图所示，气缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板（固定），封闭着两部分气体和，活塞处于静止平衡状态。现通过电热丝对气体加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与气缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是（　　）
A．气体吸热，但对外做功，内能不变
B．气体吸热，对外做功，内能不变
C．气体和气体内每个分子的动能都增大
D．气体分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数减少
3．关于气体的内能，下列说法正确的是（　　）
A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大
C．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
D．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定减小
4．下列现象可以用热力学第一定律解释的是（　　）
A．两物体接触后，热量自发地从高温物体传递到低温物体
B．蒸汽机不能把蒸汽的内能全部转化为机械能
C．叶片搅拌绝热容器中的水，引起水温升高
D．利用能源的过程中会发生“能量耗散”现象
5．如图所示，绝热的汽缸被一个绝热的活塞分成左、右两部分，活塞质量不计，活塞用销钉锁住，活塞与汽缸之间没有摩擦，汽缸左边装有一定质量的理想气体，右边为真空，现在拔去销钉，抽去活塞，让气体向右边的真空做绝热自由膨胀，下列说法正确的是（　　）
A．气体在向真空膨胀的过程中对外做功，气体内能减少
B．气体在向真空膨胀的过程中，分子平均动能变小
C．气体在向真空膨胀的过程中，系统的熵不可能增加
D．若无外界的干预，气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空
6．某气缸内封闭有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V—T图像如图所示，则在该循环过程中，下列说法正确的是（
）
A．从状态B到C，气体吸收热量
B．从状态C到D，气体的压强增大
C．从状态D到A，单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数减少
D．若气体从状态C到D，内能增加3kJ，对外做功5kJ，则气体向外界放出热量8kJ
7．如图所示，为一定质量的理想气体变化过程中的三个不同状态，下列说法正确的是（　　）
A．三个状态的压强相等
B．从到气体的内能减小
C．从到气体吸收热量
D．从到与从到气体对外界做功的数值相等
8．以下说法正确的是（　　）
A．温度是分子平均动能的标志，温度高的物体分子平均动能大
B．布朗运动是液体分子的无规则运动
C．1g
100℃水的内能小于1g
100℃水蒸气的内能
D．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小
E.第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律
9．以下叙述正确的是（
）
A．在两分子间距离增大的过程中，分子间的作用力一定减小
B．用NA表示阿伏加德罗常数，M表示铜的摩尔质量，ρ表示实心铜块的密度，那么铜块中一个铜原子所占空间的体积可表示为
C．雨天打伞时，雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力
D．晶体一定具有规则形状，且有各向异性的特征
E.理想气体等压膨胀过程一定吸热
10．下列说法正确的是（　　）
A．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
B．高原地区的沸水温度较低，这是高原地区温度较低的缘故
C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
D．即使消除热机的漏气、摩擦和热量损耗，热机效率仍不能达到100%
11．一定质量的理想气体由状态a经状态b、状态c到状态d，最后回到状态a，其压强p与温度T的变化关系如图所示，图中ab延长线过原点，bc、ad平行T轴，cd平行p轴。下列说法正确的是（　　）
A．气体在a、b两状态的体积相等
B．从b到c，每个气体分子的动能都增大
C．从c到d，单位体积中气体分子数增加
D．从d到a，外界对气体做功，气体放出热量
E.在过程bc中气体对外界做功小于过程da中外界对气体做的功
12．如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体，下列说法正确的是（　　）
A．过程①中气体的压强逐渐减小
B．过程②中气体对外界做正功
C．过程④气体从外界吸收了热量
D．状态d的压强比状态b的压强小
第II卷（非选择题）
二、解答题（共40分）
13．有人说：“热力学第二定律中所述说的方向性就是不能往相反方向进行的过程”。对吗？
14．一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。
15．如图所示为一定质量理想气体的图象，气体状态经历了由经到的变化过程，其中到过程中气体吸收了热量，对外做功；到过程中气体吸收了热量。则：
(1)到过程中气体内能改变了多少？
(2)到过程中，是外界对气体做功还是气体对外界做功？做了多少功？
(3)整个过程中气体内能改变了多少？
16．如图，一定质量的理想气体从状态变化到状态，已知在此过程中，气体吸收了的热量，则该过程中气体内能变化了多少？
参考答案
1．D
【详解】
A．根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸热使之完全转换为有用功而不引起其它变化，选项A正确；
B．有外力做功，从单一热源吸热并全部转化为功是可能的，选项B正确；
C．在外界影响下，热量可以从低温物体传向高温物体，选项C正确；
D．影响内能变化有做功和热传递两种方式，物体吸收热量，若同时对外做功，内能可能不变或者减小，选项D错误，符合题意。
故选D。
2．D
【详解】
A．对A气体加热时，A气体的温度升高，体积不变，不对外做功，由于理想气体的内能由温度决定，则气体A吸热，内能增加，所以A错误；
B．气体B做等压变化，体积增大，温度升高，则气体B吸热，对外做功，内能增大，所以B错误；
C．气体A和气体B内分子的平均动能增大，但每个分子的动能不一定增大，所以C错误；
D．由于气体B的体积增大，压强不变，温度升高，则气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少，所以D正确；
故选D。
3．C
【详解】
A．温度相同的气体，其分子平均动能相同，仅质量相同，分子质量不同的气体，所含分子数不同，分子的动能也可能不同，所以内能不一定相同，A错误；
B．气体的内能与整体运动的机械能无关，B错误；
C．理想气体不考虑分子间相互作用力，分子势能为零，一定量的气体，分子数量一定，温度相同时分子平均动能相同，由于内能是所有分子热运动的动能与分子势能的总和，所以C正确；
D．由盖—吕萨克定律可知，一定量的理想气体，等压膨胀过程中，温度一定升高，则其内能一定增加，D错误。
故选C。
4．C
【详解】
A．根据热力学第二定律，两物体接触后，热量自发地从高温物体传递到低温物体，A错误；
B．根据热力学第二定律，蒸汽机不能把蒸汽的内能全部转化为机械能而不引起其它变化，B错误；
C．根据热力学第一定律，叶片搅拌绝热容器中的水，引起水温升高，C正确；
D．根据热力学第二定律，利用能源的过程中会发生“能量耗散”现象，D错误。
故选C。
5．D
【详解】
A．由于活塞质量不计，右边为真空，所以气体膨胀时不做功。A错误；
B．气体在向真空膨胀的过程中，不做功，不交换热量，内能不变，故温度不变，分子平均动能不变。B错误；
C．气体在向真空膨胀的过程中，无序性在增加，系统的熵在增加。C错误；
D．若无外界的干预，气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空。D正确。
故选D。
6．C
【详解】
A．从状态B到C过程气体发生等温变化，内能不变，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体放出热量，A错误；
B．由V
=T知，从C到D过程气体发生等压变化，B错误；
C．从D到A过程中，气体温度不变，则单个气体分子碰撞器壁的力不变，压强减小，则必然是单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数减少造成的，C正确；
D．由
U
=
W
+
Q
得
Q
=
8kJ
气体从外界吸收热量，D错误。
故选C。
7．C
【详解】
A．反向延长ac线，不过坐标原点，说明气体不是等压变化，故abc三个状态的压强不相等，故A错误；
B．从a到c，气体的温度越来越高，气体的内能越来越大，故B错误；
C．从a到b，气体的温度升高，内能增加，由于气体体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律可得，气体吸热，故C正确；
D．从a到c的过程中，任意一点与坐标原点的连线斜率越来越小，压强越来越大，从a到b平均压强小于从b到c的平均压强，根据可知，从b到c气体对外界做功大于从a到b气体对外界做功，故D错误。
故选C。
8．ACE
【详解】
A．温度是分子平均动能的标志，温度高的物体分子平均动能大，选项A正确；
B．布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子的无规则运动的表现，选项B错误；
C．1g
100℃水的变成1g
100℃水蒸气要吸收热量，则1g
100℃水的内能小于1g
100℃水蒸气的内能，选项C正确；
D．当分子力表现为斥力时，当分子间的距离增大时，分子间作用力一直减小；当分子力表现为引力时，当分子间的距离增大时，分子间作用力可能先增加后减小，选项D错误；
E．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律，选项E正确。
故选ACE。
9．BCE
【详解】
A．当两分子之间距离小于平衡位置时，两分子间距离增大的过程中，分子间的作用力先减小后增大再减小，选项A错误；
B．用NA表示阿伏加德罗常数，M表示铜的摩尔质量，ρ表示实心铜块的密度，铜块摩尔体积为
V＝
由于铜块中的铜原子可以认为是紧密排列，那么铜块中一个铜原子的体积可表示为
＝
选项B正确；
C．雨天打伞时，雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力，选项C正确；
D．多晶体没有规则形状，且各向同性，选项D错误；
E．理想气体等压膨胀，对外做功，温度升高，内能增大，根据热力学第一定律可知一定吸收热量，选项E正确；
故选BCE。
10．AD
【详解】
A．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的，选项A正确；
B．高原地区的沸水温度较低，这是高原地区气压较低的缘故，选项B错误；
C．气体的压强是大量气体分子频繁地对器壁碰撞的结果，则在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强不会为零，选项C错误；
D．根据热力学第二定律可知，即使消除热机的漏气、摩擦和热量损耗，热机效率仍不能达到100%，选项D正确。
故选AD。
11．ADE
【详解】
A．a、b处同一等容线上，则气体在a、b两状态的体积相等，所以A正确；
B．从b到c，温度升高，分子平均动能增大，但并不是每个气体分子的动能都增大，所以B错误；
C．从c到d，是等温过和，压强与体积成反比，压强减小，则体积增大，所以单位体积中气体分子数减小，则C错误；
D．从d到a，气体体积减小，外界对气体做功，但是气体的温度降低，气体的内能减小，由热力学第一定律
可知，气体放出热量，所以D正确；
E
．在过程bc中气体对外界做功为
过程da中外界对气体做的功为
过程cd为等温变化，有
联立可得
由图像可知
，
则
所以在过程bc中气体对外界做功小于过程da中外界对气体做的功，则E正确；
故选ADE。
12．BD
【详解】
A．过程①中气体等容变化，温度升高，根据查理定律可知气体的压强逐渐增大，故A错误；
B．过程②中气体的体积增大，气体对外界做正功，故B正确；
C．过程④中气体等容变化，气体不做功，温度降低，气体的内能减少，根据热力学第一定律
ΔU＝W＋Q
可知气体向外界放出了热量，故C错误；
D．如图所示，连接bO和dO
根据数学知识可知，状态d的值大于状态b的值，根据
可知状态d的压强比状态b的压强小，故D正确。
故选BD。
13．
【详解】
不对，热力学第二定律的两种表述都强调“自发地进行，而不引起其他变化”。譬如按热传导的方向性来表述，即不可能使热量自发地由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。如果有外界的影响或帮助，热量就可能由低温物体传递到高温物体，如电冰箱在通电时可以制冷。同样，按照机械能与内能转化过程的方向性来表述，也应强调自发地进行，而不引起其他变化。
14．（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
△U=W+Q
代入数据，得
△U=25J+75J=100J
15．(1)
内能减小60J；(2)
气体对外做功，做功200J；(3)
整个过程中气体内能减小20J。
【详解】
(1)
到过程中气体吸收了热量，对外做功。由热力学第一定律△U=Q+W，代入数据：
△U=120J+（-180）J
解得：
△U=-60J
内能减小60J。
(2)
到过程中，体积变大，气体对外做功，做功
(3)
到过程中内能减小60J；到过程中，气体吸收了热量，对外做功200J，故到过程中，气体内能增加了40J。故整个过程中气体内能减小20J。
16．增加了
【详解】
由题图可知，
气体从状态A变化到状态B的过程是等压膨胀过程，
外界对气体做功
根据热力学第一定律可知，密闭气体的内能变化量
即在此过程中密闭气体的内能增加了220J。