第三章 热力学定律 单元测试题（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
单元测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．气体吸热后温度一定升高
B．外界对气体做功，气体内能一定增加
C．一定质量的理想气体等压膨胀过程一定放热
D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
2．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．凡是能量守恒的过程一定能够自发地发生
C．当分子间距时，分子间的引力随着分子间距的增大而增大，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，所以分子力表现为引力
D．一定量的理想气体在等温膨胀过程中，一定吸收热量
3．下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有（　　）
A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低
C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响
D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
4．下列说法中，能够发生且不违背热力学定律的是（　　）
A．一杯冷水自然放置，可以通过吸收空气中的热量变得比周围空气更热
B．将电冰箱放置在密闭的房间内，打开冰箱门让电冰箱工作，可以降低房间的温度
C．对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽量多地转化成机械能
D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，从而解决能源短缺的问题
5．下列说法正确的是（　　）
A．物体放出热量，分子的平均动能一定减小
B．气体的扩散运动总是沿着分子热运动无序性减少的方向进行
C．机械能可以自发地全部转化为内能，内能不可能自发地全部转化为机械能
D．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-273℃
6．如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞（连同拉杆）是绝热的，且不漏气，以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中（　　）
A．E甲不变，E乙减小
B．E甲不变，E乙增大
C．E甲增大，E乙不变
D．E甲增大，E乙减小
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
8．一定质量的理想气体沿p-V坐标图中曲线所示的方向发生变化，其中曲线BDA是以p轴、V轴为渐近线的双曲线的一部分，则（　　）
A．气体由A变到B，一定是吸热的
B．气体由B变为A，一定是吸热的
C．气体由A变到B再变到A，吸热多于放热
D．气体由A变到B再变到A，放热多于吸热
9．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
10．以下说法正确的是(
)
A．分子力做正功时，分子势能一定减小；气体的体积增大，分子势能可能增大
B．一定质量的理想气体，等温膨胀，可能吸收热量。
C．分子间的距离r存在某一值r0，当r大于r0时，分子间斥力小于引力；当r小于r0时，分子间斥力大于引力
D．由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液体表面分子间作用力表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
E.非晶体的物理性质是各向同性，而晶体的物理性质都是各向异性
11．一定量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图象如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．A→B的过程中，气体对外界做功，气体内能增加
B．A→B的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量
C．B→C的过程中，气体体积增大，对外做功
D．B→C的过程中，气体对外界放热，内能不变
12．如图，导热的气缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸中，气缸内壁光滑。现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动一段距离，在此过程中，环境温度保持不变，下列说法正确的是（　　）
A．水平外力F做的功等于气体内能的增加
B．因为活塞受力平衡所以水平外力F为恒力
C．气体是从单一热源吸热，并且全部用来对外做功
D．活塞克服大气压力做功数值上等于水平外力F做功与气体从外界吸收的热量之和
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．如图所示，内壁光滑、足够高的圆柱形汽缸竖直放置，内有一质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体。已知活塞横截面积为S，外界大气压强为p0，缸内气体温度为T1。现对汽缸内气体缓慢加热，使气体体积由V1增大到V2，该过程中气体吸收的热量为Q1，已知重力加速度为g，求：
(1)停止加热时缸内气体的温度；
(2)该过程中气体内能的变化。
14．目前市场在售的玩具枪，各式各样，有些生产厂家为了经济利益，迎合少数不法分子的需求，生产超标违规玩具枪，这种违规产品存在很大安全隐患。按照公安部颁发的《枪支致伤力的法庭科学鉴定判据》（GA／T718—2007）的规定，对于不能发射制式弹药的非制式枪支，当所发射弹丸的枪口比动能EkS大于等于1.8J／cm2时，一律认定为枪支。所谓“枪口比动能”是指弹丸离开枪口时的动能与枪口横截面积的比值。现要对一支玩具气枪进行测试，先测得其枪管长度d=20cm，枪口截面积S=0.4cm2，所发射弹丸的质量m=3g。水平端着气枪从离地面高度h=1.8m处水平射击，弹丸在枪内高压气体推动下水平射出，弹丸击发时间极短，测得弹丸的水平射程L=18cm。不计空气阻力，高压气体膨胀过程质量不变，大气压强p0=1.0×105Pa，重力加速度g=10m／s2。
(1)通过计算说明该玩具枪是否能被认定为枪支；
(2)求该玩具枪发射弹丸过程中，枪内高压气体减少的内能。
15．空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对气缸中的空气做功，空气的内能增加了。空气传递的热量是多少？
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．D
【详解】
A．根据热力学第一定律，气体吸热的同时若对外做功，则内能不一定增大，温度不一定升高。A错误；
B．根据热力学第一定律，在绝热过程，外界对气体做功，内能增加，若非绝热过程，则内能不一定增加。B错误；
C．一定质量的理想气体等压膨胀过程，体积增大，由
可知温度升高，内能增大，，而体积增大，气体对外做功。由热力学第一定律
得，即从外界吸热。C错误；
D．热量能自发地从高温物体传到低温物体，不能自发地从低温物体传到高温物体。D正确。
故选D。
2．D
【详解】
A．质量和温度都相同的气体，分子平均动能相同，如果不是同种气体，则气体的摩尔数不相同，所以气体的内能不相等，故A错误；
B．根据热力学第二定律，热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，故B错误；
C．分子间的引力和斥力都随着距离的增加而减小，随着距离的减小而增加，只是斥力变化的比引力快，当分子间距r＞r0时，分子力表现为引力，故C错误；
D．一定质量的理想气体等温膨胀，温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知，气体对外做功，一定吸收热量，故D正确。
故选D。
3．B
【详解】
A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热符合热力学第一、第二定律．故A不符合题意；
B．冷水和杯子的温度不可能都变低，只能是一个升高、一个降低，
描述违背了热力学第一定律，故B符合题意；
C．从高温热源吸收的热量全部转化为功，的描述虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律．故C不符合题意；
D．冰箱消耗电能从而可以从低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，不违背热力学第二定律．故C不符合题意；
故选B。
4．C
【详解】
A．一杯冷水自然放置，可以通过吸收空气中的热量使得和周围的空气温度相同，而不可能变得比周围空气更热，选项A错误；
B．由于和室外没有热交换，故热量仍在室内，并且压缩机工作时其电路中也会因为有电阻而产生热量，即产生的热量大于制冷量，故室内温度不降反升，选项B错误；
C．热机的效率不可能达到100%，但是对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽量多地转化成机械能，选项C正确；
D．根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量并转化为功而不引起其他的变化，利用降低海水温度放出大量的热量来发电，降低海水温度的过程，消耗的能源更多，不能解决能源短缺的问题，故D错误。
故选C。
5．C
【详解】
A．根据热力学第一定律
可知，物体放出热量，物体的内能不一定减小，所以物体分子的平均动能不一定减小，故A错误；
B．气体的扩散运动总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，故B错误；
C．机械能可以自发地全部转化为内能，但内能不可能自发地全部转化为机械能，故所以C正确；
D．尽管技术不断进步，但热机的效率仍不能达到100%，制冷机却也无法可以使温度降到-273℃，故D错误；
故选C。
6．D
【分析】
本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决于做功的情况。
【详解】
对甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能减小，选项D正确。
故选D。
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．AC
【详解】
B．由图象可知，p-V图象的BDA是双曲线的一部分，则由B到A变化是等温变化，气体的温度不变，气体内能不变，即：
△U=0
由图象可知，由B到A过程气体体积变小，外界对气体做功
W＞0
由热力学第一定律
△U=W+Q
可知
Q＜0
气体要放热，故B错误；
A．气体由A变到B，温度不变，内能不变，体积变大，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸热，故A正确；
CD．气体由A到B的过程要吸收热量，吸收的热量等于气体对外做的功
Q=W
在B到A的过程中，气体要放出热量，放出的热量等于外界对气体做的功
Q'=W'
由图象可知，从A到B与从B到A过程，气体体积变化量相等，当从A到B过程，平均压强大，气体做功，即
W＞W'
则
Q＞Q'
即：气体由A变到B再变到A，吸热多于放热，故C正确，D错误；
故选AC。
9．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。
10．ACD
【详解】
A．当分子力做正功，分子势能一定减小，气体体积增大可能克服分子力做功，分子势能增大，故A正确；
B．一定质量的理想气体，等温膨胀，一定吸收热量，故B错误；
C．当r大于r0时，引力大于斥力，反之，小于斥力，故C正确；
D．液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液体表面分子间作用力表现为引力，使表面具有收缩的趋势，故D正确；
E．多晶体的物理性质是各向同性，故E错误。
故选ACD。
11．BD
【详解】
AB．从A到B的过程，是等容升温过程，气体不对外做功，气体从外界吸收热量，全部用来增加内能，因此气体内能增加，A错误，B正确；
CD．从B到C的过程是等温压缩过程，压强增大，体积减小，外界对气体做功，气体放出热量，内能不变，C错误，D正确。
故选BD。
12．CD
【详解】
A．理想气体的内能等于分子动能，由于温度不变所以内能不变，故A错误；
B．气体等温膨胀，根据玻意耳定律PV=C，其中C为定值，可知气压不断减小，故内外气体的压力向左变大，故F逐渐变大，故B错误；
C．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，但是引起了其它变化（外力F做功），所以此过程是可以的，不违反热力学第二定律，故C正确；
D．根据能量守恒定律，可知活塞克服大气压力做功数值上等于水平外力F做功与气体从外界吸收的热量之和，故D正确。
故选CD。
13．(1)T1；(2)Q1－（p0＋）（V2－V1）
【详解】
(1)加热过程中气体等压膨胀，由
得
(2)设加热过程中，封闭气体内能增加ΔU，因气体体积增大，故此过程中气体对外做功
W<0
由热力学第一定律知
ΔU＝Q1＋W
其中
W＝－pΔV＝－(p0＋)(V2－V1)
内能变化
ΔU＝Q1－(p0＋)(V2－V1)
14．(1)被认定为枪支；(2)2.15J
【详解】
(1)设弹丸离开枪口时的速度为v0，经时间t落地，有
解得
所以该玩具枪被认定为枪支。
(2)设弹丸在枪管内加速过程中，高压气体对弹丸做的功为W，枪内高压气体减少的内能为，有
由热力学第一定律得
解得
15．5.0×104J
【详解】
活塞对空气做了2×105J的功
空气的内能增加了1.5×105J
根据热力学第一定律
解得
空气从外界吸收热量5.0×104J
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