第三章 热力学定律 单元达标检测（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
单元达标检测（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．如图所示，内壁光滑的绝热汽缸深度L，固定在水平地面上，汽缸内有一厚度可忽略不计的活塞封闭了一定质量的理想气体。开始时汽缸内气体长，压强。现在活塞上施加一水平外力缓慢拉动活塞至L处，此过程中不漏气，则此时气体的压强（　　）
A．等于
B．小于
C．大于
D．以上都有可能
2．春节期间，小明去泡温泉，经细心观察，他发现水泡在上升过程中变得越来越大。若将水泡内的气体视为理想气体，且水泡内气体的温度不变，则在水泡上升的过程中（　　）
A．水泡内气体的压强减小，吸收热量
B．水泡内气体的压强减小，放出热量
C．水泡内气体的压强增大，吸收热量
D．水泡内气体的压强增大，放出热量
3．下列说法正确的是（　　）
A．热量不可能从低温物体传到高温物体
B．机械能全部转化成内能的实际宏观过程是不可逆过程
C．当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而增大
D．已知气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，可计算出分子直径大小
4．如图所示，一定质量的理想气体，由状态A缓慢地变化到状态B，状态A的压强是状态B的压强的2倍，A→B过程中下列说法正确的是（　　）
A．气体一定对外做功
B．外界可能对气体做功
C．气体一定放出热量
D．气体一定吸收热量
5．如图所示，固定在水平面上的汽缸内封闭着一定质量的理想气体，汽缸壁和活塞绝热性能良好，汽缸内气体分子间相互作用的势能忽略不计，则以下说法正确的是（　　）
A．使活塞向左移动，汽缸内气体对外界做功，内能减少
B．使活塞向左移动，汽缸内气体内能增大，温度升高
C．使活塞向左移动，汽缸内气体压强减小
D．使活塞向左移动，汽缸内气体分子无规则运动的平均动能减小
6．如图所示，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。
其中，和为等温过程，和为绝热过程（气体与外界无热量交换）。
这就是著名的“卡诺循环”。该循环过程中，下列说法正确的是（　　）
A．过程中，外界对气体做功
B．过程中，气体分子的平均动能增大
C．过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
7．一定质量的理想气体从状态a开始经过状态回到状态a的图像如图所示。已知气体处于状态a时的压强为，则下列判断正确的是（　　）
A．气体处于状态c时的压强为
B．过程中外界对气体做的功大于气体向外界放出的热量
C．过程中气体对外界做的功等于过程中外界对气体做的功
D．过程中气体内能的增加量等于过程中气体内能的减少量
8．如图所示，绝热容器被绝热隔板K1，卡销锁住的绝热光滑活塞K2隔成a、b、c三部分，a部分为真空，b部分为一定质量的稀薄气体，且压强pbA．只打开隔板K1，b中气体对外做功，内能减少
B．只打开隔板K1，b中气体不做功，内能不变
C．只打开隔板K1，b中气体压强减小，温度不变
D．只打开卡销K2，b中气体对外做功，内能减小
E.只打开卡销K2，b中气体对外做功，内能增加
9．一定质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．a和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
B．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最大
C．过程bc中外界对气体所做的功等于气体放出的热量
D．过程ca中气体吸收热量
10．“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状态多
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
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．如图是某研究小组为了探究“鱼鳔的作用”所制作的装置。具体制作方法如下：在大号“可乐瓶”中注入半瓶水，在一个小气球中放入几枚硬币并充入少量空气（忽略气体的分子势能），将其装入“可乐瓶”中。通过在水中放盐改变水的密度后，使气球恰好悬浮于水中，并拧紧瓶盖。设初始时瓶中气体、水及外界大气的温度相同。当用手挤压“可乐瓶”的上半部分时，下列说法正确的是（　　）
A．快速挤压时，瓶内气体压强变大
B．快速挤压时，瓶内气体温度不变
C．快速挤压时，瓶内气体体积不变
D．缓慢挤压时，气球下降
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．如图所示，一个绝热的气缸竖直放置，内有一个绝热且光滑的活塞，中间有一个固定的导热性良好的隔板，隔板将气缸分成两部分，分别密封着两部分理想气体A和活塞的质量为1kg，横截面积为，与隔板相距1m。现通过电热丝缓慢加热气体，当A气体吸收热量120J时，活塞上升了1m，此时气体的温度为已知大气压强为，重力加速度为。
（1）加热过程中，若A气体内能增加了，求B气体内能增加量；
（2）现停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当活塞恰好回到原来的位置时A气体的温度为求此时添加砂粒的总质量。
14．一定质量的理想气体，经历从的状态变化过程，其图像如图所示，，从过程气体对外界做功为100J。
（1）气体在状态b、c时的温度分别为多少；
（2）气体从b到c状态外界对气体做功多少，气体内能改变多少。
15．如图为一定质量的氦气（可视为理想气体）状态变化的V—T图像。已知氦气的质量为m，摩尔质量为M，其在状态A时的压强为P0。阿伏加德罗常数为NA。
（1）求上述氦气中所含氦分子的总数N
。
（2）求氦气在状态B时的压强PB。
（3）B→C过程外界对氦气做功为W，则该过程中氦气是吸热还是放热？传递的热量为多少？
（4）若上述氦气全部液化后的体积为V，求一个氦分子的直径d
。
16．有一与汽缸固定连接的卡环，卡环到缸底的距离L=36cm。活塞与汽缸底部之间封闭了一定质量的气体。当气体的温度T0=300K、大气压强=1.0×105Pa时，活塞与汽缸底部之间的距离L0=30cm，活塞的面积S=50cm2，不计活塞的质量和厚度。现对汽缸加热，使活塞缓慢上升，求：
（1）封闭气体温度升高到T2=540K时的压强；
（2）汽缸内的气体从300K升高到540K的过程中内能增加了20J，则此过程中气体是吸热还是放热？热量为多大？
参考答案
1．B
【详解】
根据热力学第一定律，可知活塞运动过程中，气体对外界做功，气缸本身绝热。其内能必定减少，即理想气体温度下降。
根据理想气体状态方程，有
整理得
其中，
故气体压强将小于
故选B。
2．A
【详解】
在水泡上升的过程中，距离水面的距离减小，则压强逐渐减小，温度不变，则体积变大，气体对外做功，内能不变，则气体吸收热量。
故选A。
3．B
【详解】
A．热量不可能自发的从低温物体传到高温物体，但是有外界影响时热量可能从低温物体传到高温物体，所以A错误；
B．根据热力学第二定律可知，机械能全部转化成内能的实际宏观过程是不可逆过程，所以B正确；
C．当分子力表现为斥力时，随分子间距离的增大而增大，分子力做正功，则分子势能随分子间距离的增大而减小，所以C错误；
D．由于气体分子间间隙较大，已知气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，不能计算出一个气体的体积，只能算出一个气体分子所占空间的体积，则可计算出相邻分子间的距离，所以D错误；
故选B。
4．A
【详解】
AB．气体由A→B过程中，体积变大，所以一定对外做功，A正确，B错误；
CD．由于不知道A、B状态下的体积关系，所以无法确定A、B状态的温度高低，也就无法判断内能增加还是减小，所以无法判断吸热还是放热。
故选A。
5．B
【详解】
使活塞向左移动，外界对缸内气体做功，故
汽缸壁和活塞的绝热性能良好，由热力学第一定律
ΔU＝W＋Q
得，汽缸内气体的内能增大，所以缸内气体温度升高，所以汽缸内气体分子的平均动能增大，压强增大，故B正确。
故选B。
6．C
【详解】
A．过程中，体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，气体吸热，故A错误；
B．过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；
C．过程中，等温压缩，体积变小，分子密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；
D．过程中，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化。故D错误；
故选C。
7．D
【详解】
A．由题图可知过程中气体做等压变化，压强不变，故气体处于状态c时的压强为，A错误；
B．在过程中，气体的体积减小，外界对气体做功，，由于温度降低，气体的内能减少，即，根据热力学第一定律
得，即气体向外界放出热量，且外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量，B错误；
C．过程中，气体的温度不变，故内能不变，体积增大，气体对外界做功，而过程中外界对气体做功，作出图像对应的图像如图所示，由图像可知，图线与横轴所围图形的面积表示气体对外界或外界对气体做功的大小，故过程中气体对外界做的功小于过程中外界对气体做的功，C错误；
D．因为状态a、状态b气体的温度相同，所以状态a、状态b气体的内能相同，所以过程中气体内能的增加量等于过程中气体内能的减少量，D正确；
故选D。
8．BCE
【详解】
AB．只打开隔板K1，b中气体向a中真空扩散，气体不做功，W=0，绝热容器导致Q=0，由热力学第一定律知ΔU=W＋Q=0，内能不变，A错误，B正确；
C．只打开隔板K1时，b中气体内能不变，温度不变，由玻意耳定律pV=C知b中气体体积增大，压强减小，C正确；
DE．只打开卡销K2时，由于pb0，但Q′=0，则ΔU′=W′＋Q′>0，内能增加，D错误，E正确。
故选BCE。
9．AD
【详解】
A．由题图可知，a、c状态气体的温度是相等的，所以分子运动的激烈程度相同，c状态的压强大，结合气体压强的微观含义可知，c状态容器壁单位面积单位时间内，受到气体分子撞击的次数多，A正确；
B．由图像可知，b状态温度最高，分子平均动能最大，B错误；
C．由图像可知，bc过程气体压强不变，温度降低，由盖-吕萨克定律可知，其体积减小，外界对气体做功
W>0
气体温度降低，内能减少
ΔU<0
由热力学第一定律可知，气体要放出热量，外界对气体所做的功小于气体放出的热量，C错误；
D．由图像可知，ca过程气体温度不变，压强减小，由玻意尔定律可知，其体积增大，气体对外界做功，
W<0
气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体要吸收热量，D正确。
故选AD。
10．BC
【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，故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，故B正确；
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气体的内能，由于内能的变化量相同，因此气体吸、放热热量的绝对值相等，故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，故D错误。
故选BC。
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．AD
【详解】
ABC．快速挤压气体时，外界对它做功，来不及热传递，由
W＋Q=ΔU
内能增大，温度上升，体积变小，瓶内压强变大，BC错误，A正确；
D．缓慢挤压时，温度不变，体积变小，瓶内压强变大，对气球来说，压强也增大，温度不变，体积必然减小，则重力mg大于浮力ρgV气球，气球下降，
D正确。
故选AD。
13．（1）；（2）
【详解】
（1）气体对外做功，B气体对外做功
由热力学第一定律得
解得
（2）B气体的初状态
B气体末状态
由理想气体状态方程得
解得
14．（1），；（2），内能不变
【详解】
（1）气体从过程发生的是等压过程，则
解得
气体从过程发生的是等容过程，则
解得
（2）气体从的状态变化过程中，外界对气体做功为
因为b、c两状态等温，所以内能不变。
15．（1）；（2）；（3）放热，W；（4）
【详解】
（1）氦气中所含氦分子的总数
（2）A→B为等容变化，由查理定律
可得
（3）B→C过程为等温变化，温度保持不变，即内能不变，。体积在减小，即W为正值，由热力学第一定律
可得
Q为负值，即氦气为放热，传递的热量为W。
（4）一个氦分子的体积
一个氦分子的直径
16．（1）；（2）
吸热，50J
【详解】
（1）由活塞缓慢上升可知气体是等压膨胀，根据盖-吕萨克定律有
代入数据解得：；
封闭气体从360K上升到540K的过程中是等容变化，根据查理定律有
代入数据解得：
②缸内气体对外做功的过程是活塞从图中位置上升至固定卡环的过程，根据功的公式有
由热力学第一定律得
解得：Q=50J，即气体吸热，热量为50J