第三章 热力学定律 单元过关测试（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
单元过关测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．以下说法正确的是（　　）
A．当分子间距离增大时，分子间作用力减小，分子势能增大
B．某物体温度升高，则该物体分子热运动的总动能一定增大
C．液晶显示屏是应用液晶的光学各向同性制成的
D．自然界发生的一切过程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生
2．下列说法中错误的是（　　）
A．图甲中，洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力必须大于玻璃板的重力，其原因是水分子和玻璃分子之间存在吸引力
B．图乙中，表面层内分子间距离比液体内部的大，是因为表面层内液体分子间的斥力较大
C．图丙中，食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性
D．图丁中，猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，可看做是绝热变化
3．如图所示，由导热材料制成的气缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，活塞与气缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体，将一细管插入液体，活塞上方液体会缓慢流出，在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变，则关于这一过程中气缸内的气体（　　）
A．单位时间内气体分子对活塞撞击的次数增多
B．气体分子间存在的斥力是活塞向上运动的原因
C．缸内气体的分子热运动平均速率保持不变
D．气体对外界做的功小于气体从外界吸收的热量
4．关于以下四幅图片，说法正确的是（　　）
A．在图1中，向上拉动下表面紧贴水面的玻璃板时，拉力大于重力，主要是受到了大气压力的影响
B．在图2中，随着活塞上砝码个数的增加，气缸内封闭的气体越来越难压缩（始终为气体状态），主要原因是由于随着气体体积的减小，分子间的斥力越来越大
C．用烧热的针尖接触表面涂有蜂蜡层的云母片，蜂蜡层形成了如图3所示的熔化区域，说明蜂蜡对于导热性存在着各向异性
D．图4为热机能流图，随着机械制造工艺、机械材料等科学技术的不断发展，热机的效率仍无法达到100%
5．如图所示，固定在地面上的水平气缸内由活塞封闭着一定量的气体，气体分子之间的相互作用力可以忽略。假设气缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不变，若用外力F将活塞缓慢地水平向右拉动，则在拉动活塞的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．气体做等温膨胀，气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少
B．气体做等温膨胀，分子的平均动能不变，气体的压强不变
C．气体从外界吸收热量，内能变大
D．气体是从单一热源吸收，全部用来对外做功，此过程违反热力学第二定律
6．如图，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c。设气体在状态b和状态c的内能分别为Ub和Uc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac。则（　　）
A．Ub＞Uc，Qab＞Qac
B．Ub＞Uc，Qab＜Qac
C．Ub＝Uc，Qab＞Qac
D．Ub＝Uc，Qab＜Qac
7．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
8．下列哪个过程具有方向性（　　）
A．热传导过程
B．机械能向内能的转化过程
C．气体的扩散过程
D．气体向真空中的膨胀
9．下列说法正确的是（　　）
A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律
B．空调工作时消耗的电能比室内温度降低所放出的热量要多
C．自发的热传导是不可逆的
D．可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其它影响
E.气体向真空膨胀具有方向性
10．关于分子动理论和热力学定律，下列说法中正确的是（　　）
A．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
B．布朗运动是由于分子无规则运动直接形成的，而扩散现象是分子热运动的间接反映
C．阿伏加德罗常数是联系微观物理量和宏观物量的桥梁，已知水的摩尔质量和水分子的质量，可以求出该常数
D．热传递的自然过程是大量分子从无序程度大的状态向无序程度小的状态转化的过程
E.水面上的单分子油膜，在测量油膜分子直径时可把它们当做球形处理
11．下列说法正确的是（　　）
A．热量可以从低温物体向高温物体传递
B．一定量的某理想气体温度升高时，内能一定增大
C．某冰水混合物的温度为0°C，则其分子的平均动能为零
D．10克100℃水蒸气的内能大于10克100℃水的内能
E.气体如果失去了容器的约束就会散开，原因是气体分子之间斥力大于引力
12．下列说法正确的是（　　）
A．不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其它任何变化
B．从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的
C．熵值越大，表明系统内分子运动越无序
D．热量是热传递过程中，内能大的物体向内能小的物体转移内能多少的量度
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52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．斜面的高度为3m，其倾角为37°，质量为4kg的物体由斜面的顶端滑到底端的过程中，求系统内能的改变量。已知物体与斜面间的动摩擦因数为0.25，g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。
15．如图所示，一定质量的理想气体，从状态A等容变化到状态B，再等压变化到状态D。已知在状态A时，气体温度tA＝327
℃。
（1）求气体在状态B时的温度；
（2）已知由状态B→D的过程，气体对外做功W，气体与外界交换热量Q，试比较W与Q的大小，并说明原因。
16．如图所示，用轻质活塞在气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸壁之间的摩擦忽略不计．开始时活塞距气缸底的高度为h=0.50m?，气体温度为t1=27℃．给气缸加热，活塞缓慢上升到距气缸底的高度为h2=0.80m处时，缸内气体吸收Q=450J的热量．已知活塞横截面积S=5.0×10-3m2，大气压强P0=1.0×105Pa．求：
①加热后缸内气体的温度；
②此过程中缸内气体增加的内能．
参考答案
1．B
【详解】
A．当r＜r0时，当分子间距增大时，分子力减小，分子势能减小；当r＞r0时，当分子间距增大时，分子力先增加后减小，分子势能增加，故A错误；
B．某物体温度升高，则分子的平均动能增大，该物体分子热运动的总动能一定增大，故B正确；
C．液晶显示屏是应用液晶的光学各向异性制成的，故C错误；
D．自然界发生的一切过程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏观过程不一定都能自然发生，例如水能由高处自然的流向低处，但是不能自发的由低处流向高处，故D错误。
故选B。
2．B
【详解】
A．图甲中，洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力必须大于玻璃板的重力，其原因是水分子和玻璃分子间存在引力，A正确，不合题意；
B．图乙中，表面层内分子间距离比液体内部的大，所以表面层内液体分子间的引力较大，B错误，符合题意；
C．图丙中，食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，C正确，不合题意；
D．图丁中，猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，气体来不及向外传递热量，可看做是绝热变化，D正确，不合题意。
故选B。
3．C
【详解】
A．活塞上方液体缓慢流出，封闭气体的压强逐渐减小，由于气缸和活塞是导热的且外界温度保持不变，故封闭气体的温度不变，由理想气体状态方程可知，气体体积增大，单位体积分子数减小，单位时间内气体分子对活塞撞击的次数减少，A错误；
B．活塞向上运动的原因是气体对活塞的压力大于活塞与液体重力与大气压力之和，活塞所受合力向上导致的，与气体分子间的斥力无关，B错误；
C．气体温度不变，分子平均动能不变，气体的分子热运动平均速率保持不变，C正确；
D．温度不变，内能不变，气体体积增大，对外做功，据热力学第一定律可知，从外界吸收的热量等于气体对外界做的功，D错误。
故选C。
4．D
【详解】
A．在图1中，向上拉动下表面紧贴水面的玻璃板时，拉力大于重力，主要是受到了水的张力的影响，故A错误；
B．在图2中，随着活塞上砝码个数的增加，气缸内封闭的气体越来越难压缩（始终为气体状态），主要原因是由于随着气体体积的减小，气体压强越来越大，故B错误；
C．用烧热的针尖接触表面涂有蜂蜡层的云母片，蜂蜡层形成了如图3所示的熔化区域，说明云母片对于导热性存在着各向异性，故C错误；
D．热机在工作过程中，燃料不可能完全燃烧，尾气带走较多的热量，机器本身散热，克服机械间摩擦做功等，热机的效率仍无法达到100%，故D正确。
故选D。
5．A
【详解】
AB．因气缸导热，气体的温度不变，气体体积变大，则压强减小；气体的体积增大，则单位体积内的分子数减小，则气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少，选项A正确，B错误；
C．由于气体压迫活塞，故气体对外做功，则由热力学第一定律可知，因温度不变，内能不变，则气体应吸热，且吸收的热量等于对外做功，选项C错误；
D．气体是从单一热源吸收，全部用来对外做功，但要引起气体的变化，此过程不违反热力学第二定律，选项D错误。
故选A。
【点睛】
分子间的相互作用力忽略，则可以看作理想气体，则内能由温度决定；由热力学第一定律可得出气体是否吸热；由题意可知气缸内的气体做功；由理想气体的状态方程可得出压强的变化。在热学的考查中更注重了知识点的全面考查，但难度不大，故应全面掌握相应的知识点．
6．C
【详解】
一定质量的理想气体，对状态b和状态c，由理想气体状态方程可知
解得
而一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，所以该气体在b状态和c状态的内能相等，即有Ub>Ua；a到c的过程，吸收的热量全部转化为内能的增量，而a到b的过程，吸收的热量一方面转化为内能的增量，另一方面转化为气体对外界做功，所以a到b的过程吸收的热量大于a到c的过程吸收的热量，即Qab>Qac。
故选C。
7．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。
8．ABCD
【详解】
根据热力学第二定律，自然界中涉及到的热现象的宏观过程都具有方向性，热传导过程、机械能向内能的转化过程、气体的扩散过程、气体向真空中的膨胀等，都属于热现象的宏观过程，都具有方向性，故ABCD正确。
故选ABCD。
9．BCE
【详解】
AB．有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，热机的效率不可能达到百分之百，空调消耗的电能必大于室内温度降低所放出的热量，A错误，B正确；
C．据热力学第二定律可知，自发的热传导是不可逆的，C正确，
D．不可能通过给物体加热而使它运动起来但不产生其它影响，这违背了热力学第二定律，D错误，；
E．气体可自发地向真空容器膨胀，E正确。
故选BCE。
10．ACE
【详解】
A．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，因为电能也部分转化为热能，A正确；
B．扩散现象是由于分子无规则运动直接形成的，而布朗运动是分子热运动的间接反映，
B错误；
C．阿伏加德罗常数是联系微观物理量和宏观物量的桥梁，已知水的摩尔质量和水分子的质量，可以求出阿伏伽德罗常数，C正确；
D．根据热力学第二定律可知，热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的状态向无序程度大的状态转化的过程，D错误；
E．油膜法把油分子近似看作一个球体，E正确。
故选ACE。
11．ABD
【详解】
A．热量不可以“自己”从低温物体向高温物体传递，能在“一定”的条件下是可以实现的，A正确；
B．气体分子的平均动能只与分子的温度有关，因此温度升高，平均动能增加，而理想气体的内能只有分子动能，气体分子的内能一定增大，B正确；
C．分子在做永不停息的无规则运动，因此其分子的平均动能不是零，C错误；
D．同样质量同样温度的水蒸气和水的平均动能相等，可同样温度的水变成水蒸气需要吸收热量，因此水蒸气的内能更大，D正确；
E．气体分子间的距离很大，相对作用力近似是零，气体如果没有容器的约束，气体分子散开原因是分子做杂乱无章的运动的结果，E错误。
故选ABD。
12．AC
【详解】
A．根据热力学第二定律可知，不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其它任何变化，故A正确；
B．根据热力学第二定律可知，在没有外界影响之下，从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的，但如果存在外在影响是可以实现的，故B错误；
C．根据熵增加原理可知，熵值越大，表明系统内分子运动越无序，故C正确；
D．热量是热传递过程中，温度高的物体向温度低的物体转移内能多少的量度，故D错误。
故选AC。
13．见解析
【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．增加40J
【详解】
由于物体与斜面有摩擦，故物体的机械能有损失，因为摩擦力做功转化为物体的内能，故其内能增加，由题意得：系统内能的增加量为
15．（1）27℃；（2）
【详解】
（1）气体由状态A变化到状态B由查理定律可得
所以
tB＝27℃
（2）由B→D的过程，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律
可得
16．(1)
（2）
【分析】
气体做等压变化，找出初末状态的状态参量列等压变化方程求解，加热的过程中内能的变化可由热力学第一定律求解
【详解】
①设加热后缸内气体的温度为．活塞缓慢上升为等压过程，
根据盖一吕萨克定律得：
其中：
，
，
联立以上各式，解得：，即
②设气体对活塞做功为，则：
根据热力学第一定律得：
联立以上各式，解得：
【点睛】
本题考查理想气体的状态方程及热力学第一定律；审题时注意分清气体的变化过程，在利用热力学第一定律时，注意做功和热量的正负问题．