第三章 热力学定律 单元检测（word版含解析）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册
第三章
热力学定律
单元检测（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．下面过程中通过热传递改变物体内能的是（　　）
A．用气筒给自行车打气时，筒壁变热
B．古人钻木取火
C．用暖水袋暖手
D．摩擦生热
2．下列说法正确的是（　　）
A．花粉颗粒的布朗运动证明花粉分子在做永不停息的无规则运动
B．气体很难被压缩证明气体分子间存在相互作用的斥力
C．第二类永动机无法实现是因为违反了热力学第一定律
D．液体由于表面张力呈收缩趋势是因为表层分子间距大于内部分子间距
3．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，气体内能不变
D．若无外界的干预，气体分子可以自发地退回到左边，使右边重新成为真空
4．关于系统的内能，下述说法中正确的是（
）
A．物体内所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能
B．一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化
C．外界对系统做功W，系统的内能增加
D．系统从外界吸收了热量Q，系统的内能增加
5．下列说法正确的是（　　）
A．压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力，是由于气体分子间存在斥力的缘故
B．液体分子的无规则运动称为布朗运动
C．各向同性的物质可能是多晶体
D．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
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．某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体（　　）
A．在状态a和c时的内能可能相等
B．在a→b过程中，外界对其做的功全部用于增加内能
C．b→c过程中增加的内能小于d→a过程中减少的内能
D．在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量
8．下列说法中正确的是（
）
A．布朗运动就是液体分子的无规则运动
B．熵是物体内分子运动无序程度的量度
C．若容器中用活塞封闭着刚好饱和的一些水汽，当保持温度不变向下缓慢压活塞时，水汽的质量减少，密度不变
D．当分子间距离增大时，分子间引力增大，而分子间斥力减小
E.当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
9．下列说法正确的是（
）
A．理想气体吸收热量时，温度和内能都可能保持不变
B．布朗运动就是液体分子或气体分子的无规则运动
C．随着分子间距离的增大，分子势能先减小再增大
D．一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行的
10．一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
11．如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是（　　）
A．气体自发扩散前后内能减少
B．气体在被压缩的过程中内能增大
C．在自发扩散过程中，气体对外界没做功
D．气体在被压缩过程中，气体分子的平均动能变大
12．对于一定质量的理想气体，下列过程违反热力学第一定律的是（　　）
A．在恒定温度下，气体绝热膨胀
B．气体从外界吸收热量而温度保持不变
C．在绝热的条件下，气体体积不变而温度升高
D．气体对外做功的同时向外界放热
E.加热过程，气体体积减小且内能不变
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其p—V图像如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27℃，求：
（1）该气体在状态B和C时的温度分别为多少K？
（2）该气体从状态A经B再到C的全过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？
14．一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸内，如图所示水平放置活塞的质量，横截面积，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始使汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离，离汽缸口的距离外界气温为，大气压强为，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，已知，求：
①此时气体的温度为多少；
②在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收的热量，则气体增加的内能多大．
15．如图，两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H=18cm的U型管，左管上端封闭，右管上端开口。右管中有高h0=
4cm的水银柱，水银柱上表面离管口的距离l=
12cm。管底水平段的体积可忽略。环境温度为T1=283K。大气压强p0=76cmHg。
（i）现从右侧端口缓慢注入水银（与原水银柱之间无气隙），恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱的高度为多少？
（ii）再将左管中密封气体缓慢加热，使水银柱上表面恰与右管口平齐，此时密封气体的温度为多少？
16．一定质量的理想气体，从状态A到状态B，再到状态C，最后回到状态A，如图所示，气体在状态B时热力学温度为T0，求：
①气体处在状态A和状态C时的温度；
②气体在A→B→C→A的循环中，气体是吸热还是放热，热量是多少？
参考答案
1．C
【详解】
气筒打气，钻木取火，摩擦生热都是做功改变物体内能，只有暖水袋暖手是通过热传递来改变物体内能。
故选C。
2．D
【详解】
A．花粉颗粒在液体中的布朗运动只能说明液体分子在做无规则运动，不能说明花粉分子在做无规则运动，故A错误；
B．气体很难被压缩是由于气体压强的原因，故B错误；
C．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律，所以是制造不出来的，故C错误；
D．由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子的引力大于斥力，整体表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，故D正确。
故选D。
3．C
【详解】
ABC．气体在向右边的真空膨胀的过程中没有力的作用，所以气体不做功，即W＝0，绝热过程，Q＝0，根据热力学第一定律
ΔU＝Q＋W
可知
ΔU＝0
所以气体内能不变，温度不变，分子的平均动能不变，故AB错误，C正确；
D．无外界的干预，根据热力学第二定律可知，涉及热现象的宏观过程具有方向性，因此气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空，故D错误。
故选C。
4．A
【详解】
A．根据内能的定义可知，物体内所有分子的平均动能与分子势能的总和叫物体的内能，故A正确；
B．物体宏观的机械能与内能无关，故B错误；
CD．根据热力学第一定律
可知外界对系统做了多少功W，系统的内能不一定增加多少，同理，系统从外界吸收了多少热量Q，系统的内能也不一定增加多少，故CD错误；
故选A。
5．C
【详解】
A．压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力是由于气体压强增大的原因，气体分子间存在斥力可以忽略不计。故A错误；
B．布朗运动不是液体分子的运动，也不是固体小颗粒分子的运动，而是小颗粒的运动。故B错误；
C．各向同性的物质可能是多晶体，也可能是非晶体，故C正确；
D．物体从外界吸收热量，如果同时对外做功，其内能不一定增加。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．B
【详解】
A．从c到d为绝热膨胀，则Q=0，W<0，则内能减小?U<0，温度降低；从d到a，体积不变，压强减小，则温度降低，则状态c的温度高于a态温度，选项A错误；
B．在a→b过程中为绝热压缩，外界对气体做功W>0，Q=0，则?U=W，即外界对其做的功全部用于增加内能，选项B正确；
CD．从b→c过程系统从外界吸收热量，从c→d系统对外做功，从d→a系统放出热量，从a→b外界对系统做功，根据p-V图象下面积即为气体做功大小，可知c到d过程气体做功：图象中b→c→d→a围成的图形的面积为气体对外做的功，整个过程气体能内能变为为零，则
即在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量，则b→c过程中增加的内能大于d→a过程中减少的内能，故CD错误。
故选B。
8．BCE
【详解】
A．布朗运动是固体小颗粒的无规则运动，间接反映液体分子的无规则运动，故A错误；
B．熵是物体内分子运动无序程度的量度，故B正确；
C．液体的饱和汽压与温度有关，温度不变，密度不变，体积减小，质量减少，故C正确；
D．当分子间距离增大时，分子间引力减小，分子间斥力也减小，故D错误；
E．当分子力表现为斥力时，分子力随分子间距离的减小而增大，间距离的减小，分子力做负功，分子势能增大，故E正确；
故选BCE。
9．AD
【详解】
A．理想气体在吸收热量时，可能同时会对外界做功，若吸收的热量等于对外界做的功，温度和内能都可能保持不变，A正确；
B．布朗运动时悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的永不停息的无规则运动，不是液体分子或气体分子的无规则运动，B错误；
C．若分子间距离大于平衡距离，分子势能随分子间距增大而增大，若分子间距离小于平衡距离，分子势能随分子间距增大而减小，C错误；
D．根据熵增原理，一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行的，D正确。
故选AD。
10．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。
11．BCD
【详解】
AC．气体向真空自发扩散过程，对外界不做功，且没有传热，气体的内能不变，C正确，A错误；
B．气体在被压缩的过程中，外界对气体做正功，因汽缸绝热，故气体内能增大，B正确；
D．气体在被压缩的过程中内能增加，而理想气体无分子势能，故气体分子的平均动能增大，D正确。
故选BCD。
12．ACE
【详解】
A．一定质量的理想气体温度一定时，其内能一定，气体膨胀对外做功，根据热力学第一定律得知，气体应吸热。违反了热力学第一定律，故A正确；
B．气体从外界吸收热量，若对外做功，而且热量与功的数值相等，根据热力学第一定律气体的温度不变。符合热力学第一定律气体。故B错误；
C．气体体积不变则气体既不对外做功，外界也不对气体做功，温度升高，内能增大，则气体应吸收热量，但在绝热条件下不可能吸收热量，违反了热力学第一定律，故C正确；
D．气体对外做功的同时向外界放出热量，根据热力学第一定律气体的内能减小。符合热力学第一定律气体，故D错误；
E．加热过程即气体吸收热量，气体体积减小即外界对气体做，根据热力学第一定律可知，内能一定增大，违反了热力学第一定律，故E正确。
故选ACE。
13．（1）600K，300K；（2）放热，1000J
【详解】
（1）根据图象可知A到B过程发生等容变化有
A状态：压强pA
=
1
×
105Pa，温度TA
=
(27
+
273)K
=
300K
B状态：压强pB
=
2
×
105Pa，温度：TB
根据查理定律可得
解得
TB
=
600K，tB
=
327℃
根据图象可知B到C过程有
B状态：体积VB
=
6.0
×
10–3m3，压强pB
=
2
×
105Pa，温度：TB
=
600K
C状态：体积VC
=
2.0
×
10–3m3，压强pC
=
3
×
105Pa，温度：TC
根据理想气体的状态方程可得
解得
TC
=
300K，即tC
=
27℃
（2）由于
TA
=
TC
一定质量理想气体在状态A和状态C内能相等
ΔU
=
0
从A到B气体体积不变，外界对气体做功为0，从B到C气体体积减小，外界对气体做正功，由p–V图线与横轴所围三角形形的面积可得外界对气体做功
W
=
5.0
×
105
×
(6.0
×
10–3–2.0
×
10–3)×J
=
1.0
×
103J
由热力学第一定律
ΔU
=
W
+
Q
可得
Q
=
–1000J
即气体向外界放出热量。
14．①480K
②318J
【详解】
【分析】根据题意求出气缸内气体的状态参量，然后应用理想气体状态方程可以求出气体的温度；根据题意求出气体对外做的功，然后应用热力学第一定律求出气体内能的增量；
解：当气缸水平放置时，，，，
当气缸口朝上，活塞到达气缸口时，活塞的受力分析图如图所示，
由平衡条件得：，
解得：，
此时气体的体积：，
设此时温度为，由理想气体状态方程得：
解得：；
设当气缸口向上至未加热稳定时，距气缸底部的高度为L，由玻意耳定律得：，
解得：，
加热后气体做等压变化，此过程做功为：
又因为吸收的热量
所以根据热力学第一定律可知：；
15．（i）12.9cm；（ii）363K
【详解】
（i）设密封气体初始体积为V1，压强为p1，左、右管的截面积均为S，密封气体先经等温压缩过程体积变为V2，压强变为p2。由玻意耳定律有
设注入水银后水银柱高度为h，水银的密度为ρ，按题设条件有
，
，
联立以上式子并代入题中数据得
h=12.9cm
（ii）密封气体再经等压膨胀过程体积变为V3，温度变为T2，由盖一吕萨克定律有
按题设条件有
代入题中数据得
T2=363K
16．①，；②放出的热量为
【详解】
①气体从状态A到状态B，由状态方程得
解得
气体从状态B等压到状态C，由盖吕萨克定律得
解得
②在p-V图像中，气体做功即为图像的面积，所以得：
从状态A到状态B，气体被压缩，做功为
从状态B到状态C，气体膨胀，做功为
从状态C到状态A，气体体积不变，做功为
所以在这个循环中，气体做的总功为
理想气体从A态出发经循环回到A态，温度不变，故有
由热力学第一定律得
解得
负号说明是放热，放热，。