第三章 热力学定律 同步训练(Word版含答案)

第3章热力学定律
一、选择题（共14题）
1．人们常用空调调节室内空气的温度，下列说法正确的是（　　）
A．空调风速越大，室内空气的分子动能也越大
B．空调过滤器能够吸附PM2.5颗粒，此颗粒的运动是分子热运动
C．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
D．空调制热使得室内温度上升，则速率小的空气分子比例减小
2．一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做功，气体内能减少，传递热量为Q，则下列各式正确的是（　　）
A．，，
B．，，
C．，，
D．，，
3．关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是（　　）
A．一定量气体吸收热量，其内能一定增大
B．不可能使热量由低温物体传递到高温物体
C．若两分子间距离增大，分子势能一定增大
D．若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大
4．下列有关热现象的叙述中正确的是（　　）
A．气体的温度越高，分子热运动就越剧烈，所有分子的速率都增大
B．凡是不违背能量守恒定律的实验构想，都是能够实现的
C．分子力随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大
D．一定质量的理想气体，压强不变，温度升高时，分子间的平均距离一定增大
5．热学是研究物质处于热状态时的有关性质和规律的物理学分支，它起源于人类对冷热现象的探索。下列关于热现象的说法中正确的是（　　）
A．温度越高的物体，其内能越大
B．温度越低的物体，其每个分子的运动速率越小
C．处于热平衡状态的物体，无论是否接触，其冷热程度一定相同
D．随着冷冻技术的不断进步，可以实现将物体的温度降低到
6．关于热力学定律和分子动理论，下列说法中正确的是（　　）
A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化
B．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的
C．在分子力作用范围内，分子力总是随分子间距离的增大而减小
D．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大
7．2018年3月2日上映的《厉害了我的国》的票房和评分都极高．影片中展示了我们中国作为现代化强国的方方面面的发展与进步．如图是影片中几个场景的截图，则下列说法正的是
A．甲图中火箭点火后加速上升阶段，舱内的物体处于失重状态
B．乙图中的光伏电池能把太阳光的光能转化为内能
C．丙图中静止站立在电缆上的工作人员受到的合力垂直于倾斜的电线
D．丁图中某根钢索对桥面的拉力和桥面对该钢索的拉力是一对作用力和反作用力
8．在下列叙述中，正确的是
A．物体里所有分子动能的总和叫做物体的内能
B．—定质量的气体，体积不变时，温度越高，气体的压强就越大
C．对一定质量的气体加热，其内能一定增加
D．随着分子间的距离增大分子间引力和斥力的合力一定减小
9．关于热现象，下列说法不正确的是（ ）
A．若一定质量的理想气体在膨胀的同时放出热量，则气体分子的平均动能减小
B．悬浮在液体中的颗粒越小、温度越高，布朗运动越剧烈
C．液晶与多晶体一样具有各向同性
D．当分子间的引力与斥力平衡时，分子势能最小
10．如图所示为一定质量的理想气体压强随热力学温度变化的图象，气体经历了ab、bc、cd、da四个过程．其中bc的延长线经过原点，ab与竖直轴平行，cd与水平轴平行，ad与bc平行．则气体在
A．ab过程中对外界做功
B．bc过程中从外界吸收热量
C．cd过程中内能保持不变
D．da过程中体积保持不变
11．如图，为一定质量理想气体状态变化的p—V图像，理想气体由状态变化到状态，再由状态变化到状态，图中虚线为过两点的双曲线。在整个循环过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．由状态变化到状态过程中，气体温度先降低后升高
B．由状态变化到状态过程中，气体分子运动的平均速率先增大后减小
C．在整个循环过程中，气体从外界吸收的热量大于向外界放出的热量
D．由状态变化到状态过程中，气体内能先增大后减小
12．下列现象中能够发生的是(　　)
A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能
C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
13．下列说法正确的是
A．一定质量的理想气体，压强变小时，分子间的平均距离可能变小
B．晶体的物理性质表现为各向异性，是由于组成晶体的微粒在空间排列不规则
C．物体内能改变时，其温度一定变化
D．机械能可通过做功全部转化为内能，但内能一定不能通过做功全部转化为机械能而不引起其它的变化
E．将0.05mL浓度为0.02%的油酸酒精溶液滴入水中，测得油膜面积为20cm2，则可测得油酸分子的直径为5×10-9m
14．下列说法正确的是（　　）
A．空调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．对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少形成“能源危机”
C．热机可以把燃料产生的内能全部转化为机械能为人们所利用
D．打开真空钢瓶瓶盖空气将自发地进入钢瓶使瓶内的压强增大
E．一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起过程将要吸收热量
二、填空题
15．空气压缩机在一次压缩中，活塞对汽缸内的空气做了的功，同时汽缸内的空气的内能增加了，则汽缸内的空气的压强___________（填“增大”、“不变”或“减小”），与外界传递的热量是___________。
16．石油、电能、地热能、天然气中属于新能源的是_____，属于二次能源的是_____。
17．如图所示，一导热性能良好的气缸，用轻质活塞密封了一定质量的气体，活塞用轻绳悬挂在天花板上。
（1）若环境温度缓慢升高，下列说法正确的有_____．
A．单位时间内气体分子与器壁单位面积碰撞的分子数减少
B．单位时间内气体分子与器壁单位面积碰撞的分子数增加
C．器壁单位面积上受到气体分子撞击力增大
D．温度升高，缸内所有气体分子运动速率均增大
（2）若已知气缸的容积为1L，气缸内气体的密度为30g/，平均摩尔质量为1.152g/mol．阿伏加德罗常数，估算气缸内气体分子数为____个，气体分子间平均距离d=____m（结果均保留一位有效数字）。
（3）已知气缸的质量为M，活塞可以在缸内无摩擦滑动，活塞的面积为S，活塞与缸底距离为h，大气压强恒为p0，此时环境温度为T．若环境温度升高时，气体从外界吸收热量Q，气缸缓慢移动距离d 后再次处于静止，则在此过程中密闭气体的内能 U增加了________，温度升高了___________。
18．一定质量的理想气体的压强p与热力学温度T的关系图像如图所示，其中图线的AB段平行于纵轴，BC段平行于横轴。则从A状态到B状态，气体______（选填“吸收”、或“放出”）热量，从B状态到C状态，气体分子单位时间内对容器壁单位面积的碰撞次数______（选填“增多”、“不变”或“减少”），A、B、C三个状态相比，气体密度最大的是______（选填“A”、“B”或“C”）。
三、综合题
19．如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体．活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h,现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，活塞上升上h，此时气体的温为T1．已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与气缸的摩擦，求：
（1）气体的压强；
（2）加热过程中气体的内能增加量；
（3）现停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当添加砂粒的质量为m0时，活塞恰好回到原来的位置，求此时气体的温度．
20．一只铁球从高处落下，撞到地面上，最后处于静止状态。试分析这个过程中无序程度的变化。
21．如图所示，一圆柱形绝热汽缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞的质量为m，横截面积为S，与汽缸底部相距高度为h，此时封闭气体的温度为T。现通过很细电热丝缓慢加热气体，电热丝产生热量全部被气体吸收，电热丝两端电压为U，通过它的电流为I。经过时间t时，气体温度上升到1.5T。已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与汽缸的摩擦，求：
①加热后活塞到汽缸底部的距离；
②加热过程中气体的内能增加量。
22．在球形容器上插入一根两端开口的玻璃管，接口用蜡密封。玻璃管内部横截面积S=1cm2，管内一静止水银柱封闭着长度l1=4cm的空气柱，如图所示，此时外界的温度t1=7℃。现把整个容器浸在温度t2=47°C的热水中，玻璃管口在水面之上，管内水银没有溢出管口。水银柱静止时下方的空气柱长度变l2=8cm。实验过程中认为大气压没有变化、不计热胀冷缩。
（1） 已知实验过程中封闭的空气内能增加了0.82J，对外做功0.5J，求封闭的空气从热水中吸收的热量Q；
（2） 求球形容器的容积V。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A．室内空气的分子动能只与温度有关，与空调风速无关，故A错误；
B．空调过滤器能够吸附PM2.5颗粒，PM2.5颗粒是肉眼看不见的固体小颗粒，做的是布朗运动，不是分子热运动，故B错误。
C．空调既能制热又能制冷，说明在不自发地条件下热传递方向可以逆向，不违背热力学第二定律，故C错误；
D．空调制热使得室内温度上升，根据温度是分子平均动能的标志，所以速率小的空气分子比例减小，故D正确；
故选D.
2．B
【详解】
外界对气体做功，记为
气体内能减少，记为
根据热力学第一定律得
即它向外传递的热量为2．0×105J，选项B正确。
故选B。
3．D
【详解】
A．做功和热传递都能改变内能，气体吸收热量，其内能不一定增大，A错误；
B．可以使热量由低温物体传递到高温物体，但要引起其它变化，如电冰箱，故B错误；
C．若分子间距小于平衡位置时，分子间距离增大，分子力做正功，分子势能一定减小，C错误；
D．若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大，D正确；
故选D。
4．D
【详解】
A．气体的温度越高，分子平均动能增大，那么分子热运动就越剧烈，则分子的平均速率增大，但不是所有分子的速率都增大，故A错误；
B．热力学第二定律告诉我们，自然界中的宏观过程具有的方向性，不违背能量守恒定律的实验构想并不都能够实现，如第二类永动机不能制成，故B错误；
C．分子间同时存在引力与斥力，分子间的引力与斥力随分子间距离增大而 减小，随分子间距离减小而增大，分子间相互作用的引力与斥力的合力是分子力；当分子间距离等于平衡距离时，分子力为零；当分子间距离小于平衡距离时分子力随分子间距离增大而减小，随分子间距离减小而增大；当分子间距离大于平衡距离时，分子力随分子间距离减小而减小，随分子间距离增大而增大，当分子间距离增大到一定距离后又随分子间距离增大而减小，故C错误；
D．根据，知一定质量的理想气体，压强不变时，温度升高时，体积增加，故分子间的平均距离一定增大，故D正确。
故选D。
5．C
【详解】
A．物体的内能是物体内所有分子动能和势能的总和，由物体的物质的量、温度和体积共同决定，故A错误；
B．温度越低的物体，其所有分子的平均动能越小即平均速率越小，但不一定每个分子的平均速率越小，故B错误；
C．处于热平衡状态的物体，其温度不变，即冷热程度相同，故C正确；
D．根据热力学第三定律可知，温度不可能达到-273.15°，故D错误。
故选C。
6．B
【详解】
AB．由热力学第二定律可知，能量的传递具有方向性，A错误，B正确；
C．由分子间的引力和斥力变化快慢不同可知，分子力的大小随间距的变化较为复杂，不是与距离的变化而单调的变化，C项错误；
D．温度升高时，物体中分子平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，即并不是每个分子的运动速率都增大，故D项错误。
故选B。
7．D
【详解】
A. 甲图中火箭点火后加速上升时，加速度向上，处于超重状态，故A错误；
B. 乙图中的光伏电池能把太阳光的光能转化为内能，但并不能全部转化成内能，存在一定的能量损耗，故B错误；
C. 丙图中静止站立在电缆上的工作人员受到的合力与重力等大反向，故竖直向上，故C错误；
D. 丁图中某根钢索对桥面的拉力和桥面对该钢索的拉力为相互作用，故是一对作用力和反作用力，故D正确．
8．B
【详解】
试题分析：由分子动理论的知识知，物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和叫物体的内能，所以A选项错误；对一定质量的气体，当体积不变时，气体的压强和热力学温度成正比，所以B选项正确；由热力学第一定律可知，对一定质量的气体加热，气体的热量增加，但是不知道气体的做功情况，所以气体的内能的变化不能判断，所以C选项错，随着分子间的距离增大分子间引力和斥力的合力可能是先增大，后减小，也可能减小，原因是题中没有清楚的说明分子间的距离从什么位置开始增大，所以D选项错误．
9．C
【详解】
A、气体膨胀的过程中对外做功，若一定质量的理想气体在膨胀的同时放出热量，根据热力学第一定律可知，气体的内能减小，温度降低，所以气体分子的平均动能减小，故A正确；
B、根据布朗运动的特点可知，悬浮在液体中的颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈，故B正确；
C、液晶的部分性质具有各向异性，故C错误；
D、当0时，分子力体现引力，当r的增加时，分子力做负功，则增加；当时，分子力体现斥力，当r的减小时，分子力做负功，则增加；所以当时，最小，故D正确．
点睛：本题考查了物体的分子势能和布朗运动、热力学第一定律等；要能够从微观角度理解分子间的运动规律是解答的关键．
10．A
【详解】
A.ab过程气体发生等温过程，压强降低，根据PV/ T=C，知体积增大，气体对外界做功，故A正确；
B.bc过程，连线过坐标原点，则bc过程中体积不变，W=0，温度降低，内能减小，根据 U=W+Q可知，气体放热，故B错误；
C. cd过程中气体压强不变，温度降低，则内能减小，选项C错误；
D. da过程，d与原点连线的斜率大于a与原点连线的斜率，据知，d状态气体的体积小于a状态气体的体积，即da过程中体积增大，故D错误．
11．C
【详解】
A．由于图中虚线为过两点的双曲线，可知图中虚线是等温线，则由状态变化到状态过程中，气体温度先升高后降低，A错误；
B．由于图中虚线为过两点的双曲线，可知图中虚线是等温线，气体由状态由b状态到状态a的过程中，气体温度先降低后升高，故平均动能先减小后增大，所以气体分子的平均速率先减小后增大，B错误；
C．根据
W = pV
可知，图像与坐标轴围成的面积等于气体做功，由图可知从b到a外界对理想气体做的功小于从a到b理想气体对外做的功；整个循环过程W < 0，U = 0，所以
Q > 0，Q吸 - Q放 > 0
即整个循环过程，理想气体吸收的热量大于放出的热量，C正确；
D．由于图中虚线为过两点的双曲线，可知图中虚线是等温线，气体由状态由b状态到状态a的过程中，气体温度先降低后升高，而理想气体的内能完全由温度决定，所以内能先减小后增大，D错误。
故选C。
12．CD
【详解】
A、B：一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热，蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械，违背热力学第二定律，故不能发生，A、B错误；泥水分离是由于重力作用，能够发生，C正确；由热力学第二定律可知，选项D可以通过消耗电能的方式实现，故能发生，D正确．
13．ADE
【详解】
A．根据气态方程，压强变小时，如果温度降低，则气体的体积可能减小，分子间的平均距离可能变小，故A正确；
B．晶体的物理性质表现为各向异性，是由于组成晶体的微粒在空间排列规则，故B错误；
C．物体的内能包括分子动能和分子势能两部分，物体内能改变时，可能是分子势能发生了变化，而分子平均动能并没有发生变化，即温度可能不变化。故C错误；
D．根据热力学第二定律可知，机械能可通过做功全部转化为内能，但内能一定不能通过做功全部转化为机械能而不引起其它的变化，故D正确；
E．根据题意，一滴油酸酒精溶液含有的油酸体积为：
V=0.05×0.02% mL=1×10-5mL
所以油酸分子直径的大小：
故E正确；
故选ADE。
14．ADE
【详解】
A．空调在制冷过程中需要通过压缩机做功，以至于从室内物体吸收的热量少于向室外环境放出的热量，即低温物体不能自发向高温物体传递热量，A正确；
B．人类可利用的能源，特别是诸如煤炭等不可再生能源是逐渐减少的，因此不合理使用能源，很有可能导致能源危机，但是能量是守恒，能量与能源是有一定关系的不同概念，B错误；
C．热机不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能为人们所利用，C错误；
D．打开真空钢瓶瓶盖空气将自发地进入钢瓶使瓶内的压强增大，这是正确的，但要注意这一自发过程不能使瓶内压强持续增大以至于超过外界压强，D正确；
E．一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起过程，压强减小，体积增大，对外做功，气泡温度有降低趋势，于是要吸收热量，E正确。
故选ADE。
15． 增大
【详解】
根据
空气的内能增加，温度升高，体积减小，故其压强增大；
根据热力学第一定律有
解得
即与外界传递的热量是。
16． 地热能 电能
【详解】
新能源是指无污染，可以持续利用的能源，其中地热能属于新能源；
只能通过消耗其它能源经过加工转换而得到的能源为二次能源，其中电能属于二次能源。
17． A 2×1022 4×10-9
【详解】
（1）AB．缸内气体压强可知当温度升高时，缸内气体的压强不变，因温度升高时单个分子对器壁的作用力变大，则单位时间内气体分子与器壁单位面积碰撞的分子数减少，选项A正确，B错误；
C．气体的压强不变，则器壁单位面积上受到气体分子撞击力不变，选项C错误；
D．温度升高，缸内气体分子运动的平均速率增大，并非所有气体分子运动速率均增大，选项D错误。
故选A。
（2）气体质量：
m=ρV；
摩尔数为：
；
分子数为：
将气体分子占据的空间看成立方体形，而且紧密排列，则
=NA d3
可得
；
（3）缸内气体压强
P＝P0
气体等压膨胀过程外界对气体做功
W=-PSd
根据热力学第一定律，气体内能增加量
△U=Q+W
解得：
△U=Q-P0Sd+Mgd
气体做等压变化，由盖 萨克定律得：
解得：
18． 吸收 减少 A
【详解】
从A状态到B状态，温度不变
根据
压强减小，体积增大，即
气体对外做功
根据
则
吸收热量
从B状态到C状态， 根据
压强不变，温度升高，体积变大，即
保持压强不变，气体的体积增大，气体的密度减小，气体分子单位时间内对容器壁单位面积的碰撞次数减小
根据
则气体密度最大的是A
19．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）取活塞为研究对象，由受力平衡得
（2）气体对外做功，由热力学第一定律得
解得
（3）设活塞回到原位置时，气体的温度为T2，则由气态方程
，，
解得
20．金属球从高处落下，撞地而静止，是将机械能转化为物体的内能。物体机械运动是宏观情况下物体在空间位置上的变化，物体运动状态的变化完全遵循牛顿运动定律所反映的因果关系，这是一种有序的运动，热运动是大量分子的无规则运动，机械运动向热运动的转化，属于从有序向无序的转化，无序程度增加，即熵的增加。
21．①h′=1.5h；②△U=UIt-0.5h（p0S+mg）
【详解】
①封闭发生等压变化，活塞横截面积为S，初态体积V1=hS，温度T1=T，
末态体积V2=h′S，温度T2=1.5T
根据盖一吕萨克定律可得
解得加热后活塞到汽缸底部的距离
h′=1.5h
②根据受力平衡可得封闭气体的压强
升温过程对外做功
W=-p（h′-h）S
热力学第一定律
△U=W+Q
又
Q=UIt
联立可得
△U=UIt-0.5h（p0S+mg）
22．（1）1.32J；（2）24 cm3
【详解】
（1）根据热力学第一定律U=Q+W得
Q=1.32J
（2）初态 T1=280K，V1=V+S l1，末态 T2=320K，V2=V+S l2，根据盖吕萨克定律
求得
V=24 cm3 （或2.4×10-5 m3 ）
答案第1页，共2页