第三章 热力学定律 单元训练（Word版含答案）

第3章热力学定律
一、选择题（共15题）
1．下列关于温度及内能的说法中正确的是
A．物体吸热，温度一定升高
B．一个物体的温度升高，一定是外界对物体做功
C．质量和温度相同的冰和水，内能是相同的
D．某一铁块，温度降低，内能一定减小
2．一定质量的理想气体的状态经历了如图所示的a到b过程，其中ab的延长线通过原点O，则下列说法正确的是
A．a到b过程中气体体积不断增大
B．a到b过程中气体压强增大
C．a到b过程中外界对气体做功
D．a到d过程中气体与外界一定没有发生热量交换
3．下列说法正确的是
A．布朗运动是悬浮在液体中固定颗粒的分子无规则运动的反映
B．可以从单一热源吸热并全部转化为有用功
C．知道物体的摩尔质量和密度可求出阿伏伽德罗常数
D．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同
4．如图所示，一定质量的理想气体由状态A变化到状态B再变化到状态C，其中状态A到状态B过程为等压变化过程，状态B到状态C过程为等容变化过程，A、C两个状态处在同一条双曲线上，则下列说法正确的是（　　）
A．状态A到状态B过程，气体放出热量
B．状态A到状态B过程，气体对外做功，内能增加
C．状态B到状态C过程，气体内能增加
D．状态A到状态B，再到状态C过程，气体分子的平均动能先减小后增大
5．泡沫铝密度小、耐高温、成形精度高，常用于表面涂装。将金属铝熔化后通入氢气，在液态铝内产生大量气泡，冷凝后就可得到带有微孔的泡沫铝（多晶体），如图所示。则（　　）
A．泡沫铝的某些物理性质具有各向异性
B．液态铝与氢气泡的接触面存在表面张力，将会阻碍气泡的膨胀
C．冷凝过程中，气泡收缩，外界对气体做功，气体内能增加
D．充入氢气使泡沫铝分子间距离增大，分子间只存在分子斥力
6．关于一定质量的理想气体，下列说法中正确的是（ ）
A．气体被压缩，内能一定增加
B．气体温度升高，每一个气体分子的动能都增大
C．气体的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁产生的
D．气体很容易充满整个容器，是因为气体分子之间斥力的作用
7．下列说法错误的是（　　）
A．悬浮在水中的花粉做布朗运动反映了花粉分子的热运动
B．并不是所有晶体都具有各向异性
C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
D．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
8．一定质量的理想气体由状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其p-T图像如图所示，气体在三个状态的体积分别为Va、Vb、Vc，压强分别为pa、pb、pc。已知，，则下列说法正确的是（　　）
A．
B．
C．从状态a到状态b，气体对外做功
D．从状态c到状态a，气体从外界吸热
9．下列说法正确的是（　　）
A．布朗运动就是气体或液体分子的无规则运动
B．在完全失重的情况下，熔化的金属能够收缩成标准的球形
C．做功和热传递在改变系统内能方面不是等价的
D．非晶体呈各向同性，晶体呈各向异性
10．下列说法正确的是（　　）
A．布朗运动就是液体分子的运动
B．单晶体和多晶体都具有各向异性的物理性质
C．清晨草叶上的露珠有呈球形的趋势，是水的表面张力作用的结果
D．第二类永动机不能制成是因为违背了热力学第一定律
11．用分子动理论的观点看，下列表述正确的是（ ）
A．对一定质量的气体加热，其内能一定增加
B．一定质量100℃的水转变成100℃的水蒸汽，其分子的平均动能增加
C．一定质量的理想气体，如果压强不变而体积增大，其分子的平均动能增加
D．如果气体温度升高，物体中所有分子的速率都一定增大
12．如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成A、B两部分。A内有一定质量的理想气体，B内为真空。抽开隔板K后，A内气体进入，最终达到平衡状态。在这个过程中，下列关系图像正确的是（　　）
A． B．
C． D．
13．下列说法正确的是（　　）
A．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质
B．液体表面张力的形成原因是分子引力的作用
C．第一类永动机不可能成功的原因是违反了热力学第二定律
D．热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
14．以下说法中正确的是（）
A．上午十时，教室内空气中的水蒸气分子和氧气的分子平均动能是相同的
B．液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力
C．水中的水分子总是在永不停息地做杂乱无章的运动，当两个水分子运动到适当的位置使分子力为零时，它们具有的分子势能一定最小
D．一定质量的水蒸气发生等温膨胀时，可能会向外散热
E．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行
15．下面关于熵的说法中正确的是(　　)
A．熵是系统内分子运动无序性的量度
B．在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的
C．热力学第二定律也叫做熵减小原理
D．熵值越大代表越无序
E．一个宏观状态所对应的微观态越多，越无序，熵越小
二、填空题
16．如图所示，一定质量的气体被封闭在容器内，a态是容器放在冰水混合物中气体达到的平衡状态；b态是容器从冰水混合物中移出后，在室温（27°C）中达到的平衡状态。.若忽略气体分子之间的势能，则
（1）b态的气体分子在单位时间内撞击单位面积器壁的个数比a态____ （选填“多”或“ 少”）；
（2）从a态到b态，容器中气体内能_____（选填“增加”或“减少”）。
17．对于一定质量的理想气体，下列说法正确_______．
A．空气中PM2.5的运动属于分子热运动
B．当分子力表现为引力时，分子力随分子间距离的增大先增大后减小，分子势能总是随分子间距离的增大而增大
C．用油膜法估测分子大小时，用油酸溶液体积除以油膜面积，可估测油酸分子的直径
D．一定质量的理想气体等温膨胀，一定吸收热量
E．一定质量的理想气体体积不变时，温度越高，单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数越多
18．一定量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状态c；a、c两状态温度相等。则气体在状态a的内能______（填大于、等于、小于）在状态c的内能；从状态a到状态b的过程中气体对外做______（填正功、负功、不做功）
19．如图所示，一定质量的理想气体依次经历三个不同过程，分别由图象上三条直线和表示，其中平行于横轴，的延长线过点平行于纵轴。由图可知，过程气体体积______（填“增大”“减小”或“不变”），过程气体_______热（填“吸”或“放”），过程_______做功（填“气体对外界”或“外界对气体”）。
三、综合题
20．如图所示，一质量M=3kg，底面积的导热汽缸内由活塞将一定质量的理想气体封闭在其中，活塞通过一不可伸长的轻绳竖直悬挂在固定的天花板上，活塞和汽缸内壁间光滑无摩擦。初始时用手托住汽缸，汽缸内、外气体压强均为大气压强，活塞与汽缸底部的距离为，将汽缸由静止释放，经过足够长的时间后汽缸最终静止，此时活塞仍将气体封闭，整个过程中不漏气。取重力加速度。周围环境温度保持不变。
(1).求汽缸最终静止时活塞与汽缸底部的距离；
(2).整个过程中，缸内气体是从外界吸收热量还是向外界放出热量？数值为多少？
21．如图所示，一圆柱形汽缸竖直放置，汽缸正中间有挡板，位于汽缸口的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．开始时，活塞与汽缸底部相距L，测得气体的温度为T0．现缓慢降温，让活塞缓慢下降，直到恰好与挡板接触但不挤压．然后在活塞上放一重物P，对气体缓慢加热，让气体的温度缓慢回升到T0，升温过程中，活塞不动．已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与汽缸间摩擦．
(ⅰ)求活塞刚与挡板接触时气体的温度和重物P的质量的最小值；
(ⅱ)整个过程中，气体是吸热还是放热，吸收或放出的热量为多少？
22．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。
23．如图所示，一导热性能良好的汽缸开口向上放在水平面上，已知汽缸的总高度为，用厚度不计、截面面积大小为的密封性良好的轻质活塞于开口处封闭缸中的气体，现在活塞上轻放一质量为重物，当系统平衡时活塞距离底端的间距为，若外界大气压恒为，环境温度恒为，忽略一切摩擦，重力加速度取。求：（计算结果均保留两位有效数字）
①上述过程中封闭气体吸热还是放热？热量改变了多少？
②如果将环境的温度从缓慢升高到，则活塞重新平衡时升高的距离为多少？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
晶体熔化时吸热，但温度不变，故A错误；一个物体的温度升高，不一定是外界对物体做功，还可能是吸收了热量，故B错误；质量和温度相同的冰和水，水的内能大，故C错误；同一物体分子个数是一定的，当温度降低时，分子的热运动越缓慢，则分子的动能就越小，从而物体的内能减小；由于铁块的质量不变，因此铁块的温度降低，内能一定减小，故D正确．所以D正确，ABC错误．
2．B
【详解】
试题分析：a到b过程，a与绝对零度-273℃连线的斜率等于b与绝对零度-273℃连线的斜率，则a状态气体的体积等于b状态气体的体积，则ab过程中体积不变，根据（C为定值）可得a到b过程中温度升高，体积不变，故压强增大，故A错误B正确；由于体积不变，外界和系统之间没有做功，温度升高，则需要从外界吸收热量，CD错误；
3．D
【详解】
试题分析：布朗运动是液体分子无规则运动的反映，A错误；根据热力学第二定律可知：气体不可能从单一热源吸热，并全部用来对外做功，而不引起其它变化，B错误；知道某物体的摩尔质量和密度可求出摩尔体积，不能求出阿伏伽德罗常数，C错误；内能与温度、体积、物质的多少等因素有关，而分子平均动能只与温度有关，故内能不同的物体，它们分子热运动的平均分子动能可能相同，D正确；
4．B
【详解】
AB．状态A到状态B过程，气体压强不变，体积变大，则温度升高，气体对外做功且内能增加，可知气体吸收热量，选项A错误，B正确；
C．状态B到状态C过程，气体体积不变，压强减小，则温度降低，则气体内能减小，选项C错误；
D．状态A到状态B，再到状态C过程，气体的温度先升高后降低，则气体分子的平均动能先增大后减小，选项D错误。
故选B。
5．B
【详解】
A．泡沫铝是多晶体，某些物理性质具有各向同性，故A错误；
B．液态铝与氢气泡的接触面存在表面张力，将会阻碍气泡的膨胀，故B正确；
C．冷凝过程中，气泡收缩，外界对气体做功，同时温度降低，放出热量，气体内能降低，故C错误；
D．充入氢气使泡沫铝分子间距离增大，分子间同时存在引力和斥力，当
时，分子力表现为引力，不是只存在引力，故D错误。
故选B。
6．C
【详解】
气体被压缩，外界对气体做功，如果气体放热，则气体的内能不一定增加，选项A错误；气体温度升高，气体的凭据动能增大，但是不一定每一个气体分子的动能都增大，选项B错误； 气体的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁产生的，选项C正确；气体很容易充满整个容器，是因为气体分子在永不停息的做无规则热运动，与分子力无关，故D错误；故选C.
7．A
【详解】
A．悬浮在水中的花粉做布朗运动反映了水分子的热运动，A错误；
B．单晶体具有各向异性，而多晶体不具有各向异性，B正确；
C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同，C正确；
D，根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，D正确。
故不正确的是A。
8．D
【详解】
A．由题图可知，从状态a到状态b属于等容过程，气体体积不变，由理想气体状态方程可得
又
得
所以A错误；
B．由题图可知，从状态b到状态c属于等温过程，气体温度不变，由理想气体状态方程可得
得
所以B错误；
C．从状态a到状态b，气体体积不变，所以气体不会对外做功，所以C错误；
D．从状态c到状态a，可以等效为先从状态c到状态b，再从状态b到状态a。从状态c到状态b，温度不变，即气体内能不变；体积增大，所以气体对外做功，即
由热力学第一定律可得
可知气体要从外界吸收热量。从状态b到状态a，体积不变，即
温度升高，即
由热力学第一定律可得
可知气体要从外界吸收热量。所以从状态c到状态a，气体从外界吸热。所以D正确。
故选D。
9．B
【详解】
A．布朗运动就是固体颗粒的无规则运动，反映了气体或液体分子的无规则运动，A错误；
B．在完全失重的情况下，由于液体表面张力，使熔化的金属能够收缩成标准的球形，B正确；
C．做功和热传递在改变系统内能方面是等价的，C错误；
D．非晶体和多晶体呈各向同性，单晶体呈各向异性，D错误。
故选B。
10．C
【详解】
A．布朗运动不是液体分子的运动，是固体小颗粒的运动，所以A错误；
B．单晶体具有各向异性的物理性质，多晶体具有各向同性的物理性质，所以B错误；
C．清晨草叶上的露珠有呈球形的趋势，是水的表面张力作用的结果，所以C正确；
D．第二类永动机不能制成是因为违背了热力学第二定律，所以D错误；
故选C。
11．C
【详解】
根据热力学第一定律可知，对气体加热，若气体对外做功，其内能不一定增加，故A错误；一定质量100℃的水转变成100℃的水蒸汽，由于温度不变，故分子的平均动能不变，故B错误；一定质量的理想气体，如果压强不变而体积增大，则其温度一定变大，故其分子的平均动能增加，故C正确；如果气体温度升高，只是分子的平均动能增大，但单个分子的动能和速率无法确定，故D错误．
12．B
【详解】
绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，即
△Q=0
稀薄气体向真空扩散没有做功，即
W=0
根据热力学第一定律可知
△U=0
即气体内能不变，做等温变化。
故选B。
13．AD
【详解】
A．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质，选项A正确；
B．液体表面张力的形成原因是表面层分子间距离大于r0，分子间作用力表现为引力，选项B错误；
C．第一类永动机不可能成功的原因是违反了能量守恒定律，选项C错误；
D．热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，选项D正确。
故选AD。
14．ACE
【详解】
温度相同的物体的分子平均动能都相同，则上午十时，教室内空气中的水蒸气分子和氧气的分子平均动能是相同的，选项A正确； 液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力，选项B错误； 水中的水分子总是在永不停息地做杂乱无章的运动，当两个水分子运动到适当的位置使分子力为零时，它们具有的分子势能一定最小，选项C正确； 一定质量的水蒸气发生等温膨胀时，对外做功，内能不变，则气体吸热，选项D错误； 熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行，选项E正确；故选ACE.
15．ABD
【详解】
一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，这就是热力学第二定律的微观意义．系统的热力学过程就是大量分子向无序程度大的状态变化的过程．自然过程的方向性可以表述为：在任何自然过程中，一个孤立系统的熵值不会减小，因此热力学第二定律又称为熵增加原理．因此A、B、D说法正确，C、E说法错误．故选ABD.
16． 多 增加
【详解】
（1）因为b态的温度较大，分子平均速率大于a态，可知b态的气体分子在单位时间内撞击单位面积器壁的个数比a态多；
（2）从a态到b态，温度升高，则容器中气体内能增加。
17．BDE
【详解】
A项：空气中PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，其运动是由于来自空气分子的各个方向的撞击不平衡所引起的，属于布朗运动，即不是分子热运动，当然不属于分子的热运动，所以A错误；
B项：由分子力与分子间距离关系图可知：
分子力随分子间距离的增大先增大后减小，在分子间距增在过程中，引力做负功，所以分子势能增大，故B正确；
C项：一滴油酸酒精溶液的体积并非为油酸体积，要根据油酸酒精溶液中所含油酸的比例，求出所含油酸体积，故C错误；
D项：根据热力学定律可知，膨胀，气体对外做功即，等温即理想气体内能不变，所以气体一定要吸热，故D正确；
E项：一定质量的理想气体体积不变时，温度越高，分子平均动能越大，即大部分分子运动更快，所以单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数越多，故E正确．
18． 等于 正功
【详解】
对一定量的理想气体，内能是由温度决定，由于a、c两状态温度相同，因此内能一定相等。
根据功的定义
从状态a到状态b的过程中，气体体积膨胀，因此对外做正功。
19． 减小 吸 气体对外界
【详解】
由图可知，ca过程中压强不变，温度降低，则根据
可知，气体体积减小；
ab过程中气体体积不变（因为其所在直线为过0K的倾斜直线），则
W=0
温度升高，则
U＞0
根据
U =W+Q
可知，气体吸热。
bc过程中温度不变，压强减小，则根据
体积增大，即气体对外界做功。
20．(1)；(2)吸热；3J
【详解】
(1)．对汽缸受力分析
解得
设汽缸稳定后活塞与汽缸底部的距离为，对缸内气体，据玻意耳定律可得
代入数据得
(2)．对汽缸由动能定理可得
解得
对气体，据热力学第一定律可得
代入数据得
故气体吸热3J 。
21． (ⅰ) 　m＋ (ⅱ)放热　
【详解】
(ⅰ)由题意可得，缓慢降温过程是一个等压过程
初态：温度T0，体积V0＝LS，
末态：温度T1，体积V1＝
由盖—吕萨克定律有，解得T1＝
升温过程中，活塞不动，是一个等容过程，设重物P的质量的最小值为M
初态：温度T1＝，压强p1＝p0＋，
末态：温度T2＝T0，压强p2＝p0＋
由查理定律有，解得M＝m＋．
(ⅱ)整个过程中，理想气体的温度不变，内能不变；降温过程，气体体积变小，外界对气体做的功为
升温过程，气体体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功；由热力学第一定律，整个过程中，气体放出热量
Q＝W＝．
22．（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
23．①放热，6.0J；②0.048m
【详解】
①封闭气体初始状态的压强为
未态压强为
由于封闭的理想气体发生了等温变化，由玻意耳定律得
解得
则外界对气体做功为
根据热力学第一定律得
解得
即放出的热量。
②由题意可知，气体发生了等压变化，则由盖—吕萨克定律得
代入数据解得
则活塞升高的距离为
答案第1页，共2页