第三章 热力学定律综合训练（Word版含答案解析）

第三章热力学定律
一、选择题（共15题）
1．下列例子中通过热传递改变物体内能的是（　　）
A．用砂轮磨刀具的时候，刀具的温度升高
B．灼热的火炉使周围物体的温度升高
C．手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些
D．擦火柴时，火柴头上的易燃物质燃烧起来
2．下列说法正确的是 （　 ）
A．温度高的物体分子平均动能一定大，内能也一定大
B．当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离增大而增大
C．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加
D．当分子间距离增大时，分子间引力增大，分子间斥力减小
3．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　）
A．质量和温度都相同的理想气体，内能一定相同
B．一定质量的0°C的水变为0°C的冰时，分子势能增加
C．外界对物体做功，内能一定增大
D．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
4．下列说法中正确的是（　　）
A．布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动
B．气体的温度升高，每个气体分子运动的速率都增大
C．一定质量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子之间的势能减小
D．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵循热力学第二定律
5．下列说法正确的是
A．气体能充满任何容器是因为分子间的排斥力大于吸引力
B．可以利用高科技手段，制作效率是100％的热机
C．布朗运动反映了固定分子永不停息做无规则的热运动
D．用油膜法测出油酸分子直径后，还需知道油酸的摩尔体积就可估算出阿伏伽德罗常数
6．下列说法正确的是（　　）
A．扩散现象只有在固体和液体中能发生
B．热量不可能从低温物体传到高温物体
C．第一类永动机违背了热力学第一定律
D．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性
7．夏天，如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下暴晒，车胎极易爆裂，关于这一现象有以下描述（暴晒过程中内胎容积几乎不变），错误的是（ ）
A．车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果
B．在爆裂前的过程中气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大
C．在爆裂前的过程中，气体吸热，内能增加
D．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能减少
8．下列说法正确的是（　　）
A．气体膨胀对外做功其内能一定减小
B．内能是物体中所有分子热运动动能的总和
C．气体吸热且温度升高，分子的平均动能有可能不变
D．水中花粉颗粒的布朗运动是由水分子的无规则运动引起的
9．将装有一定质量氧气的薄铝筒开口向下浸入20℃的水中，如图所示，缓慢推动铝筒，使其下降2m，铝筒内氧气无泄漏，则铝筒在缓慢下降过程中，氧气（　　）
A．从外界吸热 B．对外界做正功
C．分子势能不变 D．内能减小
10．关于热力学定律，下列说法中正确的是（　　）
A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
B．理想气体的等压膨胀过程一定放热
C．热量不可能从低温物体传递到高温物体
D．压缩气体做功，该气体的内能一定增加
11．下列说法正确的是
A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B．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
C．功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功
D．凡是不违反能量守恒定律的过程都一定能实现
12．关于热力学定律下列说法正确的是（　　）
A．气体向真空的自由膨胀是可逆的
B．一定质量的理想气体绝热膨胀时对外做功，气体内能减小
C．空调机既能制热又能制冷，这不遵循热力学第二定律
D．只要技术不断进步，内燃机效率可以达到百分之百
13．关于分子动理论和热力学定律，下列说法中正确的是（ ）
A．空气相对湿度越大时，水蒸发越快
B．物体的温度越高，分子平均动能越大
C．第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第一定律
D．两个分子的间距由无穷远逐渐减小到难以再减小的过程中，分子间作用力先增大后减小到零，再增大
E．若一定量的理想气体对外膨胀做功50J，内能增加80J，则气体一定从外界吸收130J的热量
14．一定质量的理想气体经历了图示的状态变化，已知均与p轴平行，和过程气体与外界没有热交换，则下列说法正确的是（　　）
A．过程中，单位体积内气体分子数减少
B．过程中，气体内能增加
C．过程中，分子平均动能增大
D．过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增多
E．过程中，气体放出热量
15．下列说法正确的是（ ）
A．有同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
B．温度越高，水的饱和蒸气压越大
C．扩散现象是不同物质间的一种化学反应
D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
E．当两薄玻璃板夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开，这是大气压强的作用
二、填空题
16．下列说法正确的是__________．
A．做功和热传递都能改变物体的内能
B当气体温度升高时,外界对气体一定做正功
C．饱和汽的体积越大,饱和汽压越大
D．单晶体和多晶体都具有确定的熔点
E气体能够充满容器的整个空间,是气体分子无规则运动的结果
17．一定量的理想气体从状态A开始，经状态B、C、D回到状态A，其压强–温度图像（P–T图像）如图所示，从B到C过程中，气体对外___________（选填“放热”或“吸热”），气体在B和D状态时的体积___________（选填“相等”或“不相等”）。
18．下列说法正确的是__________
A．第二类永动机违反了热力学第二定律，但不违反能量守恒定律
B．被踩扁的乒乓球（表面没有开裂）放在热水里浸泡，恢复原状的过程中，球内气体对外做正功的同时会从外界吸收热量
C．由于液体表面分子间距离小于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
D．两个分子间分子势能减小的过程中，两分子间的相互作用力可能减小
E．布朗运动是指在显微镜下观察到的组成悬浮颗粒的固体分子的无规则运动
19．如图所示，一定质量的理想气体经历A→B、B→C、C→A三个变化过程，则：
（1）符合查理定律的变化过程是　________；C→A过程中气体　________（选填“吸收”或“放出”）热量，　________（选填“外界对气体”或“气体对外界”）做功，气体的内能　________。（选填“增加”、“减少”或“不变”）
（2）已知理想气体在状态A时的温度是27 ℃，求气体在状态C时的温度____。
三、综合题
20．一定质量的理想气体，在初始状态A时，体积为，压强为，温度为。该理想气体从状态A经由一系列变化，最终返回到原来状态A，其变化过程的图，如图所示。其中CA延长线过坐标原点，B、A点在同一竖直线上。求：
(1)该理想气体在状态B时的压强；
(2)该理想气体从状态B经由状态C回到状态A的过程中，气体向外界放出的热量；
(3)若气体在A状态时的密度为，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为，则气体单位体积内分子数n为多少？
21．一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，其状态变化过程的p－V图象如图所示．已知该气体在状态A时的温度为27℃，求：
①该气体在状态B时的温度；
②该气体从状态A到状态C的过程中，气体是吸热还是放热？简要说明理由．
22．如图所示，一绝热汽缸固定在倾角为30°的固定斜面上，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞的质量为，横截面积为S。初始时，气体的温度为，活塞与汽缸底部相距为L。通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，活塞上升到与汽缸底部相距2L处，已知大气压强为，重力加速度为g，不计活塞与汽缸壁之间的摩擦。求：
(1)此时气体的温度；
(2)加热过程中气体内能的增加量。
23．一定质量的理想气体由状态A沿直线变化到状态B，其图象如图所示．已知气体处于状态A时，，大气压强Pa，求在此变化过程中，

（i）气体从外界吸收的热量Q；
（ii）气体的最高温度；
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
A．用砂轮磨刀具的时候，刀具的温度升高，是通过做功的方式改变物体内能，故A不符合题意；
B．灼热的火炉使周围物体的温度升高，是通过热传递的方式改变物体内能，故B符合题意；
C．手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些，是通过做功的方式改变物体内能，故C不符合题意；
D．擦火柴时，火柴头上的易燃物质燃烧起来，是通过做功的方式改变物体内能，故D不符合题意。
故选B。
2．C
【详解】
温度高的物体的分子平均动能一定大，而内能与物体的温度、体积和物质的量等因素有关，所以温度高的物体内能不一定大．故A错误；分子间的作用力跟分子间的距离r有关，当时，分子间是引力；当时，分子间是斥力；分子间作用力表现为斥力时，分子间距离的增大时分子之间的作用力做正功，分子势能减小；故B错误；绝热Q=0，压缩W＞0，根据热力学第一定律可知，即内能增加．故C正确；当两分子间距离增大时，分子间引力、斥力都减小，斥力减小的更快，故D错误；故选C．
3．D
【详解】
A．温度相同，则分子平均动能相同；质量相同，则分子数不一定相同，则质量和温度都相同的理想气体，内能不一定相同，选项A错误；
B．一定质量的0°C的水变为0°C的冰时，分子动能不变，但是要放出热量，可知分子势能减小，选项B错误；
C．若外界对物体做功小于物体放出的热量，则内能会减小，选项C错误；
D．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，根据
可知，则温度升高，则内能一定增加，选项D正确。
故选D。
4．A
【详解】
A．布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动，选项A正确；
B．气体的温度升高，气体分子的平均速率变大，并非每个气体分子运动的速率都增大，选项B错误；
C．一定质量100℃的水变成100℃的水蒸气，分子的平均动能不变，但是由于吸收热量，则其分子之间的势能增加，选项C错误；
D．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，由于要消耗电能，所以制冷机的工作仍遵循热力学第二定律，选项D错误。
故选A。
5．D
【详解】
试题分析：气体能充满任何容器是因为分子间的距离较大，分子间相互作用较小，故每个分子都是自由的，在做无规则运动，故可以充满任何容器，A错误；根据热力学第二定律，满足能量守恒定律的客观过程具有方向性，不可能将散失到环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其它变化，B错误；固体小颗粒做布朗运动是液体分子对小颗粒的碰撞的作用力不平衡引起的，C错误；已知油酸的摩尔体积，用油膜法测出油酸分子的直径后，可以估算出阿伏加德罗常数，D正确；
6．D
【详解】
A．固体、液体、气体之间都能发生扩散现象，故A错误；
B．在引起其它变化的情况下，热量可以从低温物体传递到高温问题，但是不能自发的从低温物体传递到高温物体，故B错误；
C．第一类永动机违背能的转化和守恒定律，不能制造出来，不是违背了热力学第一定律，故C错误；
D．墨水中的碳粒的运动是因为大量水分子对它的撞击作用力不平衡导致向各方向运动，这反映了液体分子运动的无规则性，故D正确。
故选D。
7．A
【详解】
气体分子间间距较大，气体分子间分子力（斥力）可忽略不计，故A符合题意；自行车在爆裂前受暴晒的过程中，车胎内气体吸热温度升高，分子平均动能增加，而气体体积不变，单位体积内的分子数不变，因此气体压强增大，故B不符合题意；根据热力学第一定律，爆裂前气体内能应增大，故C不符合题意；突然爆裂的瞬间气体对外界做功，其内能应减少，故D不符合题意。
故选A．
8．D
【详解】
A．根据热力学第一定律：，气体膨胀时对外界做功W＜0，但Q不明确，其内能不一定减小，故A错误；
B．内能是物体中所有分子热运动动能与势能的总和，故B错误；
C．温度是分子的平均动能的标志，气体的温度升高，则分子的平均动能一定增大，故C错误；
D．布朗运动是悬浮在水中的花粉颗粒的运动，是由于受到水分子的撞击不平衡而发生的，故反映了水分子的永不停息的无规则运动，故D正确。
故选D。
9．C
【详解】
氧气的内能只与温度有关，而外界温度不变，所以氧气的温度不变，所以内能不变，又
铝筒下降时，下表面液体压强增大，则铝筒内气体压强减小，气体体积减小，外界对气体做功，W为正，△U恒定，所以Q为负，即气体向外界放热，由于内能是由分子动能和分子势能组成，温度是分子平动动能的标志，温度不变，故分子的平均动能不变，由于内能不变，故分子势能也不变。
故选C。
10．A
【详解】
A．根据热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，但是会引起其他的变化，如绝热气缸，故A正确；
B．当理想气体做等压膨胀过程时，根据
可得温度要增加，故内能△U增加；又因为气体膨胀对外做功，所以W＜0，再根据热力学第一定律
△U=W+Q
可得Q＞0，气体一定吸收热量，故B错误；
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，若有外界做功的话，可以从低温物体传递到高温物体；故C错误；
D．压缩气体，外界对气体做功，W＜0，根据热力学第一定律
△U=W+Q
得知若气体同时放热，气体的内能不一定增加；故D错误。
故选A。
11．B
【详解】
A. 热量能够自发从高温物体传到低温物体，也能在一定的条件下从低温物体传到高温物体，如电冰箱，故A错误；
B．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，这是热力学第二定律的内容，故B正确；
C. 功可以全部转化为热，热也可以全部转化为功，但会引起其它变化，故C错误；
D. 不违背能量守恒定律的过程不一定都能实现，还不能违背热力学第二定律，故D错误；
12．B
【详解】
A．根据热力学第二定律知气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故A错误；
B．一定质量的理想气体绝热膨胀时对外做功，因为绝热，无法从外界吸热，所以气体内能减小，故B正确；
C．空调机既能制热又能制冷，但是要耗电，即热传递有方向性，热量只能自发地由高温物体传向低温物体，故C错误；
D．根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%，即使对内燃机不断改进，也不可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能，故D错误。
故选B。
13．BDE
【详解】
A.空气相对湿度越大时，空气中水蒸汽压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢，故A错误；
B.物体的温度越高，分子平均动能越大，故B正确；
C.第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第二定律，故C错误；
D.根据分子力随距离变化曲线，两个分子的间距由无穷远逐渐减小到难以再减小的过程中，分子间作用力先增大后减小到零，再增大，故D正确；
E.根据U=Q+W可知，若一定量的理想气体对外膨胀做功50J，即W=-50J；内能增加80J，即U=80J；则Q=50J+80J=130J
气体一定从外界吸收130J的热量，故E正确。
故选BDE。
14．BCE
【详解】
A．过程中，体积变小，单位体积内气体分子数增加，故A错误：
B．过程中，无热交换即，气体被压缩，外界对气体做功即，根据热力学第一定律
得：，即气体内能增加，故B正确：
C．过程中，体积不变，压强变大，根据查理定律知：温度升高，分子平均动能增大，故C正确；
D．过程中，无热交换即，气体膨胀，对外做功即，内能减少，温度降低，平均速率减小，又体积增大，所以单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减小，故D错误：
E．过程中，气体等容减压，根据查理定律知：温度降低，内能减少即，又气体体积不变即，则，即气体放出热量，故E正确。
故选BCE。
15．ABD
【详解】
A．同种元素构成的可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶体，如金刚石和炭，故A正确；
B．水的饱和蒸气压只与温度有关，温度越高，水的饱和蒸气压越大，故B正确；
C．扩散现象不是物质间的一种化学反应，故C错误；
D．“热量不可能自发地从低温物体传给高温物体”是符合热力学第二定律中关于“热传导是有方向的”规律的，故D正确；
E．当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开，这是由于水和玻璃板间存在引力，不是由于大气压强的作用的缘故，故E错误
16．ADE
【详解】
做功和热传递都能改变物体的内能，选项A正确；当气体温度升高时，气体的体积不一定减小，则外界对气体不一定做正功，选项B错误；饱和汽压与饱和汽的体积无关，选项C错误；单晶体和多晶体都具有确定的熔点，选项D正确；气体能够充满容器的整个空间，是气体分子无规则运动的结果，选项E正确；故选ADE.
17． 放热 相等
【详解】
在p–T图像中，由B到C，温度不变，压强增大，由理想气体状态方程可知气体体积减小，因此外界对气体做功，而温度不变即内能不变。由热力学第一定律
可知气体对外放热；B、D在过原点的直线上，即
故气体在B和D状态时的体积相等。
18．ABD
【详解】
A、第二类永动机违反了热力学第二定律，但不违反能量守恒定律，故A正确；
B、被踩扁的乒乓球（表面没有开裂）放在热水里浸泡，恢复原状的过程中，球内气体对外做正功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律△U=Q+W知会从外界吸收热量，故B正确．
C、由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，故C错误．
D、分子间分子势能与距离的关系如图所示：
从图可以看出，分子势能变小，分子间距可能增加，也可能减小；若分子间距大于平衡间距，分子势能减小，分子间距变小，分子力可能增加，也可能减小，故D正确．
E、布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，而组成小颗粒的分子有成千上万个，颗粒的运动是大量分子集体的运动，并不是颗粒分子的无规则运动，布朗运动是液体分子无规则运动的反映，故E错误．
点睛：解决本题的关键是掌握分子动理论，要知道布朗运动既不是固体颗粒分子的运动，也不是液体分子的运动，而是液体分子无规则运动的反映．
19． B→C 吸收 气体对外界 增加 150 K
【详解】
（1）[B→C过程中，体积不变，为等容变化过程，符合查理定律；C→A过程为等压变化，随着温度升高，气体内能增加，气体膨胀对外界做功，根据热力学第一定律可知：气体吸收热量．
（2）C→A过程中气体压强不变，由盖—吕萨克定律可知：
＝
可得
TC＝150 K.
20．(1)；(2)2p0V0；(3)
【详解】
(1)由图可知，从状态A到状态B气体温度为T1=T0为等温变化过程，状态B时气体体积为V1=3 V0，状态A时气体体积为V0，压强为p0，由理想气体状态方程
解得
(2)由图线知从状态B到状态C为等容过程，外界对气体不做功，即
从状态C到状态A，等压变化过程，外界对气体做功为
对状态B经状态C回到状态A，温度不变，则内能增加量为△U=0，气体对外界放收的热量为△Q，内能增加量为△U，由热力学第一定律
△U=△Q＋△W
解得
即气体对外界放出热量为2p0V0。
(3)A状态时的分子数
单位体积分子数
解得。
21．①100K或-173℃②吸热，理由见解析
【详解】
①对于理想气体：
A→B：由
得：
TB=100K
或
tB=-173℃
②B→C：由，得：
TC=300K
所以
tC=27℃
A→C：由温度相等得：△U=0
根据△U=W+Q
A→C的过程中体积膨胀，系统对外做功，W<0
所以Q>0，是吸热.
22．(1) ； (2)
【详解】
(1)气体等压变化，有
解得
(2) 升温前，对活塞有
膨胀时，气体对外做功为
根据热力学第一定律得
解得
23．(i) (ii)
【详解】
（i）由理想气体状态方程，
代入数据可解得，
故该理想气体的内能不变，，
由热力学第一定律可知，
又因为，
所以，
数值上等于图线与坐标轴所围的面积，
代入数据可解得
（ii）由（常量）可知，当pV最大时，气体的温度最高，
由图象可知，
得
故当时，pV有最大值，
由理想气体状态方程可得，解得
答案第1页，共2页