第四章热力学定律 综合训练（Word版含答案）

第4章热力学定律
一、选择题（共15题）
1．下列关于热学的知识叙述正确的是（　　）
A．分子间的作用力表现为引力时，若分子间的距离增大，则分子力减小，分子势能增大
B．对于一定种类的大量气体分子，在一定温度时，处于一定速率范围内的分子数所占百分比是确定的
C．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
D．气体的状态变化时，若温度升高，则每个气体分子的平均动能增加
2．下列关于热现象的说法，正确的是 （ ）
A．一定质量的气体被压缩时，气体压强不一定增大
B．气体的温度升高，气体的压强一定增大
C．一定质量的气体温度不变压强增大时，其体积也增大
D．外界对物体做功，物体的内能一定增加
3．用图甲所示的装置探究注射器内封闭气体的压强与体积的关系，根据测得的实验数据作出图像如图乙所示，线段的延长线经过坐标原点，段为曲线，环境温度保持不变。则下列说法中正确的是
A．过程，气体的内能增加 B．过程，气体吸收热量
C．过程，气体对外做正功 D．过程，可能出现了漏气
4．下列说法正确的是（　　）
A．第二类永动机不可制造，但不违背能量守恒定律
B．两邻近分子间的作用力变大时，分子间的分子势能一定变大
C．单晶体和多晶体都具有固定的熔点和确定的几何形状
D．既然能量是守恒的，所以不用节约能源
5．一个充气气球用绳子拴着一块石头正在湖水中缓慢下沉，越往下水温越低，气球导热良好，则气球内气体（ ）
A．内能增加 B．对外界做正功
C．减少的内能小于放出的热量 D．减少的内能大于放出的热量
6．下列各种说法中正确的是（　　）
A．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是可逆的
C．液体与大气相接触，表面层内分子所受其他分子的作用表现为相互吸引
D．布朗运动是液体分子的无规则运动
7．关于热现象和热学规律的说法中，正确的是(　　)
A．第二类永动机违背了能量守恒定律
B．当物体被拉伸时，分子间的斥力减小、引力增大
C．冰融化为同温度的水时，分子势能增加
D．悬浮在液体中的固体微粒越大，布朗运动越明显
8．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，该过程气体的压强p与体积V的关系如图所示，则从A到B的过程（　　）
A．气体的温度降低 B．气体的内能减小
C．外界对气体做功 D．气体从外界吸收热量
9．以下说法中正确的是（　　）
A．系统在吸收热量时内能一定增加
B．悬浮在空气中做布朗运动的PM2.5粒子，气温越低，运动越剧烈
C．封闭容器中的理想气体，若温度不变，体积减半，则单位时间内气体分子在容器壁单位面积上碰撞的次数加倍，气体的压强加倍
D．用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，说明此时分子间只存在引力而不存在斥力
10．如图为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，那么，下列说法正确的是
A．在冰箱内的管道中，制冷剂被剧烈压缩，内能增加，吸收热量
B．在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀，内能减小，吸收热量
C．在冰箱外的管道中，制冷剂被剧烈压缩，内能增加，吸收热量
D．在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀，内能减小，放出热量
11．查理定律指出，一定质量的某种气体在体积一定时，气体的压强与温度之间有线性关系，如图所示。则一定质量的某种气体从状态A到状态B，下列说法正确的是（　　）
A．气体向外界放出热量
B．气体分子的平均动能不变
C．外界对气体做功
D．单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
12．关于热现象，下列说法正确的是
A．布朗运动就是分子的热运动
B．物体吸收热量，内能一定增大
C．温度升高，物体内分子的平均动能一定增加
D．气体能够充满容器的整个空间,是由于气体分子间呈现出斥力的作用
13．下列说法正确的有（　　）
A．如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，用来表征它们所具有的“共同热学性质”的物理量叫做温度
B．质量和温度都相同的理想气体，内能不一定相同
C．某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V、密度为ρ，用表示阿伏伽德罗常数，每个气体分子的质量，每个气体分子的体积
D．当分子间作用力表现为斥力时，随分子间距离的减小分子势能增大
E．热量可以自发地从低温物体传递到高温物体
14．一定质量的理想气体从状态a经过状态b、c变化到状态d，其p T图像如图所示。下列说法正确的是
A．a→b的过程中，气体对外界做功
B．c→d的过程中，外界对气体做功
C．a→b→c的过程中，气体先吸热后放热
D．b→c→d的过程中，气体体积先增大后减小
15．以下说法中正确的有（　　）
A．功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功
B．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加
C．食盐溶化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体
D．布朗运动是指液体分子的无规则运动
E．当分子力表现为引力时，分子势能都随分子间距离的增大而增大
二、填空题
16．大量事实表明，自然界中的一切变化过程都具有______，朝某个方向的变化是可以自然发生的，相反方向的变化却是受到限制的。这时要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定会对外界产生无法消除的影响，这就是自然过程的______。
17．如图所示，竖直放置、上端开口的绝热气缸底部固定一电热丝（图中未画出）．面积为S的绝热活塞位于气缸内，下端封闭着理想气体，当热力学温度为时，活塞距气缸底部的高度为h；现用电热丝缓慢加热，当气体吸收的热量为Q时，活塞上升了。则气缸内气体内能的变化量______（填“大于”“等于”或“小于”）Q，此时气缸内气体的热力学温度为______。
18．如图，活塞将一定质量的理想气体封闭于导热汽缸中，活塞可沿气缸内壁无摩擦滑动．通过加热使气体温度从T1升高到T2，此过程中气体吸热12J，气体膨胀对外做功8J，则气体的内能增加了______J；若将活塞固定，仍使气体温度从T1升高到T2，则气体吸收的热量为_____J．
19．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经状态B、C和D后回到状态A，图中曲线AB、CD为反比例函数图线，直线BC平行于V轴，直线DA平行于p轴。该理想气体经过的A→B、B→C、C→D、D→A四个过程中，气体吸热的过程有______；外界对气体做功的过程有______；气体内能减少的过程有______；吸收热量等于气体对外界做功的过程有______。
三、综合题
20．用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。这个实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况？
21．如图所示p－V图中，一定质量的理想气体由状态A经过ACB过程至状态B，气体对外做功280 J，放出热量410 J；气体又从状态B经BDA过程回到状态A，这一过程中外界对气体做功200 J。
(1)ACB过程中气体的内能如何变化？变化了多少？
(2)求BDA过程中气体吸收或放出多少热量。
22．如图所示,导热良好的气缸开口向上竖直固定在水平面上．缸内轻质光滑活塞封闭一段一定质量的理想气体．一根不可伸长的细绳绕过定滑轮,一端拴住活塞,另一端拴着质量为m的重物处于平衡状态．此时气体体积为V．用手托着重物,使其缓慢曼上升,直到细绳刚开始松弛但并未弯曲．已知大气压强为P0活塞横截面积为S,环境温度保持不变．求：
(i)从重物开始被托起到最高点的过程中,活塞下降的高度；
(ii)之后从静止上释放重物,重物下落到最低点未与地面接触时，活塞在气缸内比最初托起重物前的位置上升了H．若气体的温度不变则气体吸收的热量是多少
23．一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，若不计气泡内空气分子个数和分子势能的变化，在上浮过程中气泡的内能如何变化，吸热还是放热？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
A．当r>r0时，分子间的作用力表现为引力，随着分子间的距离增大，分子力先增大后减小，A错误；
B．根据热力学的统计规律，对于一定种类的大量气体分子，在一定温度时，处于一定速率范围内的分子数所占百分比是确定的。故B正确；
C．根据热力学第二定律，不可能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。故C错误；
D．温度升高，并不是每个气体分子的平均动能均增加，D错误。
故选B。
2．A
【详解】
根据理想气体状态方程,压缩后的压强，知压缩后的压强还与压缩后的温度有关，如果压缩后的温度降低足够大，则气体压强可以减小，故A正确；气体的温度升高，若同时体积增大，气体的压强不一定增大，故B错误；定质量的气体温度不变压强增大时，根据气体状态方程，其体积应减小,故C错误;外界对物体做功时，可能物体同时对外放热，故内能不一定增加；故D错误.所以A正确，BCD错误．
3．D
【详解】
AB．因AB是过原点的直线，可知过程温度不变，气体的内能不变；过程体积减小，外界对气体做功，气体放出热量，选项AB错误；
C．过程，体积减小，则外界对气体做功，选项C错误；
D．过程中pV乘积减小，则可能出现了漏气，选项D正确。
故选D。
4．A
【详解】
A．第二类永动机不可能制成，是因为违背了热力学第二定律，但不违背能量守恒定律。故A正确；
B．若分子间距大于平衡间距，向平衡位置移动时，分子力增大，分子势能减小；故B错误；
C．所有的晶体均具有固定的熔点，多晶体是许多单晶体杂乱无章的组合而成的，所以多晶体没有确定的几何形状。故C错误；
D．自然界的能量是守恒，但根据热力学第二定律可知，宏观热现象具有方向性，由于能量耗散的存在，能源的品质在下降，但能够被人类使用的能源不断减少，所以节约能源非常有必要。故D错误。
故选A。
5．C
【详解】
A．充气气球用绳子拴着一块石头正在湖水中缓慢下沉，越往下水温越低，内能降低，A错误；
B．充气气球用绳子拴着一块石头在下降的过程中，水温越来越低，压强逐渐增大，根据理想气体状态方程
气球体积减小，对外界做负功，B错误；
CD．由AB分析，气球下降时，气球内气体内能减小，外界对气球做功，根据热力学第一定律
由于外界对气球做功，因此放出的热量大于减小的内能，C正确，D错误；
故选C。
6．C
【详解】
试题分析：根据热力学第一定律可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，选项A错误；自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，选项B正确；液体与大气相接触，表面层内分子比较稀疏，所受其他分子的作用表现为相互吸引，选项C正确；布朗运动是液体分子的无规则运动的表现，选项D错误；故选BC．
7．C
【详解】
第二类永动机是效率100%的机器，违背了热力学第二定律，故A错误；当物体被拉伸时，间距增加，分子间的斥力减小、引力也减小，故B错误；内能包括分子热运动动能和分子势能，温度是分子热运动平均动能的标志；故冰融化为同温度的水时，吸收热量内能增大而分子的平均动能不变，则分子势能增大，故C正确；悬浮在液体中的固体微粒越小，碰撞的不平衡性越明显，布朗运动越明显，故D错误．所以C正确，ABD错误．
8．D
【详解】
AB．因为从A到B，气体的pV乘积变大，则气体的温度升高，内能增加，选项AB错误；
C．从A到B，气体的体积变大，则气体对外界做功，选项C错误；
D．根据热力学第一定律，气体内能增加，且气体对外做功，则气体从外界吸收热量，选项D正确。
故选D。
9．C
【详解】
A．根据热力学第一定律
ΔU=W+Q
系统在吸收热量，同时向外放热，则内能不一定增加，A错误；
B．当温度越高时，分子运动越激烈，导致布朗运动的颗粒也激烈，B错误；
C．由
可知，当温度不变，体积减半，则气体压强p加倍，即单位时间内气体分子在容器壁单位面积上碰撞的次数加倍，C正确；
D．铁棒没有断，此时分子间同时存在引力与斥力，分子力体现为引力，D错误。
故选C。
10．B
【详解】
试题分析：氟利昂是一种既容易汽化又容易液化的物质；工作时电动压缩机使氟利昂蒸气压缩而液化，压入冰箱外的冷凝器管里将热量放出；冷凝器里的液态氟利昂，经过一段很细的毛细管进入冰箱内冷冻室的管子里，在这里迅速汽化，内能减小，从冰箱的内部吸收热量，使冰箱内部的温度降低，故B正确；
11．D
【详解】
AC．题图为p-t图像转化p-T图像，则可知为一条过坐标原点的直线，该气体做等容变化，外界对气体不做功，温度升高，内能增加，必定从外界吸收热量，AC错误；
B．随着压强增大，气体的温度也增大，分子平均动能增大，B错误；
D．由于气体体积不变，分子数密度不变，但分子平均速率增加，所以单位时间碰撞到单位面积上的分子数增多，D正确；
故选D。
12．C
【详解】
A．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，故A错误；
B．根据热力学第一定律公式△U=Q+W，物体吸收热量，可能对外做功，内能不一定增加，故B错误；
C．温度是分子热运动平均动能的标志，故温度升高，物体内分子的平均动能一定增加，故C正确；
D．除了在相互碰撞时，气体分子间作用力是很微弱的，甚至是可以忽略的，故D错误。
故选C。
13．ABD
【详解】
A．两个系统达到热平衡时，具有的“共同热学性质”的物理量是温度，故A选项正确；
B．理想气体的内能由物质的量和温度共同决定，温度相同，气体分子的平均动能相同，但质量相同的不同气体的物质的量不同，所以内能也不同，B选项正确；
C．该选项描述的是每个气体分子所占据的平均体积，而不是气体分子自身的体积，C选项错误；
D．当分子间作用力表现为斥力时，分子距离减小时，分子力做负功，则分子势能增加，即分子势能随分子间距离的减小而增大，故选项D正确。
E．热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，但可以在外界影响下从低温到高温物体，如电冰箱，E选项错误。
故选ABD。
14．ABD
【详解】
A．a→b的过程中，气体温度不变，气体压强减小，由玻意耳定律可知，气体体积变大，则气体对外界做功，A正确。
B．根据可知p＝T，则由于d点与原点连线斜率大于c点与原点连线的斜率，可知d状态对应的体积小于c状态的体积，则c→d的过程中，体积减小，外界对气体做功，B正确。
C．a→b的过程中，温度不变，内能不变，气体对外做功，则由ΔU＝W＋Q可知气体吸热；b→c的过程中，气体压强不变，温度升高，由盖-吕萨克定律可知其体积变大，则气体内能变大，对外做功，由ΔU＝W＋Q可知气体吸热，即a→b→c的过程中，气体一直吸热，C错误。
D．根据可知p＝T，b→c→d的过程中，各点与原点连线的斜率先减小后增大，则气体体积先增大后减小，D正确。
故选ABD。
15．BCE
【详解】
A．功可以全部转化为热。根据热力学第二定律可知，在外界的影响下热量也可以全部转化为功，A错误；
B．物体吸收热量Q，同时对外做功W，如二者相等，则内能可能不变，若，则内能增加，若，则内能减少，B正确；
C．晶体的特点是在熔化过程中温度保持不变，有固定的熔点，食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体，C正确；
D．布朗运动的实质是液体分子不停地做无规则撞击悬浮微粒，悬浮微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡的导致的无规则运动，反映的是液体分子的无规则运动，D错误；
E．当分子力表现为引力时，距离增大时，分子力做负功，分子势能增大，E正确。
故选BCE。
16． 方向性 不可逆性
【详解】
根据热力学第二定律，扩散、热传递等现象与温度有关，是与热现象有关的宏观过程，具有方向性。即朝某个方向的变化是可以自发发生的。
结合相反过程却不能自发进行，除非引起了其他方面的变化，即相反过程是不可逆的。
17． 小于
【详解】
设封闭气体压强为p，气体发生等压变化，对活塞，由平衡条件得
气体发生等压变化，该过程气体对外做功
由热力学第一定律得
解得
即气缸内气体内能的变化量小于Q
封闭气体初状态参量
，
末状态参量
由盖吕萨克定律得
解得
18． 4 4
【详解】
由热力学第一定律公式
U=W+Q=12-8=4J
知气体的内能增加了4J；
若将活塞固定W=0，仍使气体温度从T1升高到T2，气体内能的增量相同，根据热力学第一定律知，气体吸收的热量全部用来增加内能，所以仍然是4J。
19． 、
【详解】
从图象中确定气体各种状态参量变化的对应关系，再根据热力学第一定律和理想气体实验定律求解。
为等温变化，有
体积减小，外界对气体做功
根据热力学第一定律
得
气体对外放热。
为等压变化过程，温度T升高，内能增加
体积增大，气体对外界做功，即
根据热力学第一定律
气体从外界吸热。
为等温变化过程
体积增大，气体对外界做功，即
根据热力学第一定律
得
气体从外界吸热。
为等容变化过程，压强减小，根据查理定律
可知，温度T下降，内能减少，有
体积不变，气体不做功，即
据热力学第一定律
气体对外放热。
20．不违反　热水温度降低，冷水温度升高，热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，转化效率低于100%。
【详解】
温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，导致热水温度降低，冷水温度升高，转化效率低于100%，此过程并不违反热力学第二定律。
21．(1)内能减少，690 J；(2)吸收热量490 J
【详解】
(1)ACB过程中W1＝－280 J，Q1＝－410 J，由热力学第一定律
UB－UA＝W1＋Q1＝－690 J
气体内能的减少量为690 J。
(2)因为一定质量理想气体的内能只是温度的函数，BDA过程中气体内能变化量
UA－UB＝690 J
由题意知W2＝200 J，由热力学第一定律
UA－UB＝W2＋Q2
Q2＝490 J，即吸收热量490 J。
22．（1） （2）
【详解】
解：根据对活塞受力分析可知
未托活塞时，气体体积为
托着重物，气体体积为
根据理想气体状态方程可知
解得
(2)根据热力学第一定律且理想气体的温度不变内能不变
根据动能定理
解得气体吸收的热量
23．内能不变，吸收热量
【详解】
气泡上升过程中，温度不变，内能不变；上浮过程中，压强减小，则体积变大，对外做功，根据 U=W+Q可知，气泡吸收热量。
答案第1页，共2页