第三章热力学定律综合训练（word版含答案）

第三章热力学定律
一、选择题（共14题）
1．有关能量的转化和守恒定律，下列说法正确的是（ ）
A．只适用于机械能与内能的相互转化
B．只适用能量转化过程
C．“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律
D．根据能量守恒定律，字宇宙中的能量总和不变
2．下列叙述正确的是（　　）
A．对气体加热，气体的内能一定增大
B．物体的温度升高，物体中分子热运动加剧，所有分子的热运动动能都一定增大
C．物质内部分子间引力随着分子间距离增大而减小，斥力随着分子间距离增大而增大
D．布朗运动是液体分子对悬浮颗粒碰撞作用不平衡而造成的
3．下列关于内能与热量的说法中，正确的是(　　)
A．热量自发地从温度高的物体流向温度低的物体
B．内能越大的物体热量也越多
C．热量自发地从内能大的物体流向内能小的物体
D．马铃薯所含热量高
4．斯特林热气机是一种效率高、环境特性好的外燃式发动机，如图所示为热气机的一个理想循环的V-T图像，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再次回到状态A，完成一个循环过程。则（　　）
A．该热机的效率可以达到100%
B．气体从状态A变化到状态B的过程中，气体放热
C．气体从状态A变化到状态C的过程中，气体的压强减小
D．气体从状态C变化到状态D的过程中，气体分子单位时间内碰撞容器壁的次数增多
5．下列说法中正确的是（ ）
A．不可能使热量从低温物体传递到高温物体
B．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行
C．有大量分子参与的宏观过程具有方向性
D．第二类永动机违反了能量守恒定律，因此不可能制成
6．如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，在这一过程中，下列说法正确的是（　　）
A．气体体积变小 B．气体温度降低
C．气体从外界吸收热量 D．气体的内能不变
7．下列说法正确的是（　　）
A．热量不可能从低温物体传到高温物体
B．机械能全部转化成内能的实际宏观过程是不可逆过程
C．当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而增大
D．已知气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，可计算出分子直径大小
8．一定质量的理想气体，由状态A经状态B变为状态C，其中过程为等压变化，过程为等容变化。已知状态A的温度与状态C的温度相同，下列说法正确的是（　　）
A．过程气体温度升高，密度减小
B．过程外界对气体做功，气体温度降低
C．过程气体与外界的热交换为0
D．过程气体吸收的热量小于过程气体放出的热量
9．为抗击新冠，防止病毒蔓延，每天都要用喷雾剂（装一定配比的84消毒液）对教室进行全面喷洒。如图是某喷水壶示意图。未喷水时阀门K闭合，压下压杆A可向瓶内储气室充气；多次充气后按下按柄B打开阀门K，水会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷水过程温度保持不变，则阀门（　　）
A．充气过程中，储气室内气体内能不变
B．充气过程中，储气室内气体分子平均动能增大
C．喷水过程中，储气室内气体吸热
D．喷水过程中，储气室内气体压强不变
10．如图所示，一定质量的理想气体先由状态a变化到状态b，再由状态b变化到状态a，这样经过一系列中间过程又回到原来状态的过程称为循环过程，在整个循环过程中，下列关于一定质量理想气体的说法中正确的是（　　）
A．内能变化为零
B．整个循环过程中，外界对理想气体做的功等于理想气体对外做的功
C．整个循环过程中，理想气体吸收的热量等于放出的热量
D．在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量
11．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，它的体积V随热力学温度T的变化关系如图所示。在这个过程中（　　）
A．气体压强不断变大 B．气体内能保持不变
C．气体对外界做负功 D．气体从外界吸收热量
12．下列说法正确的是（ ）
A．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
B．液晶像液体一样具有流动性，其光学性质与某些多晶体相似，具有各向同性的光学性质
C．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律
D．分子平均速率大的物体的温度比分子平均速率小的物体的温度高
E．晶体熔化时吸收热量，其分子平均动能不变
13．如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止状态，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中（ ）
A．气体对外做功，气体温度可能不变
B．气体对外做功，内能一定减少
C．气体压强减小，内能可能不变
D．气体从外界吸热，内能一定增加
14．下列说法正确的是（ ）
A．液体中悬浮的微粒越大，布朗运动越显著
B．当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大
C．第二类永动机不可能制成，因为它违反能量守恒定律
D．一定质量的理想气体，当它的压强、体积都增大时，其内能一定增加
E．因为液体表面层分子分布比内部稀疏，因此液体表面有收缩趋势
二、填空题
15．能够提供可利用能量的物质资源叫______
16．一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，气体的压强随热力学温度变化如图所示，则此过程中气体对外界做___________（选填“正功”、“负功”或“不做功”），气体分子在单位时间内对单位面积的器壁的碰撞次数__________（选填“增加”、“减少”或“不变”）．
17．(2011年福建龙岩质检)空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对汽缸中的气体做功为2.0×105 J，同时气体的内能增加了1.5×105 J．试问：
(1)此压缩过程中，气体________(填“吸收”或“放出”)的热量等于________J.
(2)若一定质量的理想气体分别按图13－3－6所示的三种不同过程变化，其中表示等压变化的是________(填“甲”“乙”或“丙”)，该过程中气体的内能________(填“增加”“减少”或“不变”)．
18．如图所示，一定质量的理想气体经历从状态A到状态B，再到状态C，最后由状态C回到状态A，AB、BC分别与p轴、T轴平行，在这个循环过程中，外界对气体做功的是_____（选填“AB”“BC”或“CA”）过程，气体吸热是_____（选填“AB”“BC”或“CA”）过程，气体完成这个循环，内能_____（选填“增大”“减小”或“不变”）。
三、综合题
19．某地强风风速为14m/s，设空气密度为，若某风力发电机的风扇叶片长10m，当风通过风扇横截面时，其动能的20%将转化为电能，则该风力发电机的功率是多大？
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，竖直面内一粗细均匀的U形细玻璃管与一个横截面积为0.1 m2的汽缸相连。初始时，汽缸内封闭一定量的理想气体， 活塞锁定在与上底面相距40 cm处，U形管中右侧液柱比左侧高16cm。已知理想气体的初始温度为27°C，大气压为p0=76 cmHg=1.0×105Pa，活塞的质量不计，U形管很细，管内气体不计。
(1)升高封闭气体的温度，某时刻U形管中两边的液面相平，求此时气体的温度为多少？
(2)接着将活塞解锁，对封闭气体缓慢加热，某时刻活塞与上底面相距60 cm。判断该过程U形管两侧水银的高度差变化情况，并求此过程气体对外做的功。
22．如图所示，上端开口的光滑圆柱形绝热气缸竖直放置,质量m=5kg,截面积S= 50cm2的活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，在气缸内距缸底某处设有体积可忽略的卡环a、b，使活塞只能向上滑动开始时活塞搁在a、b上，缸内气体的压强等于大气压强，温度为300K．现通过内部电热丝级慢加热气缸内气体，直至活塞恰好离开 a、b．已知大气压强 (g取10m/s2):
①求气缸内气体的温度；
②继续加热气缸内的气体，使活塞缓慢上升H=0.1m(活塞未滑出气缸)，气体的内能的变化量为1 8J，则此过程中气体吸热还是放热？传递的热量是多少？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
能量的转化和守恒定律是自然界普遍遵循的一个规律，适用于一切能量和一切物理过程，故D正确，ABC错误；
故选D。
2．D
【详解】
A．对气体加热的同时，若气体对外做功，则气体的内能不一定增大，故A错误；
B．温度是分子的平均动能的标志是大量分子无规则运动的统计规律，对单个的分子没有意义，故B错误；
C．物质内部分子间引力和斥力都是随着分子间距离增大而减小，故C错误；
D．布朗运动的实质是液体分子对悬浮颗粒碰撞作用不平衡而造成的，故D正确。
故选D。
3．A
【详解】
热量总是自发地从温度高的物体传递到温度低的物体，故A正确；热量只有在从两个温度不同的物体之间发生热传递时才会反应出来，热量是一过程量，描述它的术语是“吸收”和“放出”，不能用含有，故B错误．热传递的条件是：有温度差；热传递的方向：从高温到低温，热量从高温物体传给低温物体，但内能小的物体温度可能比内能大的物体温度高，因此热量也可能由内能小的物体传给内能大的物体，故C错误；马铃薯所含热量高，其中的“热量”是指生物能，与物理中的热量不同，选项D错误；故选A.
4．B
【详解】
A．根据热力学第二定律可知，任何热机的效率都不可以达到100%，选项A错误；
B．气体从状态A变化到状态B的过程中，气体体积减小，外界对气体做功，温度不变，内能不变，则气体放热，选项B正确；
C．根据
则
即V-T线中该状态与原点连线的斜率倒数与压强成正比，可知气体从状态A变化到状态C的过程中，气体的压强变大，选项C错误；
D．气体从状态C变化到状态D的过程中，气体温度不变，分子平均速率不变，体积增加，气体数密度减小，则气体分子单位时间内碰撞容器壁的次数减小，选项D错误。
故选B。
5．C
【详解】
A、不可能自发把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，但在引起其他方面的影响时，可以使热量从低温物体传到高温物体，故A错误；
B、自然中的宏观过程既要满足能量守恒又要满足热力学第二定律，故B错误;
C、根据热力学第二定律，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故大量分子参与的宏观过程具有方向性，故C正确；
D、第二类永动机违背了热力学第二定律，第一类永动机不能制成是因为违背了能量守恒定律，故D错误．
6．C
【详解】
BD．由图知气体从状态a变化到状态b，温度升高，则内能增大，故BD错误；
A．根据题图，结合理想气体的状态方程
可知从状态a变化到状态b，压强不变，温度升高，则气体体积增大，故A错误；
C．气体体积增大，气体对外界做功（），由于气体内能增大（），根据热力学第一定律
可知，气体从外界吸收热量（），故C正确。
故选C。
7．B
【详解】
A．热量不可能自发的从低温物体传到高温物体，但是有外界影响时热量可能从低温物体传到高温物体，所以A错误；
B．根据热力学第二定律可知，机械能全部转化成内能的实际宏观过程是不可逆过程，所以B正确；
C．当分子力表现为斥力时，随分子间距离的增大而增大，分子力做正功，则分子势能随分子间距离的增大而减小，所以C错误；
D．由于气体分子间间隙较大，已知气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，不能计算出一个气体的体积，只能算出一个气体分子所占空间的体积，则可计算出相邻分子间的距离，所以D错误；
故选B。
8．A
【详解】
A．根据等压变化有
可知，过程气体体积增大，温度升高，密度减小，所以A正确；
B．过程气体体积增大，气体对外界做功，气体温度升高，所以B错误；
C．过程气体的温度不变，气体的内能不变，根据热力学第一定律有
由于气体膨胀对外界做功 ，则气体从外界吸引热量，所以C错误；
D．由于过程气体从外界吸引热量，则过程气体吸收的热量大于过程气体放出的热量，所以D错误；
故选A。
9．C
【详解】
AB．充气过程中，储气室内气体的质量增加，气体的温度不变，故气体的平均动能不变，故气体内能增大，故AB错误；
C．喷水过程中，气体对外做功，W＜0；由于气体温度不变，则内能不变，,根据
E=W+Q
可知，储气室内气体吸热，故C正确；
D．喷水过程中，储气室内气体体积增大，温度不变，则根据
可知压强减小，选项D错误；
故选C。
10．A
【详解】
A．经过一个循环过程，温度回到原来的状态， T=0，内能变化为零，A正确；
BCD．根据
W=p V
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；选项BCD错误。
故选A。
11．D
【详解】
A．由可得
图线的斜率不变，则压强不变，故A错误；
B．理想气体不考虑势能，温度升高气体分子的平均动能增大，则气体内能增大，故B错误；
C．气体体积增大，气体对外界做正功，故C错误；
D．气体对外界做正功，且气体的内能增大，由热力学第一定律可知气体一定从外界吸收热量，故D正确。
故选D。
12．ACE
【详解】
A．当分子力表现为斥力时，分子间距减小，分子力增大，当分子力表现为斥力时，分子间距减小，分子力做负功，分子势能也增大，故A正确；
B．液晶是一类特殊的物质形态，它像液体一样具有流动性，而其光学性质和某些晶体相似具有各向异性，故B错误；
C．自然界中与热现象有关的自发的能量转化过程具有方向性，可知第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故C正确；
D．温度是分子平均动能的标志，分子平均速率大的物体的温度不一定比分子平均速率小的物体的温度高；如温度相同的氢气与氧气，氢气分子的平均速率大，故D错误；
E．温度是分子平均动能的标志，晶体熔化时吸收热量但温度不变，所以其分子平均动能不变，故E正确；
故选ACE。
13．AC
【详解】
ABD．细沙减少时，气体膨胀对外做功，由于汽缸导热，可能与外界进行热交换吸热使内能不变，故选项A正确，选项BD错误；
C．由于汽缸导热，则可与外界进行热交换使内能不变，细沙减少时，气体膨胀体积增大，压强减小，故C正确。
故选AC。
14．BDE
【详解】
A．温度越高，液体中悬浮的微粒越小，布朗运动越显著，故A错误
B．当分子表现为引力时，分子之间的距离增大，则需要克服分子力做功，分子势能随分子间距离的增大而增大，故B正确；
C．第二永动机并未违反能量的转化与守恒，而是违反了热力学第二定律，故C错误；
D．一定质量的理想气体，当压强、体积都增大时，根据可知气体的温度一定升高，则分子总动能一定增大，因理想气体分子势能不计，故气体内能一定增加；故D正确；
E．因液体分子表面层分子分布比内部稀疏，故分子间作用力表现为引力，液体表面有收缩趋势，故E正确；
故选BDE．
15．能源
【详解】
能量与能源是不同的概念。所谓能量，是指物体做功的能力。能量的形式很多，如热能、光能、电能、机械能。凡是能够提供可利用的能量的物质的资源统称为能源。
16． 正功 减少
【详解】
一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，压强不变，温度升高，根据气态方程
可知气体的体积增大，所以此过程中气体对外界做正功；
由于压强不变，气体分子在单位时间内对单位面积的压力不变，温度升高，分子的平均动能增大，气体分子每次碰撞器壁产生的压力增大，所以体积增大，密度减小，气体分子在单位时间内对单位面积的器壁的碰撞次数减少。
17． 放出 C 增加
【详解】
(1)由热力学第一定律得
ΔU＝W＋Q且W＝2.0×105 J，
ΔU＝1.5×105 J，解得Q＝－5×104 J，所以放出热量为5×104 J.
(2)甲图表示等温变化；乙图表示等容变化；丙图表示等压变化，并且丙图中表示温度升高，所以理想气体内能增大．
答案：(1)放热　5×104 J　(2)丙　增加
18． AB BC 不变
【详解】
A到B的过程为等温过程，压强增大，由
可知，气体体积V应当减小；同理B到C的过程为等压过程，温度升高，则气体体积V增大；AC过原点，则可知AC过程为等容过程。气体体积减小时，外界对气体做功，故AB外界对气体做功。
A到B的过程为等温过程，内能不变，外界挤压气体，做正功，根据热力学第一定律
可知气体放热。同理BC温度升高，内能增大，气体体积增大，气体对外做功，可知气体吸热。CA体积不变，温度降低，内能减小，可知是等容放热。所以，吸热的是BC；
由于内能是一个状态量，相同的状态便有相同的内能，气体最终回到状态A，温度不变，故内能不变。
19．
【详解】
依题意，可得内通过扇叶的风的质量为
风的动能为
发电机的功率为，时间为，由能量守恒定律可得
由题中数据可知
，
代入求得
20．见解析
【详解】
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．(1)；(2)U型管中两侧水银柱的高度差不变；对外做功2000J
【详解】
（1）开始时封闭气体内的压强
气体发生等容变化，
，
（2）气体发生等压变化，所以U型管中两侧水银柱的高度差不变。气体体积增大，对外做功：
22．①330K ②吸热，73J
【详解】
①气体的状态参量为：T1=300K，p1=p0=1.0×105pa
对活塞由平衡条件得
p2S=p0S+mg
解得
p2=1.1×105pa
由查理定律得
解得
T2=330K
②继续加热时，气体等压变化，体积增大，则温度升高，内能增大，气体膨胀对外界做功则外界对气体做功
W=-p2SH=-55J
根据热力学第一定律
ΔU=P+Q
气体吸收的热量
Q=ΔU-W=73J
答案第1页，共2页