第三章 热力学定律 章末检测试卷(三)（word版含解析）

第三章　热力学定律 章末检测试卷(三)
(时间：75分钟　满分：100分)
一、单项选择题：共10题，每题4分，共40分．每题只有一个选项最符合题意．
1．(2021·苏州大学附属中学高二期中)在一个密闭隔热的房间里，有一电冰箱正在工作，如果打开电冰箱的门，过一段时间后房间的温度会(　　)
A．降低 B．不变
C．升高 D．无法判断
2．(2021·江苏淮安高二月考)关于热力学定律，下列说法正确的是(　　)
A．一定质量的气体吸收热量，其内能一定增大
B．一定质量的气体吸收热量，其内能不一定增大
C．不可能使热量由低温物体传递到高温物体
D．第二类永动机不仅违反了热力学第二定律，也违反了能量守恒定律
3．(2021·江苏淮安高二期中)一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做功 7.0×104 J，气体内能减小1.3×105 J，则此过程(　　)
A．气体从外界吸收热量 2.0×105 J
B．气体向外界释放热量 2.0×105 J
C．气体从外界吸收热量 6.0×104 J
D．气体向外界释放热量 6.0×104 J
4．某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么(　　)
A．外界对胎内气体做功，气体内能减小
B．外界对胎内气体做功，气体内能增大
C．胎内气体对外界做功，内能减小
D．胎内气体对外界做功，内能增大
5．在寒冷的冬天里泡一泡温泉，不仅可以消除疲劳，还可扩张血管，促进血液循环，加速人体新陈代谢．假设水温恒定，则温泉中正在缓慢上升的气泡(气泡内气体可看作理想气体)(　　)
A．压强增大，体积减小，吸收热量
B．压强增大，体积减小，放出热量
C．压强减小，体积增大，吸收热量
D．压强减小，体积增大，放出热量
6．(2020·济宁市月考)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，人类在采取节能减排措施的同时，也在研究控制温室气体的新方法，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可以自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减小为原来的一半，温度逐渐降低．此过程中(　　)
A．封闭的二氧化碳气体对外界做正功
B．封闭的二氧化碳气体压强一定增大
C．封闭的二氧化碳气体分子的平均动能增大
D．封闭的二氧化碳气体一定从外界吸收热量
7．(2020·江苏苏州高二期中)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1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(　　)
图1
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
8.(2020·江苏盐城高三模拟)如图2所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能转动较长时间，下列说法正确的是(　　)
图2
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
9．(2021·江苏省镇江第一中学高二月考)如图3所示，水平放置的密闭绝热汽缸，被绝热隔板K分隔成体积相等的两部分，K与汽缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b.现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡，此时a、b的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb，则下列正确的是(　　)
图3
A．Va＝Vb，Ta＝Tb B．Va>Vb，Ta＝Tb
C．Va>Vb，Ta>Tb D．Va＝Vb，Ta>Tb
10．(2021·江苏淮安高二月考)封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D，其体积V与热力学温度T的关系如图4所示，O、A、D三点在同一直线上，则下列说法正确的是(　　)
图4
A．由状态A变到状态B过程中，气体放出热量
B．由状态B变到状态C过程中，气体从外界吸收热量，内能增加
C．状态C气体的压强小于状态D气体的压强
D．状态D时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比状态A少
二、非选择题：共5题，共60分．其中第12题～第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位．
11.(10分)(2020·扬州中学月考)把一个小烧瓶和一根弯成直角的均匀玻璃管用橡皮塞连成如图5所示的装置．在玻璃管内引入一小段油柱，将一定质量的空气密封在容器内，被封空气的压强跟大气压强相等．如果不计大气压强的变化，利用此装置可以研究烧瓶内空气的体积随温度变化的关系．
图5
(1)关于瓶内气体，下列说法中正确的有________．
A．温度升高时，瓶内气体体积增大，压强不变
B．温度升高时，瓶内气体分子的动能都增大
C．温度升高，瓶内气体分子单位时间碰撞到容器壁单位面积的次数增多
D．温度不太低，压强不太大时，可视为理想气体
(2)改变烧瓶内气体的温度，测出几组体积V与对应温度T的值，作出V－T图像如图6所示．已知大气压强p0＝1×105 Pa，则由状态a到状态b的过程中，气体对外做的功为________J．若此过程中气体吸收热量60 J，则气体的内能增加了________J.
图6
(3)已知1 mol任何气体在压强p0＝1×105 Pa，温度t0＝0 C时，体积约为V0＝22.4 L．瓶内空气的平均摩尔质量M＝29 g/mol，体积V1＝2.24 L，温度为T1＝25 C.可估算出瓶内空气的质量为________．
12．(10分)(2021·江苏南通高二期末)一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C.其V—T图像如图7所示，O、A、B三点在同一直线上．求：
图7
(1)若气体分子总数为N，求气体在状态B时分子间的平均距离d；
(2)若气体在状态A的压强为p，气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，内能的增加量为ΔU，求气体在该过程中吸收的热量Q.
13．(10分)(2020·江苏南京高二期末)如图8所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C，O、A、C三点在同一直线上．已知状态B的温度为320 K,1 atm＝1.0×105 Pa.
图8
(1)气体在状态C的温度；
(2)由状态A变化到状态B的过程中，气体内能增加了7.5×104 J，则气体在此过程中是吸热还是放热，吸收或放出的热量是多少．
14．(14分)(2021·江苏盐城高二期末)如图9所示，内壁光滑的绝热圆柱形汽缸直立在水平地面上，容积为2V0，一厚度可忽略的绝热轻活塞密封一定质量的某理想气体，在缸口处有固定卡环，使活塞不会从汽缸中顶出．现活塞位于汽缸中央，此时该气体温度为T0、密度为ρ，已知该气体的摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，大气压强为p0，汽缸密封良好．
图9
(1)求汽缸内气体分子的总个数N；
(2)现利用电阻丝对气体缓慢加热，使活塞缓慢上升，求气体温度升高到3T0时的压强p；
(3)该气体温度升高到3T0过程中，吸收的热量为Q，求此过程中气体内能的变化量ΔU.
15．(16分)(2020·江苏扬州高二期末)如图10甲所示，竖直放置的汽缸高H＝18 cm，距缸底h＝11 cm的光滑内壁上安装有小支架，质量m＝1 kg、横截面积S＝1×10－3 m2的活塞静置于支架上．缸内封闭了一定质量的理想气体，气体的温度t0＝27 ℃，压强等于大气压强p0＝1.0×105 Pa.活塞与内壁接触紧密．现对密闭气体缓慢加热，使气体温度最终升高至T＝
450 K，此过程气体内能增加了13.6 J，热力学温度与摄氏温度之间的关系取T＝t＋273 (K)，重力加速度g取10 m/s2.求：
图10
(1)在缓慢加热过程中，活塞刚要离开小支架时的气体温度T；
(2)在如图乙所示的p—V图上，画出整个过程中汽缸内气体的状态变化；
(3)整个过程气体吸收的热量Q.
答案与解析
章末检测试卷(三)
(时间：75分钟　满分：100分)
一、单项选择题：共10题，每题4分，共40分．每题只有一个选项最符合题意．
1．(2021·苏州大学附属中学高二期中)在一个密闭隔热的房间里，有一电冰箱正在工作，如果打开电冰箱的门，过一段时间后房间的温度会(　　)
A．降低 B．不变
C．升高 D．无法判断
答案　C
解析　冰箱只是把冰箱内的热量移到外面，但在密闭绝热的房间中，冰箱门打开，整个房间内的热量应该是不变的，由于整个过程中只有电在做功，产生焦耳热，电能转化为内能，根据能量守恒可知室内温度升高了．故选C.
2．(2021·江苏淮安高二月考)关于热力学定律，下列说法正确的是(　　)
A．一定质量的气体吸收热量，其内能一定增大
B．一定质量的气体吸收热量，其内能不一定增大
C．不可能使热量由低温物体传递到高温物体
D．第二类永动机不仅违反了热力学第二定律，也违反了能量守恒定律
答案　B
解析　做功与传热是改变物体内能的两种方式，一定质量的气体吸收热量，如果气体同时对外做功，气体内能不一定增大，故A错误，B正确；不可能使热量自发地由低温物体传到高温物体，但在一定条件下热量可以从低温物体传到高温物体，故C错误；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D错误．
3．(2021·江苏淮安高二期中)一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做功 7.0×104 J，气体内能减小1.3×105 J，则此过程(　　)
A．气体从外界吸收热量 2.0×105 J
B．气体向外界释放热量 2.0×105 J
C．气体从外界吸收热量 6.0×104 J
D．气体向外界释放热量 6.0×104 J
答案　B
解析　由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得到Q＝ΔU－W＝－1.3×105 J－7.0×104 J＝
－2.0×105 J，即气体向外界释放2.0×105 J的热量，故B正确．
4．某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么(　　)
A．外界对胎内气体做功，气体内能减小
B．外界对胎内气体做功，气体内能增大
C．胎内气体对外界做功，内能减小
D．胎内气体对外界做功，内能增大
答案　D
解析　中午，车胎体积增大，故胎内气体对外界做功，胎内气体温度升高，故胎内气体内能增大，D项正确．
5．在寒冷的冬天里泡一泡温泉，不仅可以消除疲劳，还可扩张血管，促进血液循环，加速人体新陈代谢．假设水温恒定，则温泉中正在缓慢上升的气泡(气泡内气体可看作理想气体)(　　)
A．压强增大，体积减小，吸收热量
B．压强增大，体积减小，放出热量
C．压强减小，体积增大，吸收热量
D．压强减小，体积增大，放出热量
答案　C
解析　温泉中正在缓慢上升的气泡，压强减小，由理想气体状态方程＝C知，温度不变、压强减小时体积增大；一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，故内能不变，体积增大时，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体应吸收热量，故C正确，A、B、D错误．
6．(2020·济宁市月考)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，人类在采取节能减排措施的同时，也在研究控制温室气体的新方法，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可以自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减小为原来的一半，温度逐渐降低．此过程中(　　)
A．封闭的二氧化碳气体对外界做正功
B．封闭的二氧化碳气体压强一定增大
C．封闭的二氧化碳气体分子的平均动能增大
D．封闭的二氧化碳气体一定从外界吸收热量
答案　B
解析　气体体积减为原来的一半，外界对气体做正功，故A错误；海水压强随深度增加而增加，又导热容器可以自由压缩，所以气体的压强一定增大，故B正确；温度降低，所以气体分子的平均动能减小，故C错误；温度降低，内能减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，封闭气体向外界放出热量，故D错误．
7．(2020·江苏苏州高二期中)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1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(　　)
图1
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
答案　C
解析　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，但气体内能增大，故A、B错误；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ΔU＝0，根据ΔU＝W＋Q可知，储气室内气体吸热，故C正确；喷水过程中，储气室内气体体积增大，温度不变，根据＝C可知压强减小，选项D错误．
8.(2020·江苏盐城高三模拟)如图2所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能转动较长时间，下列说法正确的是(　　)
图2
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
答案　D
解析　形状记忆合金进入水中后受热，形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知，能量来源于热水，热水温度会降低，故A、B、C错误；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D正确．
9．(2021·江苏省镇江第一中学高二月考)如图3所示，水平放置的密闭绝热汽缸，被绝热隔板K分隔成体积相等的两部分，K与汽缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b.现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡，此时a、b的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb，则下列正确的是(　　)
图3
A．Va＝Vb，Ta＝Tb B．Va>Vb，Ta＝Tb
C．Va>Vb，Ta>Tb D．Va＝Vb，Ta>Tb
答案　C
10．(2021·江苏淮安高二月考)封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D，其体积V与热力学温度T的关系如图4所示，O、A、D三点在同一直线上，则下列说法正确的是(　　)
图4
A．由状态A变到状态B过程中，气体放出热量
B．由状态B变到状态C过程中，气体从外界吸收热量，内能增加
C．状态C气体的压强小于状态D气体的压强
D．状态D时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比状态A少
答案　D
解析　气体从状态A到状态B体积不变，发生的是等容变化，气体不做功W＝0，而温度升高，内能增加ΔU＞0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，知Q＞0，气体吸收热量，A错误；由状态B到状态C的过程中，温度不变，内能不变ΔU＝0，而体积变大，气体对外界做功W<0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，知Q＞0，气体吸收热量，B错误；气体从C到D发生等容变化，根据查理定律知p∝T，所以状态C气体的压强大于状态D气体的压强，C错误；A点和D点在过原点的直线上，说明气体由A到D压强不变，体积增大，分子的密集程度减小，状态D温度高，分子的平均动能大，状态A和状态D压强相等，根据压强的微观解释可知，D状态时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比A状态少，D正确．
二、非选择题：共5题，共60分．其中第12题～第15题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位．
11.(10分)(2020·扬州中学月考)把一个小烧瓶和一根弯成直角的均匀玻璃管用橡皮塞连成如图5所示的装置．在玻璃管内引入一小段油柱，将一定质量的空气密封在容器内，被封空气的压强跟大气压强相等．如果不计大气压强的变化，利用此装置可以研究烧瓶内空气的体积随温度变化的关系．
图5
(1)关于瓶内气体，下列说法中正确的有________．
A．温度升高时，瓶内气体体积增大，压强不变
B．温度升高时，瓶内气体分子的动能都增大
C．温度升高，瓶内气体分子单位时间碰撞到容器壁单位面积的次数增多
D．温度不太低，压强不太大时，可视为理想气体
(2)改变烧瓶内气体的温度，测出几组体积V与对应温度T的值，作出V－T图像如图6所示．已知大气压强p0＝1×105 Pa，则由状态a到状态b的过程中，气体对外做的功为________J．若此过程中气体吸收热量60 J，则气体的内能增加了________J.
图6
(3)已知1 mol任何气体在压强p0＝1×105 Pa，温度t0＝0 C时，体积约为V0＝22.4 L．瓶内空气的平均摩尔质量M＝29 g/mol，体积V1＝2.24 L，温度为T1＝25 C.可估算出瓶内空气的质量为________．
答案　(1)AD(3分)　(2)50(2分)　10(2分)　(3)2.66 g(3分)
解析　(1)温度升高时，由于气压等于外界大气压，不变，故瓶内气体体积增大，故A正确；温度升高时，瓶内气体分子的热运动的平均动能增大，但不是每个分子的动能均增大，故B错误；气体压强是分子对容器壁的频繁碰撞产生的，温度升高，分子热运动的平均动能增大，气体压强不变，故瓶内气体分子单位时间碰撞到容器壁单位面积的次数减少，故C错误；温度不太低，压强不太大时，实际气体均可视为理想气体，故D正确．
(2)由状态a到状态b的过程中，气体对外做的功为：
W＝p0·ΔV＝1.0×105×(2.5×10－3－2×10－3) J＝50 J
若此过程中气体吸收热量60 J，则气体的内能增加
ΔU＝60 J－50 J＝10 J
(3)T2＝(0＋273) K＝273 K．瓶内空气体积V1＝2.24 L，温度为T1＝(25＋273) K＝298 K，转化为标准状态，有＝
解得：V2＝
物质的量为n＝
故质量：m＝nM＝·M≈2.66 g.
12．(10分)(2021·江苏南通高二期末)一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C.其V—T图像如图7所示，O、A、B三点在同一直线上．求：
图7
(1)若气体分子总数为N，求气体在状态B时分子间的平均距离d；
(2)若气体在状态A的压强为p，气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，内能的增加量为ΔU，求气体在该过程中吸收的热量Q.
答案　(1)　(2)ΔU＋pV0
解析　(1)气体从状态A变化到状态B的过程，根据等压变化规律有＝(2分)
又VB＝d3N(2分)
解得d＝(1分)
(2)气体从状态A变化到状态B的过程中，外界对气体做功为W＝－p(VB－VA)＝－pV0(2分)
气体从状态B变化到状态C的过程中，外界对气体做功为0.根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q(2分)
解得气体在该过程中吸收的热量Q＝ΔU＋pV0(1分)
13．(10分)(2020·江苏南京高二期末)如图8所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C，O、A、C三点在同一直线上．已知状态B的温度为320 K,1 atm＝1.0×105 Pa.
图8
(1)气体在状态C的温度；
(2)由状态A变化到状态B的过程中，气体内能增加了7.5×104 J，则气体在此过程中是吸热还是放热，吸收或放出的热量是多少．
答案　(1)640 K　(2)吸热　吸收了1.25×105 J的热量
解析　(1)由B到C的过程为等容变化，有＝(2分)
代入数据解得TC＝640 K(1分)
(2)从A到B过程中外界对气体做功W＝－pB×ΔV＝－5.0×104 J(2分)
由状态A变化到状态B的过程中，气体内能增加了7.5×104 J(1分)
根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q(2分)
代入得Q＝1.25×105 J(1分)
所以气体在此过程中吸收了1.25×105 J的热量．(1分)
14．(14分)(2021·江苏盐城高二期末)如图9所示，内壁光滑的绝热圆柱形汽缸直立在水平地面上，容积为2V0，一厚度可忽略的绝热轻活塞密封一定质量的某理想气体，在缸口处有固定卡环，使活塞不会从汽缸中顶出．现活塞位于汽缸中央，此时该气体温度为T0、密度为ρ，已知该气体的摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，大气压强为p0，汽缸密封良好．
图9
(1)求汽缸内气体分子的总个数N；
(2)现利用电阻丝对气体缓慢加热，使活塞缓慢上升，求气体温度升高到3T0时的压强p；
(3)该气体温度升高到3T0过程中，吸收的热量为Q，求此过程中气体内能的变化量ΔU.
答案　(1)NA　(2)1.5p0　(3)Q－p0V0
解析　(1)汽缸内气体分子的总个数N＝NA(3分)
(2)活塞到达缸口固定卡环之前压强不变，由盖—吕萨克定律得＝(2分)
活塞到达缸口被卡住后气体体积不变，由查理定律得＝(2分)
联立可得p＝1.5p0(2分)
(3)在该气体温度升高到3T0过程中，外界对气体做功为W＝－p0V0(2分)
由热力学第一定律可得，此过程中气体内能的变化量为ΔU＝Q＋W＝Q－p0V0.(3分)
15．(16分)(2020·江苏扬州高二期末)如图10甲所示，竖直放置的汽缸高H＝18 cm，距缸底h＝11 cm的光滑内壁上安装有小支架，质量m＝1 kg、横截面积S＝1×10－3 m2的活塞静置于支架上．缸内封闭了一定质量的理想气体，气体的温度t0＝27 ℃，压强等于大气压强p0＝1.0×105 Pa.活塞与内壁接触紧密．现对密闭气体缓慢加热，使气体温度最终升高至T＝
450 K，此过程气体内能增加了13.6 J，热力学温度与摄氏温度之间的关系取T＝t＋273 (K)，重力加速度g取10 m/s2.求：
图10
(1)在缓慢加热过程中，活塞刚要离开小支架时的气体温度T；
(2)在如图乙所示的p—V图上，画出整个过程中汽缸内气体的状态变化；
(3)整个过程气体吸收的热量Q.
答案　(1)330 K　(2)见解析图　(3)18 J
解析　(1)当活塞刚要离开小支架时p1＝p0＋(1分)
解得p1＝1.1×105 Pa(1分)
活塞离开支架前气体等容变化，有＝(1分)
T0＝(27＋273) K＝300 K(1分)
解得T1＝330 K(1分)
(2)活塞离开支架后气体等压变化，有＝(1分)
V1＝Sh(1分)
解得V2＝1.5×10－4 m3(1分)
则h2＝＝15 cm(1分)
p－V图像如图所示
(2分)
(3)外界对气体做功W＝－p1SΔh＝－4.4 J(2分)
由ΔU＝W＋Q(2分)
解得Q＝18 J．(1分)