第三章 热力学定律 综合训练（Word版含解析）

第3章热力学定律
一、选择题（共15题）
1．下列说法正确的是（　　）
A．物体温度升高，分子的平均动能增加
B．物体温度升高，每个分子的动能都增加
C．物体从外界吸收热量，物体的内能一定增加
D．外界对物体做功，物体的内能一定增加
2．如图，在上端有活塞的玻璃管底部放置一小块硝化棉，用手快速向下压活塞，可观察到硝化棉被点燃。在此过程中（　　）
A．气体对外界做功，气体内能增加
B．外界对气体做功，气体内能增加
C．气体对外界做功，气体内能减少
D．外界对气体做功，气体内能减少
3．关于热力学定律，下列说法正确的是(　　)
A．一定量气体吸收热量，其内能一定增大
B．一定量气体吸收热量，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
4．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了 的功，气体的内能减少了 ，则下列各项中正确的是（　　）
A．温度降低，密度减小
B．温度升高，密度增大
C．
D．
5．能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的，下列说法正确的是（　　）
A．热量可能会从低温物体传到高温物体
B．随着技术进步，最终使热机的效率达到100％
C．能源在使用过程中，能量总量逐渐减少，因此要节约能源
D．物体只要与外界进行热交换，其内能就一定发生变化
6．下列说法中正确的是（　　）
A．导热性能各向同性的固体，可能是单晶体
B．一定质量理想气体发生绝热膨胀时，其内能不变
C．分子运动的平均速率可能为零，瞬时速率不可能为零
D．液体与大气相接触，表面层内分子所受其它分子的作用表现为相互吸引
7．下列关于热现象的说法中正确的是（　　）
A．在一定条件下物体的温度可以降到绝对零度
B．在热传递中，热量不可能自发地从低温物体传给高温物体
C．第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律
D．花粉颗粒在液体中的布朗运动，是由于花粉颗粒内部分子无规则热运动引起的
8．下列说法中，能够发生且不违背热力学定律的是（　　）
A．一杯冷水自然放置，可以通过吸收空气中的热量变得比周围空气更热
B．将电冰箱放置在密闭的房间内，打开冰箱门让电冰箱工作，可以降低房间的温度
C．对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽量多地转化成机械能
D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，从而解决能源短缺的问题
9．下列说法正确的是（　　）
A．气体吸收了热量，其温度一定升高
B．第一类永动机不可能造成的原因是违反了能量守恒定律
C．对于确定的液体和确定材质的毛细管，管的内径越细，毛细现象越不明显
D．晶体均有规则的几何形状
10．如图所示，绝热隔板K把绝热的汽缸分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、相同温度的同种理想气体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，下列说法正确的是(　　)
A．b的温度升高
B．a的体积增大，压强变小
C．加热后b的分子热运动比a的分子热运动更激烈
D．b的体积减小，压强增大，但温度不变
11．如图所示，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，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象。关于一现象，下列说法中正确的是（　　）
A．这一实验过程违反了热力学第二定律
B．在实验过程中，热水和冷水的温差可以保持不变
C．在实验过程中，热水减少的内能等于冷水增加的内能
D．在实验过程中，热水减少的内能部分转化为电能，电能部分转化为冷水的内能
12．下列说法正确的是（　　）
A．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点
B．一定质量的理想气体，如果保持压强不变温度升高时气体分子的平均间距一定增大
C．气体分子平均动能越大，每个气体分子的温度就越高
D．即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能
E．热量能自发地从低温物体传给高温物体
13．关于热现象和热学规律，下列说法正确的是（　　）
A．物体的温度升高，分子的热运动加剧，每个分子的动能都增大
B．悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显
C．一定质量的理想气体在某过程中，从外界吸收热量 ，气体对外界做功 ，气体分子的平均动能一定增大
D．热量可以从低温物体传递到高温物体
E．随着分子间距增大，分子间的作用力一定会增大
14．某容器内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态A，第一次经过某一过程AB到达状态B，第二次再经过等压变化过程AC到达状态C，如图所示。设气体在状态B和状态C的体积分别为和，在过程AB和AC中气体对外做功分别为和，吸收的热量分别为和，则下面说法正确的是（　　）
A． ，， B．，，
C．，， D．，，
15．下列叙述，正确的是（　　）
A．气体吸热后温度一定升高
B．对气体做功可以改变其内能
C．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性
E．物体从单一热源吸收的热量在不引起外界变化的情况下可全部用于做功
二、填空题
16．气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置。如图所示，座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满一定质量的空气（可视为理想气体），气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换，平衡后气体的内能　 　，压强　 　（均填“增大”“减小”或“不变”）。
17．如图所示，圆筒形容器A、B用细而短的管连接，活塞F与容器A的内表面紧密接触，且不计摩擦。初始K关闭，A中有温度为T0的理想气体，B内为真空，整个系统对外绝热。现向右缓慢推动活塞F，直到A中气体的体积与B的容积相等时，气体的温度变为T1，则此过程中气体内能将　 　（填“变大”、“不变”、“变小”）。然后固定活塞不动，将K打开，使A中的气体缓慢向B扩散，平衡后气体的温度变为T2，那么T2　 　T1（填“>”、“=”、“<”）。
18．一定质量的理想气体经某一过程从外界吸收了2.0×103J的热量，并且对外做了1.0×103J的功，则气体的温度　 　（填“升高”、“降低”或“不变”），密度　 　（填“变大”、“变小”或“不变”）。
19．如图，用隔板将一绝热气缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽去，气体会自发扩散至整个气缸，气体内能　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”），理由是　 　，待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。气体分子的平均动能　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
三、综合题
20．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”）。
21．“拔火罐”是一种中医的传统疗法，我校某实验小组为了探究“火罐”的“吸力”，设计了如图所示的实验. 圆柱状汽缸（横截面积为S）被固定在铁架台上，轻质活塞通过细线与置于地面上的重物m相连，将一团燃烧的轻质酒精棉球从缸顶的开关K处扔到汽缸内，酒精棉球熄灭时密闭开关K，此时活塞下的细线刚好能拉起重物，而这时活塞距缸顶为L。 汽缸导热性能良好，重物缓慢升高，最后稳定在距地面 处。 已知环境温度恒为T0，大气压强恒为p0，重力加速度为g，汽缸内的气体可视为理想气体，求：
（1）闭合开关后缸内气体的压强；
（2）酒精棉球熄灭时缸内气体的温度T与环境温度T0的比值；
（3）若从酒精棉球熄灭到最终稳定的过程中气体放出的热量为Q，求气体内能的变化。
22．气缸内封闭了一定量压强为p=1.0×105Pa、体积为V=2.0m3的理想气体，现使气体供持压强不变体积缓慢压缩V′=1.0m3，此过程气体向外界释放了Q=1.2×105J的热量，则：
（1）压缩过程外界对气体做了多少功？
（2）气体内能如何变化？变化了多少？
23．如图所示，为了测量某刚性导热容器A的容积，用细管把它与水平固定的导热汽缸B相连，汽缸中活塞的横截面积S=10cm2。初始时，环境温度T=300K，活塞离缸底距离d=40cm。现用水平向左的力F缓慢推活塞，当 N时，活塞离缸底距离d′=10cm。已知大气压强 Pa。不计一切摩擦，整个装置气密性良好，T=（t＋273）K。求：
（1）容器A的容积VA；
（2）保持力 N不变，当外界温度缓慢变化时，活塞向缸底缓慢移动了 =3cm时，此时环境温度为多少摄氏度？此过程中封闭气体吸热还是放热？
答案部分
1．A
【解答】AB. 温度是分子平均动能的标志，所以温度升高，分子平均动能变大，但并非每个分子动能都增大，A符合题意B不符合题意。
CD.根据热力学第一定律可知 ，所以物体从外界吸收热量或外界对物体做功，物体的内能均不一定增加，CD不符合题意。
故答案为：A
2．B
【解答】用手快速向下压活塞，气体体积减小，则外界对气体做功，气体内能增加。
故答案为：B。
3．B
【解答】AB．做功与热传递是改变物体内能的两种方式，一定量的气体吸收热量，如果气体同时对外做功，气体内能不一定增大，A不符合题意，B符合题意；
C．不可能使热量自发地由低温物体传到高温物体，但在一定条件下温度可以从低温物体传到高温物体，如空调制热过程，C不符合题意；
D．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不符合题意。
故答案为：B。
4．D
【解答】一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了 的功，则有 ，气体的体积减小，气体的密度增大；气体的内能减少了 ，则 ，气体的温度降低；由热力学第一定律可得： ，气体向外放出的热量为 ，
故答案为：D
5．A
【解答】A．由热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体，热量可以从低温物体传向高温物体，但要引起其它变化，A符合题意；
B．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，B不符合题意；
C．根据热力学第二定律可知，能源的使用过程能量的总量守恒，但可利用能源会逐步减少，因此节约能源是我们每个人的责任，C不符合题意；
D．物体与外界进行热交换，其内能不一定发生变化，由热力学第一定律
可知还要看外界对物体做功情况，D不符合题意。
故答案为：A。
6．D
【解答】A. 导热性能各向异性的固体，可能是单晶体，A不符合题意；
B. 一定质量理想气体发生绝热膨胀时，对外做功W<0，Q=0，则由热力学第一定律可知， U<0，则其内能减小；B不符合题意；
C. 分子永不停息的做无规则运动，则分子运动的平均速率不可能为零，瞬时速率不可能为零，C不符合题意；
D. 液体与大气相接触，表面层内分子所受其它分子的作用表现为相互吸引，D符合题意.
故答案为：D
7．B
【解答】A．绝对零度是低温的极限，不可能达到，A不符合题意；
B．由热力学第二定律可知，在热传递中，热量不可能自发地从低温物体传给高温物体，B符合题意；
C．第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，C不符合题意；
D．花粉颗粒在液体中的布朗运动，是由于液体内部分子无规则热运动引起的，D不符合题意。
故答案为：B。
8．C
【解答】A．一杯冷水自然放置，可以通过吸收空气中的热量使得和周围的空气温度相同，而不可能变得比周围空气更热，A不符合题意；
B．由于和室外没有热交换，故热量仍在室内，并且压缩机工作时其电路中也会因为有电阻而产生热量，即产生的热量大于制冷量，故室内温度不降反升，B不符合题意；
C．热机的效率不可能达到100%，但是对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽量多地转化成机械能，C符合题意；
D．根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量并转化为功而不引起其他的变化，利用降低海水温度放出大量的热量来发电，降低海水温度的过程，消耗的能源更多，不能解决能源短缺的问题，D不符合题意。
故答案为：C。
9．B
【解答】A．由热力学第一定律 ，可知气体吸收热量，如果气体对外做功，内能可能减小，则其温度可能降低，A不符合题意；
B．做功的过程就是能量转化的过程，第一类永动机指的是不消耗能量就能做功的机器，因违反了能量守恒定律不可能造成，B符合题意；
C．对于确定的液体和确定材质的毛细管，管的内径越细，毛细现象越明显，C不符合题意；
D．晶体分为单晶体和多晶体，多晶体没有规则的几何形状，D不符合题意。
故答案为：B。
10．A
【解答】AB．当a加热时，气体a的温度升高，压强增大，由于K与气缸壁的接触是光滑的，可以自由移动，所以a，b两部分的压强始终相同，都变大。由于a气体膨胀，b气体被压缩，所以外界对b气体做功，根据热力学第一定律得：b的温度升高了，体积减小，压强变大，A符合题意，B不符合题意；
C．a、b重新平衡后，则最终a、b压强相等，a体积大于b，由气体状态方程可知，a温度高于b，则加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈，C不符合题意；
D．b中气体体积减小，压强增大，外界对气体做功，根据热力学第一定律知，内能增加，温度升高，D不符合题意。
故答案为：A。
11．D
【解答】A．热力学第二定律由实际热现象总结而来，故任何宏观的实际热现象都符合热力学第二定律，A不符合题意；
BCD．在实验过程中，热水内能减少，一部分转移到低温物体，一部分转化为电能，故热水一定会降温，冷水一定会升温，热水减少的内能部分转化为电能，电能部分转化为冷水的内能,由于有电能产生，则热水减少的内能大于冷水增加的内能，BC不符合题意，D符合题意；
故答案为：D。
12．A,B,D
【解答】晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点．A符合题意；根据理想气体状态方程可知，一定质量的理想气体，如果保持压强不变温度升高时，则气体的体积增大，所以气体分子的平均间距一定增大．B符合题意；温度是分子的平均动能的标志，具有统计意义，气体分子平均动能越大，不是每个气体分子的动能都增大，也不是温度就越高．C不符合题意；根据热力学第二定律可知，内燃机也不能把内能全部转化为机械能．D符合题意；根据热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传给高温物体．E不符合题意．
故答案为：ABD
13．B,C,D
【解答】A．物体的温度升高，分子的热运动加剧，分子的平均动能增大，A不符合题意；
B．微粒越小,则同时撞击微粒的液体分子数目越少,则撞击效果越不均衡;微粒质量越小,运动状态越容易改变。悬浮在液体中的固体微粒越小,来自各方向的撞击抵消的越少,则布朗运动就越明显，B符合题意；
C．由题意可知，吸收的热量大于对外界所做的功，由热力学第一定律可知，气体的内能增大，则气体分子的平均动能一定增大，C符合题意；
D．由热力学第二定律可知，在引起其他变化的情况下热量可以从低温物体传递到高温物体，D符合题意；
E．分子间距 小于 时，随着分子间距增大，分子间的作用力减小，分子间距 大于 时，随着分子间距增大，分子间的作用力先增大后减小，E不符合题意。
故答案为：BCD。
14．A,C
【解答】根据理想气体状态方程
可得到
图象中的斜率大小反映大小关系，如果p与T成正比，说明体积V保持不变，所以
由题图可知A、C两状态的压强相等，由
可知
根据热力学第一定律
过程AB为等容变化，体积不变，对外不做功，外界对气体也不做功
但温度升高内能增加
一定要吸热，即
而过程AC为等压变化，温度升高、内能增大
体积增大对外做功
外界对气体做功
可得出气体一定吸热，即
再由B、C 两个状态比较，温度相同、即内能相等，体积
由状态B到状态C体积增大，气体对外界做功，外界气体做负功
由热力学第一定律可知此过程一定要吸热，即
综上所述，AC符合题意，BD不符合题意。
故答案为：AC。
15．B,C,D
【解答】A、根据热力学第一定律 ，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，说法A不符合题意；
B、改变物体内能的方式有做功和热传递，对气体做功可以改变其内能，说法B符合题意.
C、根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体；说法C符合题意；
D、能量耗散说明宏观现象的发生具有方向性；D符合题意.
E、物体从单一热源吸收热量可以全部用于做功，但一定引起外界变化；E不符合题意.
故答案为：BCD.
16．不变；减小
【解答】座舱A中气体进入处于真空状态的气闸舱B，气体并没有对外做功，即 ，由热力学第一定律 ，且此过程中系统与外界没有热交换，则 ， ，则气体内能不变，即气体温度不变；气体体积变大，温度不变，根据玻意耳定律知压强减小。
17．变大；=
【解答】因A中气体的体积减小，外界对气体做功，W>0；而气体与外界绝热，则Q=0，根据 可知 U>0，即气体内能变大；然后固定活塞不动，将K打开，使A中的气体缓慢向B扩散，因为B为真空，可知气体不对外做功，气体与外界绝热，可知平衡后气体的内能不变，温度不变，即T1=T2。
18．升高；变小
【解答】理想气体经某一过程从外界吸收了2.0×103J的热量，即 ；对外做了1.0×103J的功，即 ，由热力学第一定律有
即理想气体的内能增加，而理想气体的内能为
则温度升高；
因气体对外做功，则其体积 变大，而理想气体的质量一定，由 可知密度变小。
19．不变；气体向真空扩散过程中不对外做功（W＝0），且气缸绝热（Q＝0）；增大
【解答】解：（1）气体向真空扩散过程中不对外做功W＝0，且又因为气缸绝热Q＝0，根据热力学第一定律：△U＝Q+W，可知气体自发扩散前后内能不变；（2）气体在被压缩的过程中活塞对气体做功（W＞0），因气缸绝热（Q＝0），根据热力学第一定律：△U＝Q+W，可知气体内能增大，气体分子的平均动能增大。
故答案为：（1）不变，气体向真空扩散过程中不对外做功（W＝0），且气缸绝热（Q＝0）；（2）增大。
20．（1）多
（2）增加
【解答】（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。
【分析】 (1) 理想气态分子在单位时间内撞击单位面积的个数会增加；
(2) 结合热力学第一定律得出其体内能的变化情况。
21．（1）解：对活塞进行分析，根据活塞受力平衡可得
（2）解：对汽缸内封闭气体分析，初状态
末状态
从开始到稳定，是个等压过程， 由
可得
（3）解：对缸内气体，从开始到稳定，气体等压压缩，其压强
体积减少了
此过程中外界对气体做功
由热力学第一定律得
解得
22．（1）解：体积为V=2.0m3的理想气体，现在使气体压强保持不变，而体积缓慢压缩至V′=1.0m3，故压缩过程外界对气体做功为W=p △V=1.0×105Pa×（2-1）m3=1.0×105J
（2）解：此过程气体向外界释放了Q=1.2×105J的热量，根据热力学第一定律，有△U=W+Q=1.0×105J-1.2×105J=-0.2×105J
即气体内能减小0.2×105J
23．（1）解：汽缸和容器内所有气体先做等温变化 ，压缩前p1=p0，V1=VA+dS
压缩后 ，
解得 cm3
（2）解：接着做等压变化 ，其中变化前T2=T，变化后 ，T3=t3+273
解得t3=－3℃
此过程中封闭气体温度降低内能减少，由体积减小可知外界对气体做功，根据热力学第一定律可判断封闭气体向外放热。