选择性必修三 第三章热力学定律（含答案）

第三章 热力学定律查缺漏
(本试卷满分：100分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)
1.(2021·韶关调研)如图所示，给旱区送水的消防车停于水平地面。在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体(　　)
A．从外界吸热　　　　 B．对外界做负功
C．分子平均动能减小 D．内能增加
2．某校中学生参加某电视台“异想天开”节目的活动，他们提出了下列四个设想方案，从理论上讲可行的是(　　)
A．制作一个装置从海水中吸收内能全部用来做功而不产生其他影响
B．制作一种制冷设备，使温度降至绝对零度以下
C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝
D．将房屋顶盖上太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题
3．(2021·山东临沂平邑一中测试)“温泉水滑洗凝脂，冬浴温泉正当时”，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。设水温恒定，则温泉中正在缓慢上升的气泡(不考虑内部气体的分子势能)(　　)
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
4.
(2020·天津等级考)水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体(　　)
A．压强变大 B．对外界做功
C．对外界放热 D．分子平均动能变大
5．一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10 kV～20 kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是(　　)
A．化学能转化为电能 B．内能转化为电能
C．光能转化为电能 D．机械能转化为电能
6．下列说法正确的是(　　)
A．机械能全部变成内能是不可能的
B．第二类永动机不可能制造成功是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的
7.某同学用橡皮塞塞紧饮料瓶，并用打气筒向饮料瓶内打气，装置如图所示。当压强增大到一定程度时，橡皮塞冲出，发现饮料瓶内壁中有水蒸气凝结，产生这一现象的原因是饮料瓶中气体(　　)
A．体积增大，温度升高 B．动能增大，温度升高
C．对外做功，温度降低 D．质量减少，温度降低
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
8．下列说法正确的是(　　)
A．做功和热传递在改变物体内能上是等效的
B．每一个分子都有势能和动能，分子动能与分子势能之和就是分子内能
C．只有热传递才可以改变物体的内能
D．一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大
9.一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V-T图像如图所示。下列说法正确的有(　　)
A．A→B的过程中，气体对外界做功
B．A→B的过程中，气体放出热量
C．B→C的过程中，气体压强不变
D．A→B→C的过程中，气体内能增加
10.如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满理想气体，Q为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则(　　)
A．气体体积膨胀，内能不变
B．气体内能增加
C．气体压强可能不变
D．Q中气体不可能自发地全部退回到P中
三、非选择题(本题共4小题，共54分)
11．(11分)若对物体做1 200 J的功，可使物体温度升高3 ℃，改用热传递的方式，使物体温度同样升高3 ℃，那么物体应吸收多少热量？如果对该物体做3 000 J的功，物体的温度升高5 ℃，表明该过程中，物体应吸收或放出多少热量？
12．(12分)如图所示在绝热气缸内，有一绝热轻活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27 ℃，封闭气柱长为9 cm，活塞横截面积S＝50 cm2。现通过气缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J，稳定后气体温度变为127 ℃。已知大气压强等于105 Pa，活塞与气缸间无摩擦，求：
(1)加热后活塞到气缸底部的距离；
(2)此过程中气体内能改变了多少。
13.(15分)如图所示，一篮球内气体的压强为p0、体积为V0、温度为T0，用打气筒对球充入压强为p0、温度为T0的气体，使球内气体压强变为3p0，同时温度升至2T0，充气过程中气体向外放出Q的热量，假设篮球体积不变，气体内能U与温度的关系为U＝kT(k为正常数)，求：
(1)打气筒对篮球充入压强为p0、温度为T0的气体的体积；
(2)打气筒对篮球充气过程中打气筒对气体做的功。
14．(16分)如图甲所示，用面积为S的活塞在气缸内封闭着一定质量的空气，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为m。现对气缸缓缓加热，使气缸内的空气温度从
T1升高到T2，空气柱的高度增加了ΔL，已知加热时气体吸收的热量为Q，外界大气压强为p0。求：
(1)此过程中被封闭气体的内能变化了多少；
(2)气缸内温度为T1时，气柱的长度为多少；
(3)请在图乙的V-T图上大致作出该过程的图像(在图线上标出过程的方向)。
参考答案：
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)
1.(2021·韶关调研)如图所示，给旱区送水的消防车停于水平地面。在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体(　　)
A．从外界吸热　　　　 B．对外界做负功
C．分子平均动能减小 D．内能增加
解析：选A　缓慢放水过程中，车胎体积增大，胎内气体压强减小，气体膨胀对外界做正功，选项B错；胎内气体温度不变，故分子平均动能不变，选项C错；由于不计分子间势能，气体内能只与温度有关，温度不变，内能不变，选项D错；由ΔU＝W＋Q知ΔU＝0，W<0，故Q>0，气体从外界吸热，选项A正确。
2．某校中学生参加某电视台“异想天开”节目的活动，他们提出了下列四个设想方案，从理论上讲可行的是(　　)
A．制作一个装置从海水中吸收内能全部用来做功而不产生其他影响
B．制作一种制冷设备，使温度降至绝对零度以下
C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝
D．将房屋顶盖上太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题
解析：选D　根据热力学第二定律知，在不产生其他影响时，内能不能全部转化为机械能，因此从海水中吸收内能全部用来做功而不产生其他影响是不可能实现的，选项A错误；绝对零度是温度的极值，是不能达到的，选项B错误；有害气体和空气不可能自发地分离，选项C错误；利用太阳能最有前途的领域是通过太阳能电池将太阳能转化为电能再加以利用，选项D正确。
3．(2021·山东临沂平邑一中测试)“温泉水滑洗凝脂，冬浴温泉正当时”，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。设水温恒定，则温泉中正在缓慢上升的气泡(不考虑内部气体的分子势能)(　　)
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
解析：选C　水温恒定，温泉中正在缓慢上升的气泡，压强减小，温度不变，由理想气体状态方程＝C可知，体积增大；温度不变，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，气体吸收热量，故C正确。
4.
(2020·天津等级考)水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体(　　)
A．压强变大 B．对外界做功
C．对外界放热 D．分子平均动能变大
解析：选B　在水向外不断喷出的过程中，罐内气体体积增大，则气体对外做功，根据玻意耳定律pV＝C可知，罐内气体的压强减小， 选项A错误，B正确；由于罐内气体温度不变，故内能也不变，即ΔU＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，W<0，则Q>0，因此气体吸热，选项C错误；根据温度是分子平均动能的标志可知，温度不变，分子平均动能不变，选项D错误。
5．一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10 kV～20 kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是(　　)
A．化学能转化为电能 B．内能转化为电能
C．光能转化为电能 D．机械能转化为电能
解析：选D　转化前要消耗机械能，转化后得到了电能，所以压电陶瓷片将机械能转化为电能，所以D正确。
6．下列说法正确的是(　　)
A．机械能全部变成内能是不可能的
B．第二类永动机不可能制造成功是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的
解析：选D　机械能可以全部转化为内能，故A项错误；第二类永动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B项错误；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但如果不是自发地，是可以进行的，故C项错误；从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热源吸收热量全部变为功的同时也引起了其他的变化，是可能的，故D项正确。
7.某同学用橡皮塞塞紧饮料瓶，并用打气筒向饮料瓶内打气，装置如图所示。当压强增大到一定程度时，橡皮塞冲出，发现饮料瓶内壁中有水蒸气凝结，产生这一现象的原因是饮料瓶中气体(　　)
A．体积增大，温度升高 B．动能增大，温度升高
C．对外做功，温度降低 D．质量减少，温度降低
解析：选C　压强增大到一定程度时，橡皮塞冲出，过程时间极短，可以认为是绝热过程，对外界没有吸放热，即Q＝0，瓶内气体膨胀，对外做功，W<0，根据热力学第一定律，ΔU＝Q＋W，可知ΔU<0，气体内能减小，温度降低，故C选项正确。
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
8．下列说法正确的是(　　)
A．做功和热传递在改变物体内能上是等效的
B．每一个分子都有势能和动能，分子动能与分子势能之和就是分子内能
C．只有热传递才可以改变物体的内能
D．一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大
解析：选AD　做功和热传递在改变物体内能上是等效的，A正确；分子势能存在于分子之间，单个的分子不存在分子势能，组成物质的所有分子动能与分子势能之和是物体的内能，故B错误；做功与热传递都可以改变物体的内能，故C错误；一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大，D正确。
9.一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V-T图像如图所示。下列说法正确的有(　　)
A．A→B的过程中，气体对外界做功
B．A→B的过程中，气体放出热量
C．B→C的过程中，气体压强不变
D．A→B→C的过程中，气体内能增加
解析：选BC　由题图可知，从A到B的过程中，气体的体积减小，外界对气体做功，A项错误；从A到B过程气体的温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，B项正确；从B到C过程中是一个常数，气体发生的是等压变化，气体的温度降低，内能减少，C项正确，D项错误。
10.如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满理想气体，Q为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则(　　)
A．气体体积膨胀，内能不变
B．气体内能增加
C．气体压强可能不变
D．Q中气体不可能自发地全部退回到P中
解析：选AD　气体的膨胀过程没有热交换，可以判断Q＝0；由于容器Q内为真空，所以气体是自由膨胀，虽然体积变大，但是气体并不对外做功，即W＝0；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可以判断该过程ΔU＝0，即气体的内能不变，显然选项A正确，B错误；对一定质量理想气体，内能不变则温度不变，由＝C知，体积增大，则压强必然减小，C错误；宏观中的热现象都是不可逆的，所以D正确。
三、非选择题(本题共4小题，共54分)
11．(11分)若对物体做1 200 J的功，可使物体温度升高3 ℃，改用热传递的方式，使物体温度同样升高3 ℃，那么物体应吸收多少热量？如果对该物体做3 000 J的功，物体的温度升高5 ℃，表明该过程中，物体应吸收或放出多少热量？
解析：做功和热传递在改变物体内能上是等效的，对物体做1 200 J的功可使物体温度升高3 ℃，如用热传递方式，也使物体温度升高3 ℃，也应吸收1 200 J的热量。如对物体做功3 000 J，温度升高5 ℃，而物体温度升高5 ℃需要的功或热量应为E，由1 200 J＝cm×(3 ℃)，E＝cm×(5 ℃)，得E＝2 000 J，因此物体应放出1 000 J的热量。
答案：1 200 J　放出1 000 J的热量
12．(12分)如图所示在绝热气缸内，有一绝热轻活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27 ℃，封闭气柱长为9 cm，活塞横截面积S＝50 cm2。现通过气缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J，稳定后气体温度变为127 ℃。已知大气压强等于105 Pa，活塞与气缸间无摩擦，求：
(1)加热后活塞到气缸底部的距离；
(2)此过程中气体内能改变了多少。
解析：(1)取被封闭的气体为研究对象，
开始时气体的体积为L1S，温度为：
T1＝(273＋27)K＝300 K，末状态的体积为L2S，温度为：T2＝(273＋127)K＝400 K
气体做等压变化，由盖吕萨克定律可得＝，则：＝，代入数据得：L2＝12 cm。
(2)在该过程中，气体对外做功：
W＝F·ΔL＝p0S(L2－L1)＝105×50×10－4×(12－9)×10－2 J＝15 J，
由热力学第一定律：ΔU＝Q－W＝22 J－15 J＝7 J
故此过程中气体内能增加了7 J。
答案：(1)12 cm　(2)增加了7 J
13.(15分)如图所示，一篮球内气体的压强为p0、体积为V0、温度为T0，用打气筒对球充入压强为p0、温度为T0的气体，使球内气体压强变为3p0，同时温度升至2T0，充气过程中气体向外放出Q的热量，假设篮球体积不变，气体内能U与温度的关系为U＝kT(k为正常数)，求：
(1)打气筒对篮球充入压强为p0、温度为T0的气体的体积；
(2)打气筒对篮球充气过程中打气筒对气体做的功。
解析：(1)设打气筒对篮球充入压强为p0、温度为T0的气体的体积为V，以篮球内气体及充入的气体整体为研究对象，气体的初状态参量：p1＝p0、V1＝V0＋V、T1＝T0
气体的末状态参量：p2＝3p0、V2＝V0、T2＝2T0
根据理想气体状态方程有＝，解得V＝0.5V0。
(2)因为气体内能U与温度的关系为U＝kT
所以打气过程内能变化ΔU＝k(2T0－T0)＝kT0
由热力学第一定律得ΔU＝W－Q
解得打气筒对气体做的功W＝Q＋kT0。
答案：(1)0.5V0　(2)Q＋kT0
14．(16分)如图甲所示，用面积为S的活塞在气缸内封闭着一定质量的空气，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为m。现对气缸缓缓加热，使气缸内的空气温度从
T1升高到T2，空气柱的高度增加了ΔL，已知加热时气体吸收的热量为Q，外界大气压强为p0。求：
(1)此过程中被封闭气体的内能变化了多少；
(2)气缸内温度为T1时，气柱的长度为多少；
(3)请在图乙的V-T图上大致作出该过程的图像(在图线上标出过程的方向)。
解析：(1)对活塞和砝码：mg＋p0S＝pS，
得p＝p0＋
气体对外做功W＝pSΔL＝(p0S＋mg)ΔL
由热力学第一定律W＋Q＝ΔU
得ΔU＝Q－(p0S＋mg)ΔL。
(2)由盖-吕萨克定律可得，＝，
则＝，解得L＝。
(3)V-T图像如图所示。
答案：(1)Q－(p0S＋mg)ΔL
(2)　(3)见解析图
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