2022-2023学年高二物理粤教版（2019）选择性必修三 第三章 热力学定律 单元检测（B卷）（解析版）

第三章 热力学定律 单元检测（B卷）
一、单选题
1．物体从外界吸收了58J的热量，同时向外界做了42J的功，则其内能（ ）
A．增加了16J
B．减少了16J
C．增加了100J
D．减少了100J
2．对热力学第二定律的理解，下列说法正确的是（ ）
A．热量不能由低温物体传给到高温物体
B．外界对物体做功，物体的内能必定增加
C．永动机不可能制成，是因为违反了热力学第二定律
D．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
3．在下列叙述中正确的是（ ）
A．物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子平均动能越大
B．布朗运动就是液体分子的热运动
C．对一定质量的气体加热，其内能一定增加
D．当分子间距rr0时，引力比斥力变化得快
4．关于物体的内能、温度和分子的平均动能，下列说法正确的是（　　）
A．温度低的物体内能一定小
B．温度低的物体分子运动的平均动能一定小
C．外界对物体做功时，物体的内能一定增加
D．做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大
5．如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为的活塞密封一部分理想气体，活塞导热良好且能无摩擦地滑动，容器的横截面积为，将整个装置放在大气压强恒为的空气中，开始时气体的温度为，活塞与容器底的距离为，当环境温度变化时，气体从外界吸收热量后，活塞缓慢上升后再次平衡。下列判断正确的是（　　）
A．气体对外做功的数值等于
B．气体对外做功的数值为
C．外界气体的温度升高了
D．此过程中的密闭气体的内能增加了
6．如图所示，绝热的气缸被一个绝热的活塞分成左、右两部分，活塞质量不计，活塞用销钉锁住，活塞与气缸之间没有摩擦，汽虹左边装有一定质量的理想气体，右边为真空，现在拔去销钉，抽去活塞，让气体向右边的真空做绝热自由膨胀，下列说法正确的是（　　）
A．气体在向真空膨胀的过程中对外做功，气体内能减少
B．气体在向真空膨胀的过程中，分子平均动能变小
C．气体在向真空膨胀的过程中，气体内能增加
D．若无外界的干预，气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空
7．下列描述正确的是（ ）
A．空调既能制热也能制冷，说明自发进行的热传递不存在方向性
B．恒温水池中一个气泡缓慢上升，则气泡将放热
C．固体很难压缩，说明固体分子间不存在间隙
D．把两块纯净的铅压紧，它们会“粘”在一起，说明分子间存在引力
8．关于下列几幅图的说法正确的是（　　）
A．图1为悬浮在液体中的花粉颗粒每隔一段时间位置间的连线，反映了花粉颗粒内部分子的无规则运动
B．图2为水黾静止在水面上，说明液体表面层分子间表现为斥力
C．图3中“永动机”不可能制作出来的原因是违背了热力学第三定律
D．图4封闭注射器的出射口，按压管内封闭气体过程中阻力增大，主要是因为气体压强增大
二、多选题
9．下列属于可再生的一次能源是（ ）
A．石油
B．煤炭
C．潮汐能
D．太阳能
10．下列说法正确的是
A．一定质量的理想气体，压强变小时，分子间的平均距离可能变小
B．晶体的物理性质表现为各向异性，是由于组成晶体的微粒在空间排列不规则
C．物体内能改变时，其温度一定变化
D．机械能可通过做功全部转化为内能，但内能一定不能通过做功全部转化为机械能而不引起其它的变化
E．将0.05mL浓度为0.02%的油酸酒精溶液滴入水中，测得油膜面积为20cm2，则可测得油酸分子的直径为5×10-9m
11．下列四幅图的有关说法中正确的是（　　）
A．分子间距离在小于r0范围内分子间距离减小时，斥力增大引力减小，分子力表现为斥力
B．水面上的单分子油膜，在测量分子直径d大小时可把分子当作球形处理
C．食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性
D．猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，分子间表现为斥力，可看作是绝热变化
12．某汽车轮胎在阳光的暴晒下爆裂了，假设轮胎在爆裂前胎内容积不变，胎内气体可看作理想气体，则下列有关分析正确的是（　　）
A．轮胎爆裂是胎内气体分子间平均作用力增大造或的
B．轮胎爆裂前胎内气体温度升高，压强增大
C．轮胎爆裂前胎内气体温度升高，气体分子对轮胎的平均作用力增大
D．轮船爆裂过程，气体温度降低，主要是胎内气体对外做功造成的
E．轮胎爆裂过程，气体温度降低，主要是胎内气体放出热量造成的
三、实验题
13．“东方绿舟”内有一个绿色能源区，同学们可以在这里做太阳能和风能的研究性实验，某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热装置，实验器材有：①内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1平方米；②盛水塑料袋一个；③温度计一个；③玻璃板一块（约1平方米），如图所示：
假设图为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在图中______；
如果已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量△间的关系是，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、外，还应测量的物理量是_____，本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因：______________。
14．2017年全国物理科学晚会上，一位老师用“吹气千斤顶”把四位高中生顶起来．他用一根带阀门的塑料管连在封闭的正方形塑料薄膜袋上，塑料薄膜袋平摊在教室地面上，如图所示.在塑料薄膜袋的上方平放一块与薄膜袋上表面面积相等的轻质塑料板，让四位学生同时站到与轻质塑料板中心对称的位置上，该老师通过塑料连接管向袋内吹气，直到把四位同学抬到一定高度，薄膜袋一直没有破裂．假设袋内气体可视为理想气体，温度保持不变．
(1)下列说法正确的是___________
A．薄膜袋内气体分子平均动能不变
B．薄膜袋内气体的压强是由于气体重力而产生的
C．薄膜袋内气体的体积是所有气体分子的体积之和
D．由于四位学生压迫薄膜袋，袋内气体分子间表现为斥力
(2)表演过程中，该老师对球内气体共做了200J的功，此过程中薄膜袋___________(填“吸收”或“放出”)热量，若某时刻薄膜袋突然爆破，则薄膜袋内的气体内能___________(填“增加”或“减少”)．
(3)已知薄膜袋气体的体积为V，密度为p，平均摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为NA，试求薄膜袋内气体的分子个数_____及分子间的平均距离_____．
四、解答题
15．一同学说：给自行车轮胎打气时气筒变热，其原因是活塞与气筒壁摩擦产生的结果。此说法是否正确？简述理由。
16．有人说：“既然能量不会凭空产生，也不会凭空消灭，能量在转化和转移的过程中，其总量是保持不变的，那么，我们为什么还要节约能源？”请你用能量转化和转移的方向性来论述节约能源的必要性。
17．一定质量的非理想气体(分子间的作用力不可忽略)，从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，则：
(1)气体的内能是增加还是减少？其变化量的大小为多少焦耳？
(2)气体的分子势能是增加还是减少？
(3)分子平均动能如何变化？
18．如图，某兴趣小组设计制作了一个由气缸、活塞柱、弹簧和上下支座构成的汽车减震装置模型，该模型上支座与活塞柱的质量、活塞柱与气缸之间的摩擦均可忽略不计，气缸壁厚度不计，气缸导热性和气密性良好；该模型竖直放置上支座上不加压力时，弹簧处于原长，活塞柱底端距离气底部，活塞柱横截面积，气缸内气体压强与外界大气压强均为，弹簧劲度系数，，今在上支座上放置的重物。
（1）装置稳定后，封闭气体分子的平均动能如何变化？从将重物放置到上支座上到装置稳定的过程中封闭气体吸收还是放出热量？
（2）装置稳定后，活塞柱底端距离气缸底部的距离是多少？
参考答案：
1．A
【详解】根据热力学第一定律可得
故内能增加了16J，故A正确，BCD错误。
故选A。
2．D
【详解】A．根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传给高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传给高温物体，例如电冰箱的工作过程，A错误；
B．根据热力学第一定律，物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做功的正负两个因素，B错误；
C．永动机违反能量守恒定律，C错误；
D．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化热力学第二定律的表述形式之一，D正确。
故选D。
3．A
【详解】A．物体的温度越高，分子的热运动越剧烈，分子平均动能越大，A正确；
B．布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的运动，B错误；
C．根据热力学第一定律
可知，对一定质量的气体加热时，由于气体对外做功情况不一定，所以内能变化情况有多种可能，C错误；
D．无论分子间距多大，分子间斥力总是比引力变化得快，选项D错误。
故选A。
4．B
【详解】AB．温度是分子平均动能的标志，温度低说明分子平均动能小，但内能不一定小，故A错误，B正确；
C．由于物体和外界的热交换不明确，外界对物体做功时，物体的内能不一定增加，故C错误；
D．物体的分子动能与物体的宏观的运动无关，故D错误。
故选B。
5．D
【详解】对活塞进行受力分析可得
可得封闭气体的压强
A．由于气体发生等压变化，气体膨胀，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律，对外做功的值小于Q，A错误；
C．气体发生等压变化，可得
因此温度升高了
C错误；
B．温度升高后对外做的功
B错误；
D．根据热力学第一定律，内能增加量
D正确。
故选D。
6．D
【详解】ABC．气体在向右边的真空膨胀的过程中没有力的作用，所以气体不做功，即W=0，绝热过程，Q=0，根据热力学第一定律
可知
所以气体内能不变，温度不变，分子的平均动能不变，故ABC错误；
D．无外界的干预，根据热力学第二定律可知，涉及热现象的宏观过程具有方向性，因此，气体分子不可能自发地退回到左边，使右边重新成为真空，故D正确。
故选D。
7．D
【详解】A．空调制冷，是从低温物体向高温物体传递热量，但必须通过电流做功，这并不能说明热传递不存在方向性，A错误；
B．气泡缓慢上升的过程中，外部的压强逐渐减小，气泡膨胀对外做功，由于外部恒温，在上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，则内能不变，根据热力学第一定律可得
气泡内能不变，同时对外做功，所以必须从外界吸收热量，B错误；
C．固体很难被压缩，说明分子之间存在着斥力，C错误；
D．把两块纯净的铅压紧，使分子间距离减小到引力的作用效果，它们就会“粘”在一起，D正确。
故选D。
8．D
【详解】A．图1，悬浮在液体中花粉颗粒无规则的运动，说明液体分子无规则撞击花粉颗粒，反映了液体分子运动的无规则性，故A错误；
B．图2说明液体表面层分子稀疏，分子间距大于平衡位置距离，分子间作用力表现为引力，使液面绷紧形成表面张力，故B错误；
C．图3中永动机的设计违背了能量守恒定律，故C错误；
D．图4中封闭注射器的出射口，按压管内封闭气体过程中阻力增大，这主要是气体压强增大的缘故，故D正确。
故选D。
9．CD
【详解】石油、煤炭、潮汐能、太阳能都可以直接从自然界获得,它们都是一次能源；而潮汐能、太阳能属于可再生能源，故CD对；AB错
【点睛】从自然界直接获得、不需要加工转换的能源是一次能源,由其它能源经过加工转换而获得的能源是二次能源.煤、石油属于化石燃料,在我国能源领域占有重要的地位,是不可再生能源;而太阳能、潮汐能属于可再生能源.
10．ADE
【详解】A．根据气态方程，压强变小时，如果温度降低，则气体的体积可能减小，分子间的平均距离可能变小，故A正确；
B．晶体的物理性质表现为各向异性，是由于组成晶体的微粒在空间排列规则，故B错误；
C．物体的内能包括分子动能和分子势能两部分，物体内能改变时，可能是分子势能发生了变化，而分子平均动能并没有发生变化，即温度可能不变化。故C错误；
D．根据热力学第二定律可知，机械能可通过做功全部转化为内能，但内能一定不能通过做功全部转化为机械能而不引起其它的变化，故D正确；
E．根据题意，一滴油酸酒精溶液含有的油酸体积为：
V=0.05×0.02% mL=1×10-5mL
所以油酸分子直径的大小：
故E正确；
故选ADE。
11．BC
【详解】A．分子间距小于r0范围内分子间距离减小时，斥力和引力都增大，但引力增大的慢，所以分子力表现为斥力，故A错误；
B．水面上的单分子油膜，在测量油膜分子直径d大小时可以把它们当做球形处理，故B正确；
C．晶体具有点阵结构，食盐属于晶体，食盐中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，故C正确；
D．猛推木质推杆，外界对气体做正功，密闭的气体温度升高，压强变大。此时气体分子之间的距离仍然大于r0，分子之间的相互作用力仍然是引力，但是很小，几乎可以忽略不计，故D错误。
故选BC。
12．BCD
【详解】ABC．车胎爆胎是车胎内气体温度升高，内能增加，分子无规则热运动加剧，单位时间内撞击到单位面积上气体的数量增多，气体分子对轮胎的平均作用力增大，压力增大，气体压强增大，不是气体分子间的平均作用力增大造成的，故A错误，BC正确；
DE．在车胎突然爆裂的极短时间内，气体体积增大，对外做功，温度降低，对外放热，但气体温度降低主要还是对外做功造成的，故D正确，E错误。
故选BCD。
13． 见解析 时间T 太阳能没有全部被水吸收（或水吸收的太阳能有一部分损失等）
【详解】[1]这是测定夏季中午太阳能的研究性实验。告诉了实验器材、实验环境（斜坡草地）、实验原理，根据研究性要求设计实验，并明确测量物理量，指出实验中产生误差的主要原因，实验图示如图所示
[2]需要测定单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了测量水的质量、温度升高的高度，还需测量太阳照射的时间T。
[3]产生误差的主要原因：太阳能没有全部被水吸收，或水吸收的太阳能还有一部分损失等。
14． （1）A （2）放出 减小 （3）
【分析】（1）知道分子间表现的实际作用力为引力，知道被封闭气体压强产生的原理．温度是分子平均动能变化的标志；
（2）根据热力学第一定律的表达式△U=Q+W进行有关判断；
（3）求出气体的质量，已知平均摩尔质量再求出摩尔数，最后求出分子数，然后求出分子的平均距离．
【详解】（1）A、温度是分子平均动能的标志，温度不变，则分子的平均动能不变，A错误；
B、薄膜袋内气体的压强是由于气体不断频繁撞击膜内表面产生的，B错误；
C、气体分子间空隙很大，所以气球内气体的体积远大于所有气体分子的体积之和，C错误；
D、四位同学压迫薄膜袋，气体分子间距离仍然较大，气体分子间的作用力几乎为零，D错误．
故本小题选A；
（2）表演过程中，膜内气体温度不变，则气体的内能不变，，该老师对膜内气体做了200J的功，，根据热力学第一定律，则，所有气体要向外界放热；若某时刻薄膜袋突然爆破，气体对外做功，瞬间无热传递，则该气球内的气体内能减少；
（3）由题意可知，气体的摩尔数为，所有气体内气体分子的总个数为：，气体分子之间的距离．
【点睛】热学中很多知识点要需要记忆，注意平时的积累，对于热力学第一定律△U=W+Q，要明确公式中各个物理量的含义．
15．见解析
【详解】用打气筒给自行车轮胎打气时，一方面由于活塞运动时与筒壁发生摩擦，将机械能转化为内能，使筒壁升温。另一方面，活塞压缩筒内空气做功，机械能转化为内能，使筒内的空气内能增大，温度升高，筒壁吸收热量，通过热传递的方式增加筒壁的内能。
16．见解析
【详解】能量在转化和转移的过程中，其总量是保持不变的，但自然界中有的能量便于利用，有的能量不便于利用。流动的水带动水磨做功，由于磨盘之间的摩擦、磨盘和粮食之间的摩擦与挤压，使磨盘、粮食的温度升高，水流的一部分机械能转化为内能。这些内能耗散到周围的环境中。我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用，这种现象叫做能量的耗散，所以我们还要节约能源。
17．（1）内能减少了1.8×105J；（2）增加；（3）减少
【详解】(1)因气体从外界吸收热量，所以Q＝4.2×105 J
气体对外做功6×105 J，则外界对气体做功W＝-6×105 J
由热力学第一定律
ΔU＝W＋Q
得
ΔU＝-6×105 J＋4.2×105 J＝-1.8×105 J
所以物体内能减少了1.8×105 J.
(2)因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了；
(3)因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子平均动能必然减少了，且分子平均动能的减少量一定大于分子势能的增加量；
18．（1）不变，放出；（2）0.1m
【详解】（1）气缸导热性良好，放置重物稳定后，封闭气体的温度与原来相同，分子的平均动能与原来相同；将重物放置到上支座上到装置稳定的过程中，气体体积减小，外界对气体做功，，气体初末状态温度相同，内能不变，，根据热力学第一定律得
则，气体放热。
（2）设放置重物前封闭气体的压强为，则
设放置重物稳定后封闭气体的压强为，活塞柱距离气缸底部为，以重物、活塞柱和上支座整体为研究对象，则有
以封闭气体为研究对象，根据玻意耳定律有
代入数值解得
或（舍去）