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（A卷）（含答案）

第三章 热力学定律 单元检测（A卷）
一、单选题
1．下列说法不正确的是（　　）
A．第二类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律
B．热量既能由高温物体传递到低温物体，也能由低温物体传递到高温物体
C．物体从单一热源吸收热量全部用来对外做功，这是有可能的
D．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增加的方向进行
2．根据热力学定律，下列判断正确的是（ ）
A．我们可以利用高科技手段将温度降到-300℃
B．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行
C．利用海水深浅层的温差来发电，在原理上是可行的
D．制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化
3．下列说法中正确的是（　 　）
A．任何物体的内能都是组成该物体的所有分子热运动动能的总和
B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
C．做功和热传递在改变内能的方式上是不同的
D．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行
4．关于能源，下列说法正确的是（ ）
A．一次能源是可再生能源 B．二次能源是可再生能源
C．煤、石油、天然气属于新能源 D．太阳能、核能属于新能源
5．一定质量的理想气体，由状态A开始，经历①②两个不同过程到达状态C，p-T图像如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．过程①气体对外做功
B．过程②气体平均动能增大
C．过程①外界对气体做功
D．单位时间内，状态A比状态C器壁单位面积上分子碰撞的次数少
6．下列现象可以用热力学第一定律解释的是（　　）
A．两物体接触后，热量自发地从高温物体传递到低温物体
B．蒸汽机不能把蒸汽的内能全部转化为机械能
C．叶片搅拌绝热容器中的水，引起水温升高
D．利用能源的过程中会发生“能量耗散”现象
7．一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程回到原状态，其图像如图所示。下列判断正确的是（　　）
A．过程中气体一定吸热
B．过程中气体既不吸热也不放热
C．过程中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数相同
8．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
二、多选题
9．下列说法中正确的是( )
A．晶体具有确定的熔点
B．理想气体从外界吸热，则内能一定增大
C．某物体温度高，组成该物体的某些分子速率可能很小
D．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
E．压缩气体需要力表明气体分子间存在斥力
10．关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是（ ）
A．某气体的摩尔体积为V，每个气体分子的体积为V0，则阿伏伽德罗常数
B．第二类永动机不可能制造成功的的原因是因为违背了能量守恒定律
C．用活塞压缩气缸里的气体，对气体做了2.0×105J的功，若气体向外界放出1.5×105J的热量，则气体的内能增加了0.5×105J
D．当两分子间的距离小于平衡位置的距离r0时，分子间的斥力大于分子间的引力
E．气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关
11．下列说法中正确的是 （ ）
A．随着科技的不断进步，绝对零度可能达到
B．分子势能随着分子间距的增大，可能先减小后增大
C．悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动
D．一定质量的理想气体在等压压缩的过程中内能一定减小
E．当卫星中的物体处于完全失重时，若一个固定的容器装有浸润其器壁的液体置于卫星内，则必须用盖子盖紧，否则容器中的液体一定会沿器壁流散
12．一定质量理想气体的压强p随体积V的变化过程如图所示（CA是双曲线的一段），在此过程中（　　）
A．气体从状态A到状态B，温度降低，内能减少
B．气体从状态B到状态C，一定向外放出热量，内能不变
C．气体从状态B到状态C，一定从外界吸收热量，内能增加
D．气体从状态C到状态A，温度升高，内能增大
三、实验题
13．（2）如图甲，是“探究某种固体物质熔化时温度变化规律”的实验装置，图 乙是根据实验数据描绘出的该物质在熔化过程中温度随时间变化的图象。
①该物质的熔点是 ______ ℃。
②该物质是 ______ （选填“晶体”或“非晶体”）。
③该物质在B 点的内能 _______ （选填“大于”“小于”或“等于”）C 点的内能
14．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甲所示的装置。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。
（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减少
（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，作出图像如图乙所示。已知大气压强，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60J，则气体的内能增加了______J。
四、解答题
15．设一台蒸汽机中，煤完全燃烧后，产生的热量，其分配情况如下：锅炉损失，传送蒸汽损失，蒸汽冷凝损失，废气带走损失，机械磨损损失。试画出其能流图。这台蒸汽机输出的机械能是多少？热机的效率是多少？
16．如图所示，竖直放置的圆柱形气缸由导热材料制成，内有活塞，质量可忽略不计，横截面积为S=20cm2，活塞下方密封一定质量的空气（可视为理想气体），初始压强为大气压强，活塞到气缸底部的距离为h1=0.1m，活塞与气缸之间无摩擦且不漏气，将一定量的细沙缓缓加入气缸中，活塞下移，到气缸底部的距离变为h2=0.08m。已知大气压强p0=1.0×105Pa，重力加速度g=10m/s2，活塞下移过程中缸内气体温度不变。
（1）求加入细沙的质量；
（2）若加入细沙后，给活塞下面空气加热，可以使活塞恢复到加入细沙之前的原位置，设该过程空气吸收的热量为2J，求气体内能的变化量。
17．圆柱形导热气缸用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，气缸顶端有限位装置。活塞的横截面积为，重力为，气缸的总长度为，大气压强为。开始时缸内气体的温度为，活塞静止于离气缸底的距离为处。现使环境温度缓慢升高，当气体从外界吸收的热量后，活塞上升到离气缸底的距离为处。活塞及气缸壁的厚度不计，气体的内能与热力学温度成正比，比例系数为（未知），求：
（1）该过程气体内能的变化量；
（2）；
（3）当环境温度再次升高，气体继续吸收的热量，此时缸内气体的压强。
18．如图甲所示，导热性良好的气缸固定在左端带有铰链的木板上，在气缸内通过厚度可忽略的、可以在气缸内无摩擦滑动的、横截面面积为S的活塞密封了一定质量的理想气体。现在竖直面内缓慢转动木板，可得到气体的压强p与外界大气压强p0的比值随木板与水平面之间的夹角θ的变化关系如图乙所示。当θ=60°时活塞距气缸底面的高度为h，环境温度为T0，理想气体的内能与温度的关系为U=kT，比例系数k已知。sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度为g。（结果用S、p0、h、T0、k、g表示）
（1）求活塞的质量m。
（2）当=37°时固定木板，环境温度缓慢降至0.8T0，求在此过程中气体向外界放出的热量Q。
参考答案：
1．A
【详解】A．第二类永动机不可能制成，是因为违背了热力学第二定律，故A错误；
B．热量既能由高温物体传递到低温物体，也能由低温物体传递到高温物体，故B正确；
C．物体从单一热源吸收热量全部用来对外做功，这是有可能的，故C正确；
D．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增加的方向进行，故D正确；
故选A。
2．C
【详解】A．宇宙最低温是-273℃，故A错误；
B．能量在传递时具有单向性，可以自发的由高温物体传到低温物体，故B错误；
C．利用海水深浅层的温差来发电，在原理上是可行的，故C正确；
D．制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气中引起了其他能量的变化，即压缩机做功，故D错误。
故选C。
3．C
【详解】A．物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的和所有分子势能的总和，故A错误；
B．根据热力学第二定律，不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，可知内燃机得到的全部内能不可能转化为机械能，内燃机里一定会有摩擦及热损耗等等，故B错误；
C．做功是把其他形式的内转化为内能，而热传递是一个物体的内能转移到另一个物体，是内能的转移，它们在改变内能的方式上是不同的，故C正确；
D．满足能量守恒定律的宏观过程并不一定都是可以自发进行的，只有满足能量守恒定律与热力学第二定律的宏观热学过程可以发生，故D错误；
故选C。
4．D
【详解】从能源是否可再利用的角度可分为可再生能源和不可再生能源，像风能、水能、太阳能、生物质能，可以在自然界里源源不断的得到补充，所以它们属于可再生能源；可以从自然界直接获取的能源叫一次能源。
A．可以从自然界直接获取的能源叫一次能源，一次能源并不一定都是可再生能源，比如煤是一次能源，但属于不可再生能源，A错误；
B．并不是所有的二次能源都是可再生能源，B错误；
CD．煤、石油、天然气属于传统化石能源，而像太阳能、风能、核能、地热能、氢能等属于新能源，C错误，D正确；
故选D。
5．D
【详解】AC．过程①p-T图像为过原点的图线，即
所以气体经历等容变化，对外界不做功，外界对气体也不做功，故AC错误；
B．过程②气体温度升高，分子平均动能增大，但不是气体的平均动能增大，气体的平均动能属于宏观机械运动对应的能量，不是热力学问题研究的范围，故B错误；
D．气体在状态A和状态C的体积相同，分子数密度相同，而，所以气体在状态A的分子平均动能小于在状态C的分子平均动能，单位时间内，状态A比状态C器壁单位面积上分子碰撞的次数少，故D正确。
故选D。
6．C
【详解】A．根据热力学第二定律，两物体接触后，热量自发地从高温物体传递到低温物体，A错误；
B．根据热力学第二定律，蒸汽机不能把蒸汽的内能全部转化为机械能而不引起其它变化，B错误；
C．根据热力学第一定律，叶片搅拌绝热容器中的水，引起水温升高，C正确；
D．根据热力学第二定律，利用能源的过程中会发生“能量耗散”现象，D错误。
故选C。
7．A
【详解】A．过程图线的延长线过原点，根据查理定律可知气体经历等容变化，对外界做功为零，而气体温度升高，内能增大，根据热力学第一定律可知气体一定吸热，故A正确；
B．过程中气体经历等温变化，压强减小，根据玻意耳定律可知气体体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知气体一定吸热，故B错误；
C．过程气中气体经历等压变化，温度降低，内能减小，根据盖—吕萨克定律可知气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知外界对气体所做的功小于气体所放的热，故C错误；
D．b和c两个状态中，气体温度相同，分子平均动能相同，但b状态比c状态压强大，所以b状态下容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数比c状态多，故D错误。
故选A。
8．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。
9．ACD
【详解】A、组成晶体的物质分子排列整齐、有规律，要使其熔化，就必须打破这种整齐、有规律的分子结构，所以晶体在熔化时所吸收的热量就用来打破这种结构被消耗掉了，而物质的温度却不会上升，所以晶体有固定的熔点，故A正确；
B、根据热力学第一定律ΔU=W+Q，理想气体从外界吸热Q0，而内能的变化决定于做功和热传递两方面因素，所以气体的内能不一定增大，故B错误；
C、某物体温度高，组成该物体的分子的平均动能大，分子的平均速率大，但由于分子的热运动，组成该物体的某些分子速率可能很小，故C正确；
D、液体存在表面张力，有使液体的表面积减小到最小的趋势，露珠呈球状就是由于液体表面张力作用的结果，故D正确；
E、压缩气体需要力是由于气体压强作用的结果，并不能表明分子间存在斥力，故E错误．
10．CDE
【详解】A．因为气体分子不是紧密靠在一起的，对于气体，不能通过求出阿伏伽德罗常数，故A错误；
B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为虽然不违反能量守恒定律但违背了热力学第二定律，故B错误；
C．用活塞压缩气缸里的气体，对气体做了2.0×105J的功，若气体向外界放出1.5×105J的热量，根据
可知气体的内能增加了
故C正确；
D．当两分子间的距离小于平衡位置的距离r0时，分子间的斥力大于分子间的引力，分子力表现为斥力，故D正确；
E．根据
可知气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关，过程不同则气体做功情况不同，则吸收的热量也不同，故E正确。
故选CDE。
11．BDE
【详解】A．绝对零度是不能达到。故A错误；
B．两个分子之间的距离从无穷远到无限靠近的过程中，分子之间的作用力先是吸引力，后是排斥力，所以分子力先做正功，后做负功；同理，分子间距从无限靠近到无穷远的过程中，分子力也是先做正功，后做负功；所以可知分子势能随着分子间距的增大，可能先减小后增大。故B正确；
C．布朗运动是悬浮在水中花粉的无规则运动，由于花粉是由花粉颗粒组成的，所以布朗运动反映的是花粉颗粒的运动，不是花粉分子的热运动，是液体分子的热运动的反应，故C错误；
D．根据理想气体得状态方程可知，一定质量的理想气体在等压压缩的过程中气体的温度一定降低，而一定量的理想气体得内能仅仅与温度有关，温度降低气体的内能减小，所以一定质量的理想气体在等压压缩的过程中内能一定减小。故D正确；
E．当卫星中的物体处于完全失重时，若一个固定的容器装有浸润其器壁的液体置于卫星内，根据浸润的特点可知必须用盖子盖紧，否则容器中的液体一定会沿器壁流散。故E正确；
故选BDE.
12．AC
【详解】A．气体从状态A到状态B，等容变化，根据
可知，压强减小，温度降低，内能减小，故A正确；
BC．气体从状态B到状态C，等压变化，根据
可知，体积增大，温度升高，内能增大，气体体积膨胀对外做功，根据热力学第一定律可知一定从外界吸收热量，故B错误，C正确；
D．CA是双曲线的一段，气体从状态C到状态A，等温变化，内能不变，故D错误。
故选AC。
13．①50℃；②晶体；③小于
【详解】①[1]如乙图所示物体在50℃时，保持一段时间温度不变，故物质的熔点是50℃
②[2]物质在熔化过程中，温度保持不变，因此该物质为晶体；
③[3]由于物质有B-C的过程继续吸热，故该物质在B 点的内能小于C 点的内能
14． AD##DA 50 10
【详解】（1）[1]
A．根据盖吕萨克定律可知，当压强不变时，对于一定质量的理想气体其不变，所以温度升高时，被封空气的压强跟大气压强相等保持不变，可知瓶内气体体积增大，A正确；
B．温度升高时，瓶内气体分子的平均动能增大，而不是每个气体分子的动能都增大，B错误；
CD．温度升高，瓶内气体分子的平均动能增大，由于气体压强保持不变，根据气体压强的微观意义可得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，C错误，D正确。
故选AD。
（2）[2][3]设水平玻璃管的横截面积为S，油柱从状态a到状态b的过程中移动的长度为，可得气体对外做的功为
根据热力学第一定律，气体的内能增加了
15．能流图见解析；；。
【详解】能流图，如图
这台蒸汽机输出的机械能是
热机的效率是
16．（1）5kg；（2）-3J
【详解】(1)细沙缓缓加入，气体等温变化，活塞下面气体原压强为P0，加入细沙后变为P1 ，细沙质量为，根据玻意耳定律，有
再根据受力平衡
解得
(2)活塞恢复到原来高度过程中，气体压强不变，气体对外做功
根据热力学第一定律
△U= W +Q
解得气体内能变化量为
△U=-3J
17．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）设气体初始压强为，根据受力平衡可得
解得
气体从离气缸底到过程，气体发生等压变化，外界对气体做功为
根据热力学第一定律可得
（2）气体从离气缸底到过程，气体发生等压变化，则有
又
联立解得
（3）当环境温度再次升高，气体继续做等压变化，可知当气体再吸收的热量，活塞刚好到达气缸顶端，之后气体做等容变化，设气体继续吸收的热量后，气体的温度为，气体压强为，则有
，
解得
根据理想气体状态方程可得
解得
18．（1） ；（2）
【详解】（1）由图乙可知当θ=60°时P=1.5P0，对活寒进行受力分析，由平衡条件得
mgcos60°+P0S=1.5P0S
解得
（2）当θ=37°时对活塞进行受力分析，由平衡条件得
mgcos37°+P0S=PS
设此时活塞距缸底的距离为H1，该过程为等温变化，
由玻意耳定律得
1.5P0S h=PSH
当θ=37°时固定木板，环境温度缓慢降至0.8T0，设此时活塞距缸底的距离为H2，该过程为等压变化，由盖—吕萨克定律得
外界对气体做功为
W=PS（H1—H2）
由热力学第一定律得
解得