人教版2020年高中物理选修3-3第十章《 热力学定律》测试题有解析

人教版2020年高中物理选修3-3测试题
第十章 热力学定律

一、选择题（共15小题，其中1-8小题为单项选择题，9-15小题为多项选择题。）
1.下列说法中正确的是（ ）
A. 物体甲自发传递热量给物体乙，说明甲物体的内能一定比乙物体的内能大
B. 温度相等的两个物体接触，它们各自的内能不变且内能也相等
C. 若冰熔化成水时温度不变且质量也不变，则内能是增加的
D. 每个分子的内能等于它的势能和动能之和
2.下列有关热力学第二定律的说法正确的是（??? ）
A. 气体自发地扩散运动总是向着更为无序的方向进行，是可逆过程
B. 第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的
C. 空调既能制冷又能制热，说明热传递不具有方向性
D. 一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小
3.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，那么下列说法正确的是(　　)
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
4.根据分子运动论，物体分子之间距离为r0时，分子所受的斥力和引力相等，以下关于分子势能 的说法正确的是（ ）
A. 当分子距离为 r0 时，分子具有最大势能；距离增大或减小时，势能都变小
B. 当分子距离为 r0 时，分子具有最小势能；距离增大或减小时，势能都变大
C. 分子距离越大，分子势能越大；分子距离越小，分子势能越小
D. 分子距离越大，分子势能越小；分子距离越小，分子势能越大
5.导热性能良好的气缸和活塞，密封一定质量的理想气体，气缸固定不动，保持环境温度不变，现用外力将活塞向下缓慢移动一段距离，则这一过程中（ ）

A. 外界对缸内气体做功，缸内气体内能不变
B. 缸内气体放出热量，内能增大
C. 气缸内每个气体分子的动能保持不变
D. 单位时间内撞击到器壁上单位面积的分子数减小
6.对一些机械设备的科学性分析正确的是(　　)
A. 空调机既能制冷又能制热，说明热传递不存在方向性
B. 第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律
C. 即使科学技术有长足进步，将来的热机的效率也达不到100%
D. 电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律
7.一定质量的某种气体，在不同温度下的气体热运动速率的统计分布图如图所示，下列说法正确的是(　　)

A. 状态①的温度高于状态②的温度
B. 气体分子在高温状态时的平均速率大于低温状态时的平均速率
C. 不计分子势能，气体在状态①时具有的内能较大
D. 温度升高时每个分子运动的动能都增大
8.下列说法正确的是（ ）
A. 温度是分子平均动能的宏观标志，所以两个物体只要温度相等，那么它们分子的平均速率就相等
B. 热力学第二定律可描述为：“不可能使热量由低温物体传递到高温物体”
C. 在自然界能的总量是守恒的，所以不存在能源危机
D. 热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成
9.一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p ?T图象如图所示，下列判断正确的是(　　)

A. 过程ab中气体一定吸热
B. 过程bc中气体既不吸热也不放热
C. 过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D. a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小
E. 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不同
10.下列有关热现象的说法正确的是（ ）
A.分子力随分子间距离增大而增大
B.没有摩擦的理想热机也不可能把吸收的能量全部转化为机械能
C.已知某物质的摩尔质量和密度，可求出阿伏加德罗常数
D.内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同
E.瓶中充满某理想气体，且瓶内压强高于外界压强，在缓慢漏气过程中内外气体的温度均不发生改变．则瓶内气体在吸收热量且分子平均动能不变
11.下述做法不能改善空气质量的是(　　)
A. 以煤等燃料作为主要生活燃料
B. 利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源
C. 鼓励私人购买和使用汽车代替公交车
D. 限制使用电动车
E. 大量使用核能发电、风力发电和水力发电
12.如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q内为真空，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. 气体分子势能减少，内能增加
C. 气体分子势能增加，压强可能不变
D. 气体分子势能可认为不变，气体分子的平均动能也不变
E. Q中气体不可能自发地全部退回到P中
13.下列说法中正确的是 .
A. 布朗运动是在显微镜下看到的液体分子的无规则运动
B. 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
C. 分子质量不同的两种气体温度相同,它们分子的平均动能可能不相同
D. 当分子间的引力和斥力平衡时,分子势能最小
E. 一定质量的理想气体,吸热的同时外界对其做功,其内能一定增加
14.如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F>0为斥力，F<0为引力．a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从a处由静止释放，则(　　)

A. 乙分子从a至b做加速运动，由b至c做减速运动
B. 乙分子由a至c加速度先增大，后减小，到达c时加速度为零
C. 乙分子由a至c做加速运动，到达c时速度最大
D. 乙分子由a至b的过程中，分子力一直做正功
E. 乙分子由b至d的过程中，分子力一直做负功
15.下列说法正确的是(　　)
A. 铁块熔化成铁水的过程中，温度不变，内能增大
B. 物体运动的速度增大，则物体中分子热运动的平均动能增大，物体的内能增大
C. A、B两物体接触时有热量从物体A传到物体B，这说明物体A的内能大于物体B的内能
D. A、B两物体的温度相同时，A、B两物体的内能可能不同，分子的平均速率也可能不同
E. 两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的温度
二、填空题
16.如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭者一定质量的理想气体，气体的温度为T。活塞的质量为横截面积为S，与容器底部相距h。现通过电热丝缓慢加热气体,当气体吸收热 量Q时，活塞又上升h，此时气体的温度为T1 = _____。活塞对外做功______。已知大气压强为,重力加速度为g,不计活塞与气缸的摩擦,在此过程中，气体的内能增加了________。

17.(1)空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对汽缸中的气体做功为2.0×105 J，同时气体的内能增加了1.5×105 J．试问：此压缩过程中，气体________(填“吸收”或“放出”)的热量等于__________J.
(2)若一定质量的理想气体状态分别按下图所示的三种不同过程变化，其中表示等压变化的是________(填“A”、“B”或“C”)，该过程中气体的内能________(填“增加”、“减少”或“不变”)．

18.(2015.江苏)在装有食品的包装袋中充入氮气，然后密封进行加压测试，测试时，对包装袋缓慢地施加压力，将袋内的氮气视为理想气体，则加压测试过程中，包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力???（选填“增大”、“减小”或“不变”），包装袋内氮气的内能??? （选填“增大”、“减小”或“不变”）
三、计算题
19.我国汉代曾发明一种用做军事信号用的“孔明灯”，“孔明灯”腾空而起的原因是：燃料燃烧是周围空气温度升高，密度减小，空气对它的浮力把它托起来．如图所示，已知孔明灯的质量m=0.2kg，体积恒为V=1m3，空气初始温度t0=27°C，大气压强p0=1×105Pa，该条件下空气密度ρ0=1.2kg/m3，重力加速度g=10m/s2，不计孔明灯制作材料的体积．孔明灯底部开有开口，其他部分封闭．对灯内气体缓慢加热，直到灯刚能浮起来，求：

①假设灯内气体可收集在一起，请简要说明气体缓慢加热过程是吸热还是放热；
②灯刚能浮起时灯内气体密度ρ；
③灯刚能浮起时灯内气体温度t．
20.如图所示, 一圆柱形绝热容器竖直放置, 通过绝热活塞封闭着开尔文温度T1的理想气体, 活塞的质量为m, 横截面积为S, 与容器底部相距h1.现通过电热丝给气体加热一段时间, 使其温度上升到T2, 若这段时间内气体吸收的热量为Q, 已知大气压强为p0, 重力加速度为g, 求:

①气体的压强.
②这段时间内活塞上升的距离是多少？
③这段时间内气体的内能变化了多少？


答案解析
1.C
【解析】热量能自发的铀高温物体传向低温物体，物体甲自发传递热量给物体乙，说明甲物体的温度一定比乙物体的温度高，A错误；物体的内能和温度以及质量有关系，温度相同，质量不一定相同，内能不一定相等，B错误；冰属于晶体，熔化过程温度不变，且吸热，即内能增加，C正确；组成物质的所有分子动能与分子势能之和是物体的内能，对单个分子不能谈内能，故D错误．
2.B

3.D
【解析】对车胎内的理想气体分析知，体积增大为气体为外做功，内能只有动能，而动能的标志为温度，故中午温度升高，内能增大，故选D。
4.B
【解析】当分子间距离r＞r0，随着距离的增大，分子引力和斥力都减小，但斥力减小快，分子力表现为引力，分子之间的距离增大时，分子力做负功，分子势能增大；
相反r＜r0，分子力表现为斥力，分子间距离越小，分子力做负功，分子势能增大，故可知当分子间距离为r0时，分子具有最小势能．故A、C、D错误，B正确．
故选B。
5.A
【解析】由于气缸和活塞导热性能良好，且环境温度不变，因此在将活塞向左缓慢压一段距离过程中，气体温度不变，气体内能不变，由可知，外界对气体做功，内能不变，气体将放出热量，故A正确，B错误；温度不变，说明气体分子平均动能不变，而并非指每个气体分子的动能均保持不变，故C错误；气体温度不变，体积缩小，根据理想气体状态方程可知，其压强增大，单位时间内撞击到器壁上单位面积上的分子数增多，故D错误；
6.C

7.B
【解析】温度升高时，速率大的分子所占比重较大T1＜T2，故A错误；由图可知，高温时速率大的分子百分比更多，因此气体分子在高温状态时的平均速率大于低温状态时的平均速率，故B正确；由于状态②时的温度高，故不计分子势能时，气体在状态①时具有的内能较小，故C错误；温度升高时，分子的平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大；故D错误。故选：B。
8.D
【解析】温度是分子平均动能的宏观标志，所以两个物体只要温度相等，那么它们分子的平均动能就相等，但是由于分子质量不同，分子的平均速率不同，选项A错误；热力学第二定律可描述为：“不可能使热量由低温物体传递到高温物体而不引起其他的变化”，选项B错误；在自然界能的总量是守恒的，但是能源利用之后，短期不能再生，或被重复利用，故肆意浪费能源必然造成能源危机，故C错误．热力学第一定律也可表述为第一类永动机不可能制成，选项D正确；故选D.
9.ADE
【解析】A、在ab段体积不变则，但温度升高物体内能增大即ΔU>0，由热力学第一定律，则吸热，故A正确；
B、过程bc中温度不变则内能不变即，但体积增大，气体对外做功W<0，由热力学第一定律， ，故吸热，则B错误；
C、过程ca中温度减小即，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律，两者不会相等，放出的热量多，故C错误；
D、a、b和c三个状态中，状态a的温度最小，故分子的平均动能最小，则D正确；
E、b和c两个状态中温度相同分子平均动能相等，但体积增大分子密集程度变小造成撞击次数减小，故E正确。
10.BDE
【解析】A、分子间同时存在引力和斥力，都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但分子斥力变化更快；当分子间距小于平衡距离时，合力随着分子间距的减小而增加；当分子间距大于平衡距离时，合力随着分子间距的增加而先增加后减小；故A错误
B、把不可能把吸收的能量全部转化为机械能，则B正确
C、物质的摩尔质量和密度，可求得摩尔体积，但与出阿伏加德罗常数无关，则C错误
D、内能与温度、体积、物质的多少等因素有关，而分子平均动能只与温度有关，则D正确
E、瓶内气体缓慢流出过程中气体积体积增大，气体对外做功，而温度始终相等，则气体需要吸收热量．因温度是分子平均动能的标志，则分子的平均动能不变，则E正确．故选：BDE
11.ACD
【解析】.以煤等燃料作为主要生活燃料时会产生大量空气污染物；私人汽车代替公交车会使汽油消耗量增加，带来的空气污染物增多；限制使用电动车对改善空气质量无影响；太阳能、核能、风能和氢能等属于清洁能源，可以减少污染物排放。故选：ACD。
12.ADE
【解析】.容器内气体自由膨胀，气体与外界之间不做功也没有热交换，故气体的内能不变，A正确，B错误；气体分子间作用力很弱，气体体积变化时，气体分子势能可认为不变，C错误；内能不变，即温度不变，故分子的平均动能不变，D正确；据热力学第二定律，自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性，可知E项正确。
故选：ADE。
13.BDE
【解析】依据布朗运动的定义，是在显微镜中看到的固体分子的无规则．而其反应的是液体分子无规则热运动，A错误；根据热力学第二定律可知，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，B正确；温度是分子平均动能的量度，故温度相同，平均动能相同，C错误；当分子间的引力和斥力平衡时，分子力为零，分子势能最小，D正确；根据热力学第一定律可得一定质量的理想气体，吸热的同时外界对其做功，其内能一定增加，E正确．
14.BCD
【解析】由图可知F＝0处c点是r＝r0平衡位置，当r>r0时分子力表现为引力，当r故选：BCD。
15.ADE
【解析】铁块熔化成铁水的过程中，虽然温度不变，但要吸热，所以内能增大，A正确；机械运动的速度增大与分子热运动的动能无关，故B错误；热量从物体A传到物体B，这说明物体A的温度高于物体B的温度，C错误；A、B两物体的温度相同时，只能说A和B的分子平均动能相同，内能可能不同，并且由于A和B的分子质量可能不同，分子平均速率也可能不同，D正确；由热平衡的定义知，E正确。
故选：ADE。
16.
【解析】活塞上升过程中气体为等压变化，故，解得，活塞对外做功，根据力的平衡可得，故，根据热力学第一定律可得，故气体内能变化了
17.（1）放出 （2）C 增加
【解析】（1）根据热力学第一定律，外界做功，内能增量，热量为，说明气体对外界放热；（2）体积与温度成正比表示等压变化，所以C项正确；1到2温度升高内能增加。
18.增大；不变
【解析】因为测试时，对包装袋缓慢地施加压力，外界对气体所做的功等于气体对外放出的热量，由热力学第一定律可知：气体温度不变，即内能不变。玻意耳定律可知：气体体积变小，所以压强变大，由于气体的压强是由于气体分子对器壁的频繁碰撞而产生的，所以包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力增大。

19.①吸热②ρ为1kg/m3③87℃
【解析】（1）根据热力学第一定律，因温度升高，内能增大，体积膨胀对外做功，所以气体必吸收热量；
（2）设灯刚能浮起时，灯内气体密度为ρ，则：
解得：ρ=1kg/m3
（3）孔明灯底部开口，说明灯内气体压强不变；以t0=27℃（热力学温度为T0）时灯内气体为研究对象（初始体积V0=V），设灯刚能浮起时气体温度为T，体积膨胀为V/，有：又因为灯内原有气体总质量不变，则： ； T=273+t，
解得：t=87℃
20.①②③

【解析】（1）分析活塞的受力情况，如图所示，根据平衡条件有

由此得气体的压强为
（2）设温度上升到t2时，活塞与容器底部相距为h2，因为气体发生等压变化，由盖?吕萨克定律得，得：，解得
故活塞上升了
（3）气体对外做功为
根据热力学第一定律得：