热力学定律
单元检测试题(解析版)
1.关于热力学定律,下列说法正确的是( )
A.机械能可以全部转化为内能,内能也可以全部用来做功转化成机械能
B.第一类永动机违背能量守恒定律,第二类永动机不违背能量守恒定律,随着科技的进步和发展,第二类永动机可以制造出来
C.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性,在热传递中,热量只能从高温物体传递给低温物体,而不能从低温物体传递给高温物体
D.不可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功
2.对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是
A.温度升高,分子的平均动能增大,每次碰撞对容器壁的作用力增大,压强一定增大
B.体积减小,单位体积内的分子数增多,气体的内能一定增大
C.绝热压缩一定质量的理想气体时,外界对气体做功,内能增加,压强一定增大
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.气缸中一定质量的理想气体内能增加了180,下列说法中正确的是(
)
A.—定是外界对物体做了180的功
B.—定是气体吸收了180的热量
C.一定是气体分子总动能增加了180
D.物体的分子平均动能可能不变
4.关于温度和内能的理解,下列说法中正确的是(
).
A.温度是分子平均动能的标志,物体温度升高,则物体每一个分子的动能都增大
B.不计分子之间的分子势能,质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
C.1g100水的内能小于1g100水蒸气的内能
D.做功和热传递对改变物体内能是等效的,也就是说做功和热传递的实质是相同的
5.下列说法中正确的是( )
A.在绝热条件下压缩气体,气体的内能一定增加
B.当分子力表现为引力时,分子势能随分子间距离的增大而增大
C.气体的温度升高时,分子的热运动变得剧烈,分子的平均动能增大,撞击器壁时对器壁的作用力增大,从而气体的压强一定增大
D.若封闭气体从外界吸热,则气体的内能一定增加
6.如图所示,在斯特林循环P-V图像中,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中,A→B和C→D为等温过程,该循环过程中,下列说法正确的是( )
A.A→B过程中,气体从外界吸收热量
B.B→C过程中,气体分子的热运动变得更激烈
C.C→D过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D.D→A过程中,气体分子的速率分布曲线发生变化
7.下列说法正确的是( )
A.液体中的布朗运动是悬浮在液体中的固体分子的运动
B.晶体均有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点
C.反映宏观自然过程的方向性的定律是热力学第二定律的一种表述
D.一定质量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加
E.在绝热条件下压缩气体,气体的内能可能增加,也可能减少
8.下列说法中正确的是( )
A.温度越高布朗运动越剧烈,说明液体分子的热运动与温度有关
B.对于一定质量的理想气体,温度升高,气体内能一定增大
C.气体总是充满容器,说明气体分子间只存在斥力
D.热量可以从低温物体传递到高温物体
E.物体的内能增加,温度一定升高
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
10.在高原地区烧水需要使用高压锅,水烧开后,锅内水面上方充满饱和汽,停止加热,高压锅在密封状态下缓慢冷却,在冷却过程中,锅内水蒸汽的变化情况为
A.压强变小
B.压强不变
C.一直是饱和汽
D.变为未饱和汽
11.进行如下实验:先把空的烧瓶放入冰箱冷冻,取出烧瓶,并迅速把一个气球紧套在烧瓶颈上,封闭了一部分气体,然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里,气球逐渐膨胀起来,如图。若某时刻该密闭气体的体积为V,密度为ρ,平均摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,则该密闭气体的分子个数为______。若将该密闭气体视为理想气体,气球逐渐膨胀起来的过程中,气体对外做了0.8J的功,同时吸收了0.9J的热量,则该气体内能变化了______J。若气球在膨胀过程中迅速脱离瓶颈,则该气球内气体的温度_____(填“升高”或“降低”)。
12.一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化。已知从A到B的过程中,气体的内能减少了300J,气体在状态C时的温度TC=300K,则从A到B气体放出的热量是______J;气体在状态A时的温度为_______K。
13.一定质量的理想气体从状态开始,经历三个过程回到原状态,其P—V图象如图所示。已知气体在状态的压强为、体积为、温度为,气体在状态b的温度,气体在状态c的温度,求
(1)气体在状态b时的体积;
(2)分析说明气体由状态c到状态a是吸热还是放热,并求出吸收或放出的热量。
14.如图所示,竖直放置的汽缸内有一个质量m=6.8kg、横截面积S=0.01m2的活塞,活塞可在汽缸内无摩擦滑动。汽缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通,汽缸内封闭了一段高为80cm的气柱(U形管内的气体体积不计)。已知此时缸内气体温度为27℃,大气压强Pa,水银的密度,重力加速度g取10m/s2。
(1)求此时汽缸内气体的压强;
(2)若汽缸内气体温度缓慢升到87,此过程气体吸收了350J的热量,求汽缸内气体内能的变化;
(3)若汽缸内气体温度升到87后保持不变,在活塞上缓慢添加沙粒,使活塞回到原来位置,求最终U形管内水银面的高度差。
15.某简易火情报警装置如图所示,导热良好的玻璃管竖直放置,管内用水银柱封闭一定质量的理想气体,当环境温度升高,水银柱上升到一定高度时,电路接通,蜂鸣器发出火情警报。已知玻璃管中的导线下端距离玻璃管底部60cm,环境温度为27时,玻璃管中封闭气柱长度为10cm;当环境温度上升到177时,蜂鸣器发出火情警报。
(1)求水银柱的长度;
(2)请分析说明在环境温度升高过程中,管中封闭气体是吸热还是放热。
16.一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再变化到状态C,其状态变化过程的p﹣V图象如图所示,已知A→B过程放出热量Q,TA=TC,则
B→C过程气体吸收还是放出热量?热量是多少?
参考答案
1.A
【解析】
A.根据热力学第二定律可知,机械能可能全部转化为内能;在没有外界影响时,内能不能全部用来做功以转化成机械能,若受到外力影响,则可以全部转化为机械能,故A正确;
B.第一类永动机违背能量守恒定律,第二类永动机不违背能量守恒定律,违背了热力学第二定律,第二类永动机不可以制造出来,故B错误;
C.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性,在热传递中,热量能自发从高温物体传递给低温物体,不能自发从低温物体传递给高温物体,故C错误;
D.热力学第二定律可以表示为:不可能制成一种循环动作的热机,从单一热源取热,使之完全变为功而不引起其它变化,这句话强调的是不可能“不产生其它变化”;即在引起其他变化是可能的,故D错误。
故选A。
2.C
【解析】
对于一定质量的理想气体温度升高,但如果气体体积增大,压强不一定增大,A错;体积减小,单位体积内的分子数增多,但如果对外放热,气体的内能可能减小,B错;孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展,D错.只有C对.
3.C
【解析】
做功和热传递都能改变物体的内能,气体的内能增加了180J,由热力学第一定律知,可能是外界对气体做了180J的功,也可能是气体吸收了180J的热量,也可能既有做功,又有热传递,两者代数和为180J,故AB错误.理想气体的内能是所有分子动能的总和,故内能增加了180J,则分子总动能增加了180J,而分子数没有变,故分子的平均动能不变,故C正确,D错误;故选C.
【点睛】改变物体内能有两种方式:做功和热传递,根据热力学第一定律分析做功和热量.而理想气体的内能只与分子总动能有关.
4.C
【解析】
A.温度是分子平均动能的标志,物体温度升高,则分子平均动能变大,但非每一个分子的动能都增大,选项A错误;
B.不计分子之间的分子势能,温度相同的氢气和氧气分子具有相同的平均动能,但是质量相同的氢气和氧气的分子数不同,则两种气体的内能不相同,选项B错误;
C.1g100水变为1g100的水蒸气要吸收热量,则1g100水的内能小于1g100水蒸气的内能,选项C正确;
D.做功和热传递对改变物体内能是等效的,但是做功和热传递的实质是不相同的,做功是能量的转化,热传递是能量的转移,选项D错误。
故选C。
5.AB
【解析】
A.
根据热力学第一定律△U=W+Q,Q=0,W>0,所以在绝热条件下压缩气体,气体的内能一定增加,故A正确;
B.
当分子力表现为引力时,分子间距离的增大引力做负功,分子势能增大,故B正确;
C.气体的温度升高时,分子的热运动变得剧烈,分子的平均动能增大,分子撞击器壁时对器壁的平均作用力增大,但是当气体的体积增大时,单位时间内在单位面积上的撞击的分子的个数可能减小,压强不一定增大,故C错误;
D.若封闭气体从外界吸热,如果对外做功,则气体的内能不一定增加,故D错误。
故选AB。
6.ACD
【解析】
A.A→B为等温过程,一定质量的理想气体的温度不变,内能不变,体积增大,气体对外做功,根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量,故A正确;
B.B→C过程中为等容变化,一定质量的理想气体的压强减小,温度降低,分子的平均动能减小,气体分子的热运动变慢,故B错误;
C.C→D过程为等温过程,一定质量的理想气体的压强增大,体积减小,分子密集程度增大,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多,故C正确;
D.D→A过程为等容变化,一定质量的理想气体的压强增大,温度升高,气体分子的速率分布曲线发生变化,故D正确。
故选ACD。
7.BCD
【解析】
A.布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体小颗粒(如花粉)的运动,不是分子的运动;故A错误.
B.单晶体和多晶体有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点;故B正确.
C.热力学第二定律的一种表述:不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响.另一种表述是:不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化.第二定律说明热的传导具有方向性.故C正确.
D.根据理想气体的状态方程可知,一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,气体的温度升高;又因为一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关,与气体的体积无关,则内能一定增加;故D正确.
E.在绝热条件下压缩气体时,外界对气体做功,但没有热交换,故气体的内能增加;故E错误.
8.ABD
【解析】
A.布朗运动说明了液体分子永不停息地做无
规则运动。温度越高布朗运动越剧烈,说明液
体分子的热运动与温度有关。故A正确;
B.对于一定质量的理想气体,分子势能忽略
不计,气体的内能只包含分子动能,温度升高
分子的平均动能增大,气体内能一定增大。
故B正确;
C.气体总是充满容器,是分子气体分子做永
不停息的热运动的结果,并不能够说明气体分
子间存在斥力。故C错误;
D.根据热力学第二定律,热量可以从低温物
体传递到高温物体,但会引起其它的一些变化。
故D正确;
E.物体的内能增加,可能是分子势能增大,
也可能是温度升高,分子平均动能增大。故E
错误。
9.AD
【解析】
试题分析:由图示可知,ab过程,气体压强与热力学温度成正比,则气体发生等容变化,气体体积不变,外界对气体不做功,气体温度升高,内能增大,由热力学第一定律可知,气体吸收热量,故A正确;由图示图象可知,bc过程气体发生等温变化,气体内能不变,压强减小,由玻意耳定律可知,体积增大,气体对外做功,由热力学第一定律△U=Q+W可知,气体吸热,故B错误;由图象可知,ca过程气体压强不变,温度降低,由盖吕萨克定律可知,其体积减小,外界对气体做功,W>0,气体温度降低,内能减少,△U<0,由热力学第一定律可知,气体要放出热量,过程ca中外界对气体所做的功小于气体所放热量,故C错误;由图象可知,a状态温度最低,分子平均动能最小,故D正确;故选AD.
考点:热力学第一定律;p﹣T图象
【名师点睛】本题考查气体的状态方程中对应的图象,要抓住在P-T图象中等容线为过原点的直线;知道热力学第一定律的表达式及物理意义.
10.AC
【解析】
水上方蒸汽的气压叫饱和气压,只与温度有关,只要下面还有水,那就是处于饱和状态,饱和气压随着温度的降低而减小,AC正确,BD错误.
【点睛】考查饱和汽和饱和汽压等概念的理解,关于这两个概念注意:饱和汽压随温度的升高而增大,饱和气压与蒸汽所占的体积无关,与该蒸汽中有无其他气体也无关,不能用气体实验定律分析,这是饱和气体,不是理想气体,对于未饱和汽,气体实验定律近似适用.
11.
0.1J
降低
【解析】
[1].该密闭气体的质量为
物质的量
分子个数为
解得
[2].气球逐渐膨胀起来的过程中,气体对外做了0.8J的功,同时吸收了0.9J的热量,则该气体内能变化了
?U=W+Q=-0.8J+0.9J=0.1J
即内能增加0.1J;
[3].若气球在膨胀过程中迅速脱离瓶颈,则该气球内气体迅速绝热膨胀对外做功,则气体的温度降低。
12.1200J
1200K
【解析】
[1][2]从A到B,外界对气体做功,有
根据热力学第一定律
得
即从A到B气体放出的热量是,根据理想气体状态方程有
代入解得
13.(1);(2)放热,
【解析】
(1)a到b是等压变化则有
解得
(2)由于,c到a过程,,由热力学第一定律可知,气体体积减小,外界对气体做功即,则需要放热,b到c有
得
c到a过程外界对气体做功
则
14.(1)Pa;(2)△U=179.12J;(3)h=20.7cm
【解析】
(1)对活塞进行受力分析,根据力的平衡有
解得
Pa
(2)活塞上升过程,气体的压强不变,设温度为87℃时,气柱高度为l2,根据等压变化规律有
其中T1=300K,T2=360K,解得
cm
气体对活塞做功
根据热力学第一定律,代入数据解得
△U=179.12J
(3)当活塞回到原来位置,汽缸内气体的体积不变,根据等容变化规律有,并且
解得
h=20.7cm
15.(1)h=45cm;(2)封闭气体吸热
【解析】
(1)设T1=300K,T2=450K,L=60cm,l=10cm,玻璃管截面积为S,有
解得h=45cm
(2)封闭气体温度升高,内能增大,气体膨胀对外做功,据热力学第一定律,封闭气体吸热
16.吸收热量为Q﹣p2(V2﹣V1)
【解析】试题分析:比较BC两状态的温度,从而判断气体内能的变化,比较BC两状态的体积可判断功W的正负,再根据可根据热力学第一定律即可解决问题.
根据,知
B→C过程气体的压强不变,体积增大,温度升高,则气体的内能增大.
气体对外做功,由热力学第一定律知气体吸收热量
B到C过程,气体对外做功的值为:
A到B过程,气体的体积不变,不做功
由A到C过程,根据得:
解得:
即B→C过程吸收热量为