四川省夹江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-3：能量守恒与热力学定律 单元测试题（含解析）

能量守恒与热力学定律
单元测试题
1．下列说法中正确的是(　　)
A．物体吸收热量后，温度一定升高
B．物体温度改变时，物体分子的平均动能不一定改变
C．布朗运动就是液体分子的热运动
D．当分子间的距离变小时，分子间作用力有可能减小
2．下列说法正确的是(　　)
A．墒增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减少的方向进行
B．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加
C．一定质量理想气体对外做功，内能一定减少
D．第二类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律
3．绝热过程中，外界压缩气体做功20J，下列说法中正确的是(　　)
A．气体内能一定增加20J
B．气体内能增加必定小于20J
C．气体内能增加可能小于20J
D．气体内能可能不变
4．如图所示，为一定质量的理想气体的P-V图像，若使气体从图中的状态A变化到状态B，则下列说法中正确的是（
）
A．气体内能减少，并放出热量
B．气体内能减少，并吸收热量
C．气体内能增加，并吸收热量
D．气体内能增加，并放出热量
5．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的原因是违背了能量守恒定律
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
6．快递公司用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示。假设袋内气体与外界没有热交换，当充气袋四周被挤压时，袋内气体
A．对外界做负功，内能增大
B．对外界做负功，内能减小
C．对外界做正功，内能增大
D．对外界做正功，内能减小
7．斯特林循环因英国物理学家斯特林于1816年首先提出而得名，它是由两个等容过程和两个等温过程组成的可逆循环。如图所示，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，对此气体，下列说法正确的是(　　)
A．过程A→B中气体的温度逐渐减小
B．过程B→C中气体对外界做正功
C．过程C→D中气体放出了热量
D．经过如图所示的一个斯特林循环，气体对外界做负功
8．如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e,对此气体,下列说法正确的是（
?）
A．过程①中气体的压强逐渐减小
B．过程②中气体对外界做正功
C．过程④中气体从外界吸收了热量
D．状态c、d的内能相等
9．一定质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V—T图像如图所示，pa、pb、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列说法正确的是（
）
A．从c到a过程中气体一定吸热
B．
C．从b到c过程中气体放出的热量大于外界对系统做的功
D．从b到c过程中每一个分子的速率都减小
10．下列说法正确的是
。
A．1g水中所含的水分子数约为个
B．表面层内液体分子之间的相互作用力表现为引力
C．一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系
D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，但非晶体不可以转变为晶体
E.一切和热现象有关的自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
11．一定质量的理想气体状态变化如图。其中a→b是等温过程，气体对外界做功100J；b→c是绝热过程，外界时气体做功150J；c→a是等容过程。则b→c的过程中气体温度_______(选填“升高”、“降低”或“不变”)，a-→b→c→a的过程中气体放出的热量为_______J。
12．在大气中，空气团竖直运动经过各气层的时间很短，因此，运动过程中空气团与周围空气热量交换极少，可看作绝热过程．潮湿空气团在山的迎风坡上升时，水汽凝结成云雨，到山顶后变得干燥，然后沿着背风坡下降时升温，气象上称这股干热的气流为焚风．(大气压强随高度的增加而减小)
(1)空气团在山的迎风坡上升时温度降低，原因是空气团__________(选填“对外放热”或“对外做功”)；设空气团的内能U与温度T满足U＝CT(C为一常数)，空气团沿着背风坡下降过程中，外界对空气团做的功为W，则此过程中空气团升高的温度ΔT＝________.
(2)若水汽在高空凝结成小水滴的直径为d，已知水的密度为ρ、摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA.求：①一个小水滴包含的分子数n_____________;
②水分子直径的大小d0_________________.
13．如图所示，用水银血压计测量血压时，先向袖带内充气，然后缓慢放气．某次测量充入袖带内气体的压强为1.4p0，体积为V.已知阿伏加德罗常数为NA.
(1)该状态下气体的摩尔体积为V0，则袖带内气体的分子数为________；然后缓慢放气过程中袖带内壁单位时间单位面积上受到分子撞击的次数________(选填“增大”“减小”或“不变”)．
(2)上述中，缓慢放气过程中温度保持不变，袖带内气体体积变为0.7V，压强变回到p0.则：①袖带内剩余气体的质量与放气前总质量的比值________；②在放气过程中袖带内气体是吸热还是放热________．
14．如下图，气缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡，活塞距缸口0.2m，活塞面积10cm2，大气压强1.0×105Pa，物重50N，活塞质量及一切摩擦不计，缓慢升高环境温度，使活塞刚好升到缸口，封闭气体吸收了60J的热量，那么封闭气体的压强将是增加、减小依旧不变？气体内能变化量为多少?
15．在焦耳实验中，质量为的钩码下落的距离，重复实验25次，使一轮浆叶旋转起来以搅动的水，若水的初始温度为，问实验后水的温度升高到多少？
16．质量为的铅弹，以的水平速度射入静止在光滑水平面上，质量为的靶子，但未能射穿.
（1）求铅弹损失的动能
（2）若整个系统损失的动能全部转化成内能，且有50%被铅弹吸收，则铅弹的温度可升高多少？[铅的比热容为]
参考答案
1．D
【解析】
A．物体吸收热量后，若同时对外做功，则物体的内能不一定变大，温度不一定升高，选项A错误；
B．物体温度改变时，物体分子的平均动能一定改变，选项B错误；
C．布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子的热运动的反映，选项C错误；
D．当分子间的距离变小时，如果开始时刻分子间距大于平衡距离则分子间作用力可能减小，如果开始时刻分子间距小于平衡距离则分子力增大，故D正确。
故选D。
2．B
【解析】
A．墒增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增加的方向进行，选项A错误；
B．在绝热条件下压缩气体，因
Q=0，W>0，则?U=W+Q>0，可知气体的内能一定增加，选项B正确；
C．一定质量理想气体对外做功，若同时吸热，则内能不一定减少，选项C错误；
D．第二类永动机不可能制成是因为它违背了热力学第二定律，但是不违背能量守恒定律，选项D错误。
故选B。
3．A
【解析】
在绝热过程中，气体与外界之间没有热交换，所以Q=0；外界压缩气体做功20J，则W=20J，根据热力学第一定律
△U=W+Q=20+0=20J
则气体内能一定增加20J，所以只有选项A是正确的。
故选A。
4．C
【解析】由理想气体的状态方程，从A到B的过程是等压变化，即压强P不变，体积V增大，所以温度T升高。温度是物体内能的标志，温度越高，内能越大，所以A变化到状态B内能增加，由热力学第一定律：△U=W+Q，温度升高内能△U为正数，体积V增大，对外做功，W为负值，所以Q为正数吸热，故C正确，ABD错误。
5．D
【解析】
A．根据热力学第二定律，一切宏观热现象都是不可逆的；机械能全部变成内能是可能的，但不可能从单一热源吸热而全部转化为机械能而不引起其他的变化，故A错误；
B．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了热力学第二定律，但是不违背能量守恒定律，选项B错误；
C．根据热力学第二定律可知，热量也可能从低温物体传到高温物体，但是要引起其他的变化，选项C错误；
D．根据热力学第二定律可知，从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的，但是要引起其他的变化，选项D正确。
故选D。
6．A
【解析】
充气袋四周被挤压时，外界对气体做功，无热交换，根据热力学第一定律分析内能的变化．充气袋四周被挤压时，体积减小，外界对气体做正功，即气体对外界做负功，根据热力学第一定律得知气体的内能增大，A正确。
7．BC
【解析】
A．A到B过程的体积V不变，为等容过程，压强p增大，根据查理定律，可知温度T一定升高，故A错误；
B．从B到C体积V增大，所以气体对外做正功，故B正确；
C．从C到D，体积V不变，所以气体做功W=0，C到D等容过程，压强p减小，根据查理定律，可知温度T一定降低，所以内能一定减小，即：△U＜0，根据热力学第一定律：△U=W+Q，可知：Q＜0，即气体一定对外放热，故C正确；
D．如图设B到C过程与V轴围成面积为S1；D到A过程与V轴围成面积为S2：
根据p-V图象下面积即为气体做功大小，可知B到C过程对气体做功：W1=-S1，D到A过程对气体做功W2=S2，故整个过程气体做功为：W=W1+W2=-S1+S2＜0，即气体对外做正功，故D错误。
故选BC。
8．BD
【解析】
过程①中气体作等容变化，根据查理定律分析压强的变化．过程②中气体对外界做正功．过程④中气体作等容变化，根据温度的变化分析气体内能的变化，由热力学第一定律分析吸放热情况．一定质量的理想气体的内能只跟温度有关．根据气态方程分析状态d与b的压强关系．
【详解】
过程①中气体作等容变化，温度升高，根据查理定律P/T=c知气体的压强逐渐增大，故A错误．过程②中气体的体积增大，气体对外界做正功，故B正确．
过程④中气体作等容变化，气体不做功，温度降低，气体的内能减少，根据热力学第一定律△U=W+Q知气体向外界放出了热量，故C错误．状态c、d的温度相等，根据一定质量的理想气体的内能只跟温度有关，可知，状态c、d的内能相等．故D正确．故选BD.
【点睛】
本题主要考查了理想气体的状态方程和热力学第一定律，要能够根据温度判断气体内能的变化；在应用热力学第一定律时一定要注意各量符号的意义；△U为正表示内能变大，Q为正表示物体吸热；W为正表示外界对物体做功．
9．AC
【解析】
A．由图可知过程ca中气体等温膨胀，内能不变，对外做功；根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量等于对外做的功，故A正确；
B．
设a状态的压强为pa，则由理想气体的状态方程可知：
所以：pb=3pa，同理：
得：pc=3pa，所以：
pc=pb＞pa
故B错误；
C．
从b到c过程中气体温度降低，内能减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热大于外界对气体做功，故C正确；
D．
从b到c过程中气体温度降低，平均动能减小，并非每一个分子的速率都减小，分子仍无规则运动，故D错误。
故选AC。
10．BCE
【解析】
A．
水的摩尔质量为18g，水分子的个数：
个
故A错误；
B．
液体与大气相接触，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力，故B正确；
C．
浸润与不浸润与两种接触物质的性质有关；水可以浸润玻璃，但是不能浸润石蜡，这个现象表明一种液体是否浸润某种固体与这两种物质的性质都有关系。故C正确；
D．
在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体，例如天然石英是晶体，熔融过的石英却是非晶体。把晶体硫加热熔化（温度超过300℃）再倒进冷水中，会变成柔软的非晶硫，再过一段时间又会转化为晶体硫。故D错误；
E．
根据热力学第二定律可知，一切和热现象有关的自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，故E正确。
故选BCE。
11．升高
50
【解析】
因为是一定质量的理想气体，所以温度怎么变化内能就怎么变化，利用热力学第一定律结合气体定律逐项分析，即可判断做功和吸放热情况；
【详解】
过程，因为体积减小，故外界对气体做功，根据热力学第一定律有：，又因为绝热过程故，故，内能增加，温度升高；
a→b是等温过程，则，气体对外界做功100J，则，则根据热力学第一定律有：；
b→c是绝热过程，则，外界对气体做功150J，则，则根据热力学第一定律有：；
由于c→a是等容过程，外界对气体不做功，压强减小，则温度降低，放出热量，由于a→b是等温过程，所以放出的热量等于b→c增加的内能，即，则根据热力学第一定律有：；
综上所述，a→b→c→a的过程中气体放出的热量为。
【点睛】
本题考查气体定律与热力学第一定律的综合运用，解题关键是要根据图象分析好压强P、体积V、温度T三个参量的变化情况，知道发生何种状态变化过程，选择合适的实验定律，注意理想气体的内能与热力学温度成正比以及每个过程中做功的正负。
12．对外做功
【解析】
（1）空气团在山的迎风坡上升时温度降低，原因是空气团所受的压强减小，体积变大，气体对外做功，则内能减小，温度降低的缘故；空气团沿着背风坡下降过程中，外界对空气团做的功为W，则此过程中空气团内能增加W，则根据U＝CT可知?U=C?T，则升高的温度；
（2）①一个小水滴包含的分子数
；
②每一个水分子的体积为：，解得水分子直径的大小
13．
减小
吸热
【解析】
(1)根据气体的体积为V，摩尔体积为V0求出摩尔数，在运用阿伏加德罗常数求出分子数．
(2)漏气问题用等温膨胀处理，内能问题用热力学第一定律带符号分析.
【详解】
(1)设袖带内气体分子数为N，气体的摩尔数为,故；缓慢放气过程袖带内的气体分子数减少，则单位体积的分子数减小，而分子的平均运动快慢不能变快，则单位时间单位面积上受到分子撞击的次数减小.
(2)①对原袖带内气体而言，发生等温变化，设放出压强为p0的气体体积为ΔV，
则1.4p0V＝p0(0.7V＋ΔV)，ΔV＝0.7V
袖带内剩余气体的质量与放气前总质量的比值
②因缓慢放气过程中温度保持不变，则内能不变，，而体积增大，气体对外做功，，由热力学第一定律可知，即气体从外界吸热.
【点睛】
考查了阿伏伽德罗常数的意义，压强的微观解释，理想气体的漏气问题和热力学第一定律的应用.
14．不变，50J
【解析】
（1）气缸内气体压强等于大气压与活塞对气体产生的压强差，大气压不变，活塞产生的压强不变，则气体压强不变；
（2）活塞向上移动时，气体对外做功
气体吸收的热量为
由热力学第一定律可以知道，气体内能的变化量
15．
【解析】
钩码下落25次，提供的能量为
由可得，水升高的温度为
故水的温度为
16．（1）
（2）
【解析】
（1）铅弹和耙构成的系统，由动量守恒
损失的能量为
带入数据解得
（2）设温度升高为，则
解得