成都市第三十一中学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）

2019-2020学年教科版选修3-3
能量守恒与热力学定律单元测试题（含解析)
1．一定质量的气体，膨胀过程中做的功是135J，同时向外放热85J，关于气体内能的变化，下列说法正确的是（　　）
A．气体内能增加了50J
B．气体内能减少了50J
C．气体内能增加了220J
D．气体内能减少了220J
2．下列图象的描述和判断正确的是（
）
A．图l中，一定质量的某种气体，若不计分子势能，气体在状态①时具有的内能较大
B．图2中，在实际问题中，饱和汽压包括水蒸气的气压和空气中其他各种气体的气压，且水的饱和汽压随温度的变化而变化，温度升高，饱和汽压增大
C．图3中，由A经B到C的过程，气体对外做功小于由A经D到C的过程
D．图4中，通过观察蜂蜡在云母片上熔化区域形状，可以得出蜂蜡的物理性质是各向异性的
3．下列说法正确的是
。
A．物体的摄氏温度变化了1℃，其热力学温度变化了1K
B．气体放出热量时，其分子的平均动能一定减小
C．气体之所以能充满整个空间，是因为气体分子间相互作用的引力和斥力十分微弱
D．如果气体分子间的相互作用力小到可以忽略不计，则气体的内能只与温度有关
E.密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气（不计分子势能）向外界释放热量，而外界对其做功
4．下列说法正确的是_______。
A．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
B．涉及热现象的宏观自然过程都具有方向性，是不可逆的
C．液晶具有液体的流动性，其光学性质与某些晶体相似具有各向异性
D．两个物体内能相同，则它们的温度一定相同
E.温度升高时，液体的饱和汽压增大
5．下列说法中正确的是______
。
A．物体质量不变，体积增大，则其内能可能增大
B．分子间距离增大，则分子力不一定变小
C．气体吸收热量后其内能一定增大
D．某物体在导光上具有各向异性，则该物体不一定是晶体
E.对一定量的气体，若用N表示单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数，则当气体压强不变而体积和温度变化时，N可能不变
6．关于热现象，下列说法中正确的是（
）
A．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的
B．气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关
C．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
D．自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
7．如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b．气体分子之间相互作用力忽略不计．现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡．则
A．a的体积增大了，压强变小了
B．a增加的内能大于b增加的内能
C．加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈
D．b的体积减小，压强增大，但温度不变
8．下列关于物质属性的微观认识的说法中，正确的是（　　）
A．液体的分子势能与体积无关
B．单层云母片导热性能具有各向异性
C．温度升高，每个分子的速率都增大
D．一定质量的理想气体，在绝热膨胀的过程中，分子平均动能一定减少
9．下列说法中正确的是
。
A．无论对物体如何进行冷却，都不能把它的温度降为绝对零度
B．三个热力学系统A、B、C，若A与B内能相等，B与C内能相等，则根据热平衡定律A与C接触时不会发生热交换
C．当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小
D．阳光下看到细小的尘埃飞扬，是固体颗粒在空气中做布朗运动
E.一定温度下饱和汽的分子数密度是一定的，温度升高，饱和汽的分子数密度增大
10．下列说法中正确的是_________________。
A．理想气体进行等温膨胀的过程一定不吸热
B．温度升高，液体的饱和汽压增大
C．液体表面层分子间距大于液体内部分子间距离，故液体表面存在张力
D．分子之间的距离增大时，分子势能一定增大
E.在热现象中，一切自发的过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行的
11．如图所示，一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c，吸收了340J的热量，并对外做功120J，则
①该气体在此过程中内能增加_______J；
②若该气体由状态a沿adc变化到状态c时，对外做功40J，则这一过程中气体_______（填“吸收”或“放出”）_______J热量．
12．一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C再回到状态A，变化过程如图所示，其中A到B曲线为双曲线．图中V0和p0为已知量．
(1)从状态A到B，气体经历的是________(选填“等温”“等容”或“等压”)过程；
(2)从B到C的过程中，气体做功大小为________；
(3)从A经状态B、C再回到状态A的过程中，气体吸放热情况为________(选填“吸热”“放热”或“无吸放热”)．
(4)这一天某市晨报预报：空气的相对湿度40%，气温20
℃.已知20
℃时水的饱和汽压为2.3×103Pa，该市该日水蒸气的实际压强为________
13．散热器常用水作为冷却剂，如果散热器中装有3kg的水，当温度升高了20℃时，它吸收了__________
J的热量。[已知c水=4.2×103J/（kg?℃）]
14．如图，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；气缸内密封有温度为2.5T0、压强为1.5P0的理想气体．P0和T0分别为大气的压强和温度．已知：气体内能U与温度T的关系为U=αT，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的．求：
（1）气缸内气体与缸外大气达到热平衡时的体积V1
（2）在活塞下降过程中，气缸内气体放出的热量Q．
15．用活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内，封闭气体的p—V图象如图所示，其中ab平行于V轴，bc平行于p轴．已知气体在状态a时的热力学温度Ta=300K．
（i）求气体在状态b时的热力学温度Tb以及在状态c时的热力学温度Tc；
（ii）判断气体从状态a经状态b、c变化到状态a的过程中是吸热还是放热，并求该过程传递的热量Q．
参考答案
1．D
【解析】
根据热力学第一定律可得
即气体内能减少了220J，故ABC错误，D正确。
故选D。
2．C
【解析】
A．
高温时速率大的分子占比更多，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，结合图可知，T1＜T2．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A错误；
B．
在一定温度下，饱和蒸气的分子数密度是一定的，因而其压强也是一定的，这个压强叫做饱和蒸气压强；饱和汽压不包括空气中其他各种气体的气压。故B错误；
C．
由A经B到C的过程气体对外做功为W1=PA?△V，由A经D到C的过程气体对外做功为为W2=PC?△V，由于PC＞PA，故W2＞W1，故C正确；
D．
图4中，通过观察蜂蜡在云母片上熔化区域形状，可以得出云母片的物理性质是各向异性的。故D错误。
故选C。
3．ACE
【解析】
A．由热力学温度与摄氏温度的关系：T=t+273，可知摄氏温度变化1℃，热力学温度变化1K，故A正确；
B．气体放出热量时，若外界对气体做功，则气体的温度也可能升高，其分子的平均动能增加，选项B错误；
C．无论是气体，液体还是固体，其分子间都存在间距，但气体的间距最大，由于分子间存在较大的间距，气体分子间相互作用的引力和斥力十分微弱，气体分子可以在空间自由运动，所以气体能充满整个空间，C正确；
D．气体的内能除分子势能、分子平均动能有关外，还与气体的质量有关。对于气体分子间作用力可以忽略时，气体的内能只由温度和质量决定。分子越多，总的能量越大，所以D错误；
E．不计分子势能时，气体温度降低，则内能减小，向外界释放热量；薄塑料瓶变扁，气体体积减小，外界对其做功，故E正确。
故选ACE。
4．BCE
【解析】
A．根据热力学第一定律W+Q=△U，物体从外界吸收热量，但做功情况不明确，其内能不一定增加，故A错误；
B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，热量可能由低温物体传递到高温物体，但要产生其它影响，故B正确；
C．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，故C正确；
D．物体内能和温度、质量、分子种类等都有关，所以两个物体内能相同，则它们的温度不一定相同，故D错误；
E．温度升高时，分子平均动能增大，单位时间内逸出液面的分子数增多，于是原来的动态平衡状态被破坏，空间气态分子密度逐渐增大，导致单位时间内返回的分子数增多，从而达到新的条件下的动态平衡，所以温度升高时，液体的饱和汽压增大，故E正确。
故选BCE。
5．ABD
【解析】
A．物体质量不变，分子数不变，分子势能与体积有关，则体积增大，则其内能可能增大，选项A正确；
B．当分子间距r>r0时分子力表现为引力，随着分子间距离增大，则分子力先增加后减小，选项B正确；
C．气体吸收热量后，若对外做功，其内能不一定增大，选项C错误；
D．某物体在导光上具有各向异性，则该物体不一定是晶体，选项D正确；
E．压强取决于单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数及分子的平均动能，压强不变，温度和体积变化，分子平均动能变化，则单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数必定变化。故E错误。
故选ABD。
6．ABD
【解析】
A．
根据热力学第二定律，利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的，但会产生其他方面的变化，故A正确；
B．
气体的温度升高1K，内能的变化是相同的，而内能的变化与吸收的热量以及外界对气体的做功两个因素有关，所以气体的温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关。故B正确；
C．
质量和温度都相同的气体，内能不一定相同，还和气体的种类有关，故C错误；
D．
自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故D正确。
故选ABD。
7．BC
【解析】
电热丝对气体a加热后，气体a膨胀对绝热隔板做功，因汽缸绝热，所以气体b温度升高，内能增大，压强也增大，稳定后与气体a压强相等，因此a的压强增大，因为a和b质量相同，而a后来的体积比b的大，所以a的末温度比b的更高，故BC正确，AD错误；
故选BC．
【点睛】根据气体状态方程和已知的变化量去判断其它的物理量，根据热力学第一定律判断气体的内能变化．
8．BD
【解析】
A．分子势能是分子间因为相对位置的变化而具有的能，分子力间的距离与分子的体积有关，因此液晶的分子势能与体积有关，故A错误；
B．云母片是单晶体，单晶体表现为各向异性，故B正确；
C．温度升高，分子平均动能增大，但并不是所有分子动能均增大，故C错误；
D．一定质量的气体，在绝热膨胀过程中，气体对外界做功而没有热交换，因此内能一定减小，温度降低，平均动能减小，故D正确。
故选BD。
9．ACE
【解析】
A．根据热力学第三定律可知，绝对零度是不可能达到的，故A正确；
B．热平衡状态即为两物体的温度相同，但两物体内能相同时，温度不一定相同，A与C接触时可能会发生热交换，故B错误；
C．当分子间r>r0时，分子力表现为引力，随距离r增大，引力做负功，分子势能增大，当分子间r分子间的引力和斥力平衡，分子势能最小，故C正确；
D．阳光下看到细小的尘埃飞扬是固体颗粒在空气的流动下的运动，不是布朗运动，故D错误；
E．在动态平衡时，饱和汽的分子数密度不变，饱和汽压随温度的升高而增大是因为饱和汽的分子数密度和蒸汽分子的平均速率都随温度的升高而增大，所以一定温度下饱和汽的分子数密度是一定的，温度升高，饱和汽的分子数密度增大，故E正确；
故选ACE。
10．BCE
【解析】
A．理想气体进行等温膨胀的过程，内能不变，对外做功，则由热力学第一定律可知，气体一定吸热，选项A错误；
B．同一种液体的饱和蒸汽压仅仅与温度有关，温度升高时，液体的饱和汽压增大，故B正确；
C．液体表面层分子间距大于液体内部分子间距离，故液体表面存在张力，选项C正确；
D．当rE．根据熵原理，在热现象中，一切自发的过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行的，选项E正确。
故选BCE。
11．220
吸收
260
【解析】
①[1]．根据热力学第一定律
代入数据
即内能增加220J
②[2][3]．气体沿adc与沿abc内能变化量相等
代入数据:
计算得出
即这一过程气体吸收热量260J
.
【点睛】
气体是由状态a沿abc变化到状态c，还是由状态a沿adc变化到状态c，理想气体增加的内能是一样的，有第一个过程结合热力学第一定律可求出内能的增加量，再由热力学第一定律即可计算出第二个过程需要吸收的热量的多少．
12．等温
放热
9.2×102Pa
【解析】
(1)[1]．据题知A到B曲线为双曲线，说明p与V成反比，即pV为定值，由得知气体的温度不变，即从状态A到B，气体经历的是等温过程；
(2)[2]．从B到C的过程中，气体做功大小等于BC线与V轴所围的“面积”大小，故有：
W==；
(3)[3]．气体从A经状态B，再到C气体体积增大，对外做功，从C到A外界对气体，根据“面积”表示气体做功可知：整个过程气体对外做功小于外界对气体做功，而内能不变，根据热力学第一定律得知气体要放热．
(4)[4]．空气的相对湿度=
，水蒸气的实际压强即绝对湿度为
2.3×103Pa×40%=
9.2×102Pa．
13．
；
【解析】
水吸收的热量：Q=cm△t=4.2×103J/（kg?℃）×3kg×20℃=2.52×105J。
14．（1）0.6V（2）P0V+1.5aT0
【解析】
(1)由气态方程得
代入数据解得
(2)活塞下降过程中，活塞对气体做的功为
在这一过程中，气体内能的减小为
由热力学第一定律得，气缸内气体放出的热量为，代入数据解得
15．（i）2400K,
1200K
（ii）450J,
吸热
【解析】
（i）气体从状态a变化到状态b的过程中，根据盖一吕萨克斯定律有：=，
其中Va=1×10-3m3、Vb=4×10-3m3
解得：
Tb=1200K
（ii）气体从状态a经状态b、c变化到状态a的过程中，外界对气体做的功为：
W=-×3×105×3×10-3J=-450J
由于气体在该过程初、末状态时的温度相等，故气体内能的变化为：△U=0
根据热力学第一定律有：△U=Q+W
解得：
Q=450J
由于Q>0，故气体吸热．