宁阳第四中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-3：热力学定律 单元测评（含解析）

热力学定律
1．海洋能是一种蕴藏量极大的可再生能源，具有广阔的应用前景．下列能源不属于海洋能的是(　　)
A．潮汐能 B．波浪能
C．太阳能 D．海流能
2．有关热现象，下列说法正确的是（ ）
A．空气的绝对湿度大，相对湿度不一定大
B．荷叶上的小水珠呈球形，是表面张力使液面收缩的结果
C．布朗运动是指液体分子的无规则运动
D．用热针尖接触金属表面的石蜡，熔解区域呈圆形，这是非晶体各向同性的表现
E. 一切自然过程总是向分子热运动的无序性增大的方向进行
3．下列说法正确的是 。
A．分子间距离增大，则分子间作用力的合力减小
B．使用毛笔难以在石蜡纸上写字，这是因为墨水不浸润石蜡纸
C．第一类永动机不可制成，是因为违背了热力学第二定律
D．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响
E. 一定质量的理想气体等压膨胀，一定吸收热量
4．下列说法正确的是___________
A．分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小
B．机械能能全部转化为内能，内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化
C．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加
D．液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，所以液体表面分子间的作用表现为相互吸引，即存在表面张力
E. 单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数增多，气体的压强一定增大
5．下列说法正确的是：（ ）
A．单晶体和多晶体在物理性质上均表现为各向异性
B．墨水滴入水中出现扩散现象，这是分子无规则运动的结果
C．不可能从单一热源吸收热量全部用来做功
D．缝衣针漂浮在水面上是表面张力作用的结果
6．下列说法中正确的是_________
A．内能不同的物体，它们的分子平均动能可能相同
B．外界对物体做功，同时物体向外界放出热量，物体的内能一定改变
C．气缸中密封的理想气体在被压缩过程中，气体分子运动剧烈程度增大
D．液晶既有液体的流动性，又具有单晶体的各向异性
E. 已知某物质的摩尔质量和分子质量，可以计算出阿伏加德罗常数
7．对于热力学定律，下列说法正确的是( )
A．第一类永动机不可能实现，因为违背了热力学第一定律
B．热力学第一定律指出，不可能达到绝对零度
C．热力学第一定律指出，一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和
D．热力学第二定律指出，不能从单一热源吸热全部用来对外做功而不产生其它影响
E. 热力学第二定律指出，热量可以自发地由低温物体传给高温物体
8．下列说法正确的是_____________
A．熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态
B．内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化
C．根据热力学第二定律可知，各种形式的能可以相互转化
D．外界对物体做功，同时物体向外界放出热量，物体的内能可能不变
E. 气体向真空的自由膨胀是不可逆的
9．如图所示为一定质量的理想气体发生状态变化的P－V图象，图线1、2是两条等温线，A、B是等温线1上的两点，C、D是等温线2上的两点，图线AD、BC均与V轴平行，则下列说法正确的是___________．
A．等温线1对应的气体温度比等温线2对应的气体温度高
B．气体从状态A变化到状态B，气体一定吸收热量
C．气体从状态B变化到状态C，气体吸收的热量比气体对外界做功多
D．气体从状态C变化到状态D，单位体积的气体分子数增大，但气体分子的平均动能不变
E.气体从状态D变化到状态A，气体放出的热量比外界对气体做功少
10．奥运祥云火炬的燃烧系统由燃气罐(内有液态丙烷)、稳压装置和燃烧器三部分组成，当稳压阀打开以后，燃气以气态形式从气罐里出来，经过稳压阀后进入燃烧室进行燃烧．则以下说法中正确的是 ．
A．燃气由液态变为气态的过程中要对外做功
B．燃气由液态变为气态的过程中分子的分子势能减少
C．燃气在燃烧室燃烧的过程是熵增加的过程
D．燃气在燃烧后释放在周围环境中的能量很容易被回收再利用
11．下列说法正确的
A．气体分子的速率分布规律遵从统计规律，在一定温度下，某种气体的分子速率分布是确定的
B．随着科技的发展，绝对零度是可能达到的
C．不论温度多高，速率很大和很小的分子总是少数
D．气体分子的运动速率可由牛顿运动定律求得
E. 相对湿度是100％，表明在当时的温度下，空气中水蒸气已达到饱和状态
12．下列说法正确的是________。
A．高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故
B．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
C．布朗运动就是液体分子的无规则运动
D．分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减少而增大
E. 机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程
13．在如图所示的p-t坐标系中，一定质量的某种理思气体先后发生以下两种状态变化过程：第一种变化是从状态A到状态C，外界对该气体做功为W；第二种变化是从状态A到状态B，该气体从外界吸收的热量为； B、C两状态的温度相同，均为182?，理想气体的分子势能为零，已知在状态B时气体的体积=3L，求：
①气体在状态A的压强以及在状态C的体积；
②从状态A到状态C的过程中，该气体从外界吸收的热量．
14．一定量的气体从外界吸收了2.6×105?J的热量，内能增加了4.2×105?J.
(1)是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？
(2)如果气体吸收的热量仍为2.6×105?J不变，但是内能只增加了1.6×105?J，计算结果W＝－1.0×105?J，是负值，怎样解释这个结果？
(3)在热力学第一定律ΔU＝W＋Q中，W，Q和ΔU为正值、负值各代表什么物理意义
15．如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等温过程到状态B．此过程中，气体温度t＝20℃，吸收的热量Q＝3.6×102 J，已知A状态的体积是1升，求
（1）此过程中气体内能的增量；
（2）此过程中气体是对外做功还是外界对气体做功，做的功是多少；
（3）若气体先从状态A经等压变化到状态C，再经等容变化到状态B，则这个过程气体吸收的热量是多少？
16．图为一简易火灾报警装置。其原理是：竖直放置的试管中装有水银，当温度升高时，水银柱上升，使电路导通，蜂鸣器发出报警的响声。27℃时，空气柱长度L1为30cm，水银上表面与导线下端的距离L2为10cm，管内水银柱的高度h为25cm
①当温度达到多少摄氏度时，报警器会报警？
②若水银柱上升过程中，被封闭气体吸收热量9×10-2J，对外做功6×10-2J，求封闭气体内能的变化量。
17．如图甲所示，一倾角为37°的传送带以恒定速度运行，现将一质量m＝1 kg的小物体抛上传送带，物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示，取沿传送带向上为正方向，求
（1）0～8 s内物体机械能的增量；
（2）0～8 s内物体与传送带由于摩擦产生的热量。
18．如图所示，内壁光滑的绝热气缸内有一个重力不能忽略的绝热活塞，活塞可在气缸内自由滑动．开始时活塞上下两部分气体A、B的体积相等，温度均为T0，A气体的压强为p0．现把气缸倒置，并缓慢给A气体加热，当A气体的温度升高到T时，活塞恰好回到原来的位置，求此时B气体的压强．
参考答案
1．C
【解析】海洋能是一种蕴藏量极大的可再生能源，具有广阔的应用前景，潮汐能、波浪能、海流能等都属于海洋能，而太阳能则不属于，故选项C符号题意。
2．ABE
【解析】
【详解】
相对湿度是空气中水蒸气的压强与同温度下水蒸气的饱和汽压的比值，而绝对湿度是指空气中所含水蒸气的压强，绝对湿度大，相对湿度不一定大，故A正确；荷叶上的小水滴呈球形，这是表面张力使液面收缩的结果，故B正确；布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的永不停息地做无规则运动，不是分子运动，故C错误；热针尖接触金属表面的石蜡，熔解区域呈圆形，这是各向同性的表现，但金属是多晶体，所以这是多晶体各向同性的表现，故D错误；根据热力学第二定律，一切自然过程总是向分子热运动的无序性增大的方向进行，故E正确；故选ABE。
3．BDE
【解析】
【详解】
A项：当分子间的距离增大时，分子间作用力可能先减小后增大，故A错误；
B项：使用毛笔难以在石蜡纸上写字，这是墨水不浸润石蜡纸的原因，故B正确；
C项：第一类永动机既不消耗能量又能源源不断对外做功，违背了能量守恒定律，所以不可能制成。故C错误；
D项：热力学第二定律指出：不可能从单一热库吸收热量使之完全变成功，而不产生其他影响，故D正确；
E项：由公式知，一定质量理想气体在等压膨胀过程中温度升高，内能增大，气体一定吸收热量，故E正确。
故选：BDE。
4．ABD
【解析】
【详解】
A、分子间的引力和斥力，都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化快，故A正确；
B、根据热力学第二定律，所有的热现象都有一定的方向性，机械能可以全部转化为内能，内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化，故B正确；
C、改变内能的方式有做功和热传递，如果物体从外界吸收热量的同时还对外做功，则物体的内能不一定增加，故C错误；
D、液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，所以液体表面分子间的作用表现为相互吸引，即存在表面张力，故D正确；
E、单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数增多，但如果速度减小，撞击力减小，气体的压强不一定增大，故E错误。
【点睛】
该题考查分子间作用力、压强的微观意义、热力学第二定律、热力学第一定律等知识点的内容，属于对基础知识的考查，多加积累即可。
5．BD
【解析】
【详解】
多晶体是多个单晶体的结合体，在热传导中不具有各向异性；故A错误；墨水在水中会扩散，这是因为分子在做无规则运动；故B正确；要使单一热源全部对外做功时会引起其他方面的变化；但并不是不能进行的；故C错误；缝衣针漂浮在水面上是表面张力作用的结果；故D正确；故选BD.
6．ADE
【解析】
【详解】
内能与物体的温度、体积以及物质的量等因素都有关，内能不同的物体，它们的温度可能相同，即分子平均动能可能相同，选项A正确；外界对物体做功，同时物体向外界放出热量，若外界对物体做功等于物体向外界放出的热量时，物体的内能不变，选项B错误；气缸中密封的理想气体在被压缩过程中，气体的温度不一定升高，即气体分子运动剧烈程度不一定增大，选项C错误；液晶既有液体的流动性，又具有单晶体的各向异性，选项D正确；已知某物质的摩尔质量和分子质量，用物质的摩尔质量除以分子质量可以得出阿伏加德罗常数，选项E正确；故选ADE.
7．ACD
【解析】
【分析】
根据“热力学定律”可知，本题考查热力学三大定律的内容，根据三大定律的不同表述和基本理解要点分析推断.
【详解】
A、“第一类永动机”是不需要能源的热机，不可能制成，因为它违背了能量守恒定律；故A正确.
B、由热力学第三定律可知，绝对零度无法达到；故B错误.
C、根据热力学第一定律有△U=Q+W，可知一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和；故C正确.
D、根据热力学第二定律可知：气体不可能从单一热源吸热，并全部用来对外做功，而不引起其它变化；故D正确.
E、热量不能自发地从低温物体传给高温物体；在一定条件下可以使热量从低温物体传到高温物体；故E错误.
故选ACD.
8．ADE
【解析】
【详解】
根据熵的定义，熵较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，选项A正确；根据热力学第二定律可知，内能不可以全部转化为机械能而不引起其他变化，选项B错误；根据能量守恒定律可知，各种形式的能可以相互转化；根据热力学第二定律，宏观自然的过程都具有方向性，选项C错误；根据热力学第一定律可知，若外界对物体做功等于物体向外界放出热量，物体的内能不变，选项D正确；根据热力学第二定律，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，选项E正确；故选ADE.
9．BCD
【解析】
【分析】
根据一定质量的理想气体发生状态变化的P－V图象，图线1、2是两条等温线，A、B是等温线1上的两点，C、D是等温线2上的两点可知，本题考查气体状态分析，根据理想气体方程和热力学第一定律求解．
【详解】
A项：从为等压变化，由公式可知，等温线1对应的气体温度比等温线2对应的气体温度低，故A错误；
B项：气体从状态A变化到状态B，等温变化，内能不变，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律得：，所以气体一定吸收热量，故B正确；
C项：气体从状态B变化到状态C，由A分析可知，气体的温度升高，内能增大，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律得：，所以气体吸收的热量比气体对外界做功多，故C正确；
D项：气体从状态C变化到状态D，发生等温变化，所以分子平均动能不变，体积减小，单位体积的气体分子数增大，故D正确；
E项：气体从状态D变化到状态A，温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可得：，气体放出的热量比外界对气体做功多，故E错误．
故选BCD．
【点睛】
注意此类题目经常把理想气体状态方程与热力学第一定律相结合，并要理解热力学第一定律中各个符号的物理意义．
10．AC
【解析】
【分析】
根据体积变化判断做功情况，分析分子势能的变化；燃气在燃烧室燃烧的过程是熵增加的过程；正确理解“能量耗散”和“品质降低”．
【详解】
燃气由液态变为气态的过程中体积增大，要对外做功，分子势能增大，故A正确，B错误；根据热力学第二定律，燃气在燃烧室燃烧的过程是熵增加的过程，故C正确；燃气在燃烧后释放在周围环境中的能量变为品质低的大气内能，能量耗散了，很难再被利用，故D错误；故选AC.
11．ACE
【解析】
【详解】
AC．气体分子的速率分布规律遵从统计规律，在一定温度下，某种气体的分子速率分布呈现“两头小，中间大”的规律，并且是确定的，不论温度多高，速率很大和很小的分子总是少数，选项AC正确；
B．根据热力学第二定律可知，绝对零度是低温的极限，即使随着科技的发展，绝对零度永远是不可能达到的，选项B错误；
D．牛顿第二定律只适应宏观低速物体，对微观高速粒子不适用，选项D错误；
E．相对湿度是指水蒸汽的实际压强与该温度下水的饱和汽压之比，相对湿度是100%，表明在当时温度下，空气中水汽已达饱和状态，故E正确；
故选ACE.
12．BDE
【解析】
【详解】
A项：高原地区水的沸点较低，是由于高原地区气压低，故水的沸点也较低，故A错误；
B项：一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，由理想气体状态方程可知，温度一定升高，则内能一定增加，故B正确；
C项：布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的运动，是由于小颗粒受到的液体分子撞击受力不平衡而引起的，所以布朗运动是液体分子无规则运动的反映，故C错误；
D项：分子力做功等于分子势能的减小量，故分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大，故D正确；
E项：根据热力学第二定律知，机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程，E正确。
故选：BDE。
13．①=0.6 atm ， ②
【解析】
【分析】
【详解】
①从状态A到状态B为等容变化，即
解得
=0.6 atm
又B、C两状态的温度相同，则
解得
②B、C同状态气体的内能相等，所以．从状态A到状态C与从状态A到状态B，气体内能的改变量相等，则，即
点睛：本题关键抓住气体的变化的特征，选取适当的物理规律求解；注意内能是状态量，由气体的温度决定；温度相同，则内能相同．
14．（1）外界对气体做了1.6×105 J的功 （2）说明气体对外界做功 （3）在公式ΔU＝W＋Q中，ΔU>0，物体内能增加；ΔU<0，物体内能减少．Q>0，物体吸热；Q<0，物体放热．W>0，外界对物体做功；W<0，物体对外界做功
【解析】
(1)根据ΔU＝W＋Q得W＝ΔU－Q，将Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J代入式中得：W＝1.6×105 J>0，说明外界对气体做了1.6×105 J的功．
(2)如果吸收的热量Q＝2.6×105 J，内能增加了1.6×105 J，即ΔU＝1.6×105 J，则W＝－1.0×105 J，说明气体对外界做功．
(3)在公式ΔU＝W＋Q中，ΔU>0，物体内能增加；ΔU<0，物体内能减少．Q>0，物体吸热；Q<0，物体放热．W>0，外界对物体做功；W<0，物体对外界做功．
15．（1）（2）对外做功，做功W=360J（3）Q=600J
【解析】
【分析】
【详解】
（1）从状态A到状态B，气体的温度不变，则内能不变，即ΔU=0；
（2）气体从A到B内能不变，体积变大，气体对外做功，根据ΔU=W+Q可知对外做功为3.6×102 J ；
（3）A状态的体积是1升，压强为3×105Pa，B态压强为1×105Pa；根据pAVA=pBVB可得VB=3升；；
所以气体吸热为Q=600J
16．①127℃②
【解析】①气体做等压变化，则，代入数据解得
②根据热力学第一定律可知；
17．（1）90(J)（2）126 J
【解析】试题分析：速度图象的“面积”大小等于位移，物体在0-2s内的位移为正值，在2-8s内的位移为负值．0～8s内物体的机械能的增加量等于物体重力势能的增加量和动能增加量之和．在前6s内物体与传送带发生相对滑动，求出相对位移△s，产生的热量为Q=μmgcosθ?△s．
（1）根据v－t图象与时间轴围成的“面积”大小等于物体的位移，可得0～8 s内物体的位移
0～8 s内物体的机械能的增加量等于物体重力势能的增加量和动能增加量的和
（2）由v－t图象可知，传送带沿斜面向上运动，物体放到传送带上的初速度方向是沿斜面向下的，且做加速度方向沿传送带向上、大小为1 m/s2的匀减速直线运动
对其受力分析，可得， ， ，
联立可得
0～8 s内物体与传送带由于摩擦产生的热量等于摩擦力乘以二者间的相对位移大小
18．
【解析】
两种状态下B气体的体积相同，由于气缸和活塞绝热，根据热力学第一定律，最终B气体的温度与开始时相同．根据理想气体状态方程可知最终B气体的压强与开始时相同．
设因活塞重量产生的附加压强为△p，则PB=p0+△p
最终a气体的压强为PA=pB+△p
对A气体，根据查理定律
联立得