怀仁县巨子高中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-3：热力学定律 单元测试（含解析）

热力学定律
1．下列说法正确的是
A．物体吸热，其内能一定增加
B．物体放热，其内能一定减小
C．布朗运动间接反映了液体分子无规则运动
D．布朗运动是液体分子的无规则运动
2．下列说法正确的是
A．物体吸收热量，其内能一定增加
B．物体对外做功，其内能一定减小
C．物体温度升高，分子平均动能一定增大
D．物体温度升高，分子平均动能可能减小
3．关于能源和能量，下列说法正确的有
A．自然界的能量是守恒的，所以地球上的能源永不枯竭。
B．能源的利用过程中有能量耗散，所以自然界的能量在不断减少。
C．能量耗散遵循能量守恒定律。
D．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造。
4．如图，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体自状态A变化到状态B时（ ）
　
A．体积必然变大 B．有可能经过体积减小的过程
C．外界必然对气体做功 D．气体必然从外界吸热
5．下列说法正确的是
A．绝对湿度大，相对湿度一定大
B．荷叶上的小水滴呈球形，这是表面张力使液面收缩的结果
C．单晶体和多晶体都具有各向异性的物理性质
D．一定质量理想气体等温膨胀，一定从外界吸热
E.对于一定质量的理想气体，压强增大，体积增大，分子的平均动能一定增大
6．下列说法正确的是__________
A．非晶体和多晶体都没有确定的几何形状
B．晶体在融化过程中，分子势能保持不变
C．气体从外界吸收的热量可以全部用来对外做功
D．一定质量的理想气体发生等压膨胀时，气体分子的平均动能增大
E. 两分子间距离大于平衡距离r时，分子间的距离越小，分子势能越大
7．下列说法正确的是（ ）
A．液体表面张力与浸润现象都是分子力作用的表现
B．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生
C．气体分子单位时间内跟单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内的分子数及分子平均动能有关
D．第一类永动机和第二类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律
E. 由阿伏伽德罗常数、气体的摩尔质量和气体的密度，可以估算出理想气体分子间的平均距离
8．下列说法正确的是（ ）
A．如图甲，迅速压下有机玻璃筒中的活塞，密闭气体体积减小，压强增大，可视为等温变化
B．已知高山上某处的气压为0.40大气压，气温为零下30℃，则该处每立方厘米大气中的分子数约为1.2×1019个（阿伏伽德罗常数为6.0×1023 mol－1，标准状况下1摩尔气体的体积为22.4 L）
C．如图乙，一定质量的理想气体处于A状态时温度为TA＝300 K，则气体从状态A沿直线变化到状态B的过程中的最高温度为400 K
D．如图丙，一端封闭一端开口的细管开口向下竖直放置，两段空气柱的长度分别为l1和l2，若将两段水银柱和空气柱分别合在一起，则此时管中空气柱的长度l＞l1＋l2
E.如图丁，容器A、B中各有一个可自由移动的轻活塞，两容器底部由带阀门K的管相连.已知整个装置与外界绝热且大气压恒定．现打开阀门使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡，则此过程中大气压对水做功，水的内能增加
9．下列说法正确的是（ ）
A．在毛细现象中，毛细管中的液面升高或降低，这与液体的种类和毛细管的材料有关
B．电冰箱的工作过程表明，热量可以自发地从低温物体向高温物体传递
C．气体向真空的自由膨胀的过程是不可逆的
D．不同晶体的熔化热不同，所吸收的热量增加其分子势能
E. 液晶具有流动性，其光学性质与某些晶体相似为各向同性
10．下列说法正确的是___________
A．在一定条件下，热量可能从低温物体传递到高温物体
B．“油膜法估测分子大小”的实验中，估算油酸分子直径用的是油酸酒精溶液的体积除以油膜的面积
C．不浸润现象说明固体分子对液体分子的吸引力大于液体分子之间的吸引力
D．雨后叶子表面上的小水珠接近球形主要是液体表面张力作用的结果
E. 第二类永动机违背了热力学第二定律
11．下列说法正确的是___________。
A．飞船中悬浮的水滴呈球形是水的表面张力作用的结果
B．布朗运动就是分子的热运动
C．多晶体的物理性质表现为各向异性
D．空气中水蒸气的压强和同一温度时水的饱和汽压之比叫空气的相对湿度
E. 空调既能制冷又能制热，说明在不自发的条件下热传递方向性可以逆向
12．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。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。该循环过程中，下列说法正确的是________
A．A→B过程中，气体对外界做功
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大
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不发生变化
E. 该循环过程中，气体吸热
13．下列有关热学的说法中正确的是( )
A．温度越高，布朗运动越显著
B．气体温度升高，分子的平均动能可能减小
C．质量和温度相同的冰和水，内能一定不同
D．热量不可能从低温物体传递到高温物体
E. 对物体做功，物体的内能可能减小
14．下列说法正确的是_______
A．物体吸收的热量能通过做功全部转化为机械能而不引起其它变化
B．密封在体积不变的容器中的气体温度升高，气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大
C．在分子间距离rD．只要知道气体的摩尔体积和气体分子的体积，就可以求出阿伏伽德罗常数
E. 雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力
15．某大型宾馆在楼顶安装了 10 台相同的太阳能热水器，每台热水器的水箱容积为 200L。在夏季光 照条件下，一满箱 15℃的水经白天太阳能加热，温度可达到 65℃。已知水 的比热容为 4.2×103J/（kg℃）， 天然气的热值 为 8.4×107J/kg。求：
(1)10 台热水器装满水时，温度从 15℃升高到 65℃吸收了多少热量？
(2)若这些热量由完全燃烧的天然气提供，需要多少千克天然气？
16．如图所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4J和20J．在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20J和12J．求气体完成一次循环对外界所做的功．
17．一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，其状态变化过程的图象如图所示已知该气体在状态A时的温度为则：
该气体在状态B、C时的温度分别为多少？
该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是多大？
18．一定质量的非理想气体(分子间的作用力不可忽略)，从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，则：
(1)气体的内能是增加还是减少？其变化量的大小为多少焦耳？
(2)气体的分子势能是增加还是减少？
(3)分子平均动能如何变化？
参考答案
1．C
【解析】
【详解】
物体吸热，若同时对外做功大于吸收的热量，则其内能减小，选项A错误；物体放热，若外界对气体做功大于放出的热，可知其内能增加，选项B错误；布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的运动，间接反映了液体分子无规则运动，选项C正确，D错误；故选C.
2．C
【解析】
【详解】
A项：由热力学第一定律知，仅知道吸收热量而不知道做功情况，无法判断物体内能的变化情况，故A错误；
B项：物体对外做功，如同时从外界吸收的热量大于做功的数值，则内能增加，故B错误；
C、D项：温度是分子平均动能的标志，所以温度升高时分子平均动能增大，故C正确，D错误。
故选：C。
3．C
【解析】
【详解】
A、地球上的化石能源的存储量是有限的，如果过量开采这些能源，就会存在能源危机，A错误；
BC、能源的利用过程中有能量耗散，但自然界中的能量是守恒的，所以自然界中的能量不会减小，故B错误，C正确；
D、能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，故D错误。
4．ABD
【解析】
【详解】
A．根据理想气体状态方程（常数），得：，可知A、B与O点的连线表示等容变化，直线AO的斜率大，大，则其体积越小.所以图象中A的体积小于B的体积，所以气体自状态A变化到状态B的过程中，体积必然变大，故A正确.
B.由于气体具体变化的过程未知，可能经过体积减小的过程，故B正确.
C、D.气体的体积变大，气体对外界做功，根据热力学第一定律：，气体体积增大，所以气体对外做正功，为负值，从图中看出气体温度升高，即为正值，，所以必须为正数，即气体必须从外界吸收热量．故C错误，D正确．
5．BDE
【解析】
【分析】
【详解】
A项：对于不同的温度，饱和汽压不同，故绝对湿度不一定大，故A错误；
B项：液体的表面张力使液体表面有收缩的趋势，所以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；
C项：单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性，故C错误；
D项：一定质量理想气体等温膨胀，由公式可知，体积增大，气体对外做功，内能不变，由公式，所以一定从外界吸热，故D正确；
E项：对于一定质量的理想气体，压强增大，体积增大，由公式，温度一定升高，所以分子平均动能一定增大，故E正确．
故选BDE．
6．ACD
【解析】
【详解】
A项：单晶体具有规则的几何形状，非晶体和多晶体都没有确定的几何形状，故A正确；
B项：晶体融化时要吸热而温度保持不变，则其分子平均动能不变，但吸热后内能增大，说明晶体在融化过程中分子势能增加了，故B错误；
C项：在外界的影响下，气体从外界吸收的热量可以全部用来对外做功，故C正确；
D项：一定质量的理想气体发生等压膨胀过程，压强不变，由可知，体积变大，温度升高，分子平均动能增大，故D正确；
E项：两分子间距离大于平衡距离r时，分子力表现为引力，分子间的距离越小，分子力做正功，分子势能减小，故E错误。
故选：ACD。
7．ABCE
【解析】
【详解】
A、浸润现象和不浸润现象都与表面层与表面张力有关，都是分子力作用的表现；故A正确.
B、分子无规则的永不停息的热运动的直接证据就是扩散，任何物质间都能发生扩散，故B正确.
C、气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内的分子数和温度有关，单位体积内的分子数越多碰撞次数越多，分子的平均动能越大，单位时间碰撞次数越多，而温度又是分子平均动能的标志；故C正确.
D、第一类永动机是不可能制成是因为它违背了能量守恒定律；第二类永动机不能制成并不违背能量守恒定律，而是违反了热力学第二定律；故D错误.
E、由阿伏伽德罗常数、气体的摩尔质量和气体的密度，可以估算出的是气体分子间的平均距离，而不能计算气体分子本身的大小；故E正确.
故选ABCE.
8．BCD
【解析】
【分析】
【详解】
A、用活塞迅速压缩玻璃筒内的空气，气体的体积变小，玻璃筒来不及和外界发生热传递，则通过做功把机械能转化为筒内空气的内能，故气体的内能增大，温度升高；故A错误.
B、将高山上的气体转化为标准状态下的气体，根据理想气体状态方程，有：，在标准状态下1mol气体的体积为22.4L，故，联立解得：；故B正确.
C、由图示图象可知，气体体积为时气体压强为：，由理想气体状态方程可得：，当最大时，温度最高，解得时，最大，解得；故C正确.
D、设上下两端水银柱的长为h1、h2，则两气体混合的过程由波意耳定律：，解得：，因，可得；故D正确.
E、大气压对水做的总功：，由于，所以，即大气压力对水不做功，由于水的重心降低，重力势能减小，由能量守恒定律知水的内能增加；故E错误.
故选BCD.
9．ACD
【解析】
【详解】
A、由于不同物质之间的分子作用力性质不同，可能是引力也可能是斥力；故有毛细管中的液面有的升高，有的降低，与液面的种类和毛细管的材质有关；故A正确.
B、电冰箱的工作过程表明，热量在一定条件下能从低温物体向高温物体传递；故B错误.
C、根据熵增加原理可知，气体向真空的自由膨胀是不可逆的；故C正确.
D、晶体在熔化过程中温度不变，而温度是分子的平均动能的标志，温度不变则分子的平均动能不变，所吸收的热量，不增加分子的动能，只增加分子的势能；故D正确.
E、液晶是一类特殊的物质形态，它像液体一样具有流动性，而其光学性质和某些晶体相似具有各向异性；故E错误.
故选ACD.
10．ADE
【解析】
【详解】
A、根据热力学第二定律可知，在一定条件下，热量可能从低温物体传递到高温物体，如冰箱、空调等，但要消耗其他的能量，故A正确；
B、 “油膜法估测分子大小”的实验中，估算油酸分子直径用的是油酸的体积除以油膜的面积，故B错误；
C、不浸润现象说明固体分子对液体分子的吸引力小于液体分子之间的吸引力，故C错误；
D、雨后叶子表面上的小水珠接近球形主要是液体表面张力作用的结果，故D正确；
E、第二类永动机违反了热力学第二定律，不违背热力学第一定律，故E正确；
故选ADE。
11．ADE
【解析】
【详解】
A、在圆周运动的的宇宙飞船中，悬浮的水滴处于完全失重状态，水滴呈球形，这是液体表面张力作用的结果，故A正确；
B、布朗运动是悬浮在液体中固体微粒的无规则运动，是由大量液体分子撞击形成的，是液体分子无规则运动反应，故B错误；
C、多晶体的物理性质表现为各向同性，故C错误；
D、根据相对湿度的定义知，空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比叫做空气的相对湿度，故D正确；
E、根据热力学第二定律可知，空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下热传递方向性可以逆向，故E正确；
故选ADE。
12．ACE
【解析】
【分析】
A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，温度降低，C→D过程中，等温压缩，D→A过程中，绝热压缩，外界对气体做功，温度升高.
【详解】
A、A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，气体吸热，故A正确；
B、B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；
C、C→D过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，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过程中，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，故D错误；
E、该循环中，气体对外做功大于外界对气体做功，即W＜0；一个循环，内能不变，△U=0，根据热力学第一定律，Q＞0，即气体吸热，故E正确；
故选ACE.
【点睛】
本题考查了理想气体状态方程的应用，根据图象判断出气体体积如何变化，从而判断出外界对气体做功情况，再应用热力学第一定律与题目所给条件即可正确解题；要知道：温度是分子平均动能的标志，理想气体内能由问题温度决定.
13．ACE
【解析】
【详解】
温度越高，分子做无规则的热运动越激烈，撞击固体颗粒的次数越多，因此布朗运动越明显，故A正确；温度时分子平均动能的标志，因此温度升高分子平均动能增加，故B错；因为水结成冰的时候要释放能量，因此水的内能大于冰的内能，故C正确；热量不可能自发的从低温物体传到高温物体，由外力做功的情况下可能从低温传到高温，故D错；改变物体的内能的两种方式时做功和热传递，因此对物体做功如果物体向外传热，内能有可能降低，故E正确。
14．BCE
【解析】
【详解】
根据热力学第二定律，不可能物体吸收的热量通过做功全部转化为机械能而不引起其它变化，选项A错误；密封在体积不变的容器中的气体温度升高，则气体的平均速率变大，气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大，选项B正确；在分子间距离r15． 5kg
【解析】
【分析】
利用密度公式求出水的质量，知道水的初温和末温，利用吸热公式求水吸收的热量；由题知，Q吸=Q放，再利用燃料完全燃烧放热公式Q放=qm求需要天然气的质量。
【详解】
：（1）一满箱水的体积：V=200L=200×10-3m3，
一满箱水的质量：m水=ρ水V=1.0×103kg/m3×200×10-3m3=200kg，
一满箱水的温度从15℃升高到65℃，所吸收的热量为
Q吸=c水m水△t=4.2×103J/（kg?℃）×200kg×（65℃-15℃）=4.2×107J，
10台热水器装满水时，水吸收的热量：Q=4.2×107J×10=4.2×108J；
（2）由题知，10台热水器获得的太阳能相当于质量为m的天然气完全燃烧放出的热量，
即：Q放=mq=Q=4.2×108J
可得：
【点睛】
本题考查了学生对吸热公式Q吸=cm△t、燃料完全燃烧放热公式Q放=mq的掌握和运用。
16．8J
【解析】
【分析】
【详解】
完成一次循环气体内能不变ΔU=0，吸收的热量Q=（20+12–4–20）J=8J
由热力学第一定律ΔU=Q+W得，W=-8J
气体对外做功为8 J．
【点睛】
重点考查热力学第一定律，本题的关键在于气体完成一次循环气体内能不变，从而结合热力学定律求解问题．
17．（1）℃ ，℃ （2）变化量为零
【解析】
试题分析:①对于理想气体，由图象可知，
为等容变化，由，得，则
为等压变化，由，得，则
②，由于，则
考点：本题考查了理想气体状态方程、图象、热力学第一定律.
18．（1）内能减少了1.8×105 J（2）增加（3）减少
【解析】
【试题分析】根据热力学第一定律△U=W+Q求解物体内能的变化，根据△U的正负判断内能还是减小．气体的内能由气体的质量和温度（分子的动能）决定．
(1)因气体从外界吸收热量，所以Q＝4.2×105 J
气体对外做功6×105 J，则外界对气体做功W＝-6×105 J
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得
ΔU＝-6×105 J＋4.2×105 J＝-1.8×105 J
所以物体内能减少了1.8×105 J.
(2)因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了．
(3)因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子平均动能必然减少了，且分子平均动能的减少量一定大于分子势能的增加量．
【点睛】本题关键用热力学第一定律列式求解，要明确公式中各个量正负的含义．