济南济北中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-3：热力学定律 单元测试（含解析）

热力学定律
1．如图所示，一定质量的理想气体的状态经历了a-b、b-c、c—d、d-a四个过程，其中bc的延长线通过原点，CD垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则下列说法正确的是( )
A．a-b过程中气体吸热
B．b一c过程中气体体积保持不变
C．c—d过程中气体对外做正功
D．d-a过程中气体体积保持不变
E. d-a过程中气体体积不断增大
2．如图甲所示，长木板A放在光滑的水平面上，质量为m=2kg的另一物体B以水平速度v0=3m/s滑上原来静止的长木板A的表面，由于A、B间存在摩擦，之后A、B速度随时间变化情况如图乙所示，则下列说法正确的是（? ）
A．A、B间的动摩擦因数为0.2
B．木板获得的动能为1J
C．系统损失的机械能为4J
D．木板A的最小长度为1.5m
3．理想气体的热力学过程中可能发生的过程是
A．内能减小的等容加热过程 B．吸热的等温膨胀过程
C．内能增加的绝热压缩过程 D．吸热的等压压缩过程
4．下落说法正确的是（ ）
A．自然界凡是符合能量守恒定律的宏观过程不一定都能自然发生
B．空中下落的雨滴呈球形是因为液体有表面张力
C．布朗运动是固体小颗粒分子的运动，能反应液体分子的热运动规律
D．一定量的100的水变成100的水蒸气需要加热，是由于要增大分子势能
E.空调机作为制热机使用时，将热量从温度较低的室外送到温度较高的室内，所以制热机的工作不遵循热量学第二定律
5．根据热学知识，下面说法正确的是（ ）
A．布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的
B．外界对气体做正功，气体内能一定增加
C．做功和热传递都能改变物体的内能
D．物体温度改变时，物体内分子的平均动能一定改变
E.在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
6．如图所示，水平传送带在电动机带动下以速度v1=1m/s匀速运动，小物块P、Q质量分别为0.3kg和0.2kg，由通过定滑轮且不可伸长的轻绳相连，t＝0时刻物块P放在传送带中点处由静止释放。已知物块P与传送带间的动摩擦因数为μ为0.5，传送带水平部分两端点间的距离为L=4m，不计定滑轮质量及摩擦，物块P与定滑轮间的绳水平。（g取g=l0m／s2）
A．物块P向右运动
B．物块P的加速度为1m/s2
C．整个过程中物块P与传送带之间产生的热量为0.6J
D．1s末传送带所受的摩擦力的瞬时功率为1.5W
7．下列说法正确的是__________
A．液体表面的分子分布比液体内部分子的分布要稀疏
B．物体的摄氏温度变化了1℃，其热力学温度变化了1K
C．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加
D．两个分子的间距从极近逐渐增大到的过程中，分子间的引力和斥力都在减小
E.不可能使热量从低温物体传向高温物体
8．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。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，吸热
B．B→C过程中，气体分子的平均动能减少
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少
D．D→A过程中，外界对气体做功，气体内能增加
E. 该整个循环过程中，气体放热
9．有关分子的热运动和内能，下列说法正确的是________
A．一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变
B．晶体都具有各向异性
C．物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和
D．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
E. 外界对物体做功，物体的内能必定增加
10．下列说法正确的是______
A．熵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小的方向进行
B．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加
C．人对空气干爽与潮湿的感受主要取决于空气的相对湿度
D．液体具有流动性是因为液体分子具有固定的平衡位置
E.当两分子间距离为r0时，分子力为0；当分子间距离小于r0时，分子间表现为斥力
11．以下有关热学内容的叙述，正确的是___________
A．在两分子间距离增大的过程中，分子间的作用力一定减小
B．液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向异性
C．容器中的气体对器壁的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁面产生的
D．布朗运动反映了花粉小颗粒内部分子的无规则运动
E. 即使没有漏气，没有摩擦的能量损失，内燃机也不可能把内能全部转化为机械能
12．如图,用隔板将一绝热气缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个气缸。待气体达到稳定后缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是____
A．气体自发扩散前后内能减少
B．气体在被压缩的过程中内能增大
C．在自发扩散过程中,气体对外界没做功
D．气体在被压缩的过程中,外界对气体做负功
E. 气体在被压缩过程中,气体分子的平均动能变大
13．一定质量的理想气体，由初始状态A开始，按图中箭头所示的方向进行了一系列状态变化，最后又回到初始状态A，即A→B→C→A(其中BC与纵轴平行，CA与横轴平行)，这一过程称为一个循环。在这一循环中，对于该气体，下列说法正确的有____
A．从状态A变化到状态B，分子的平均动能增大
B．从状态B变化到状态C，气体的内能减小
C．从状态C变化到状态A，气体吸收热量
D．从状态B变化到状态C，分子的平均动能逐渐减小
E. 从状态A变化到状态B，气体放出热量
14．下列说法正确的是______．
A．气体压强的大小和单位体积内的分子数及气体分子的平均动能都有关
B．布朗运动是液体分子的运动，说明液体分子永不停息地做无规则热运动
C．热力学第二定律的开尔文表述：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
D．水黾可以停在水面上是因为液体具有表面张力
E.温度升高，物体所有分子的动能都增大
15．一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J，是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少J的功？
16．如图甲所示，一截面积为S的气缸竖直倒放，气缸内有一质量为m的活塞，将一定质量的理想气体封闭在气缸内，气柱的长度为L，活塞与气缸壁无摩擦，气体处于平衡状态，现保持温度不变，把气缸倾斜，使气缸侧壁与竖直方向夹角θ=37°，重新达到平衡后，如图乙所示，设大气压强为，气缸导热良好，已知，重力加速度为g，
(1)求此时气柱的长度；
(2)分析说明气缸从竖直倒放到倾斜过程，理想气体吸热还是放热．
17．如图所示，一个左端开口的圆柱形导热气缸固定在水平地面上，气缸长为L=60cm，横截面积为S=10cm?．开始活塞在气缸最左端，将一定质量的理想气体封闭在气缸内.现在对话塞施加水平向右的恒力F=50N，待整个系统稳定后，测得活塞与气缸底部的距离变为l.已知外界大气压强始终为=1×105Pa，环境温度为T0=27℃，不计活塞质量及其与气缸之间的摩擦，取g=10m/s?，求：
(1)此过程中被封闭气体与外界交换的热量；
(2)保持恒力不变，将气缸放在温度为87℃的封闭环境中，稳定后活塞与气缸底部距离．
18．如图所示，圆柱形绝热气缸固定在水平地面上，内有一个不漏气的绝热活塞可以无摩擦地移动，活塞质量为m，气缸内封闭了一部分理想气体，活塞的面积为S，在活塞正上方用细线悬挂了一质量为m的重物，初始时活塞距气缸底和重物下端的距离均为L，气缸内气体温度，外界大气压强，重力加速度为g，各量均为国际单位，现接通电源（图中未画出）通过电阻丝给气体缓慢加热，，求：
（i）活塞缸接触重物时，气缸内的温度为多少？
（ii）重物刚开始上升时，气缸内的温度为多少？
（iii）若从开始加热到重物刚要上升，电阻丝散发的热量为Q，则气体内能变化了多少？
参考答案
1．ABE
【解析】
【详解】
A、由题图可知，温度不变，内能不变，压强减小，所以体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律，气体吸热，故A正确；
B、是等容变化，体积不变，故B正确；
C、，不变，减小；由气体状态方程可知体积不断减小，外界对气体做正功，故C错误；
DE、由气态方程，得，斜率为，直线，斜率减小，过程中气体体积不断增大，故D错误，E正确。
2．AD
【解析】
【详解】
A、B的加速度大小为，由牛顿第二定律得，解得μ=0.2，故A正确；
B、由图示图象可知，木板获得的速度为v=1m/s，A、B组成的系统动量守恒，以B的初速度方向为正方向，根据动量守恒定律可得：，解得：，则长木板A的动能为，故B错误；
C、系统损失的动能，故C错误；
D、由图得到：0-1s内B的位移为，A的位移为，木板A的最小长度为，故D正确；
3．BC
【解析】
【详解】
内能减小时，温度降低，又是等容过程，则气体应该放热，不可能是吸热过程，选项A错误；等温膨胀过程，内能不变，体积变大对外做功，则一定是吸热过程，选项B正确；绝热压缩过程，体积减小，外界对气体做功，与外界无热交换，则温度升高，内能增加，选项C正确；等压压缩过程，体积减小，则温度降低，外界对气体做功，则气体应该放热而不是吸热，选项D错误；故选BC.
4．ABD
【解析】
【分析】
【详解】
A.根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的实际宏观过程都有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观过程不一定都能自然发生，故A正确；
B.空中下落的雨滴呈球形是因为液体有表面张力的缘故，故B正确；
C.布朗运动是固体小颗粒的运动，不是固体小颗粒分子的运动，布朗运动反映的是液体分子的热运动规律，故C错误；
D.一定量的100的水变成100的水蒸气需要加热，是由于分子平均动能不变，要增大分子势能，故D正确；
E. 空调机作为制热机使用时，压缩机消耗电能对气体氟利昂加压使其成为高温高压气体，经过室内机的换热器进行冷凝液化，放出大量热量，提高市内空气的温度，所以制热机的工作遵循热量学第二定律，故E错误。
故选ABD.
5．CDE
【解析】
【详解】
A.布朗运动反映的是液体分子的无规则运动，由于悬浮粒子受到各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡而发生的，与液体各部分的温度不同无关，故A错误；
B.根据热力学第一定律U=W+Q，外界对气体做正功W0，若气体放热Q0，而且放热大于外界对气体做的功，则气体内能要减小，故B错误；
C.做功和热传递都能改变物体的内能，但在改变物体内能的本质上是不同的，故C正确；
D.温度是分子平均动能的标志，则物体温度改变时，物体内分子的平均动能一定改变，故D正确；
E.根据热力学第二定律，不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体，故E正确。
故选CDE.
6．BD
【解析】
【详解】
AB、P释放后受到最大摩擦力的大小为：，由PQ为整体，受到的合力为：，物体将向左运动；则由牛顿第二定律可知加速度，故B正确，A错误；
C、P到达左侧时，位移为x=2m；用时：，则物体与传送带间的相对位移，则产生的热量：，故C错误；
D、1s末传送带所受的摩擦力的瞬时功率为：，故D正确；
故选BD。
7．ABD
【解析】
【详解】
A、由于表面层的分子之间的距离大于平衡位置之间的距离，所以液体表面的分子分布要比液体内部分子分布稀疏一些，故A正确；
B、由热力学温度与摄氏温度的关系：，可知摄氏温度变化1℃，热力学温度变化1K，故B正确；
C、改变物体内能的方式有两种，做功与热传递，对某物体做功，如果同时物体向外放出热量，则物体的内能可能不变或减少，内能不一定增加，故C错误；
D、两个分子的间距从极近逐渐增大到的过程中，分子间的引力和斥力都在减小，斥力减小的较快，故D正确；
E、?根据热力学第二定律：热量不可能自发的从低温物体传递到高温物体，但在一定条件下可以从低温物体传递给高温物体，比如冰箱，故E错误；
故选ABD．
8．ABD
【解析】
【详解】
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→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正确；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错误；D→A过程中，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，故D正确；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错误；故选ABD。
9．ACD
【解析】
【详解】
A、温度是分子平均动能的标志，所以温度不变，分子的平均动能不变，A正确；
B、只有单晶体具有各向异性，而多晶体都具有各向同性，故B错误；
C、物体的内能就是物体内部所有分子的动能和分子势能的总和，故C正确；
D、第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律，故D正确；
E、根据热力学第一定律，可知外界对物体做功，物体同时放热，物体的内能不一定增加，故E错误；
故选ACD。
10．BCE
【解析】
【详解】
A项：自然界的宏观热过程都具有方向性，在任何一个自然过程中，一个孤立系统的总熵会不断增加，即一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行，故A错误；
B项：改变物体内能的两种方式是热传递和做功，在绝热条件下压缩气体，对气体做正功，气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律知气体的内能一定增加，故B正确；
C项：人对空气干爽与潮湿的感受不是取决于绝对湿度，而主要取决于空气的相对湿度，故C正确；
D项：液体没有确定的形状且有流动性，是因为液体分子作用力较小，分子位置不固定，故D错误；
E项：当两分子间距离为r0时，分子力为0，当分子间距离小于r0时，斥力和引力都存在，分子间表现为斥力作用，故E正确．
故选BCE．
11．BCE
【解析】
【详解】
A、当分子间距大于平衡距离时，增大分子间距，分子力先增加后减小，当分子间距小于平衡距离时，增大分子间距，分子力减小，故A错误；
B、液晶首先具有液体的流动性，在外界电场作用下，会呈现光学性质的各向异性，故B正确；
C、容器中的气体对器壁的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁面产生的，故选项C正确；
D、布朗运动是花粉小颗粒的无规则的运动，不是分子的运动，故D错误；
E、根据热力学第二定律，热机的效率不可能达到100%，故即使没有漏气，没有摩擦的能量损失，内燃机也不可能把内能全部转化为机械能，故E正确。
12．BCE
【解析】
【详解】
气体向真空自发扩散，对外界不做功，且没有热传递，气体的内能不会改变， 则C正确，A错误；气体在被压缩的过程中，活塞对气体做功，因汽缸绝热，故气体内能增大，故B 正确；气体在被压缩的过程中，外界对气体做正功，选项D错误；气体在被压缩的过程中内能增加，而理想气体无分子势能，故气体分子的平均动能增加，选项E 正确；故选BCE.
13．ABD
【解析】
【详解】
从状态A变化到状态B，气体的温度升高，则分子的平均动能增大，选项A正确；从状态B变化到状态C，气体的温度降低，因理想气体的内能只与温度有关，则内能减小，选项B正确；从状态C变化到状态A，气体温度减低，内能减小；体积减小，外界对气体做功，则气体放出热量，选项C错误；从状态B变化到状态C，气体的温度逐渐降低，则分子的平均动能逐渐减小，选项D正确；从状态A变化到状态B，气体温度升高，内能增大；气体体积变大，对外做功，则气体吸收热量，选项E错误；故选ABD.
14．ACD
【解析】
【分析】
【详解】
A．气体压强的大小和单位体积内的分子数及气体分子的平均动能都有关，单位体积内的分子数越多及气体分子的平均动能越大，则气体的压强越大，选项A正确；
B．布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，说明液体分子永不停息地做无规则热运动，选项B错误；
C．热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响，选项正确；
D．水蝇可以停在水面上是因为液体具有表面张力的缘故，选项D正确；
温度升高，分子的平均动能变大，并非所有分子的动能都增大，选项E错误；
【点睛】
此题考查了选修3-3中的几个知识点，包括气体的压强的微观解释、布朗运动、热力学第二定律、液体的表面张力以及平均动能等；都是基础知识，但是有些确实都是易错点，例如布朗运动，它不是分子运动，不是液体分子运动，不是热运动，这些都要认真理解．
15．外界对气体做功；1.6×105J。
【解析】
【分析】
【详解】
根据热力学第一定律有
代入数据解得
W=1.6 ×105J
故外界对气体做功1.6 ×105J
【点睛】
应用热力学第一定律即可正确解题，解题时要牢记公式，并注意各符号的正负的含义．
16．(1) (2)放出热量
【解析】
【详解】
（i）以活塞为研究对象，气缸竖直倒立时，根据平衡条件有，得
气缸倾斜后，根据平衡条件有，得
根据波义耳定律有，解得
（ii）由（i）得出气体体积减小，大气压对气体做功．
由热力学第一定律由，气体等温过程，故放出热量Q=W．
17．(1)Q=－30J (2) 0.48m
【解析】
【分析】
【详解】
（1）气体初状态的压强为，气体末状态的压强为
封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得
外界对气体做功
气体温度，则内能不变，即，根据热力学第一定律，
解得
即气体放出-30J热量；
（2）气体发生等压变化：
初态温度
末态温度

根据盖吕萨克定律得
代入数据可得
；
18．（i）（ii）（iii）增加
【解析】
（i）初状态：，，活塞刚接触重物时，气体的体积；
气体刚接触重物前做等压变化，由由盖吕萨克定律知，
代入数据解得；
（ii）重物刚开始上升时，，
活塞刚接触重物到中午刚开始上升，气体做等容变化，
由查理定律知：，即，
解得；
（iii）在等压变化过程中，气体对外做功，
在等容变化过程中，气体对外做功；
由热力学第一定律，
即气体内能增加．
【点睛】处理理想气体状态方程这类题目，关键是写出气体初末状态的状态参量，未知的先设出来，然后应用理想气体状态方程列式求解即可．