济南历城四中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-3：热力学定律 单元测试题（含解析）

热力学定律
1．如图所示，一足够长的粗糙斜面固定在水平地面上，一小物块从斜面底端以初速度v0沿斜面上滑至最高点的过程中损失的机械能为E。若小物块以2v0的初速度沿斜面上滑，则滑至最高点的过程中损失的机械能为
A．E B．E C．2E D．4E
2．在水平地面上以某一初速度竖直向上抛出一物体，物体所受的空气阻力与物体的速率成正比，经一段时间后落回地面，则下列关于物体的加速度随时间变化图象、速度随时间变化图象、机械能随路程变化图象、重力势能(地面作为参考平面)随路程变化图象正确的是(　　)
A． B． C．D．
3．关于对分子动理论、气体和晶体等知识的理解，下列说法正确的是___________
A．温度高的物体，其分子的平均动能一定大
B．饱和汽压的大小与饱和汽的体积有关
C．晶体在物理性质上可能表现为各向同性
D．温度升高，气体的压强一定变大
E. 热量可以从低温物体传给高温物体
4．下列说法错误的是（　　）
A．用显微镜观察到花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了花粉分子在不停地做无规则运动
B．两个分子的间距从极近逐渐增大到极远的过程中，它们的分子势能先减小后增大
C．非晶体都表现为各向同性，晶体则表现为各向异性
D．在一定温度下，水的饱和汽压随着水蒸气体积的增大而减小
E.第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律
5．下列说法正确的是___________。
A．理想气体在等压压缩过程中内能一定增大
B．理想气体在等温膨胀过程中从外界吸收热量全部用于对外做功
C．液晶显示屏是应用液晶光学各向异性特点制成的
D．空调机既能致热又能致冷，说明热传递不存在方向性
E. 当分子间距离减小时，分子势能不一定减小
6．下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动虽不是分子运动，但它证明了组成固体颗粒的分子在做无规则运动
B．液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离， 因此液体表面有收缩趋势
C．随着分子间距增大，分子间引力和斥力均减小，分子势能不一定减小
D．第二类永动机不可能制成，是因为违反了热力学第一定律
E.一定质量的理想气体，当它的压强、体积都增大时，其内能一定增加
7．关于物体的内能，下列说法正确的是___________
A．物体内部所有分子动能的总和叫做物体的内能
B．橡皮筋被拉伸时，分子间势能增加
C．通电时电阻发热，它的内能增加是通过“热传递”方式实现的
D．一定质量的0°C的冰融化为0°C的水时，分子势能增加
E.一定质量的理想气体放出热量，它的内能可能增加
8．下列说法正确的是___________。
A．分子之间的距离减小，分子势能一定增大
B．儿童的肺活量约为2L，在标准状态下，空气的摩尔体积为22.4L/mol。他一次吸气能吸入的空气分子数约为5×1022个
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．布朗运动是液体分子的无规则运动
E. 100℃的水变成100℃水蒸气，内能一定增大
9．下列说法正确的是（　　）
A．水的温度越高，悬浮在水中的花粉的布朗运动越显著
B．第二类永动机违背了能量守恒定律
C．饱和汽的体积越大，饱和气压越大
D．一定质量的理想气体的内能随温度的升高而增大
E.分子间的引力和斥力均随分子间距的增大而减小
10．下列说法正确的是_________
A．一定质量的理想气体吸收热量后温度一定升高
B．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
C．气体分子的平均动能越大，其压强就越大
D．空气的相对湿度越大，人们感觉越潮湿
E. 液体不浸润某种固体则附着层内部液体分子相互吸引
11．下列关于固体、液体和气体的说法正确的是______
A．固体、液体、气体中的分子都是运动的
B．液体表面层中分子间的相互作用力表现为引力
C．高压气体的体积很难进一步被压缩，原因是高压气体分子间的作用力表现为斥力
D．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
E.在绝热条件下压缩气体，气体内能一定增加
12．下列说法正确的( )
A．在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能减少
B．凡是能量守恒的过程一定能够自发地发生的
C．能量转化过程中，其总能量越来越小，所以要大力提倡节约能源
D．两个温度不同的物体相互接触这两个物体组成的系统处于非平衡态
E. 随着高度的增加，大气压和温度都在减小，一个正在上升的氢气球内的氢气内能减小
13．某一定质量的理想气体的压强p与体积V的变化关系如图所示．气体先经过等压变化由状态A变为状态B，再经过等容变化由状态B变为状态C.其中在状态A时的压强为p0、体积为V0、热力学温度为T0，在状态B时的压强为p0、体积为2V0，在状态C时的压强为2p0，体积为2V0.已知该气体内能与热力学温度成正比U＝CVT(CV为比例系数．)求：
(1)气体在C状态时的热力学温度；
(2)气体从状态A变化到状态C的过程中，吸收的热量．
14．如图所示，一定质量的理想气体，从状态A等容变化到状态B，再等压变化到状态D.已知在状态A时，气体温度tA＝327 ℃.
（1）求气体在状态B时的温度；
（2）已知由状态B→D的过程，气体对外做功W，气体与外界交换热量Q，试比较W与Q的大小，并说明原因．
15．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2.4T0、压强为1.2p0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气缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；
②在活塞下降过程中，气缸内气体放出的热量Q.
16．横截面积为3 dm2的圆筒内有0.6 kg的水，太阳光垂直照射了2 min，水温升高了1 ℃.设大气顶层的太阳能只有45%到达地面，试估算出太阳的全部辐射功率(保留一位有效数字，设太阳与地球之间平均距离为1.5×1011m)．
17．某地强风的风速约为v＝20 m/s，空气密度ρ＝1.3 kg/m3，如果把通过横截面积S＝20 m2的风的动能全部转化为电能，则电功率为多少？
18．某种一定质量的理想气体从状态a开始经过三个过程ab、bc、ca回到原状态。如图所示，状态a时体积1 m3，压强是1.0×105Pa，温度是300 K，试求：
①气体从c→a过程外界对气体做功多少?
②说明b→c过程气体吸热小于1.5×105J。
参考答案
1．D
【解析】
【分析】
对于上滑过程，由功能原理和动能定理分别列式，可求得机械能的减少量.
【详解】
小物块上滑过程受力分析可知，重力和摩擦力做负功，由动能定理可知，则初速度由v0变为2v0时，可知滑行位移为；而由功能关系可知除重力做功以外的摩擦力做负功使得机械能减小，即，故位移变为4倍后，摩擦力不变可得损失的机械能为原来的4倍，；故选D.
【点睛】
掌握动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律的条件、表达式和功能关系反映的物理意义.
2．C
【解析】
【分析】
小球向上做变速直线运动，分析其受力情况，结合空气阻力与速率成正比，分析合力的变化，由牛顿第二定律判断加速度的变化，由功能关系列式分析机械能的变化，即可选择图象.
【详解】
A、物体竖直向上抛出，上升过程中受到重力和向下的空气阻力，根据牛顿第二定律，有：mg+f=ma1，又f=kv，可知；由于速度不断变小，故阻力不断变小，加速度不断变小.最高点速度为零，阻力为零，加速度为g；下落过程中，物体受到重力和向上的空气阻力，则有mg-f=ma1，又f=kv，则得，速度v不断变大，则知加速度不断变小，故加速度一直变小；故A错误.
B、v-t图象的斜率代表加速度，则斜率一直减小，但速度是先减小到零后向下增大；故B错误.
C、由功能关系可中除重力以外的空气阻力做负功描述机械能一直减小，即，故图象的斜率代表空气阻力，则斜率先减小后增大；故C正确.
D、由重力势能可知，图象的斜率代表重力mg，则图像为倾斜直线；故D错误.
故选C.
【点睛】
对于图象问题要明确两坐标轴及斜率的含义等，对于比较复杂的图象问题可以利用物理规律写出两个物理量的函数关系式，根据数学知识进一步判断图象性质.
3．ACE
【解析】
【详解】
A、温度是分子平均动能的标志，温度升高时，分子的平均动能增大；故A正确.
B、液体的饱和汽压只与温度有关，而与饱和汽的体积无关；故B错误.
C、单晶体因排列规则其物理性质为各向异性，而多晶体因排列不规则表现为各向同性；故C正确.
D、根据理想气体得状态方程：，可知，温度升高，气体的压强不一定增大，还要看体积变化；故D错误.
E、热量不能自发的从低温物体传给高温物体，但在引起其它变化的情况下可以由低温物体传给高温物体；故E正确.
故选ACE.
4．ACD
【解析】
【分析】
【详解】
A．用显微镜观察到花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了水分子在不停地做无规则运动，故A错误；
B．分子力先表现为斥力力，后表现为引力，分子距离增大的过程中，分子力先做正功，后做负功，分子势能先减小后增大，故B正确；
C．单晶体表现为各向异性，多晶体和非晶体则表现为各向同性，故C错误；
D．饱和汽压只取决于温度，温度不变，饱和汽压不变，故D错误；
E．第二类永动机虽然不违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，故E正确。本题选错误的。
故选ACD。
【点晴】
解决本题关键知道布朗运动是由于水分子的无规则运动碰撞花粉颗粒，使花粉颗粒做无规则运动，所以布朗运动反映了水分子在不停地做无规则运动，单晶体表现为各向异性，多晶体和非晶体则表现为各向同性，饱和汽压只取决于温度。
5．BCE
【解析】
【详解】
A．等压压缩的过程中压强不变，体积减小，由理想气体得状态方程可知气体的温度降低，而质量不变的气体的内能仅仅与温度有关，则可知理想气体在等压压缩过程中内能一定减小；故A错误；
B．理想气体在等温膨胀过程中气体的内能没有变，所以把吸收的热量全部对外做功，故B正确；
C．液晶具有液体的流动性，同时具有光学的各向异性，液晶显示屏是应用液晶光学各向异性特点制成的。故C正确；
D．空调机既能致热又能致冷，是由于消耗一定的电能，所以它不能说明热传递不存在方向性。故D错误；
E．当分子间距离减小时，分子力是引力则分子势能减小，若分子力是斥力则分子势能增大。故E正确；
故选BCE。
6．BCE
【解析】
【详解】
A.布朗运动是固体微粒在液体中的无规则运动，是由液体分子撞击的不平衡引起的，反应了液体分子的无规则运动，故A错误；
B.液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，大于r0，分子间作用力表现为引力，因此液体表面有收缩趋势，故B正确；
C.首先明确了开始分子之间距离与r0关系，才能判断分子势能的变化情况；若开始分子之间距离小于r0，则在分子之间距离增大到大于r0的过程，分子势能先减小后增大，故C正确；
D.根据热力学第二定律可知，第二类永动机并未违反能量守恒定律，而是违反了宏观自然过程发展的方向性，即违反了热力学第二定律，故D错误；
E.根据气态方程可知，一定质量的理想气体压强、体积都增大时，温度一定升高，因此内能增加，故E正确．
故选BCE.
7．BDE
【解析】
【分析】
【详解】
物体内部所有分子动能和分子势能的总和叫做物体的内能，选项A错误；橡皮筋被拉伸时，分子力做负功，分子间势能增加，选项B正确；通电时电阻发热，它的内能增加是通过电流做功的方式实现的，选项C错误；一定质量的0°C的冰融化为0°C的水时，要吸收热量，因分子平均动能不变，则分子势能增加，选项D正确；一定质量的理想气体放出热量，若外界对气体做的功大于放出的热量，则它的内能增加，选项E正确；故选BDE.
8．BCE
【解析】
【分析】
当分子间的距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越大；用气体的体积除以摩尔体积得到物质量，再用物质量乘以阿伏伽德罗常数得到分子数；人对空气干爽与潮湿的感受主要取决于空气的相对湿度，相对湿度是空气中水蒸气的压强与同温度下的饱和蒸汽压的比值；布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的运动；物体的内能的大小与物质的量、温度、体积以及物态有关.
【详解】
A、分子间距离增大时分子势能不一定变大，当分子之间的距离小于r0时，分子间距离增大时分子势能减小；故A错误.
B、在标准状态下，空气的摩尔体积为22.4L/mol，故2L的气体物质量为：，故他一次吸气能吸入的空气分子数：N=n?NA=0.0893mol×6.02×1023mol-1=5×1022个，故B正确；
C、空气的相对湿度是空气中水蒸气的绝对湿度与同温度水的饱和汽压的比值，人对空气干爽与潮湿的感受主要取决于空气的相对湿度；故C正确.
D、布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的运动，是液体分子无规则运动的反映；故D错误；
E、一定质量的100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中吸收热量，内能变大；故E正确.
故选BCE.
【点睛】
本题考查分子势能和分子间距的关系、阿伏伽德罗常数，布朗运动，物体的内能，但涉及面广，注意平时理解.
9．ADE
【解析】
【分析】
【详解】
根据布朗运动的特点可知，水的温度越高，悬浮在水中的花粉的布朗运动越显著．故A正确；第二类永动机是效率100%的机器，违背了热力学第二定律，故B错误；饱和气压仅仅与温度以及饱和气的种类有关，与体积无关；故C错误；一定质量的理想气体的内能仅仅与温度有关 ，随温度的升高而增大，故D正确；根据分子力的特点可知，分子间的引力和斥力均随分子间距的增大而减小．故E正确；故选A DE．
10．BDE
【解析】
【详解】
一定质量的理想气体若对外做功大于吸收热量，则气体的温度降低，选项A错误；根据热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，但是要引起其他的变化，选项B正确；气体分子的平均动能越大，温度越高，但是压强不一定越大，选项C错误；空气的相对湿度越大，人们感觉越潮湿，选项D正确；液体不浸润某种固体，例如水银对玻璃：当水银与玻璃接触时，附着层中的水银分子受玻璃分子的吸引比内部水银分子弱，结果附着层中的水银分子比水银内部稀疏，这时在附着层中的分子之间相互吸引，就出现跟表面张力相似的收缩力，使跟玻璃接触的水银表面有缩小的趋势，因而形成不浸润现象。故E正确。故选BDE.
11．ABE
【解析】
【分析】
分子永不停息做无规则运动；液体表面张力表现为引力；分子间存在相互作用的引力与斥力，分子间作用力是引力与斥力的合力；当分子间的距离等于平衡距离时，引力等于斥力，分子力为零，当分子间的距离小于平衡距离时分子间作用力表现为斥力，当分子间距离大于平衡距离时，分子间作用力表现为引力；热力学第一定律公式△U=W+Q.
【详解】
A、无论固体、液体和气体，分子都是在永不停息的做无规则运动，故A正确；
B、当分子间距离为r0时，分子引力和斥力相等，液体表面层的分子比较稀疏，分子间距大于r0，所以分子间作用力表现为引力，故B正确；
C、高压气体的体积很难进一步被压缩，是因为气体压强太大，并不能说明高压气体分子间的作用力为斥力，实际上高压气体分子间距离大于平衡距离，分子间作用力为引力，故C错误；
D、气体对容器壁的压强是气体分子不断撞击器壁产生的，与超失重无关，故D错误；
E、根据热力学第一定律△U=W+Q，在绝热条件下(Q=0)压缩气体(W>0)，气体的内能变化，即内能一定增加，故E正确；
故选ABE.
【点睛】
本题考查了分子动理论、热力学第一定律、压强的产生、分子力等，知识点多，关键是记住.
12．ADE
【解析】
【详解】
在车胎突然爆裂的瞬间，气体与外界无热量交换，且气体对外做功，则气体内能减少，选项A正确；根据热力学第二定律可知，凡是能量守恒的过程不一定能够自发地发生的，选项B错误；能量转化过程中，总能量虽然守恒，但是能利用的能源越来越小，所以要大力提倡节约能源，选项C错误；两个温度不同的物体相互接触这两个物体组成的系统处于非平衡态，选项D正确；随着高度的增加，大气压和温度都在减小，一个正在上升的氢气球内的氢气由于温度降低，则气球的内能减小，选项E正确；故选ADE.
13．(1)4T0　(2)p0V0＋3CVT0
【解析】（1）设状态C的热力学温度为TC，则对A到C的过程，由理想气体的状态方程得：
得：TC=4T0
（2）气体A到B的过程中体积增大，对外做功：W1=P0△V=P0V0
B到C的过程中气体的体积不变对外做功为0，即W2=0
气体从A到C的过程中内能的增加：△U=CV?△T
而：△T=C-T0=4T0-T0=3T0
由热力学第一定律：△U=Q-W1-W2
联立方程得：Q=P0V0+3CVT0
点睛：本题首先要根据气体的状态变化过程，明确每个过程遵守的规律；其次根据等压变化过程，求出气体做功，由热力学第一定律求得放出热量．
14．（1）27℃ （2）
【解析】
【试题分析】由图象可知A和B状态的各个状态参量，根据理想气体的状态方程可以求得在B状态时气体的温度，在等压变化的过程中，封闭气体的压力不变，根据功的公式W=FL可以求得气体对外做功的大小．
(1)气体由状态A变化到状态B
由查理定律可得
所以tB＝27℃.
(2)由B→D的过程，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律ΔU＝Q-W>0可得Q>W.
【点睛】根据图象，找出气体在不同的状态下的状态参量，根据理想气体状态方程计算即可，在计算做功的大小的时候，要注意A到M的过程，气体的体积不变，气体对外不做功．只在M到B的等压的过程中对外做功．
15．(1) (2)
【解析】
①由理想气体状态方程得
解得：V1=V
②在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为W=P0（V﹣V1）
活塞刚要下降时,由理想气体状态方程得
解得：T1=2T0；
在这一过程中，气体内能的变化量为△U=α（T0﹣T1）
由热力学第一定律得，△U=W+Q
解得：Q=p0V+αT0
16．4×1026 W
【解析】
水温升高所吸收的热量设为Q，则
，
设地球表面单位时间、单位面积上获得的热量为，则
太阳向地球表面单位面积上发送的能量功率为
以太阳与地球间距离为半径的球体的表面积为
，
太阳的全部辐射功率为
．
点睛：本题要搞清功率的意义，建立模型，同时在计算中一定要注意单位间的换算关系，同时计算要有耐心才能准确求解．
17．1×103W
【解析】在t时间内通过横截面积为20m2的风能转化为电能，根据能量守恒定律，有：Pt=mv2
其中m=ρV=ρ×vtS
故：P=ρSv3
代入数据得：P=1.04×105W
点睛：本题难点在于研究对象的确定上，可以以时间t内通过横截面积为20m2的空气柱为研究对象，然后根据能量守恒定律列式求解．
18．
【解析】① c→a：等圧変化：Tc=600K Va=1m3 Ta=300K
Vc=2m3
W=P?V=1×105J
②b→c：等温変化：
?U=W+Q，b→c：温度不变，?U=0
气体吸热