烟台市第十中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-3：热力学定律 综合测评（含解析）

热力学定律
1．下列说法正确是（ ）
A．空气的相对湿度可用空气中所含水蒸气的压强来表示
B．对一定质量的理想气体，气体分子的热运动越剧烈，气体的温度就越高
C．由热力学定律知，热量不可以从低温物体传递到高温物体
D．液晶显示器利用了液晶对光具有各向同性的特点
2．以下关于功和能的说法中正确的是（　　）
A．功是矢量，能是标量
B．功是标量，能是矢量
C．功和能都是标量
D．因为功和能的单位都是焦耳，所以功就是能
3．下列有关热现象的说法中，正确的是__________．
A．自然界符合能量守恒定律的宏观过程一定都能自然发生
B．晶体一定有固定的熔点
C．在热传导过程中，热量可以自发地由高温物体传递到低温物体
D．液晶显示屏是应用液晶的光学各向异性制成的
E.两分子间距离增大，分子间的势能一定增加
4．下列叙述中正确的是 。
A．已知水的摩尔质量和水分子的质量，可以计算出阿伏加德罗常数
B．布郎运动就是分子的无规则运动
C．对理想气体做功，内能不一定增加
D．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大
E. 用活塞压缩汽缸内的理想气体，对气体做了3.0×105J的功，同时气体向外界放出1.5×105J的热量，则气体内能增加了1.5×105J
5．下列说法中正确的是( )
A．若两分子间距离增大，分子势能可能增大
B．同种物质在不同条件下所生成的晶体的微粒排列规律都相同
C．用手捏馒头，馒头体积会缩小，说明分子之间有间隙
D．热量可以从低温物体传到高温物体
E.对于一定质量的理想气体，在压强不变而体积增大时，单位时间碰撞容器壁单位面积的分子数一定减少
6．下列各种说法中正确的是__________．
A．露珠呈球形是由于表面张力所致
B．布朗运动反映了悬浮颗粒中分子运动的不规则性
C．第二类永动机不违背热力学第一定律
D．给自行车打气时气筒压下后反弹，不是由于分子斥力造成的
E.单晶体有固定的熔点，而多晶体没有固定的熔点
7．关于热力学定律，下列说法中正确的是________
A．一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
B．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
C．理想气体的等压膨胀过程一定吸热
D．热量不可能从低温物体传递到高温物体
E.压缩气体做功，该气体的内能一定增加
8．关于理想气体，液体和热力学定律，下列说法正确的是_____________．
A．理想气体除了碰撞外，分子间没有作用力
B．那些不容易液化的气体在常温常压下可以看成理想气体
C．液体沸腾时候的温度被称为沸点，沸腾属于汽化现象
D．理想气体对外做功同时吸热，理想气体内能一定减小
E.不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功
9．关于热学知识的下列叙述中正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的热运动
B．将大颗粒的盐磨成细盐，就变成了非晶体
C．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的
D．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加
E.空气中水蒸气的实际压强与饱和气压相差越大，越有利于水的蒸发
10．下列说法正确的是（ ）
A．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
B．液晶像液体一样具有流动性，其光学性质与某些多晶体相似，具有各向同性的光学性质
C．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律
D．分子平均速率大的物体的温度比分子平均速率小的物体的温度高
E.晶体熔化时吸收热量，其分子平均动能不变
11．下列说法正确的是______.
A．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积
B．悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显
C．一定温度下，饱和气体的压强是一定的
D．第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律
E.液晶既有液体的流动性,又具有单晶体的各向异性
12．下列说法正确的是（ ）
A．做功和热传递都能改变物体的内能
B．当气体温度升高时,外界对气体一定做正功
C．饱和汽的体积越大,饱和汽压越大
D．单晶体和多晶体都具有确定的熔点
E.气体能够充满容器的整个空间,是气体分子无规则运动的结果
13．如图所示，将一个绝热的气缸竖直放置在水平桌面上，在气缸内用一个活塞封闭一定质量的气体．在活塞上面放置一个物体，活塞和物体的总质量为m，活塞的横截面积为S．已知外界的大气压强为p0，不计活塞厚度及活塞和气缸之间的摩擦．在气缸内部有一阻值为R的电阻丝，电源的电压为U.在接通电源t时间后，发现活塞缓慢上升高度为h．已知重力加速度为g，求:
（1）外界对气体做的功;
（2）在这一过程中气体内能的变化量．
14．一定质量的理想气体处于初始状态A时，其体积为V0，温度为T0，压强为p0，该理想气体经过等压变化，温度升高到3T0，气体的内能增加了．求：
①该理想气体在温度升高到3T0时的体积VB；
②该过程中理想气体与外界交换的热量Q．
15．如图所示，某同学制作了一个简单的温度计，一个容器连接横截面积为S的足够长的直管，用一滴水银封闭了一定质量的气体，当温度T0时水银滴停在O点，封闭气体的体积为V0，大气压强不变，不计水银与管壁间的摩擦．
①设上述气体某过程从外界吸热5.0J，内能增加3.5J，求气体对外了多少功？
②若环境温度缓慢变化，求水银滴相对O点移动距离x随封闭气体热力学温度T的变化关系．
16．如图所示，气缸开口向下竖直放置，气缸的总长度为L=0.4m,开始时，厚度不计的活塞处于处，现将气缸缓慢转动(转动过程中气缸不漏气),直到开口向上竖直放置，稳定时活塞离气缸底部的距离为,已知气缸的横截面积S=10cm2,环境温度为T0=270K保持不变，大气压强p0=1.02×105Pa,重力加速度g取10m/s2.
①求活塞质量;
②缓慢加热气缸内的气体，至活塞离气缸底部的距离为，求此时气体的温度及此过程中气体对外做的功．
17．图中A、B气缸的长度均为L=30cm,横截面积为S,A、B气缸分别是左侧壁和右侧壁导热,其余部分均绝热．C是可在气缸内无摩擦滑动的、体积不计的绝热轻活塞,D为阀门(细管中的体积不计)．起初阀门关闭,活塞紧靠B气缸左壁,A内有压强pA=2.0×105Pa的氮气,B内有压强pB=1.0×105Pa的氧气．外界环境温度为T0=300K,阀门打开后,活塞C向右移动,最后达到平衡．
①求活塞C移动的距离及平衡后B中气体的压强;
②活塞C移动过程中A中气体对外做功为25J,则A中气体是吸热还是放热?吸收或者放出的热量为多少?(假定氧气和氮气均为理想气体,连接气缸的管道体积可忽略)
18．一定质量的理想气体,其内能跟温度成正比．在初始状态时,体积为,压强为,温度为,已知此时其内能为.该理想气体从状态经由一系列变化,最终还回到原来状态,其变化过程的图如图所示,其中延长线过坐标原点, 、点在同一竖直线上．求:
①该理想气体在状态时的体积;
②该理想气体在状态时的体积;
③该理想气体从状态经由状态,最终回到状态的过程中,气体与外界交换的热量．
参考答案
1．B
【解析】
绝对湿度指大气中水蒸汽的实际压强，空气的绝对湿度用空气中所含水蒸汽的压强表示，空气的相对湿度定义为相同温度时空气中所含水蒸气的压强与水的饱和蒸汽压之比．故A错误；对一定质量的理想气体，气体分子的热运动越剧烈，气体的温度就越高，选项B正确；
根据热力学第二定律，热量在一定的条件下可以从低温物体传递到高温物体，但会引起其他的变化，如空调．故C错误；液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的特点，选项D错误；故选B.
点睛：该题考查相对湿度与绝对湿度、热力学第二定律、液晶等一些记忆性的知识点的内容，解答的关键有两点：1．要牢记相对湿度的概念、液晶的性质等；2．要正确理解热力学第二定律的几种不同的说法．
2．C
【解析】
【分析】
功和能都是标量；功是能量转化的量度，单位相同，都是焦耳.
【详解】
A、B、C、物理学中把力和物体在力的方向上移动距离的乘积叫做机械功，简称功，功是标量；能量也是标量；故A，B错误，C正确.
D、功是能量转化的量度，单位都是焦耳，但功不是能量，功属于过程量，能量属于状态量，故D错误.
故选C.
【点睛】
该题考查功与能的区别与联系，解答的关键是明确功和能的概念，知道其联系和区别.
3．BCD
【解析】
【分析】
考查晶体、热力学第二定律、分子间的作用力。
【详解】
A．根据热力学第二定律可知，自然界符合能量守恒定律的宏观过程不一定都能自然发生，选项A错误；
B．晶体一定有固定的熔点，选项B正确；
C．在热传导过程中，热量可以自发地由高温物休传递到低温物体，选项C正确；
D．液晶显示屏是应用液晶的光学各向异性制成的，选项D正确；
E．若开始时两分子间距小于平衡距离，则两分子间距离增大，分子间的势能减小，选项E错误；
故选BCD.
4．ACE
【解析】已知水的摩尔质量和水分子的质量，根据可以计算出阿伏加德罗常数,选项A正确； 布郎运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子的无规则运动的表现，选项B错误； 对理想气体做功，如果气体放热，则内能不一定增加，选项C正确； 分子间的相互作用力随着分子间距离从零开始增大时，分子力先减小，后增大，再减小，选项D错误；用活塞压缩汽缸内的理想气体，对气体做了3.0×105J的功，同时气体向外界放出1.5×105J的热量，根据可知，气体内能增加了3.0×105J-1.5×105J =1.5×105J，选项E正确；故选ACE.
5．ADE
【解析】
【详解】
A．当分子间距离r>r0时，分子力表现为引力，若两分子间距离增大，分子势能增大，故A正确；
B．同种物质在不同条件下所生成的晶体的微粒按不同的规律排列，显示出不同的性质，如金刚石和石墨，故B错误；
C．用手捏馒头，馒头体积会缩小，这只能说明面包内有气孔，故C错误；
D．根据热力学第二定律可知，热量只能够自发的从高温物体传到低温物体，但也可以通过热机做功实现热量从低温物体传到高温物体，故D正确；
E．对于一定质量的理想气体，在压强不变而体积增大时，该过程温度升高，分子的平均撞击力增大，由于压强不变，单位时间碰撞容器壁单位面积的分子数一定减少，故E正确。
故选ADE．
6．ACD
【解析】
【分析】
【详解】
A、露球表面分子比较稀疏，分子间形成表面张力而使水球呈球形，故A正确；
B、布朗运动是液体分子无规则运动的反映，不是固体小颗粒分子的运动，故B错误；
C、第二类永动机不违背热力学第一定律，违背热力学第二定律，故C正确；
D、打气时会反弹是因为气体压强的原因，不是分子斥力的作用，故D正确；
E、单晶体和多晶体均有固定的熔点，故E错误；
故选ACD．
【点睛】
关键要掌握布朗运动的实质和产生原因及影响因素、液体表面张力、内能和晶体等热力学基本知识，液体表面有收缩的趋势，存在表面张力，故露珠呈球形；单晶体及多晶体均有有固定的熔点；布朗运动是固体小颗粒的运动，反应了液体分子的无规则运动．
7．ABC
【解析】
【详解】
A．根据热力学第二定律可得一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，A正确；
B．在外界的影响下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，故B正确；
C．理想气体等压膨胀过程，根据，温度增加，故内能增加，根据热力学第一定律，对外做功，故一定吸收热量，故C正确；
D．热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，若有外界做功的话，可以从低温物体传递到高温物体，如空调，故D错误；
E．压缩气体，外界对气体做功，根据热力学第一定律得知，若气体同时放热，气体的内能不一定增加，故E错误。
故选ABC。
8．ABC
【解析】
【分析】
考查理想气体，物态变化，热力学第一定律，热力学第二定律。
【详解】
AB．理想气体是物理学上为了简化为题而引入的一个理想化模型，在现实生活中不存在，理想气体分子间除碰撞外，不考虑分子间相互作用力，那些不容易液化的气体在常温常压下可以看成理想气体，AB正确；
C．液体沸腾时候的温度被称为沸点，沸腾属于汽化现象，C正确；
D．根据热力学第一定律，气体对外做功，从外界吸收热量，，所以不一定小于零，即不一定减小，D错误；
E．根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量使之完全转化为有用的功而不产生其他影响，E错误．
故选ABC。
9．CDE
【解析】
【详解】
A.布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动，是液体分子热运动的表现，故A错误；
B.将大颗粒的盐磨成细盐，仍然是晶体，故B错误；
C.第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律，它是制造不出来的，故C正确；
D.在绝热条件下压缩气体，则Q=0，W0，根据热力学第一定律U=W+Q可知，U0，则气体的内能一定增加，故D正确；
E.空气中水蒸气的实际压强与饱和气压相差越大，越有利于水的蒸发，故E正确。
故选CDE。
10．ACE
【解析】
【详解】
A．当分子力表现为斥力时，分子间距减小，分子力增大，当分子力表现为斥力时，分子间距减小，分子力做负功，分子势能也增大，故A正确；
B．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B错误；
C．自然界中与热现象有关的自发的能量转化过程具有方向性，可知第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故C正确；
D．温度是分子平均动能的标志，分子平均速率大的物体的温度不一定比分子平均速率小的物体的温度高；如温度相同的氢气与氧气，氢气分子的平均速率大，故D错误；
E．温度是分子平均动能的标志，晶体熔化时吸收热量但温度不变，所以其分子平均动能不变，故E正确。
故选ACE。
11．BCE
【解析】
【分析】
【详解】
只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体的分子所占据的空间大小，不能算出气体分子体积，故A错误；悬浮在液体中固体微粒越小，布朗运动就越明显，故B正确；一定温度下，饱和气体的压强是一定的，选项C正确；第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第二定律，但是不违背能量守恒定律，选项D错误；液晶既有液体的流动性，又具有单晶体的各向异性，故E错误；故选BCE．
12．ADE
【解析】
【分析】
【详解】
A、做功的过程是其他形式的能转化为内能，热传递是内能在物体间发生了转移，做功和热传递都能改变物体的内能，故A正确．
B、根据热力学第一定律U=W+Q，当气体温度升高时内能增大U0，如果气体从外界吸收热量则Q0，外界对气体可能做正功也可能做负功；如果气体向外界放出热量则Q0，外界对气体一定做正功，故B错误．
C、在一定温度下，,饱和汽压与饱和汽的体积无关，饱和汽压随着温度的增加而增加，故C错误．
D、单晶体和多晶体都具有确定的熔点，D正确．
E、气体分子间的距离很大，分子间的作用力可以忽略，气体能够充满容器的整个空间，是气体分子无规则运动的结果，故E正确．
13．（1）-(p0S+mg)h（2）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）设封闭气体压强为P，选活塞为研究对象，由受力平衡得：
活塞上升h高度的过程中，气体对外做功大小为：W=PSh
外界对气体做功为：
联立解得；
（2）电阻丝在这段时间内的热量为：
由热力学第一定律得：
可得：
14．① ②
【解析】
试题分析：A到B为等压过程，由盖吕萨克定律求体积；从A到B为等压变化，气体对外界做功，根据热力学第一定律求解交换的热量．
①理想气体由状态A到B做等圧変化，有：
解得：
②想气体由状态A到B过程有：
解得：
点睛：本题主要考查了理想气体状态方程的应用，结合热力学第一定律是常用的方法．
15．（1）W=1.5J （2）
【解析】
【分析】
【详解】
①由热力学第一定律有：△U=Q+W
解得：W=△U-Q=3.5J-5.0J=-1.5J
即气体对外做功：W'=-W=1.5J
②气体做等压变化，由盖-吕萨克定律有
解得：
16．①3.4kg； ②540K 13.6J
【解析】
【分析】
【详解】
（1）初末态活塞受力平衡可得
初态：；
末态
由玻意耳定律得
解得：m=3.4kg
(2)由盖-吕萨克定律得
可得T=540K
由
可得W=13.6J
17．(1) ?x=10cm ， p=1.5×105Pa (2) 吸热，吸收的热量为25?J
【解析】
①最后平衡时，A、B中气体压强一样，设为p，由玻意耳定律
对A部分气体有:pAL=p(L+x)
对B部分气体有:pBL=p(L-x)
代入相关数据解得：x=10cm，p=1.5×105Pa
②气体发生等温变化，内能不变，△U=0；活塞C向右移动的过程中A中气体对外做功25J，即W=-25J，根据热力学第一定律△U=W+Q，所以Q=-W=25J，故A中气体从外界吸热，吸收的热量为25J.
点睛：整个装置均由导热材料制成，活塞C向右移动时，两气缸内气体均发生等温变化，平衡后两部分气体的压强相等．根据玻意耳定律，结合关系条件求解；根据热力学第一定律分析吸放热情况．
18．① ② ③
【解析】
①由题图可知，从状态A到状态B为等温变化过程,在状态B时气体压强为,设体积为,由玻意尔定律得,解得；
②由题图可知，从状态到状态为等压变化过程，在状态时气体温度为，设体积为，由盖—吕萨克定律得,解得．
③由状态经状态回到状态，设外界对气体做的总功为：从状态到状态，设外界对气体做的功为，，联立解得，从状态回到状态，由题图知为等容变化过程，外界对气体不做功，所以；由状态经状态回到状态，内能增加量为，气体从外界吸收的热量为，内能增加量为，由热力学第一定律得，解得，即气体从外界吸收的热量为.
点睛：A到B为等温过程，由玻意耳定律求得体积；由B到C为等压变化，由盖吕萨克定律求体积；从B到C外界对气体做功，C到A为等温变化，根据热力学第一定律求解吸放热．