山东省古交市第二高级中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-3：热力学定律 章末复习题（含解析）

热力学定律
1．气闸舱是载人航天航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置；其原理图如图所示。座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气，气闸舱B内为真空。航天员由太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换，舱内气体可视为理想气体，下列说法正确的是___________
A．气体并没有对外做功，气体内能不变
B．B中气体可自发地全部退回到A中
C．气体体积影胀，对外做功，内能减小
D．气体温度不变，体积增大，压强减小
E. 气体分子单位时间内对座舱A舱壁单位面积的碰撞次数将减少
2．下列说法正确的是___________.(填正确答案标号.选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分.每选错1个扣3分，最低得分为0分)
A．饱和汽压与温度和体积都有关
B．绝对湿度的单位是Pa，相对湿度没有单位
C．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越快
D．气体做等温膨胀，气体分子单位时间对汽缸壁单位面积碰撞的次数一定变少
E. 饱和汽和液体之间的动态平衡，是指汽化和液化同时进行的过程，且进行的速率相等
3．下列说法正确的是___________
A．物体温度不变，其内能一定不变
B．当两分子间距变化时，分子势能变大了，分子力一定做了功
C．一定质量的气体，不计分子之间作用力，在压缩过程中与外界没有热交换，则外界对气体做功，温度升高，内能增大
D．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律
E.空气相对湿度越大，空气中水蒸气压强越接近同温度下水的饱和汽压，水蒸发的越慢
4．下列说法正确的是（ ）
A．两个分子之间的作用力一定随着距离的增大而减小
B．物体的内能在宏观上只与其温度和体积有关
C．一定质量的气体经历等容过程，如果吸热则其内能一定增加
D．分子a从远处趋近固定不动的分子b，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能达到最大值
E. 物质的状态在一定的条件下可以相互转变，在转变过程中会发生能量交换
5．下列说法正确的是___________
A．液体表面存在着张力是因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离
B．一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，对外做功，分子平均动能增大
C．理论上，第二类永动机并不违背能量守恒定律，所以随着人类科学技术的进步，第二类永动机是有可能研制成功的
D．在同等温度下，干湿泡湿度计的干、湿两支温度计示数差越大，说明该环境越干燥
E. 改进内燃机结构，提高内燃机内能转化率，最终可能实现内能完全转化为机械能
6．关于热力学定律，下列说法中正确的是（ ）
A．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变
B．一个物体的内能增加，必定有其他物体对它做功或向它传递热量
C．第二类永动机违背了热力学第一定律，因而是不可能实现的
D．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
E. 热量可以从低温物体传到高温物体
7．如图所示，导热的气缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸中，气缸的内壁光滑．现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，在此过程中如果环境温度恒定，下列说法正确的是___________(填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分)
A．每个气体分子的速率都不变
B．气体分子平均动能不变
C．水平外力F逐渐变大
D．气体对外界做功，气体内能减小
E.气体对外界做功，吸收热量
8．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( )（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分）
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
9．如图，一定质量的理想气体，从状态a开始，经历过程①②③到达状态d，对此气体，下列说法正确的是___________．
A．过程①中气体从外界吸收热量
B．过程②中气体对外界做功
C．过程③中气体温度升高
D．气体在状态c的内能最大
E.气体在状态a的内能小于在状态d的内能
10．下列说法中正确的有（ ）
A．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大
B．外界对物体做功，物体内能一定增加
C．足球充足气后很难压缩，是足球内气体分子间斥力作用的结果
D．自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
E.一定质量的理想气体，在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而增加
11．下列说法正确的是___________．
A．一定质量的理想气体放出热量，则分子平均动能一定减少
B．热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律
C．根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%
D．一定质量的理想气体膨胀时对外界做了功，它的内能可能减少
E.熵是系统内分子运动无序性的量度，在任何自然过程中，一个孤立的系统总是从熵大的状态向熵小的状态发展
12．斯特林循环因英国工程师斯特林于1816年首先提出而得名它是由两个等容过程和两个等温过程组成的可逆循环。如图所示，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，对此气体下列说法正确的是___________。
A．过程A→B中气体的温度逐渐减小
B．过程B→C中气体对外界做正功
C．过程C→D中气体放出了热量
D．状态CD的内能相等
E. 经过如图所示的一个斯特林循环气体对外界做正功
13．如图所示，用质量为m、横截面积为S的可动水平活塞将一定质量的理想气体密封于悬挂在天花板上的汽缸中，当环境的热力学温度为T0时，活塞与汽缸底部的高度差为h0.由于环境温度逐渐降低，活塞缓缓向上移动距离Δh.若外界大气压恒为p0，密封气体的内能U与热力学温度T的关系为U＝kT(k为正常数)，汽缸导热良好，与活塞间的摩擦不计，重力加速度为g，求此过程中：
(1)外界对密封气体做的功W；
(2)密封气体向外界放出的热量Q.
14．如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体．活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h．现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，活塞上升上h，此时气体的温为T1．已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与气缸的摩擦，求：
（1）气体的压强．
（2）加热过程中气体的内能增加量．
15．如图所示，用不计重力的轻质活塞在气缸内封闭一定质量理想气体，活塞与气缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距气缸底高度h1 = 0.50 m．给气缸加热，活塞缓慢上升到距离气缸底h2 = 0.80 m处，同时缸内气体吸收Q = 450 J的热量．已知活塞横截面积S = 5.0×10-3 m2，大气压强p0 = 1.0×105 Pa．求：
①缸内气体对活塞所做的功W；
②此过程中缸内气体增加的内能ΔU .
16．如图所示，A、B两个汽缸中装有体积均为10 L、压强均为1 atm(标准大气压)、温度均为27 ℃的空气，中间用细管连接，细管容积不计．细管中有一绝热活塞，现将B汽缸中的气体升温到127 ℃，若要使细管中的活塞仍停在原位置．(不计摩擦，A汽缸中的气体温度保持不变，A汽缸截面积为500 cm2)
(1)求A中活塞应向右移动的距离．
(2)A中气体是吸热还是放热，为什么？
17．一定质量的理想气体体积V与热力学温度T的关系图象如图所示，气体在状态A时的压强pA=p0，温度TA= T0，线段AB与V轴平行，BC的延长线过原点。求：
（i）气体从状态A变化到状态B的过程中，对外界做的功为10J，该过程中气体吸收的热量为多少；
（ii）气体在状态C时的压强pC和温度TC。
18．封闭气缸内一定质量的理想气体由状态A经状态B再变化到状态C，其体积V随热力学温度T变化的关系图象如图所示．若状态A变化到状态B的过程中气体吸收热量Q1＝240J，气体在A状态对应的压强为P0＝1.0×105Pa．
求：
（1）气体在状态B时的温度T2；
（2）气体由状态B变化到状态C的过程中，气体向外传递的热量Q2．
参考答案
1．ADE
【解析】
【详解】
气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据△U=W+Q可知内能不变，故A正确，C错误；根据熵增加原理可知一切宏观热现象均具有方向性，故B中气体不可能自发地全部退回到A中，故B错误。因为内能不变，故温度不变，平均动能不变，因为气闸舱B内为真空，根据玻意耳定律可知：pV=定值，可知扩散后压强p减小，体积V增大，所以气体的密集程度减小，根据气体压强的微观意义可知气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少，故DE正确；故选ADE。
2．BDE
【解析】
【详解】
A项：同一种液体的饱和汽仅与温度有关，与体积无关，故A错误；
B项：绝对湿度指大气中水蒸气的实际压强，空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示，单位是Pa，而空气的相对湿度是空气中的水蒸气的绝对湿度与同温度水的饱和汽压的比值，所以空气的相对湿度没有单位，故B正确；
C项：空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢，故C错误；
D项：气体做等温膨胀，温度不变，则分子运动的激烈程度不变，气体的压强减小，根据压强的微观意义可知，气体分子单位时间对汽缸单位面积碰撞的次数变少，故D正确；
E项：饱和汽和液体之间的动态平衡，是指汽化和液化同时时行的过程，且进行的速率相等，故E正确。
故选：BDE。
3．BCE
【解析】
【详解】
A．液体沸腾时，不断吸热，温度保持沸点不变，但是内能增大，故选项A错误；
B．根据功能关系可知，当分子势能变大了，则分子力一定做负功，故选项B正确；
C．在压缩过程中外界对气体做功，则，气体与外界没有热交换，则，根据热力学第一定律知，即气体的内能增大，而一定质量理想气体的内能只跟温度有关，所以气体的温度升高，故C正确；
D．将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，产生了其它影响，即消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，故D错误；
E．空气相对湿度越大，空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压，水蒸发越慢，故E正确．
【点睛】
此题主要考查了热力学的基本知识点，如内能、热力学第二定律、相对湿度等，只要平时记住即可．
4．CDE
【解析】
【分析】
①分子间距小于平衡间距时，分子力表现为斥力，间距越小分子力越大；分子间距大于平衡间距时，分子力表现为引力，随着分子间距的增加，分子力先增加后减小；②物体的内能包括分子热运动动能和分子势能，分子热运动的平均动能与热力学温度成正比，分子势能与分子间距有关；③热力学第一定律公式：△U=W+Q．
【详解】
A、两个分子之间的引力和斥力都会随着分子间距的增大而减小，但斥力减小的更快；对于分子合力，子间距小于平衡间距时，分子力表现为斥力，间距越小分子力越大；分子间距大于平衡间距时，分子力表现为引力，随着分子间距的增加，分子力先增加后减小；故A错误；
B、物体的内能在宏观上与其温度、体积和物质的量有关，故B错误；
C、一定质量的气体经历等容过程，体积不变，故不对外做功，根据热力学第一定律，如果吸热则其内能一定增加，故C正确；
D、分子a从远处趋近固定不动的分子b，当a到达受b的作用力为零处时，即到达平衡位置时，分子势能最小，故a的动能一定最大，故D正确；
E、物质的状态（固、液、气三态）在一定的条件下可以相互转变，在转变过程中会发生能量交换，故E正确；
故选CDE.
【点睛】
本题考查了分子力、分子势能、内能、热力学第一定律、物态变化等，知识点多，对基础知识要加强记忆．
5．ABD
【解析】
【详解】
液体表面存在着张力是因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子之间的作用力表现为引力，所以液体表面存在表面张力；故A正确；定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，对外做功，温度升高，则分子平均动能增大，故B正确；理论上，第二类永动机并不违背能量守恒定律，但是违背热力学第二定律，所以即使随着人类科学技术的进步，第二类永动机也不可能研制成功的，选项C错误；干泡温度计和湿泡温度计组成，由于蒸发吸热，湿泡所示的温度小于干泡所示的温度。干湿泡温度计温差的大小与空气湿度有关，温度相差越大，说明空气越干燥，故D正确；根据热力学第二定律可知，热机的效率不能达到百分之百，选项E错误；故选ABD.
6．BDE
【解析】
【详解】
根据热力学第一定律可知，物体放出热量，同时对外做功，其内能一定减小，选项A错误； 一个物体的内能增加，必定有其他物体对它做功或向它传递热量，选项B正确；第二类永动机违背了热力学第二定律，因而是不可能实现的，选项C错误；根据热力学第二定律，功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程，选项D正确；根据热力学第二定律，热量可以从低温物体传到高温物体，但是要引起其他的变化，选项E正确；故选BDE.
7．BCE
【解析】
【分析】
封闭气体等温膨胀过程，温度是分子平均动能的标志且理想气体的内能只与温度有关，以活塞为研究对象根据受力平衡判断水平外力F的变化．
【详解】
AB．封闭气体等温膨胀过程，温度是分子热运动平均动能的标志，故分子热运动的平均动能不变，不是每个分子的速率都不变，故A错误，B正确；
C．气体等温膨胀，根据玻意耳定律PV＝C，可知气压不断减小，故内外压力差变大，向左，故F逐渐变大，故C正确；
D．封闭气体等温膨胀过程，气体对外做功，温度是分子热运动平均动能的标志，故分子热运动的平均动能不变，气体分子势能不计，故内能不变，故D错误；
E．内能不变，气体膨胀，对外做功，根据热力学第一定律△U＝Q+W，要吸收热量；故E正确；
【点睛】
本题的突破口是：题目中说“导热”的气缸缸且环境保持恒温，即判断气体做等温变化，然后会根据热力学第一定律判断各种变化．分析时要抓住温度的意义：一定质量的理想气体的内能只跟温度有关，温度是分子平均动能的标志．
8．ABE
【解析】
【分析】
根据理想气体状态方程和热力学第一定律分析；根据理想气体状态方程整理出压强-温度的表达式，依据表达式判断气体体积的变化；
【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，d-a过程中气体体积不断增大，故D错误，E正确；
故选ABE。
【点睛】
图象类的物体解决的关键是整理出图象对应的表达式，根据表达式判断各物理量的不变情况。
9．ADE
【解析】
【分析】
过程①③是等压变化，结合体积变化情况和理想气体状态进行分析，可知过程①中气体对外做功，温度升高，内能增加，一定从外界吸收热量，过程③中体积减小，温度降低．②中是等容变化，对外不做功．利用理想气体状态和过程对各点内能进行判断．
【详解】
A．过程①中气体对外做功，温度升高，内能增加，一定从外界吸收热量，A正确；
B．过程②中气体体积不变，气体不做功，B错误；
C．过程③中气体压强不变，体积减小，温度降低，C错误；
D．对理想气体，状态c压强最大，体积最大，故温度最高，内能最大，D正确；
E．气体在状态a的温度低于在状态d的问题，在状态a的内能小于状态d的内能，E正确．
10．ADE
【解析】
【分析】
明确温度是分子热运动平均动能的标志；
明确热力学第一定律公式：△U=Q+W的基本内容和应用；
自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的；体积不变，单位体积内分子数不变，温度升高，单位时间内撞击单位面积上的分子数增大．
【详解】
A项：温度高的物体分子平均动能一定大，但是内能不一定大，故A正确；
B项：外界对物体做功，若同时对外散热，物体内能不一定增加，故B错误；
C项：足球充足气后很难压缩是由于足球内外的压强差的原因，与气体的分子之间的作用力无关，故C错误；
D项：根据热力学第二定律可知，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故D正确；
E项：一定质量的理想气体保持压强不变，温度降低，则体积变小，单位体积内分子数不增大，单位时间内撞击单位面积上的分子数增大，故E正确．
故选ADE．
【点睛】
加强对基本概念的记忆，基本方法的学习利用，是学好3-3的基本方法．此处高考要求不高，不用做太难的题目．
11．BCD
【解析】
【分析】
【详解】
A、改变内能的方法是做功和吸放热，一定质量的理想气体放出热量，不知道是否做功，所以内能不一定增加，则分子平均动能不一定减少，故A错；
B、热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律，故B对；
C、根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100%，故C对；
D、在气体膨胀时对外界做功时可能伴随着吸放热，所以内能可能减小，故D对
E、熵是系统内分子运动无序性的量度，熵越大，系统的无序性就越大，所以一个孤立的系统不能说总是从熵大的状态向熵小的状态发展，故E错；
故选BCD
12．BCE
【解析】
【分析】
A→B过程中，体积不变，压强增大，B→C过程中，等温变化，C→D过程中，体积不变，压强减小，D→A过程中，等温变化。
【详解】
A项：A→B过程中，体积不变，由公式可知，气体温度升高，故A错误；
B项：B→C过程中，等温变化，气体内能不变，体积增大，气体对外做功，故B正确；
C、D项：C→D过程中，等容变化，压强减小，由公式，所以气体温度降低，内能减小，所以气体放出热量，故C正确，D错误；
E项：经过如图所示的一个斯特林循环，其中B→C过程中，等温变化，气体内能不变，体积增大，气体对外做功，D→A过程中，等温变变化，体积减小，外界对气体做功，由于B→C过程中体积变化大于D→A过程中体积变化，所以经过如图所示的一个斯特林循环气体对外做功，故E正确。
故选：BCE。
【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．(1) (2)
【解析】
①塞缓慢移动的过程，封闭气体做等压变化，有：，其中
解得：
②根据热力学第一定律可知，该过程中气体减少的内能为：
由可知，此处仅为数值
根据盖吕萨克定律可得：，解得：
14．① ②Q-（p0S+mg）h；
【解析】①活塞受力平衡p0S+mg＝pS
解得：
②加热过程中气体对外做功为W=（p0S+mg）h
由热力学第一定律知内能的增加量为
△U=Q-W=Q-（p0S+mg）h；
点睛：本题考查理想气体的状态方程和热力学第一定律，解题关键是分清理想气体是发生等容、等压还是等温变化，再合理选择公式求解．
15． ①150J；②300J
【解析】试题分析：①活塞缓慢上升为等压过程，由功的表达式求解即可．
②由热力学第一定律△u=W+Q可求．
解：①活塞缓慢上升，视为等压过程，则气体对活塞做功 W=F△h=p0S△h=150J
②根据热力学定律△U=W+Q=﹣150+450=300J
答：①缸内气体对活塞所做的功为150J。②此过程中缸内气体增加的内能△U=300J
点评：基本公式的应用，明确做功与热量的正负的确定是解题的关键．
16．(1)5 cm；(2)放热，在向右推活塞过程中，A中气体温度不变，气体内能不变；体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知气体应放热．
【解析】
【分析】
【详解】
（1）对空气B由
得
对空气A
由
得
且
PA＝PB，PA′＝PB′
解得
所以
（2）放热，在向右推活塞过程中，A中气体温度不变，气体内能不变；体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律
ΔU＝W＋Q
可知气体应放热。
17．（i）10J（ii） ；
【解析】（i）A状态至B状态过程是等温变化，气体内能不变，即
气体对外界做功：
根据热力学第一定律有：
解得：
（ii）由B到C做等压变化，根据盖吕萨克定律得：
解得：
A到C做等容变化，根据查理定律得：
解得： 。
点睛：本题根据热力学第一定律和盖吕萨克定律列式求解，注意理想气体的内能与热力学温度成正比。
18．（1） （2）140J
【解析】
（1）由图像可知，A到B过程中压强保持不变，则 解之得：
（2）由热力学第一定律得：
A到B过程中， ，即
B到C过程中， ，即
又，所以:
解之得：,即B到C过程中，气体向外传递热量140J．
点睛：理想气体实验定律和热力学第一定律作为热门考点，后期仍需重点强化和训练；热力学第一定律结合气体实验规律考查是高频热点，提示学生复习时注意过程的选择，以及物理量的符号确定，规范书写，提高得分率．