山东省怀仁县巨子高中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-3：热力学定律 单元复习题（含解析）

热力学定律
1．下列说法正确的是（）
A．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增加
B．液体中的悬浮微粒越小，布朗运动越明显
C．封闭在汽缸中的气体，体积减小，压强一定减小
D．两块纯净的铅板压紧后能合在一起，说明此时分子间不存在斥力
2．下列说法正确的是（ ）
A．被压缩的物体其分子之间只存在相互作用的斥力
B．布朗运动就是液体分子的热运动
C．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
D．理想气体对外做功时必需吸收热量
3．应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。例如人原地起跳时，总是身体弯曲，略下蹲，再猛然蹬地，身体打开，同时获得向上的初速度，双脚离开地面。从开始蹬地到双脚离开地面的整个过程中，下列分析正确的是：
A．地面对人的支持力等于重力
B．地面对人的支持力大于重力
C．人原地起跳过程中获得的动能来自于地面
D．人与地球所组成的系统的机械能是守恒的
4．下列说法正确的是__________
A．气体的温度升高，每个气体分子运动的速率都增大
B．若分子间的距离减小，则分子间的引力和斥力均增大
C．附着层内分子间距离小于液体内部分子间距离时，液体与固体间表现为浸润
D．已知阿伏伽德罗常数，气体的摩尔质量和密度，可算出该气体分子间的平均距离
E. 空调机制冷时，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
5．下列说法中正确的是___________。
A．内能不同的物体，它们的分子平均动能可能相同
B．外界对物体做功，同时物体向外界放出热量，物体的内能一定改变
C．绝热气缸中密封的理想气体在被压缩过程中，气体分子运动剧烈程度增大
D．单晶体和多晶体在物理性质上都表现出各向异性
E. 已知某物质的摩尔质量和分子质量，可以计算出阿伏加德罗常数
6．下列说法中正确的是（ ）
A．悬浮在液体中的微小固体颗粒的运动是无规则运动，说明液体分子的运动也是无规则的
B．物体中分子热运动的动能的总和等于物体的内能
C．橡胶无固定熔点，是非晶体
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
7．如图所示，传送带以v的速度匀速运动．将质量为m的物体无初速度放在传送带上的A端，物体将被传送带带到B端．已知物体到达B端之前已和传送带相对静止，则下列说法正确的是(　　)
A．传送带对物体做功为mv2
B．传送带克服摩擦做功mv2
C．电动机由于传送物体多消耗的能量为mv2
D．在传送物体过程中产生的热量为mv2
8．下列说法正确的是　　
A．悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动
B．一定质量理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
C．在完全失重的状态下，封闭气体对容器壁的压强为零
D．食盐熔化过程中温度保持不变，说明食盐是晶体
E. 自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性
9．下列说法正确的是　　
A．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映
B．气体对容器壁的压强是大量气体分子不断碰撞器壁产生的
C．第二类永动机是不可能制成的，因为它违反了能量守恒定律
D．一定质量的理想气体，当气体等温膨胀时，气体要从外界吸收热量
E.气体的体积是所有气体分子的体积之和
F.物体的温度越高，分子的平均动能越大
10．关于热现象和热学规律,下列说法中正确的是
A．悬浮在液体中的微小固定颗粒的运动是无规则的,说明液体分子的运动也是无规则的
B．物体中分子热运动动能的总和等于物体的内能
C．在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零
D．气体从外界吸收热量,其内能不一定增加
E.液体表面张力产生的原因是液体表面层分子较稀疏,分子间引力大于斥力
11．下列说法正确的是　　
A．在一定条件下晶体和非晶体间可以相互转化
B．空气中粉尘的运动属于布朗运动
C．用气筒给自行车打气时，要用力才能压缩空气，是因为空气分子间存在斥力
D．一定质量的理想气体发生等容变化过程中，其内能的变化由热传递来决定
E.热量可以从低温的物体传递给高温的物体，但一定会对环境产生影响
12．下列叙述正确的是（ ）
A．做功和热传递在改变物体内能的效果上是一样的，但是从能量转化的方面看二者是有本质区别的
B．因为第一类永动机和第二类永动机都违反了能量守恒定律，所以都不能制成
C．热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的一种具体表现形式
D．热力学第二定律阐述了一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性
E.电冰箱和空调的出现，用事实说明了热量可以自发地从低温物体传到高温物体
13．如图所示，一导热性能良好、内壁光滑的气组开口向上竖直放置．横截面积s=0.02m?、质量与厚度均不计的活塞，可以在气缸内自由滑动，括塞与气缸底部之间封闭了一定质量的理想气体，开始时活塞与气缸底部之间的距离为L=40cm．气体的初始温度为T=600K，压强为p=1.5×105Pa，已知环境温度T0=300K，大气压强p0= 1.0×105Pa.由于缸内气体缓慢散热，最终气体的温度达到与环境温度相同．(不计活塞与缸壁之间的摩擦) 求：
①活塞与气缸底部之间的最短距离；
②请写出气体状态变化的过程，并在p-V坐标系中画出气体状态变化过程的图线；
③在②间的过程中，外界对气体所做的功．
14．如图所示，可导热的汽缸内用很薄的质量不计的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞离汽缸底部的高度为h＝20cm，整体放在冰水混合物中．取一小盒砂子缓慢地倒在活塞的上表面上．砂子倒完时，活塞下降了h＝5cm．再取相同质量的一小盒砂子缓慢地倒在活塞的上表面上．外界的压强和温度始终保持不变，不计活塞与汽缸|7壁间的摩擦，求：
①第二次砂子倒完时活塞距汽缸底部的高度；
②在第二次倒砂子的过程中外界对气体做功70J，封闭气体吸热还是放热，传递的热量是多少．
15．如图所示,在竖直放着的高为H的圆柱形气缸内用质量m的活塞密封住一定质量的理想气体,活塞与容器壁之间无摩擦、容器的横截面积为S。开始时气体的温度为,活塞位于气缸中部,现对气缸缓慢加热,当活塞缓慢上升到距离顶部处时再次平衡,此过程气体吸收的热量为,外界大气压始终为、重力加速度为g。求:
（i）此过程中气缸内气体内能的变化量；
（ii）再次平衡时气体的温度T。
16．如图所示，面积为S，质量为M的活塞在气缸内封闭着一定质量的理想气体，现对缸内气体缓慢加热，使缸内气体的温度从T1升高到T2，气柱的高度增加了△L，内能增加了△U．已知整个过程中气体不会泄露，外界大气压强为p0，重力加速度为g．求
（Ⅰ）此加热过程中气体吸收的热量为多少？
（Ⅱ）若保持缸内气体温度不变，再在活塞上放一砝码，使缸内气体的体积又恢复到初始状态，则所放砝码的质量为多少？
17．如图所示，一直立的气缸用一质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为S，气体最初的体积为V0，气体最初的压强为；汽缸内壁光滑且缸壁是导热的．开始活塞被固定，打开固定螺栓K，活塞下落，经过足够长时间后，活塞停在B点，设周围环境温度保持不变，已知大气压强为p0，重力加速度为g．求：
①活塞停在B点时缸内封闭气体的体积V；
②整个过程中通过缸壁传递的热量Q（一定质量理想气体的内能仅由温度决定）．
18．如图所示，在水平固定的筒形绝热气缸中，用绝热的活 塞封闭一 部分气体。活塞的横截面积为0.2m2，外界大气压强为105Pa，气 体温度为27℃。活塞与气缸之间无摩擦且不漏气。用 一个电阻 丝R给气体加热，活塞将会缓慢移动。当气缸内温度升 高到77 ℃时，活塞移动了7.5cm。已知被封闭气体的温度每升高 1℃，其内能增加74.8J，求电阻丝对气体提供的热量为多少？
参考答案
1．B
【解析】
【分析】
根据热力学第一定律公式判断气体的内能的变化；布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，由液体分子碰撞的不平衡性造成；分子间同时存在引力和斥力；
【详解】
A、根据热力学第一定律，气体内能的变化由做功和热传递共同决定，只知道吸收热量无法判断内能的变化，故A错误；
B、布朗运动是由液体分子碰撞的不平衡性造成的，故悬浮微粒越小，碰撞的不平衡越明显，则布朗运动越明显，故B正确；
C、根据理想气体状态方程，封闭在气缸中的气体，体积减小，压强不一定减小，故C错误；
D、分子间的引力和斥力同时存在，两块纯净的铅版压紧后能合在一起只是引力表现的更明显，故D错误；
故选B。
【点睛】
关键是知道根据热力学第一定律，气体内能的变化由做功和热传递共同决定；布朗运动是由液体分子碰撞的不平衡性造成的，故悬浮微粒越小，碰撞的不平衡越明显，则布朗运动越明显。
2．C
【解析】
【详解】
被压缩的物体其分子之间存在相互作用的斥力和引力，选项A错误；布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的运动，是液体分子的热运动的反映，选项B错误；热量不可能自发地从低温物体传到高温物体而不发生其他的变化，选项C正确；理想气体体积变大时对外做功，气体可能吸热，也可能放热，还可能既不吸热也不放热，故D错误；故选C.
3．B
【解析】
【分析】
分析人的运动情况，根据受力分析明确人的受力情况，则可根据牛顿第二定律得出力的关系；由功能的转化可得出能量转化关系。
【详解】
A、B、人在上升过程中经历了先加速再减速过程，加速过程中人受到的支持力大于人的重力；故A错误，B正确.
C、人起跳时，地面对人不做功，人的动能来自于本身的生物能；故C错误.
D、由于有人体生物能转化为机械能，故机械能不守恒；则D错误.
故选B.
【点睛】
本题考查牛顿运动定律及功能转化，要注意明确支持力对人作用的位移为零，故支持力对人不做功，人是利用自身的能量得以增加机械能的。
4．BCD
【解析】
【详解】
气体的温度升高，气体分子的平均运动速率变大，并非每个气体分子运动的速率都增大，选项A错误；若分子间的距离减小，则分子间的引力和斥力均增大，选项B正确；附着层内分子间距离小于液体内部分子间距离时，液体与固体间表现为浸润，选项C正确；已知气体的摩尔质量和密度可求解摩尔体积，再除以阿伏伽德罗常数可得一个气体分子运动占据的体积，由此可算出该气体分子间的平均距离，选项D正确；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，产生了其他影响，即消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，故E错误；故选BCD.
5．ACE
【解析】
【分析】
内能与温度、体积、物质的多少等因素有关，而分子平均动能只与温度有关；根据热力学第一定律，分析做功和热传递两个因素，判断内能的变化；单晶体在物理性质上都表现出各向异性，多晶体在物理性质上都表现出各向同性；物质的摩尔质量除以分子质量等于阿伏加德罗常数。
【详解】
A. 内能与温度、体积、物质的多少等因素有关，而分子平均动能只与温度有关，故内能不同的物体，它们分子热运动的平均分子动能可能相同，故A正确；
B.根据热力学第一定律，如果外界对物体做的功与物体向外界放出热量相等，物体的内能不变，故B错误；
C. 绝热气缸中密封的理想气体在被压缩过程中，内能增大，温度升高，气体分子运动剧烈程度增大，故C正确；
D. 单晶体在物理性质上都表现出各向异性，多晶体在物理性质上都表现出各向同性，故D错误；
E. 物质的摩尔质量除以分子质量等于阿伏加德罗常数，故E正确。
故选：ACE
6．AC
【解析】
【分析】
布朗运动是固体小颗粒的运动，发映液体分子的无规则运动；
物体的内能包括分子动能和分子势能；
橡校是非晶体。
【详解】
A项：悬浮在液体中的微小固体颗粒的运动是无规则的，说明液体分子的运动也是无规则的；故A正确；
B项：物体中分子热运动的动能及分子势能之和等于物体的内能；故B错误；
C项：橡胶是非晶体，没有固定的熔点；故C正确；
D项：第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量耗散的方向性，故D错误。
故选：AC。
【点睛】
本题考查分子运动论、内能及晶体的性质，要注意明确内能包括分子动能和分子势能；而温度是分子平均动能的标志。
7．BC
【解析】
【分析】
电动机多消耗的电能转变成内能和物体的动能，根据功能关系分析电动机多做的功；根据运动学公式求出物体与传送带相对运动时，传送带的位移与物体位移的关系，得出传送带克服摩擦力做的功；
【详解】
A、物体受重力支持力和摩擦力，根据动能定理传送带对物体做的功等于物体的动能的增加量，即传送带对物体做功为，故A错误；
BD、在传送物体过程产生的热量等于滑动摩擦力与相对路程的乘积，即，设加速时间为t，物体的位移为，传送带的位移为；根据动能定理有：，故热量，传送带克服摩擦做功：，故B正确，D错误；
C、电动机由于传送物体多消耗的能量等于物体动能增加量和摩擦产生的内能之和，故等于，故C正确；
故选BC。
【点睛】
关键在于要懂得物体在匀加速运动过程，电动机要增加功率，多消耗电能，运用功能关系和牛顿定律、运动学公式进行分析；
8．BDE
【解析】
【分析】
布朗运动反映了液体分子的无规则运动，不能反映花粉分子的热运动；根据理想气体的状态方程，结合让老子第一定律分析；气体的压强是分子持续撞击器壁产生的；晶体具有固定的熔点；根据热力学第二定律分析。
【详解】
A、布朗运动是悬浮在水中花粉的无规则运动，由于花粉的运动是大量液体分子不断撞击形成的，所以布朗运动反应了液体分子的无规则的运动，故A错误；
B、一定质量的理想气体的压强不变、体积都增大时，根据理想气体的状态方程：，可知气体的温度一定升高，则内能增大；气体的体积增大的过程中对外做功，根据热力学第一定律可知气体一定从外界吸收热量，故B正确；
C、气体的压强是分子持续撞击器壁产生的，在完全失重的情况下，气体对器壁的压强不为零，故C错误；
D、晶体都具有固定的熔点，食盐熔化过程中温度保持不变，说明食盐是晶体。故D正确。
E、根据热力学第二定律可知，自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性。故E正确。
故选BDE.
【点睛】
本题重点要掌握布朗运动的实质，液体表面张力的形成的原因，气体压强的微观意义、分子势能以及热力学第一定律等知识点的内容，这一类的题目都比较简单，关键是在平时的学习过程中要多加积累。
9．BDF
【解析】
【分析】
本题考查布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的运动，第二类永动机是不可能制成的，因为它违反了热力学第二定律，改变内能的方式有做功和热传递，温度是平均动能的标志。
【详解】
A.布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的运动，间接反映了液体分子的无规则运动，故A错误；
B.气体对容器壁的压强是大量气体分子不断碰撞器壁产生的，故B正确；
C.第二类永动机是不可能制成的，因为它违反了热力学第二定律，故C错误；
D.根据热力学第一定律，当气体等温膨胀时，气体要从外界吸收热量，故D正确；
E.气体的体积是气体所能达到的空间，故E 错误；
F.温度是分子平均动能的标志，物体的温度越高，分子的平均动能越大，故F正确。
故选BDF。
10．ADE
【解析】
A、悬浮在液体中的微小固体颗粒的运动是无规则的，说明液体分子的运动也是无规则的；故A正确；B、物体中分子热运动的动能及分子势能之和等于物体的内能；故B错误．C、在完全失重的情况下，分子运动不停息，气体对容器壁的压强不为零，C错误；D、根据热力学第一定律，做功也可以改变物体的内能，D正确；E、液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力．故E正确．故选ADE.
【点睛】本题考查分子运动论、内能及晶体的性质，要注意明确内能包括分子动能和分子势能；而温度是分子平均动能的标志．
11．ADE
【解析】
【详解】
A.晶体和非晶体是相对的，在一定条件下可以相互转化，故A正确；
B.空气中飞舞的尘埃是由于空气的对流而形成的,不是布朗运动，故B错误；
C.用气筒给自行车打气时，要用力才能压缩空气，因为气体有压强，是要克服气体压力做功,故C错误；
D.一定质量的理想气体发生等容变化过程中，气体做功W=0，根据热力学第一定律，内能的改变只有热传递的方式，故D正确；
E.根据热力学第二定律，热量不可以自发地由低温物体传递给高温物体，但在一定的条件下，热量可以由低温物体传递给高温物体，E正确。
故选ADE.
12．ACD
【解析】
【分析】
【详解】
A．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，但做功是能量的转化，热传递是能量的转移，故A正确；
B．第一类永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律；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，内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因，故B错误；
C．热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的一种具体表现形式，故C正确；
D．热力学第二定律的内容：一种表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响．另一种表述是：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．第二定律说明一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，故D正确；
E．电冰箱和空调中热量可以从低温物体传到高温物体，消耗了电能，并非自发进行，故E错误。
故选ACD．
13．①L1=30cm ②先等容变化，再做等压变化；如图③W=200J
【解析】
【详解】
①当气体的温度最低时，活塞与气缸底部之间的距离最短为L，
根据理想气体的状态方程： 求得：L1=30cm
②气体首先经历等容变化，当压强变为P0后，气体开始做等压变化，P-V图像如下图所示：
③在②问过程中外界对气体对所做的功为：
W=P0S(L0-L1)=200J
14．①12cm②70J
【解析】①设大气和活塞对气体的压强为p0，加一小盒沙子对气体产生的压强为p，由玻马定律得：
p0h＝（p0＋p）（h－h）
得p＝
再加一小盒沙子后，气体的压强变为p0＋2P．设第二次加沙子后，活塞的高度为h＇，由玻马定律得：
p0h＝（p0＋2p）h＇
解得：h＇＝0.6h＝12cm
②气体等温压缩，内能不变，外界对气体做功，故气体一定放出热量
根据学第一定律，有：U＝W＋Q
故Q＝－W＝－70J（
气体放出热量70J
15．(1) (2)
【解析】（2）（i）由活塞受力平衡可知：,
气体对外做功：
由热力学第一定律
得到：
（ii）气缸内封闭的一定质量的理想气体，加热过程中气体的压强不变
初态时温度：，体积为
加热后末状态温度：，体积为
由理想气体状态方程：，得到：.
16．（1）Q=△U+（p0S+Mg）△L???????（2）
【解析】（ⅰ）假设缸内气体的温度为T1时压强为p1，对活塞进行受力分析，活塞受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，得：Mg+p0S=p1S?????????????????????
气体膨胀对外界做功为：W=p1S△L???????????????????????
根据热力学第一定律得：Q-W=△U????????????????????????
联立可得：Q=△U+（p0S+Mg）△L????????????
（ⅱ）气体变化的整个过程可视为等容变化，假设放入砝码的质量为m，缸内气体的温度为T2时压强为p2，将活塞和砝码视为一个整体进行受力分析，系统受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，得：（M+m）g+p0S=p2S????????????????
根据查理定律：???????????????????????
联立可得：m=
点睛：此题是理想气体状态方程和热力学第一定律的结合，关键要准确分析气体作何种变化，再选择相应的规律解答，根据平衡条件求解封闭气体的压强是惯用的思路，要加强训练，熟练掌握．
17．(1) (2)
【解析】
试题分析：①设活塞在B处时的封闭气体的压强为p，活塞受力平衡，则
解得：
由玻意耳定律
解得气体体积
②由于气体的温度不变，则内能的变化，由能量守恒定律可得
活塞下降的高度为
通过缸壁传递的热量
考点：本题经考察了封闭气体压强和热力学第一定律．
18．5240J
【解析】气体对外做功， ，气体内能增量ΔU＝3740J，
由热力学第一定律 可得
综上所述本题答案是: 5240J