山东省济南中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-3：热力学定律 单元测试题（含解析）

热力学定律
1．一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，气体的压强随热力学温度的变化如图所示，则此过程中(　　)

A．气体的密度增大
B．气体分子热运动剧烈程度加剧
C．气体的密度减小
D．气体分子的内能增大
2．2013年2月15日,一团亮光划过俄罗斯车里雅宾斯克州上空,留下白色尾迹,有视频显示,当时巨大的橘红色火球掠过天空,爆炸时散发出比太阳更耀眼的光芒,陨石雨降落后,车里雅宾斯克州各类建筑的窗户被震碎,屋顶被掀翻下面叙述中正确的是(?? )
A．陨石坠入地球是内能转化为机械能的过程
B．陨石下落时,动能转化为重力势能
C．陨石坠入地球大气层成为流星是机械能转化为内能的过程
D．“鸡蛋大的陨石砸在地上就是一个坑”,说明陨石对地面做了功
3．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体颗粒的运动是无规则的，反映液体分子的运动是无规则的
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不为零
D．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
E.若气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大
4．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是( )
A．当气体温度变化时，气体内能一定变化
B．若气体的内能不变，其状态也一定不变
C．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变
D．若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大
E. 气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关．
5．如图，带有活塞的气缸中封闭一定质量的理想气体，将一个半导体NTC热敏电阻R置于气缸中，热敏电阻与气缸外的电源E和电流表A组成闭合回路，气缸和活塞具有良好的绝热（与外界无热交换）性能，若发现电流表的读数增大，以下判断正确的是（不考虑电阻散热）（　　）
A．气体一定对外做功
B．气体体积一定增大
C．气体内能一定增大
D．气体压强一定增大
6．下列说法中正确的是（ ）
A．当两分子间距离大于平衡距离r0时，分子间的距离越大，分子势能越小
B．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用
C．在空气中一定质量的100 ℃的水吸收热量后变成100 ℃的水蒸汽，则吸收的热量大于增加的内能
D．对一定质量的气体做功，气体的内能不一定增加
E.热量不可以从低温物体向高温物体传递
7．关于热现象和内能，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．外界对气体做了功，则气体的温度一定升高
C．一定质量的气体，体积不变时，温度越高，内能越大
D．温度升高，物体内分子的平均动能一定增加
E.气体能够充满容器的整个空间，是由于气体分子间呈现出斥力的作用
8．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．液体表面张力有使液面收缩到最小的趋势
B．晶体的各向异性是指沿不同方向其物理性质不同
C．温度总是从分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体转移
D．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
E.恒温水池中，小气泡由底部缓慢上升过程中，气泡中的理想气体内能不变，对外做功，吸收热量
9．如图所示，在斯特林循环P-V图象中，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，该循环过程中，下列说法正确的是__________
A．A→B过程中，气体从外界吸收热量
B．B→C过程中，气体分子的热运动变得更激烈
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线发生变化
E.A→B过程比C→D过程气体分子的平均动能小
10．一带电油滴在匀强电场E中的运动轨迹如图中虚线所示，电场方向竖直向下。若不计空气阻力，则此带电油滴从a运动到b的过程中（）
A．该电荷为负电荷
B．电势能增加，动能增加
C．动能和电势能之和减小
D．电势能和重力势能之和减小
11．如图所示，将一轻弹簧下端固定在倾角为θ的粗糙斜面底端，弹簧处于自然状态时上端位于A点。质量为m的物体从斜面上的B点由静止下滑，与弹簧发生相互作用后，最终停在斜面上。则下列说法正确的是
A．物体最终将停在A点
B．物体第一次反弹后不可能到达B点
C．整个过程中重力势能的减少量大于物体克服摩擦力做的功
D．整个过程中物体在A点的动能最大
12．(1)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
13．（1）下列说法中正确的是
A．无论技术怎样改进，热机的效率都不可能达到100%
B．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
C．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性
D．已知阿伏伽德罗常数、某气体的摩尔质量和密度，可估算该种气体分子体积的大小
E.在油膜法估测分子大小的实验中，用一滴酒精油酸溶液的体积与浅盘中油膜面积的比值可估测油酸分子的直径
（2）如图所示，有一截面积为的导热气缸，气缸内部有一固定支架AB，支架上方有一放气孔，支架到气缸底部距离为，活塞置于支架上，开始时气缸内部封闭气体的温度为300K，压强为大气压强，当外界温度缓慢上升至303K时，活塞恰好被整体顶起，气体由放气孔放出少许，活塞有回到支架处，气缸内气体压强减为，气体温度保持303K不变，整个过程中封闭气体均视为理想气体，已知外界大气压强恒为，重力加速度为g，不计活塞与气缸的摩擦．求：
(i)活塞的质量
(ii)活塞被顶起过程中放出气体的体积
14．如图所示，两个横截面积均为S、高度均为H的圆柱形容器底端通过粗细可忽略的极细管道相连，连接处装有阀门，整个装置导热性能良好，容器内壁光滑．左边容器上端是一个绝热活塞，活塞下方装有理想气体，右边容器内为真空，顶端封闭．开始时阀门关闭，活塞静止在容器顶端．现缓慢向活塞上添加沙子，当添加沙子的质量为活塞质量的2倍，再次稳定时活塞位于容器的中间位置，容器内的温度为T0．已知外界大气压强为p0．求：
①活塞的质量；
②此后将整个容器外层（除活塞外）及管道包裹保温材料，打开阀门后，活塞下降到时系统达到新的平衡．求此时容器内气体的温度及此过程气体内能的改变量．
15．2018年2月8日，在某高速公路发生一起车祸，车祸系轮胎爆胎所致．已知汽车行驶前轮胎内气体压强为2.5atm，温度为27℃，爆胎时胎内气体的温度为87℃，轮胎中的空气可看作理想气体
（1）求爆胎时轮胎内气体的压强；
（2）从微观上解释爆胎前胎内压强变化的原因；
（3）爆胎后气体迅速外泄，来不及与外界发生热交换，判断此过程胎内原有气体内能如何变化？简要说明理由．
16．某一质量理想气体从a开始经ab，bc,ca回到a；如图，状态a时体积1m3,压强1.0×105Pa，温度300K；
①求该气体在b状态的压强大小和在c状态的体积
②说明b到c过程气体吸热小于1.5×105J
17．可升降转椅由上下两部分组成，连接上下的是其升降部分，结构如图所示．导热性能良好的A、B两个金属筒间密闭了一定质量的气体（可视为理想气体）．已知A筒的横截面积为S（筒壁的厚度可忽略）、可沿B的光滑内壁上下滑动且不漏气，A筒及上部座椅的质量为m，两桶间气体温度为T1．由于室内温度上升，使得AB内气体的高度有h1缓慢升高到h2，该过程中气体吸收的热量为Q．已知重力加速度为g．外界大气压强恒为P0．求
①该过程中气体内能的增加量.
②若在气体高度为h2时质量为2m的人坐到座椅上，求稳定后气体的高度.
18．如图所示，一绝热气缸竖直放置，一定质量的理想气体被活塞封闭于气缸中，绝热活塞质量为m、横截面积为S，不计厚度，且与气缸壁之间没有摩擦。开始时活塞被销子K固定于距气缸底部高度为h1的A位置，气体温度为T1，压强为p1，现拔掉销子，活塞下降到距气缸底部高度为h2的B位置时停下，已知大气压强为p0，重力加速度为g。

（i）求此时气体温度TB；
（ii）若再用电热丝给气体缓慢加热，使活塞上升到距气缸底部高度为h3的C位置时停下，求活塞上升过程中气体对活塞做的功。
参考答案
1．A
【解析】
由图象可知，由A到B过程，气体温度不变，压强变大，由玻意耳定律可以判断出气体体积如何变化；气体体积变大，气体对外做功，体积减小，外界对气体做功；温度是分子平均动能的标志，理想气体内能由温度决定．
【详解】
由图线可知，在从A到B的过程中，气体温度不变，压强变大，由玻意耳定律可知，气体体积变小，VB＜VA；
A、气体质量不变，体积变小，由密度公式可知气体密度变大，故A正确；
B、气体体积变小，外界对气体做功，故B错误；
C、气体温度不变，内能不变，△U=0，外界对气体做功，W＞0，由热力学第一定律△U=Q+W可知：Q＜0，气体要放出热量，故C错误；
D、气体温度不变，分子平均动能不变，故D错误；
故选A.
【点睛】
根据图象，应用玻意耳定律判断出气体体积如何变化是正确解题的前提与关键，判断气体是吸热还是放热，要注意热力学第一定律的应用．
2．CD
【解析】
陨石坠入地球大气层成为流星，是陨石和空气摩擦生热的过程．陨石下落时，重力势能转化为动能和内能．陨石落地时，对地面有一个向下的力，相对地面发生了位移．
【详解】
陨石坠入地球大气层成为流星，是陨石和空气摩擦生热的过程，是机械能转化为内能的过程。故A错误；陨石下落时，重力势能转化为动能和内能。故B错误；陨石坠入地球大气层成为流星，是陨石和空气摩擦生热的过程，是机械能转化为内能的过程。故C正确。陨石落地时，对地面有一个向下的力，地面发生了位移，陨石对地面做了功。故D正确。故选CD。
【点睛】
本题关键要掌握能量的转化和守恒，特别注意：由于有摩擦生热，过机械能不仅仅转化为动能，还转化为内能．
3．ACD
【解析】
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；根据热力学第一定律分析．
【详解】
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．根据压强的微观意义可知气体对器壁的压强是由于大量分子对器壁持续的撞击形成的，与是否失重无关，故C正确；
D．压强不变，体积增大，根据理想气体状态方程知，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律△U=W+Q知，气体对外界做功，可知气体一定从外界吸热，故D正确．
E．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，压强不一定增大，还要看气体体积如何变化，故E错误．
故选：ACD．
【点睛】
题考查了分子动理论、气体内能、分子动能、分子势能、理想气体状态方程、热力学第一定律等基础知识点，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点，掌握判断内能变化的方法，可以根据分子动能和势能之和进行判断，也可以根据热力学第一定律进行判断．
4．ACE
【解析】
理想气体内能由物体的温度决定，理想气体温度变化，内能变化；由理想气体的状态方程可以判断气体温度变化时，气体的体积与压强如何变化．
【详解】
理想气体的内能由温度决定，温度变化气体内能一定变化，故A正确；若气体的内能不变，则气体的温度不变，气体的压强与体积可能发生变化，气体的状态可能变化，故B错误；由理想气态方程PV/T=常量，当等容升温变化时，可知若气体的压强和体积都不变，则温度不变，所以其内能也一定不变，故C正确。由气态方程PV/T=c知，温度T升高，pV一定增大，但压强不一定增大，故D错误。气体绝热压缩或膨胀时，气体不吸热也不放热，气体内能发生变化，温度升高或降低，在非绝热过程中，气体内能变化，要吸收或放出热量，由此可知气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关，故E正确；故选ACE。
【点睛】
本题关键掌握三个知识点：1、一定质量的理想气体，其内能只跟温度有关；2、气态方程pV/T=c；3、热力学第一定律△U=Q+W，并能用来正确分析．
5．ABC
【解析】
气体用活塞封闭，故气体的压强不变．电流表示数增大，则由闭合电路欧姆定律可知，电路中电阻R减小；根据半导体热敏电阻的性质可知，气缸内温度升高，内能变大；由气体状态方程PV/T=C可得，气体体积一定增大，气体对外界做功，故ABC正确，故D错误；故选ABC．
点睛：本题综合了热学与电学相关知识，要求掌握闭合电路欧姆定律及气体的内能只与温度有关，温度越高，则气体的内能越大．
6．BCD
【解析】
A、当两分子间距离大于平衡距离r0时，分子间的距离增大，分子力做负功，分子势能增加，A错误；B、液体表面张力的作用会使表面积最小，所以叶面上的小露珠呈球形，B正确；C、由于液体变成气体体积变大，要对外做功，由热力学第一定律知，吸收的热量大于增加的内能，C正确；D、对一定质量的气体做功时，气体可能对外放热，气体的内能不一定增加，D正确；E、根据热力学第二定律：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，如果有外界作用，热量可以从低温物体向高温物体传递，E错误．故选BCD.
【点睛】本题考查热学现象中的基本规律，该题关键是掌握热力学第一定律和热力学第二定律；其次要会分析分子力随距离的变化，以及分子力做功与分子势能变化关系，这些是重点考察内容，要注意准确理解．
7．ACD
【解析】
A．改变物体的内能的方式有两种：做功和热传递，故A正确；
B．外界对气体做了功，由于气体吸热、放热情况未知，气体的温度不一定升高，故B错误；
C．一定质量的气体，体积不变时，分子势能不变，温度越高，内能越大，故C正确；
D．温度是分子平均动能的标志，温度升高，物体内分子的平均动能一定增加，故D正确；
E．气体能够充满容器的整个空间，是由于气体分子无规则运动的结果，故E错误；
8．ABE
【解析】
【分析】
考查液体表面张力、晶体、热传递、布朗运动、热力学第一定律。
【详解】
A．液体表面张力有使液面收缩到最小的趋势，选项A正确；
B．晶体的各向异性是指沿不同方向其物理性质不同，选项B正确；
C．热量总是从分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体传递，选项C错误；
D．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，选项D错误；
E．恒温水池中，小气泡由底部缓慢上升过程中，因温度不变，则气泡中的理想气体内能不变，因随着上升的过程中，压强减小，体积变大，则对外做功，根据热力学第一定律可知，气泡吸收热量，选项E正确．
故选ABE。
9．ACD
【解析】
【分析】
考查理想气体P-V图。
【详解】
A．A→B为等温过程，内能?U=0，V变大，对外做功，W<0,由?U=W+Q可知Q>0，则吸热，选项A正确；
B．B→C过程V不变，P减小，由可知温度降低，故分子热运动减慢，选项B错误；
C．C→D，V减小，气体密度变大，T不变，压强变大，则单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，则选项C正确；
D．D→A，V不变，P增大，由可知，T升高，气体分子的速率分布曲线发生变化，选项D正确；
E．由B→C可知，温度降低，分子平均动能减小，故选项E错误．
故选ACD。
10．ACD
【解析】
【分析】
根据油滴运动轨迹，可以判断出重力和电场力的大小关系，然后根据功能关系求解即可。
【详解】
A、由轨迹图可知，带电油滴所受的合力方向竖直向上，带电油滴所受重力小于电场力，重力方向竖直向下，则电场力方向竖直向上，该电荷为负电荷，故A正确。
B、从a到b的运动过程中合外力做正功，动能增加；电场力做正功，带电油滴的电势能减小，故B错误。
C、根据能量守恒可知，带电油滴重力势能、电势能、动能三者之和保持不变。从a到b的运动过程中重力做负功，油滴的重力势能增加，因此动能和电势能之和减小，故C正确。
D、从a到b的运动过程中合力做正功，带电油滴的动能增加，所以电势能和重力势能之和减小，故D正确。
故选：A、C、D
【点睛】
本题在电场和重力场的复合场中重点考察带电油滴的功能关系转化．在学习过程中要明确各种功能关系是解这类问题的关键．
11．BC
【解析】
【详解】
A、由题意可知，物块从静止沿斜面向上运动，说明重力的下滑分力大于最大静摩擦力，因此物体不可能最终停于A点，故A错误；
B、由于运动过程中存在摩擦力，由于摩擦力做物体负功，所以物体第一次反弹后不可能到达B点，故B正确；
C、根据动能定理可知，从静止到速度为零，则有重力做功等于克服弹簧弹力做功与物块克服摩擦做的功之和，故C正确；
D、整个过程中，动能最大的位置即为速度最大的位置，即为第一次下滑与弹簧作用时，弹力与摩擦力的合力等于重力的下滑分力的位置，故D错误；
故选BC。
【点睛】
关键是知道弹簧做正功，弹簧的弹性势能减小；重力做正功，重力势能减小；而摩擦力做负功却导致系统的机械能减小，同时由对物体的受力分析来确定物体处于什么样的运动状态。
12．BCE
【解析】
【分析】
考查阿伏加德罗常数、布朗运动、饱和气体、第二类永动机、液晶。
【详解】
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；
B．悬浮在液体中固体微粒越小，布朗运动就越明显，故B正确；
C．一定温度下，饱和气体的压强是一定的，选项C正确；
D．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；
E．液晶既有液体的流动性，又具有单晶体的各向异性，故E正确．
故选BCE.
13．（1）ABC；（2）（i）1kg；（ii）2×10-6m3
【解析】
A、根据热力学第二定律，无论技术怎样改进，热机的效率都不能达到100%，故A正确；
B、露珠呈球状是由于液体表面张力的作用，故B正确；
C、能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，说明能量虽然守恒，但是仍然要节约能源，故C正确；
D、已知阿伏加德罗常数、某种气体的摩尔质量和密度，可以估算该种气体分子平均占据空间体积的大小，由于分子距离很大，故不能确定分子的大小，故D错误；
E、“油膜法估测分子的大小”实验中，用一滴油酸酒精溶液中油酸的体积与浅盘中油膜面积的比值可估测油酸分子的直径，不是油酸酒精溶液的体积与浅盘中油膜面积的比值，故E错误；
故选ABC.
⑵①气体进行等容变化开始时,压强为，温度；
当温度上升到且未放气时，活塞受力平衡,此时压强为，温度；
根据
解得
由平衡可得
解得
②等温变化时, ，，
解得
又
解得放出气体的体积
14．①②
【解析】
【分析】
【详解】
①设活塞质量为m，由玻意尔定律，得
其中
解得
②理想气体发生等压变化，由盖吕萨克定律，得
解得
根据热力学第二定律，得

此过程系统绝热
Q=0
外界对系统做功

联立解得
15．(1) 3 atm (2) 气体体积不变，分子密集程度不变，温度升高，分子平均动能增大，气体压强增大，超过轮胎承受的极限，造成爆胎． (3) 气体膨胀对外做功，但是没有吸收或者放出热量，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＜0，内能减少．
【解析】
试题分析：气体发生等容变化，应用查理定律可以求出气体的压强；气体压强与分子的平均动能与分子数密度决定，应用分子动理论分析答题．
气体作等容变化，p1＝2.5 atm，T1＝(27＋273)K T2＝(87＋273)K
由查理定律得：
解得：p2＝3 atm．
(2)气体体积不变，分子密集程度不变，温度升高，分子平均动能增大，气体压强增大，超过轮胎承受的极限，造成爆胎．
(3)气体膨胀对外做功，但是没有吸收或者放出热量，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＜0，内能减少．
点睛：本题主要考查了求气体的压强、应用分子动理论解释气体状态变化原因，应用查理定律与分子动理论即可正确解题．
16．（1） （2）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）从a到b的过程为等容变化
则有
解得
从c到a的过程为等压变化
则有
解得
（2）b到c过程，设气体对外做功绝对值W＇，则W＇=1.5×105J，但是实际围成面积小于虚线，由热力学第二定律，等温过程内能不变，吸热数值等于对外做功数值，即可说明．
17．（1） （2）
【解析】
（1）加入过程知气体等压膨胀，气体压强：
由热力学第一定律：ΔU=Q+W
解得
（2）质量为2m的人坐到椅子上直到稳定
此时气体压强：
由玻意耳定律：
所以
18．（i）（ii）
【解析】（i）活塞在A位置时，pA=p1，VA=Sh1，TA=T1
活塞在B位置时；VB=Sh2
压强为
由理想气体状态方程得：
解得：
（ii）活塞由B位置上升到C位置的过程为等压过程气体对活塞的压力一直为
气体对活塞做的功为
解得：
【点睛】本题考查了气体实验定律和热力学第一定律的综合应用，解题关键是要分析好压强P、体积V、温度T三个参量的变化情况，选择合适的规律解决，应用热力学第一定律时注意过程中做功的正负．