山东省寿光中学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．关于热现象，下列说法中正确的是_________
A．一定质量的理想气体放出热量，它的内能可能增加
B．晶体一定具有规则形状，且有各向异性的特征
C．液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈
D．0℃的水和0℃的冰具有相同的内能
E.热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高度物体
2．以下说法中正确的有?　　
A．用热针尖接触金属表面的石蜡，熔解区域呈圆形，这是非晶体各向同性的表现
B．布朗运动是指液体分子的无规则运动
C．功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功
D．绝热过程不一定是等温过程
E.当分子力表现为引力时，分子势能都随分子间距离的增大而增大
3．如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q内为真空，整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则(　　)
A．气体体积膨胀，内能不变
B．气体分子势能减少，内能增加
C．气体分子势能增加，压强可能不变
D．气体分子势能可认为不变，气体分子的平均动能也不变
E.Q中气体不可能自发地全部退回到P中
4．如图所示，活塞和固定隔板把汽缸内的气体分成甲、乙两部分．已知活塞和汽缸壁均绝热，隔板由导热材料制成，气体的温度随其内能的增加而升高，现用力使活塞缓慢向左移动，下列做法正确的是__________
A．外力对气体乙做正功
B．气体乙的内能不变
C．气体乙将热量传递给气体甲
D．气体甲的内能不变
E.最终甲、乙两种气体温度相等
5．关于热现象，下列说法正确的是下列说法正确的是______________
A．扩散现象是由外界作用引起的，是化学反应的结果
B．在完全失重的情况下，熔化的金属能够收缩成标准的球形
C．食盐晶体的物理性质各个方向都是一样的
D．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大
E.并不是所有符合能量守恒定律的宏观现象都能自发形成
6．如图所示，斜面体静置在水平面上，斜面底端固定一挡板，轻弹簧一端连接在挡板上，弹簧原长时自由端在B点．一小物块紧靠弹簧放置，在外力作用下将弹簧压缩至A点．物块由静止释放后，恰能沿粗糙斜面上滑至最高点C，然后下滑，最终停在斜面上，斜面体始终保持静止．则下列说法正确的是(　　)
A．物块从A上滑到C过程中，地面对斜面体的摩擦力大小先减小再增大，然后不变
B．物块上滑过程速度最大的位置与下滑过程速度最大的位置相同
C．物块最终会停在A、B之间的某位置
D．整个运动过程中弹簧弹性势能的减少量等于系统内能的增加量
7．下列说法正确的是（ ）
A．气体的内能是所有分子热运动的动能和分子间的势能之和
B．一定量的理想气体等温膨胀时，一定吸收热量
C．功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功
D．第一类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律
E.凡是符合能量守恒定律的宏观过程一定自发地发生而不引起其他变化
8．如图所示，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，B→C和D→A为绝热过程（气体与外界无热量交换）．这就是著名的“卡诺循环”．该循环过程中，下列说法正确的是（?? ）
A．A→B过程中，外界对气体做功
B．B→C过程中，气体分子的平均动能减小
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不发生变化
9．以下说法中正确的是（　　）
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颗粒越小，来自各个方向的液体分子撞击的不平衡性越不明显
C．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加
D．气体做等温膨胀，气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数一定变少
10．下列说法正确的是（ ）
A．自然界中只要涉及热现象的宏观过程都其有方向性
B．在自然过程中一个弧立系统的熵总是增加或不变的
C．一定量的某种理想气体被压缩时,内能一定增加
D．一定量的某种理想气体在等压膨压过程中,内能可能减少
E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
11．对于热量、功和内能三者的下列说法中正确的是：________．
A．三者单位相同，物理意义相同
B．热量和功是内能的量度
C．热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定
D．系统内能增加了100 J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J，也可能是外界单纯地对系统传热100 J
12．如图所示，一斜面体始终静止在水平地面上，质量为m的木块沿粗糙斜面加速下滑h高度，速度大小由增大到，所用时间为t，木块与斜面体之间的动摩擦因数为在此过程中　　
A．木块沿斜面下滑的距离为
B．斜面体受水平地面的静摩擦力为零
C．如果给木块一个沿斜面向上的初速度，它将沿斜面上升到h高处且速度变为
D．木块与斜面间摩擦产生的热量为
13．如图所示，直立的气缸中有一定质量的理想气体，活塞的质量为m，横截面积为S，气缸内壁光滑且缸壁导热良好，周围环境温度保持不变．开始时活塞恰好静止在A处，现轻放一物体在活塞上，活塞下移．经过足够长时间后，活塞系统停在B点，已知AB=h，B处到气缸底部的距离为h，大气压强为p0，重力加速度为g．求：
（１）物体将活塞压至B处平衡时，缸内气体的压强p2；整个过程中，缸内气体是吸热还是放热；
（２）已知初始温度为27℃，若升高环境温度至T1，活塞返回A处达稳定状态，T1的值是多大．
14．一定质量的理想气体经历如图A→B→C→D→A所示循环过程，该过程每个状态视为平衡态。已知A态的温度为27 ℃。求：
(1)B态的温度TB。
(2)一次循环过程气体与外界的热交换Q为多少？是吸热还是放热？
15．理想气体的分子可视为质点，分子间除相互碰撞外，无相互作用力。如图3所示，正方体容器内密封着一定质量的某种理想气体。每个气体分子的质量为m，已知该理想气体分子平均动能与温度的关系为 (k为常数，T为热力学温度)。如果该正方体容器以水平速度u匀速运动，某时刻突然停下来。求该容器中气体温度的变化量。(容器与外界不发生热传递)
16．某压力锅结构如图所示。盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起。假定在海平面上压力阀被顶起时，压力锅内的温度为T1，之后每隔t0顶起一次。
（Ⅰ）若此时锅内气体的体积为V，摩尔体积为V0，阿伏加德罗常数为NA，写出锅内气体分子数的估算表达式。?
（Ⅱ）假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功W，并向外界释放了q的热量，在单位时间内锅体损耗能量为E，?时间t内锅需要从外界吸收多少热量？
（Ⅲ）试分析在不同的海拔高度使用压力锅时，压力阀被顶起时锅内气体的温度TH跟海拔高度H的关系式？已知大气压强p随海拔高度H的变化满足P＝p0（1－αH），其中常数α＞0，压力阀的质量为m，出气孔的横截面积为S。
17．如图所示，U形气红固定在水平地面上，气缸内部深度为3h，横截面积为S，在距缸口h处有微小挡板；现用重力等于的厚度不计的活塞封闭着一定质量的理想气体，气体温度为，气体压强为，外界大气压强也为，活塞紧压小挡板。已知气缸不漏气，活塞移动过程中与气缸内壁无摩擦。现给缸内气体缓慢加热，直到活塞最终静止于缸口。求：
①活塞刚要离开小挡板时气体的温度和活塞静止于缸口时气体的温度；
②若该理想气体的内能U与热力学温度成正比，可表达为U=CT，C为恒量，则整个过程中气体从外界吸收了多少热量?
18．如图所示，有两个不计厚度且质量均为lkg的活塞M、N，将两部分理想气体A、B封闭在绝热气缸内，温度均是27℃． M活塞是导热的，N活塞是绝热的，均可沿气缸无摩擦地滑动，已知活塞的横截面积均为S=10cm?.初始时M活塞相对于底部的高度为=18cm，N活塞相对于底部的高度为=12cm．已知大气压强为=1.0×l05Pa.(g=10m/s?)
(1)求下部分气体的压强多大?
(2)现通过气缸底都电阳绘财下部分气体进行缓慢加热，使下部分气体的温度变为127℃，求稳定后活塞M移动的距离?
(3)己知在加热过程中下部分气体吸热20J，求此过程中下部分气体的内能改变了多少？
参考答案
1．ACE
【解析】
【分析】
考查热力学第一定律、晶体、布朗运动、物体内能、热力学第二定律。
【详解】
A．一定质量的理想气体做放出热量的同时如果外界对其做功，则它的内能可能增加，故A正确；
B．晶体分单晶体和多晶体，只有单晶体具有规则形状，各向异性，而多晶体没有规则形状，各向同性，故B错误；
C．影响布朗运动的因素是温度和颗粒大小，温度越高颗粒越小，布朗运动越剧烈，故C正确；
D．水结冰时需要放热，故和同质量下0℃的水的内能大于0℃的冰的内能，同时内能与物质的量有关，如果不能明确质量的大小，则无法比较内能的大小，故D错误；
E．热传递具有方向性，故E正确．
故选ACE。
2．ADE
【解析】
热针尖接触金属表面的石蜡，熔解区域呈圆形，这是非晶体各向同性的表现，A正确；布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，B错误；功可以全部转化为热，根据热力学第二定律可知，在外界的影响下热量也可以全部转化为功，C错误；绝热过程中没有热传递，故外界对气体做功，气体的内能一定增加，所以温度变大，故不一定是等温过程，D正确；当分子力表现为引力时，分子势能都随分子间距离的增大而增大，E正确．
3．ADE
【解析】
容器内气体自由膨胀，气体与外界之间不做功也没有热交换，故气体的内能不变，A正确，B错误；气体分子间作用力很弱，气体体积变化时，气体分子势能可认为不变，C错误；内能不变，即温度不变，故分子的平均动能不变，D正确；据热力学第二定律，自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性，可知E项正确．
故选ADE．
【名师点睛】
由于是真空，气体膨胀对外不做功，整个系统与外界没有热交换，气体的内能不变；气体分子间作用力很弱，气体体积变化时，气体分子势能可认为不变；分子动能与温度有关；自然界涉及热现象的宏观过程都具有方向性．
4．ACE
【解析】
【分析】
正确理解热力学第一定律中△U变化决定因素，W、Q正负的含义，是利用该定律解题的关键．
【详解】
由于甲乙系统和外界是绝热的，因此不能和外界进行热交换Q=0，甲乙内能的变换只能通过外界做功引起，当活塞缓慢地向左移动一段距离时，乙气体体积减小，外界对乙做功，其内能增加，温度升高，然后通过隔板将热量传递给甲一部分，最终甲乙内能都增加，温度相同，故ACE正确，BD错误。
故选ACE．
5．BDE
【解析】
【分析】
考查扩散现象、液体表面张力、晶体、内能、热力学第二定律。
【详解】
A．扩散是分子热运动形成的，物体的性质没有变化，不是化学反应，A错误；
B．在体积一定的情况下，球体的表面积最小，在完全失重状态下，液体会收缩成球体，B正确；
C．食盐晶体是单晶体的物理性质沿各个方向都是不一样的，具有各向异性，C错误；
D．温度是分子热运动平均动能的标志；温度高的物体分子平均动能一定大，但是内能不一定大，D正确；
E．从热量从低温物体传递到高温物体需要借助外界做功，例如空调等，E正确；
故选BDE。
6．AC
【解析】
【分析】
物块能从C点下滑，说明其重力沿斜面向下的分力大于最大静摩擦力，可分析出物块最终停止的位置。物块的合力为零时速度最大，由平衡条件和胡克定律分析上滑和下滑速度最大的位置关系。根据能量和转化守恒定律分析整个运动过程中产生的内能与弹簧的最大弹性势能的关系.物块从A上滑到C过程中，以斜面体和物块整体为研究对象，分析地面对斜面体的摩擦力如何变化.
【详解】
A、物块从A上滑到B过程中，弹簧的弹力逐渐减小，在物体的合力等于零之前，由牛顿第二定律有 kx-f-mgsinα=ma，a随着x的减小而减小，方向沿斜面向上.
以斜面体、物块和弹簧整体为研究对象，由牛顿第二定律知：地面对斜面体的摩擦力 f=macosα，a减小，则f减小，方向水平向左.
在物体的合力等于零之后到B的过程，由牛顿第二定律有 f+mgsinα-kx=ma，a随着x的减小而增大，方向沿斜面向下.
以斜面体、物块和弹簧整体为研究对象，由牛顿第二定律知：地面对斜面体的摩擦力 f=macosα，a增大，则f增大，方向水平向右.
物体从B运动到C的过程，物体的加速度不变，则由f=macosα知，f不变，综上知，物块从A上滑到C过程中，地面对斜面体的摩擦力先减小再增大，然后不变；故A正确.
B、物块的合力为零时速度最大，上滑时速度最大时有：kx1=f+mgsinα，下滑时速度最大时有：kx2+f=mgsinα，对比可得，x1≠x2，说明物块上滑过程速度最大的位置与下滑过程速度最大的位置不同；故B错误.
C、物块能从C点下滑，说明其重力沿斜面向下的分力大于最大静摩擦力，可知，物块不可能停在BC之间，只能停在A、B之间的某位置；故C正确.
D、整个运动过程中，弹簧的弹性势能转化为内能和物体的重力势能，所以产生的内能小于弹簧的最大弹性势能；故D错误.
故选AC.
【点睛】
本题是力学综合题，分析物体的受力情况是基础，还要把握能量是如何转化的.对于加速度不同的物体，也可以运用整体法研究.
7．ABD
【解析】
【详解】
A.根据内能的定义，气体的内能是气体内所有分子热运动的动能和分子间势能之和，故A正确；
B.一定质量的理想气体等温膨胀，气体对外做功，而内能不变，根据热力学第一定律，气体一定从外界吸热，故B正确；
C.功可以全部转化为热，根据热力学第二定律可知，在外界的影响下热量也可以全部转化为功，故C错误；
D.第一类永动机是机器不消耗任何能量，却可以源源不断的对外做功，第一类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律，故D正确；
E.满足能量守恒定律的宏观过程不一定可以自发进行，比如热量就不能自发地从低温物体传到高温物体，故E错误。
故选ABD．
8．BC
【解析】
【分析】
【详解】
A、A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，故A错误；B、B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B正确；C、C→D过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，C正确；D、D→A过程中，绝热压缩，外界对气体做功，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，故D错误；故选BC．
【点睛】
A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，温度降低，C→D过程中，等温压缩，D→A过程中，绝热压缩，外界对气体做功，温度升高．
9．CD
【解析】
【详解】
知道摩尔体积和阿伏伽德罗常数，可以算出一个气体分子所占的空间，而不是一个分子的大小，故A错误；悬浮在液体中的固体颗粒越小，来自各个方向的液体分子撞击的不平衡性越明显，布朗运动越剧烈，选项B错误；根据热力学第一定律，在绝热条件下（Q=0）压缩气体(W>0)，则?E>0，即气体的内能一定增加，选项C正确；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气缸壁单位面积碰撞的次数将变少，故D正确；故选CD.
10．ABE
【解析】
【分析】
理想气体是一种理想化的物理模型，实际上并不存在；理想气体的内能仅与温度有关，与气体的体积无关；实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下可以看做理想气体．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体．
【详解】
A．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故A正确；
B．根据熵增原理可知，在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的，故B正确；
C．气体被压缩时，外界对气体做功W＞0，如果向外界放热Q＜0，根据热力学第一定律
△U=W+Q
可能△U=0内能不变，故C错误；
D．一定量的某种理想气体等压膨胀过程中，根据盖吕萨克定律可知，体积与热力学温度成正比，温度升高，内能增加，故D错误；
E．如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间必定处于热平衡，故E正确。
故选ABE．
【点睛】
只有熟练掌握热力学的一些基本概念，第二定律的内容才能顺利解决本题，故一定要注意基本概念的积累．
11．CD
【解析】
【详解】
A、热量、功和内能的国际单位都是焦耳，但热量、功、内能三个量的物理意义是不同的，热量和功是过程量，内能是状态量，故A错误；
B、热量和功二者可作为物体内能改变的量度，而不是内能大小的量度，故B错误；
C、热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定，热量和功是内能变化的量度，故C正确；
D、对一个绝热过程，对一个单纯热传递过程，故D正确；
故选CD．
【点睛】
热量是热传递过程中转移的能量，是一个过程量；功是能量转换的量度，也是一个过程量．
12．AD
【解析】
由平均速度公式可知，物体的下滑的平均速度为：；故下滑的位移为，A正确；对整体分析可知，整体一定有向左的加速度，根据牛顿第二定律可知，整体在水平方向一定受外力；即地面与斜面间的静摩擦力，B错误；由于物体在斜面上受摩擦力，故向上去的加速度一定大于向下来的加速度；故上升h时的速度一定小于，C错误；由能量守恒定律可知，故有：，D正确．
13．(1) ， 放热 (2) 327℃
【解析】
【分析】
【详解】
（１）设活塞静止在A处时，气体压强为p1．对活塞受力分析，由平衡条件可得
p1S=+mg
物体将活塞压至B处平衡时，缸内气体的压强为p2，对封闭气体由理想气体状态方程可得
p2Sh=p1S2h
联立解得p2=2p0+
理想气体温度不变，则内能不变，压缩气体，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知气体向外放热．
（２）环境温度升高，气缸中气体体积增大，此过程中始末状态压强相等，由盖?吕萨克定律可得，由于T0=27℃=300K，V1=2?V0
代入数据解得T1=600K=327℃；
点睛：本题主要是考查了理想气体的状态方程；解答此类问题的方法是：找出不同状态下的三个状态参量，分析理想气体发生的是何种变化，利用理想气体的状态方程列方程求解．
14．(1) 127 ℃ (2) Q＝25 J，Q为正，表示吸热
【解析】试题分析：由图象可知AB两个状态的体积，且由A到B做等压变化，根据盖吕萨克定律列式求解；从A态又回到A态的过程温度不变，所以内能不变，根据热力学定律列式求解。
由图象得VA=3L TA=t+273=27+273K=300K VB=4L
A到B等压变化，由盖吕萨克定律得：
代入数据解得：TB=400K 即t=1270C
②从A态又回到A态的过程温度不变，所以内能不变。
A到B气体对外做功W1=pA△V=100J
C到D外界对气体做功W2=pC△V=75J
外界对气体做的总功W=W2-W1=-25J
由热力学第一定律△U=W+Q
解得：Q=25J
Q为正，表示吸热
点睛：本题主要考查了理想气体状态方程和热力学第一定律的综合应用。运用热力学第一定律时，注意做功W和热量Q的符号，对外做功和放热为负的，对气体做功和吸热为正。
15．
【解析】试题分析：由题目中给定的信息，可相应得到初、末态气体分子平均动能与温度的对应关系。当容器突然停下来，气体的动能转化为气体的内能，可相应的求解容器中气体温度的变化量。
设气体初始温度为T1，末温度为T2，容器中气体分子总数为N
初始时分子平均动能
末态时分子平均动能
由能量守恒，气体的动能转化为气体的内能
可得
综上分析求解
16．（Ⅰ）（Ⅱ）（Ⅲ）
【解析】（Ⅰ）锅内气体分子数
（Ⅱ）每次放气损失能量
故时间t内锅需要从外界吸收
（Ⅲ）气体的压强为：
则的：
阀被顶起时锅内气体的温度：
17．(1) ； （2）
【解析】（ⅰ）①活塞未动前气体m、V一定，所以有 ①
解得 ②
②活塞上升过程m、p一定，所以有 ③
解得 ④
（ⅱ）活塞上升过程气体对外界做功 ⑤
气体的内能增加量 ⑥
再由 ⑦
解得
18．(1)1.2×105 Pa；(2)4cm；(3)15.2J
【解析】
【分析】
【详解】
(1) 以两个活塞为整体进行受力分析得
得

(2) 对下部分气体加热过程中，两部分气体均发生等压变化，上部分气体的温度，压强均未变，所以体积不变，因此，活塞M移动的距离等于活塞N移动的距离．
对下部分气体分析，初状态体积为h2S，温度T1=300K，末状态体积设为h3S，温度T2=400K
可得
得
h3＝16 cm
故活塞M和N均向上移动
h4＝16 cm-12 cm＝4 cm
（3）在该过程中，气体对外做功
由热力学第一定律
ΔU＝Q－W＝15.2 J
故气体内能增加15.2J