第4章热力学定律课后练习-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册

这是一份第4章热力学定律课后练习-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册，共16页。
第4章热力学定律一、选择题（共15题）1．某系统的初状态具有内能1 J，在外界对它做0.5 J的功后，它放出0.2 J的热量，系统在这个过程中内能的增量是(　　)A．0.7 J B．0.3 J C．1.3 J D．－0.3 J2．下列说法中正确的是（　　）A．自然界的能量的总和是守恒的，所以节约能源是毫无意义的B．电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置C．电能转化为其他形式的能，是通过电流做功来实现的D．能量耗散表明自然界的能量总和在不断减少3．下列关于热现象的说法，正确的是   （       ）A．一定质量的气体被压缩时，气体压强不一定增大B．气体的温度升高，气体的压强一定增大C．一定质量的气体温度不变压强增大时，其体积也增大D．外界对物体做功，物体的内能一定增加4．下列说法正确的是（　　）A．图甲为中间有隔板的容器，隔板左侧装有温度为T的理想气体，右侧为真空。现抽掉隔板，气体的最终温度仍为TB．图乙为布朗运动示意图，悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟微粒相撞的液体分子越多，撞击作用的不平衡性表现的越明显C．图丙为同一气体在0℃和100℃两种不同情况下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图像，两图线与横轴所围面积不相等D．图丁中，液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，液体表面层中分子间的作用力表现为斥力5．下列说法中不正确的是（　　）A．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的B．功是能量转化的量度C．自然界中每种物质的运动形式都有与其相应的能所对应D．能的转化和守恒定律是可以制造出“永动机”的理论依据6．下列关于热学中的一些说法，正确的是（　　）A．水的表面张力是由于水表面层的分子间的引力使水表面绷紧B．加速运动汽车中的座椅动能增大，说明座椅的温度升高C．胡椒粉在开水中剧烈翻滚的运动就是布朗运动D．蒸汽机有可能把蒸汽的内能全部转化成机械能7．下列有关热学的说法中正确的是（　　）A．热量不可以从低温物体传递到高温物体B．气体吸收热量，其分子平均动能一定增加C．气体温度降低，其分子平均动能一定减小D．随着科学的进步，可以将物体的温度降到℃8．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，分子平均动能减小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．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9．下列关于热现象的说法正确的是（　　）A．某固体物质的摩尔体积为V，若该物体每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为B．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减小C．热量不能从低温物体传到高温物体D．对于一定质量的理想气体，压强不变时，若单位体积内的分子数增大，则气体分子的平均动能一定增大10．下列说法正确的是（　　）A．饱和汽压与体积有关B．水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，这是因为油脂使水的表面张力增大C．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变D．物体内能增加，不一定要从外界吸收热量11．如图所示，为一定量的理想气体从状态a经过状态b到达状态c的p-V图像，状态a的温度为Ta，状态c的温度为Tc，从状态a到状态b气体的内能变化的大小为50J。下列说法中正确的是（　　）A．Ta<TcB．从状态a到状态b的过程中气体从外界吸收热量175JC．从状态a状态到c的过程中气体的内能先减小后增大D．从状态a状态到c的过程中气体从外界吸收的热量大于200J12．对于一定质量的理想气体，在下列各过程中，不可能发生的过程是（　　）A．气体膨胀对外做功，温度升高                             B．气体吸热，温度降低C．气体放热，压强增大                                           D．气体放热，体积膨胀，温度不变13．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其过程的p-V图像如图所示，AB、BC均为直线。在此过程中（　　）A．该气体内能一直增加B．该气体一直对外做功C．该气体一直从外界吸热D．若该气体沿着AC直线从状态A变化到状态C，该过程中气体对外做的功大于由过程A→B→C气体对外做的功E．若该气体沿着AC直线从状态A变化到状态C，该过程中气体从外界吸收的热量等于由过程A→B→C气体从外界吸收的热量14．下列说法正确的是       A．一定量的气体吸收热量，其内能可能减小B．用油膜法测出油分子的直径后，要测定阿伏伽德罗常数，只需要再知道油的摩尔体积即可C．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和气压，水蒸发越快D．太空中水滴呈现完美球形是由于液体表面张力的作用E．相邻的两个分子之间的距离减小时，分子间的引力变小，斥力变大15．根据热力学定律，下列说法正确的是（　　）A．第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成B．效率为100%的热机是不可能制成的C．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递D．从单一热源吸收热量，使之完全变为功是提高机械效率的常用手段二、填空题16．功与内能的改变理解（1）ΔU＝W的适用条件是______过程．（2）在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能______；系统对外做功，系统的内能______。17．如图为利用饮料瓶制作的水火箭．先在瓶中灌入一部分水，盖上活塞后竖直倒置，利用打气筒充入空气，当内部气压达到一定值时可顶出活塞，便能喷水使水火箭发射升空．在喷水阶段，可以认为瓶内气体与外界绝热，则喷水阶段瓶内气体的温度___（选填“升高”、“降低”、“不变”），瓶内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力____（选填“增大”、 “减小”、“不变”）．18．如图所示，气缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性能良好的隔板，封闭着两部分气体A和B，活塞处于静止平衡状态。现通过电热丝对A气体加热一段时间，后来活塞达到新的静止平衡状态，不计气体分子势能，不计活塞与气缸壁的摩擦，大气压强保持不变，则气体A______（填“吸热”或“放热”），内能A______（填“增加”或“减小”）。19．小明观察到鱼缸中鱼儿吐出的气泡在上升过程中体积逐渐变大（气泡内气体可视为理想气体），这是因为上升过程气泡中的气体压强___________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。若鱼缸中的水温度恒定，气泡在上升的过程中会___________（选填“吸热”、“放热”或“不发生热传递”）。三、综合题20．解释下列定律或定理（1）动能定理（2）机械能守恒定律（3）热力学第一定律（4）库仑定律（5）电阻定律（6）部分电路欧姆定律．21．举例说明不可逆过程必定朝着熵增加的方向进行。22．热水瓶是日常生活中的用品，在使用中会出现许多物理现象．若热水瓶没有倒满水时，经过一夜，再拔软木瓶塞时感觉瓶塞被吸住了．①试根据有关的物理原理分析瓶塞被吸住的原因（设封闭气体的质量和体积不变）．②若拔起瓶塞的瞬间，瓶内气体对外界做功2J ，并向外界释放了4J的热量．问瓶内原有气体的内能变化了多少？23．某充气式座椅简化模型如图所示，质量相等且导热良好的两个气缸通过活塞封闭质量相等的两部分同种气体A、B，活塞通过轻弹簧相连如图所示静置在水平面上，已知气缸的质量为M，封闭气体的初始高度均为L、初始环境温度为T0，轻弹簧的劲度系数为k、原长为L0，大气压强为P0，重力加速度为g，活塞的横截面积为S、质量和厚度不计，弹簧形变始终在弹性限度内，活塞始终未脱离气缸。（1）求初始时A气体的压强；（2）若环境温度缓慢升至1.2 T0，求稳定后活塞a离水平面的高度；（3）若环境温度缓慢升至1.2 T0，A、B气体总内能增加U，求A气体从外界吸收的热量Q。
参考答案：1．B【详解】根据热力学第一定律：∆U=W+Q，因外界对它做0.5 J的功后，它放出0.2 J的热量，则∆U=0.5J-0.2J=0.3J，故选B.2．C【详解】A．自然界的能量的总和是守恒的，但人类可以利用的能源是有限的，节约能源不仅能使我们长久利用，并且可以减小由于常规能源在使用中带来的污染，节约能源对人类社会的发展有很大的意义，故A错误；B．电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置，故B错误；C．电能通过电场力做功，把电能转化为其它形式的能量，故C正确；D．能量耗散是针对一个系统（或一个物体）而言，能量在自然界中是守恒的，故D错误。故选C。3．A【详解】根据理想气体状态方程,压缩后的压强，知压缩后的压强还与压缩后的温度有关，如果压缩后的温度降低足够大，则气体压强可以减小，故A正确；气体的温度升高，若同时体积增大，气体的压强不一定增大，故B错误；定质量的气体温度不变压强增大时，根据气体状态方程，其体积应减小,故C错误;外界对物体做功时，可能物体同时对外放热，故内能不一定增加；故D错误.所以A正确，BCD错误．4．A【详解】A．因为右侧为真空，抽掉隔板后气体向右扩散不需要做功，所以气体内能不变，则温度不变，选项A正确；B．做布朗运动的颗粒越大，在某一瞬间跟它相撞的液体分子越多，撞击作用力越趋近于零，不平衡性表现得越不明显，选项B错误；C．因为同一气体分子总数一定，所以两图线与横轴所围成的面积应相等，选项C错误；D．液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，液体表面层中分子间的作用力表现为引力，选项D错误。故选A。5．D【详解】A．根据做功与热传递的特点可知，做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，故A正确；B．做功的过程总伴随能量的转化，功是物体能量转化的量度，故B正确；C．自然界中每种物质的运动形式都有其相应的能所对应，故C正确；D．结合热力学第二定律可知，第二类永动机不违反能的转化和能量守恒定律，但第二类永动机不能制成，故D错误。故选D。6．A【详解】A．水的表面张力是由于水表面层的分子间的引力使水表面绷紧，选项A正确；B．宏观物体的动能与微观粒子的动能以及温度无关，加速运动汽车中的座椅动能增大，不能说明座椅的温度升高，选项B错误；C．布朗运动用肉眼是观察不到的，胡椒粉在开水中剧烈翻滚的运动不是布朗运动，选项C错误；D．根据热力学第二定律可知，蒸汽机不可能把蒸汽的内能全部转化成机械能，选项D错误。故选A。7．C【详解】A．热量可以从低温物体传递到高温物体，但要引起其他的变化，例如电冰箱就是将热量从低温物体传递到高温物体，故A错误；B．根据热力学第一定律，气体吸收热量，但由于不知道气体对外做功情况，所以内能变化无法确定，从而无法确定其分子平均动能的变化，故B错误；C．温度是分子平均动能的标志，气体温度降低，其分子平均动能一定减小，故C正确；D．绝对零度℃无法达到，所以随着科学的进步，不可能将物体的温度降到℃，故D错误。故选C。8．A【详解】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，选项A正确；B．一定质量的理想气体，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，选项B错误；C．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，选项C错误；D．根据热力学第二定律可知，热机的效率不能达到百分之百，即使改进内燃机结构，提高内燃机内能转化率，最终也不可能实现内能完全转化为机械能，选项D错误。故选A。9．A【详解】A．对于固体物质，每个分子的体积V0可以等于摩尔体积V除以阿伏加德罗常数NA，则有，故A正确；B．当时，分子力表现为斥力，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大，故B错误；C．在自发状态下，热量不能从低温物体传到高温物体；当有外界对物体做功时，热量能从低温物体传到高温物体，故C错误；D．对于一定质量的理想气体，如果压强不变，体积与温度成正比，若单位体积内的分子数增大，体积降低则温度降低，气体分子的平均动能一定减少，故D错误。故选A。10．D【详解】A．饱和汽压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度，故一定温度下的饱和汽的分子数密度是一定值，相同温度下不同液体的饱和汽压一般是不同的，温度越高，液体越容易挥发，故饱和汽压随温度的升高而增大，而饱和汽压与气体的体积无关，故A错误；B．由于油脂将水及玻璃隔开，而水与油脂是不浸润的，故水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，但是并没有增大表面张力，故B错误；C．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，即分子动能增大，内能要增大，故分子势能增大，故C错误；D．物体内能增加，可以有做功和热传递两种方式，则不一定要从外界吸收热量，故D正确；故选D。11．B【详解】A．对a状态分析有对c状态分析有所以有所以A错误；B．对b状态分析有所以有结合理想气体状态方程有从a状态到b状态气体的内能增加50J，由P-V图像可知从a状态到b状态气体对外做功由热力学第一定律有解得所以此过程中气体从外界吸热175J，故B正确；C．由前面分析可知a到c过程中气体的内能先增大后减小，C错误；D．由前面分析可知a到c过程中气体的内能变化由P-V图像可知从a状态到c状态气体对外做功由热力学第一定律有解得即气体从外界吸收的热量等于200J，D错误。故选B。12．D【详解】A、气体膨胀对外做功，由热力学第一定律：可知，气体温度有可能升高，故A可能发生；B、气体吸收热量，如果同时对外做功，气体内能减小，则气体温度降低，故B可能发生；C、如果气体体积不变，气体不做功，气体吸收热量，由热力学第一定律可知，气体内能增加，气体温度升高，故C可能发生；D、如果气体体积膨胀，则气体对外做功，气体放热，由热力学第一定律可知，气体内能减少，气体温度降低．故D不可能发生；本题选择不可能发生的,故选D．13．ACD【详解】A．由可知，气体pV乘积一直增大，气体温度T一直升高，内能一直增大，A正确；BC．由于BC段气体体积不变，为等容过程，对外不做功，内能增大，故一直吸收热量，而AB段温度升高也在对外做功，所以一直在吸收热量，B错误，C正确；DE．气体沿AC直线过程，温度变化虽然相同，但是图线下方所围面积更大，故对外做的功更多，初末状态内能又相等，故需要吸收更多的热量，D正确，E错误。故选ACD。14．ABD【详解】一定量的气体吸收热量，根据热力学第一定律分析可知，其内能不一定增加，也可能减小，还与做功情况有关，A正确；由油分子直径可以求出油分子的体积，只要知道了油的摩尔体积，由摩尔体积和油分子体积之比可以求1摩尔油所含有的油分子数目，即可以求出阿伏伽德罗常数，B正确；相对湿度为某一被测蒸气压与相同温度下的饱和蒸气压的比值的百分数；在一定气温条件下，大气中相对湿度越大，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢，C错误；由于水分子的表面层中的分子之间的距离大于液体内部的分子之间的距离，所以分子的表面层中的分子力表现为引力，太空中水滴成球形，故D正确；分子间引力和斥力的同时存在，分子间的引力、斥力都变大，故E错误．15．BC【详解】A．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，故A错误；B．效率为100%的热机是不可能制成的，故B正确；C．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，故C正确；D．从单一热源吸收热量，使之完全变为功是不可能实现的，故D错误。故选BC。16．     绝热     增加     减少17．     降低     减小【详解】试题分析：当水火箭将水瞬时间喷出时，气体对外做功，而此瞬间过程没有吸热，故瓶内温度降低，从而是分子的平均速率减小，根据动量定理可以知道，在单位时间单位面积上分子的撞击力减小．18．     吸热     增加【详解】气体A体积不变，没有做功，通过电热丝对A气体加热一段时间，温度升高，内能增加，由热力学第一定律可知，气体A吸热。19．     变小     吸热【详解】因为气泡上升时，所处深度h变小，所以由得气泡受到水的压强变小，使气泡的体积变大。因为一定质量的气体，体积变大，压强变小，所以气泡内的压强p变小。气泡上升过程中体积变大，外界对气泡做负功，由于水温恒定，气泡内气体的内能不变，由热力学第一定律可知，气泡在上升的过程中会吸热。20．(1)动能定理：在一个过程中合外力对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的改变量,其表达式为(2)机械能守恒定律：如果系统内只有重力或弹力做功，系统内只有动能与势能相互转化，系统的总机械能保持不变，即(3)热力学第一定律：一个热学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，其表达式为(4)库仑定律：真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线，同名电荷相斥，异名电荷相吸．表达式为(5)电阻定律：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比，导体电阻还与构成它的材料有关，其表达式为（(6)部分电路欧姆定律：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比，其表达式为21．由热力学第二定律可知：在孤立系统中进行的自发过程总是沿着熵增加的方向进行，它是不可逆的，平衡态相应于熵最大值的状态。举例：当热量自发地从温度为T1的高温物体传向温度为T2的低温物体时，高温物体的熵减少低温物体的熵增加由于T1>T2，故熵的变化为即熵增加，故不可逆过程必定朝着熵增加的方向进行。22．①瓶内气体的压强减小②6 J【详解】①由于被封气体的体积不变，根据查理定律，可知，当温度降低时，瓶内气体的压强减小，小于大气压强所以感觉到瓶塞被吸住了．②根据热力学第一定律，减少了6 J23．（1）；（2）；（3）【详解】（1）设弹簧的弹力为F，所以所以对A分析，设A内气体的压强为，所以解得（2）等压变化，则有故弹簧压缩为解得活塞a离水平面的高度为（3）对气体A：气体内能增加气体膨胀对外做功为根据热力学第一定律，可得   解得