第三章《热力学定律》单元测试（原卷版+解析版）

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第三章《热力学定律》 单元测试 班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________ （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 单项选择题（本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的） 1．指出下面例子中通过热传递改变物体内能的是（　　） A．感到手冷时，搓搓手就会觉得暖和些 B．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点，火柴燃烧起来 C．物体在阳光照射下温度升高 D．反复弯折一根铁丝，弯折的部分温度升高 【答案】C 【详解】物体在阳光照射下温度升高是通过热传递的方式来改变物体内能，搓手取暖、擦火柴以及反复弯折铁丝均是通过做功改变物体的内能。 故选C。 2．在乘坐飞机时，密封包装的食品从地面上带到空中时包装袋会发生膨胀现象，在此过程中温度不变，把袋内气体视为理想气体，则以下说法正确的是（　　） A．袋内空气分子的平均距离一定增大 B．袋内空气分子的平均动能一定增大 C．袋内空气压强一定增大 D．袋内空气一定向外界放出热量 【答案】A 【详解】A．气体膨胀，体积增大，所以袋内空气分子的平均距离一定增大，A正确； B．温度不变，所以袋内空气分子的平均动能一定不变，B错误； C．温度不变，根据公式pV＝C，气体体积增大，所以压强减小，C错误； D．对于理想气体，温度不变，内能不变，气体膨胀对外做功，所以袋内空气一定从外界吸收热量，D错误。 故选A。 3．如图所示，在试管内装适量水，用橡胶塞塞住管口，将水加热沸腾，又加热一段时间后，橡胶塞被推出。下列说法正确的是（    ） A．水沸腾前加热过程中试管内每个气体分子的速率都变大 B．水蒸气推出橡胶塞导致水蒸气内能增加 C．水被加热的过程中，其内能是通过吸热的方式改变的 D．水蒸气推出橡胶塞的过程中，可以实现将吸收的热量全部转化为橡胶塞的机械能而不引起其他变化 【答案】C 【详解】A．水沸腾前加热过程中,温度升高,不是每个分子的速率都变大，而是速率大的占的百分比变大。故A错误； B．水蒸气推出橡胶塞，水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，水蒸气内能减小，故B错误； C．水被火焰加热的过程中，其内能是通过热传递的方式改变的，故C正确； D．不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故D错误。 故选C。 4．热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一：热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体；其二：不可能从单一热源吸收热量，使之全部变成功，而不产生其他影响。第一种表述方式可以用图甲来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，你认为图乙示意图中正确的是（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】由题图甲可知，使热量由低温物体传递到高温物体必伴随外界做功，即引起其他变化；对于第二种方式，热机工作时，从高温物体吸收热量，只有一部分用来对外做功，转化为机械能，另一部分热量要排放给低温物体。 故选B。 5．气垫鞋是在鞋底的上部和下部之间加入一个气囊，能够有效降低冲击力，有非常好的减震效果，除了穿起来舒服以外，还可以对我们的膝盖起到很好的防护效果。在人从高处落地，鞋底与地面撞击的过程中，认为气囊中的气体未来得及吸收或放出热量，则气囊中的气体（    ） A．温度降低，速率大的分子数占总分子数的比例减小 B．温度升高，速率大的分子数占总分子数的比例增大 C．内能增加，气体对外界做正功，所有分子热运动速率都增大 D．内能减少，所有分子热运动速率都减小 【答案】B 【详解】CD．在鞋底与地面撞击的过程中，气囊中的气体变化过程属于绝热压缩过程，外界对气体做正功，由热力学第一定律可知气体内能增加，温度升高，分子热运动平均速率增大，故CD错误。 AB．气体内能增加，温度升高，根据气体分子速率分布规律可知，速率大的分子数占总分子数的比例增大，故A错误；B正确。 故选B。 6．如图为制作烧酒示意图，体积V、内壁光滑的圆柱形气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞，气缸内封闭的气体体积为0.5V、压强为、温度为，为大气压强。现给酒慢慢加热，当气体及酒的温度为时，酒的5%转变为气体（对应着和条件下气体体积增加0.1V）。下列说法正确的是（　　） A．气体的压强变为 B．气体对活塞做正功 C．气体的内能增大 D．气体分子平均动能不变 【答案】C 【详解】A．气体由两部分组成，一部分是之前气缸中的气体，另一部分是酒释放的气体，故初状态为 末状态为 由理想气体状态方程可得 解得 A选项错误； B．活塞不运动没有位移，气体对活塞不做功，B选项错误； C．气体吸热且不对外做功，根据热力学第一定律可知内能增大，C选项正确； D．由于温度升高，气体分子平均动能增大，D选项错误。 故选C。 7．如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验，那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是（　　） A．系统状态的改变只能通过传热来实现 B．机械能守恒 C．在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关 D．在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还与做功数量有关 【答案】C 【详解】焦耳通过多次实验，最后得到的结论是∶在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关。故选C。 多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分） 8．下列关于热力学第二定律的说法正确的是（　　） A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生 B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能 D．气体向真空的自由膨胀是可逆的 【答案】BC 【详解】A．符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，选项A错误； B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，选项B正确； C．根据热力学第二定律，机械能可以全部转化为内能，但在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能，选项C正确； D．气体向真空的自由膨胀是不可逆的，选项D错误。 故选BC。 9．如图所示，A、B两装置均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是（　　） A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量 B．A管内水银的重力势能大于B管的 C．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量 D．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同 【答案】BC 【详解】两种情况下大气压对水银槽内的水银做相同的功，因为玻璃管内吸进的水银一样多，所以水银槽内的液面下降相同的高度，外界大气压力对水银做功，使水银进入试管内，大气压力对水银做的功一部分增加了管内水银的重力势能，另一部分增加了水银的内能；由于A管中的水银重心高，故A管中水银的重力势能增量大，则A管中水银内能的增量小，即B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量。 故选BC。 10．下图是一台热机的循环过程，工作物质为理想气体，它由两个等容过程和两个等温过程组成，A→B温度为T1，C→D温度为T2，关于该循环，下列判断正确的是（　　） A．A→B的温度T1大于C→D的温度T2 B．B→C放出的热量等于D→A吸收的热量 C．A→B气体对外做功大于C→D外界对气体做功 D．气体分子在状态A时的平均动能大于在状态B时的平均动能 【答案】ABC 【详解】A．B→C过程，理想气体体积不变，压强变小，根据理想气体状态方程可知，热力学温度降低，即 故A正确； B．B→C和D→A均为等容过程，对外界不做功，温度变化相同，即内能变化量的大小相等，由热力学第一定律可知，放出的热量等于吸收的热量，故B正确； C．A→B气体温度不变，气体内能不变，气体压强减小，体积增大，气体对外界做功，C→D气体温度不变，气体内能不变，气体压强增大，体积减小，外界对气体做功，图像与坐标轴所围图形的面积等于气体做的功，由图像可知，A→B过程图像的面积大于C→D过程图像所围成的面积，即A→B气体对外做功大于C→D外界对气体做功，故C正确； D．A→B为等温过程，则两状态的温度相等，故气体分子在状态A时的平均动能等于在状态B时的平均动能，故D错误。 故选ABC。 非选择题（本题共5小题，共54分。请按题目要求作答） 11．（6分）根据能量转化与守恒定律，在与外界没有热传递的条件下，物体内能的增加量与外界对物体做功多少相等。为了验证此规律，某兴趣小组设计了如图所示的实验，在容器里装一定质量的水，中间装上带有叶片的转轴，转轴上绕上绳子，绳子另一端通过滑轮与一重物相连，当重物下降时，绳子拉动转轴转动，带动叶片旋转，使容器里的水温度升高，结合水的比热容计算出水中增加的内能。以此验证水的内能增加量与重物的重力做功多少是否相等。 (1)为了完成此实验，除已提供质量的电子天平外，还需要的测量工具有 ； (2)兴趣小组在实验过程中发现，水内能的增加量小于重物做功的大小，请写出造成这种现象的：一种原因 ； (3)改进实验后，获得那如表数据，规律得到验证。 若使容器内相同质量水的温度升高，则的重物需下降 m。 【答案】(1)刻度尺、温度计 (2)滑轮存在摩擦、液体会散热 (3)20 【详解】（1）[1]实验中应需要用刻度尺测量重物下降的高度、用温度计水升高的温度； （2）[2]在实验的过程中，由于滑轮存在摩擦、液体会散热等情况，使得水内能的增加量小于重物做功的大小； （3）[3]20kg的重物高度下降5m，水温升高0.5℃，即1kg的重物高度下降1m，水温升高0.005℃，则有25kg的重物高度下降1m，水温升高0.125℃，要使水温升高2.5℃，根据比例可知需要下降的高度为20m。 12．（8分）小明同学设计了一种测温装置，用于测量室内的气温（室内的气压为一个标准大气压，相当于76cm汞柱产生的压强），结构如图所示，大玻璃泡 A内有一定量的气体，与A相连的B管插在水银槽中，管内水银面的高度x可反映泡内气体的温度，即环境温度，将这个简易温度计放入冰箱，静置一段时间后 （1）玻璃泡内的气体分子平均动能 ，气体压强 （填“变大”、“变小”或“不变”），请用分子动理论的观点从微观角度解释气体压强变化的原因： （2）温度计放入冰箱后，B管内水银柱液面会 （选填“升高”、“降低”或“不变”）。设玻璃泡内气体内能变化的绝对值为，气体做功的绝对值为，则气体在这个过程中 （选填“吸热”或“放热”），变化的热量大小为 （3）冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明( ) A．热量能自发地从低温物体传到高温物体 B．热量不可以从低温物体传到高温物体 C．热量的传递过程不具有方向性 D．热量从低温物体传到高温物体，必然引起其他变化 【答案】 减小 变小 当气体体积不变时，温度降低，分子热运动程度降低，可知分子与容器碰撞的次数减少，故压强降低 升高 放热 D 【详解】（1）[1][2][3]温度降低，可知分子平均动能减小，当气体体积不变时，温度降低，分子热运动程度降低，可知分子与容器碰撞的次数减少，故压强变小。 （2）[4][5][6]温度降低，水银柱液面会上升，温度降低，内能降低，为负值，液面升高，外接对气体做正功，气体放热，根据 则 （3）[7]考察热力学第二定律：热传递的方向性，热量自发的从高温传到低温物体，但可以在外界的影响使得热量从低温传到高温物体，由于外界的影响也即引起了其他变化。 故选D。 13．（10分）如图所示，柱形绝热汽缸竖直放置，一定质量的理想气体被重力为、横截面积为S的绝热活塞封闭在汽缸内，此时活塞距汽缸底部的距离为，汽缸内气体热力学温度为。现通过电热丝缓慢对汽缸内气体加热，通过电热丝的电流为，电热丝电阻为，加热时间为，使气体热力学温度升高到。已知大气压强为，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动，设电热丝产生的热量全部被气体吸收，则汽缸内气体热力学温度从升高到的过程中，求： (1)活塞移动的距离； (2)该气体增加的内能； (3)若电热丝接在匝数比为的变压器副线圈上，原线圈为正弦式交流电，问原线圈的电压峰值为多少？ 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）设活塞上移距离，根据盖-吕萨克定律 即 则活塞移动距离为 （2）外界对气体做功为 对活塞受力分析可知 气体吸收的热量为 由热力学第一定律可知 则该气体增加的内能为 （3）由匝数与电压关系可知 其中 解得 则原线圈的电压峰值为 14．（12分）如图所示，在天河校区高三9班教室门前的栏杆上，用细绳绑着一只有助于舒缓压力的“奶龙”气球。观察发现，白天温度较高时，它能向上飘起，细绳拉紧；晚上温度骤降时，它不能向上飘起，细绳松弛。假设大气压强恒为p0，白天气温为T1，晚上气温为T2，空气密度为ρ，重力加速度为g。气球内封闭气体可视作理想气体，内部气压保持与大气压强相等，理想气体状态方程的比例常数为C。一定质量的同种理想气体的内能只与温度有关，U=kT（k为常数）。求： (1)气球所受空气浮力的变化量； (2)气球放出的热量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据公式可得浮力的变化量 根据理想气体状态方程 可得 得 （2）根据题意从白天到晚上气体内能变化为 过程气体体积减小，外界对气体做功 根据热力学第一定律 得 则气球放出的热量为 15．（18分）如图所示，一个质量为m的梯形活塞下表面水平，上表面与水平面成α角。在气缸内封闭一定质量的理想气体，气缸底部连接一U形细管（管内气体体积忽略不计）。开始时，封闭气体温度为T0，活塞下表面距离气缸底部的高度为3h0，距气缸底部2h0处固定有卡环，能限制活塞移动，细管两边水银柱存在高度差。已知水银密度为ρ，大气压强为p0，气缸横截面积为S，重力加速度为g。求： （1）细管两边水银柱存在的高度差h； （2）通过制冷装置缓慢降低气体温度，当两边水银面恰好相平时气体温度为多少； （3）从开始至两水银面恰好相平的过程，若气体放出的热量大小为Q0，气体内能的变化。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】(1)初态时，对活塞受力分析如图所示，设活塞斜面面积为S'，则有 且 得出 分析水银柱有 联立得 (2)初态体积和温度为 ， 要使两边水银面相平。则气缸内气体的压强 则此时活塞下表面与卡环接触，气体体积 设此时温度为T2，由理想气体状态方程有 得 (3)从开始至活塞下表面恰与卡环接触，气体压强不变，外界对气体做功 由热力学第一定律得 实验序号重物质量（）下降高度（m）升高温度（）12050.5220101.0320151.5410100.5530101.5640102.0