第三章　热力学定律测评卷2021-2022学年物理选择性必修第三册人教版2019（Word含解析）

第三章　热力学定律

(本试卷满分100分,考试用时75分钟)

一、单项选择题(本题共10小题,每小题4分,共40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.(2021湖北武汉钢城四中高二下期中)如图,内壁光滑、导热性能良好的汽缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体。当环境温度升高时,缸内气体(　　)

A.内能减少 B.对外做功

C.压强增大 D.分子间的引力和斥力都增大

2.(2020吉林汪清六中高二下期中)下面的例子中,通过热传递改变物体内能的是 (　　)

A.擦火柴,火柴开始燃烧 B.阳光照在湖面上,湖水升温

C.用锯条锯木头,锯条变热 D.搓搓手,会感觉暖和些

3.(2020北京大兴高二下期末)一定质量的理想气体,在温度升高的过程中 (　　)

A.气体的内能一定增加 B.外界一定对气体做功

C.气体一定从外界吸收热量 D.气体分子的平均动能一定不变

4.(2021江苏泰州高三三模)舰载机尾焰的温度超过1 000 ℃,因此国产航母“山东舰”甲板选用耐高温的钢板。下列说法中正确的是 (　　)

A.钢板是非晶体

B.钢板的物理性质是各向同性的

C.尾焰喷射到钢板上时,该处所有分子的动能都增大

D.发动机燃油燃烧产生的热量可以全部用来对舰载机做功

5.(2021江苏淮安高二下期中)在商场一些柜台前常见到一种气压凳(如图),它的高度可以调节且舒适性好。其原理结构简化模型就是一个汽缸活塞模型,内部封闭一定质量的氮气。如果有一个人坐上去,关于内部气体(视为理想气体,忽略与外界热交换)的说法正确的是              (　　)

A.外界对气体做功,内能增加

B.气体对外界做功,内能增加

C.体积减小,压强增大,温度不变

D.体积减小,压强不变,温度升高

6.(2021江苏南通南莫中学高二下期中)在夏季,如果自行车内胎充气过足,又放在阳光下暴晒,车胎极易爆裂(暴晒过程中内胎容积几乎不变)。关于这一现象,以下说法中不正确的是 (　　)

A.车胎爆裂是气体分子间斥力急剧增大的缘故

B.在爆裂前的过程中,气体温度升高,气体压强增大

C.在爆裂前的过程中,气体吸热,内能增加,分子热运动加剧

D.在车胎突然爆裂的瞬间,气体对外做功,内能减少

7.(2021山东济南高三二模)泉城济南,以泉闻名。小张同学在济南七十二名泉之一的珍珠泉游览时,发现清澈幽深的泉池底部,不断有气泡生成,上升至水面破裂。气泡在泉水中上升过程中,以下判断正确的是 (　　)

A.气泡对泉水做正功,气泡吸收热量

B.气泡对泉水做正功,气泡放出热量

C.泉水对气泡做正功,气泡吸收热量

D.泉水对气泡做正功,气泡放出热量

8.(2021山东夏津一中高二下月考)如图所示,置于水平桌面上的汽缸导热良好,用活塞封闭了一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。现用水平向右的外力F作用在活塞上,使其缓慢向右移动,汽缸始终静止,外界温度保持不变。在活塞被拉出汽缸前的过程中              (　　)

A.气体对外界做功,吸收热量

B.气体温度降低,放出热量

C.气体压强逐渐减小,内能减小

D.气体体积逐渐增大,内能增大

9.(2021江苏淮安高三模拟)如图所示,一定质量的某种理想气体从状态A变化到状态B (　　)

A.可通过等容变化实现 B.不可能经过体积减小的过程

C.气体一定从外界吸热 D.外界一定对气体做正功

10.(2021山东济南历城二中高三上月考)卡诺循环是能体现热机工作时汽缸内气体状态循环变化基本特性的理想循环,其循环过程如图所示。卡诺循环包含1、3两个等温过程和2、4两个绝热过程。汽缸内气体可看作理想气体,关于卡诺循环,下列说法正确的是              (　　)

A.过程1气体放热

B.过程2气体温度升高

C.过程3气体对外界做功

D.经a→b→c→d→a完整循环过程时气体对外界做的功大于外界对气体做的功

二、多项选择题(本题共4小题,每小题5分,共20分。全选对得5分,选对但不全得3分,选错或不选得0分)

11.(2021福建莆田高二下月考)下列关于能量转换过程的叙述,不违背热力学第一定律,但违背热力学第二定律的有 (　　)

A.压缩气体时气体内能的增加量可能大于外界对气体所做的功

B.气体向真空自由膨胀时不对外做功,不耗散能量,所以该过程是可逆的

C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功,而不产生其他影响

D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内

12.(2020河南林州一中高二下调研)关于热现象,下列说法正确的是 (　　)

A.热量不能自发地从低温物体传到高温物体

B.物体速度增大,则组成物体的分子动能增大

C.绝热密闭容器中一定质量气体的体积增大,其内能一定减少

D.相同质量的两个物体,升高相同温度,内能增加一定相同

13.(2021山东济南长清一中高二下月考)如图是某喷水壶,未喷水时阀门闭合,压下压杆可向瓶内储气室充气;多次充气后按下按柄打开阀门,水会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体,充气和喷水过程温度保持不变。则下列选项中说法不正确的是              (　　)

A.充气过程中,储气室内气体分子的数密度增大

B.充气过程中,储气室内气体分子的平均动能增大

C.喷水过程中,储气室内气体吸热

D.喷水过程中,储气室内气体内能减小

14.(2020江西景德镇一中高二上期末)如图所示是表示一定质量的理想气体的体积V和摄氏温度t变化关系的V-t图像,气体由状态A变化到状态B的过程中,下列说法正确的是 (　　)

A.气体的内能增大

B.气体的压强减小

C.气体的压强不变

D.气体对外做功,同时从外界吸收能量

三、非选择题(本题共4小题,共40分)

15.(6分)(2021广东佛山高三二模)某些汽车的发动机采用了“阿特金森循环”技术,可简化成发动机内部一定质量的理想气体经历了如图a→b→c→d→a的循环,此过程中燃料与空气的混合物燃烧,气体受热膨胀,通过机械装置对外做功。其中b→c过程:气体对外界　　　　(选填“做正功”“做负功”或“不做功”),气体内能　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”),能量相互转化的情况是　　　　。 

16.(8分)(2020四川棠湖中学高三上期末)如图所示,一篮球内气体的压强为p0、体积为V0、温度为T0,用打气筒对球充入压强为p0、温度为T0的气体,使球内气体压强变为3p0,同时温度升至2T0,充气过程中气体向外放出Q的热量,假设篮球体积不变,气体内能U与温度T的关系为U=kT(k为常数且取正值),求:

(1)打气筒对篮球充入压强为p0、温度为T0的气体的体积;

(2)打气筒对篮球充气过程中打气筒对气体做的功。

17.(12分)(2021江苏苏州高三上期末)如图所示,一汽缸水平放置,用一横截面积为S、厚度不计的活塞在缸内封闭一定质量的理想气体,活塞与缸底间的距离为L,在活塞右侧L处有一对与汽缸内壁固定连接的卡环,缸内气体的温度为T0,大气压强为p0,汽缸导热性良好。现将汽缸在竖直面内缓慢转过90°,汽缸开口向下,活塞刚好与卡环接触,重力加速度为g,不计汽缸与活塞间摩擦。

(1)求活塞的质量;

(2)再将汽缸在竖直面内缓慢转动180°,当汽缸开口向上时,对缸内气体缓慢加热,直到缸内活塞再次恰好与卡环接触,加热过程中气体内能增加ΔU,求缸内气体的温度和加热过程中气体吸收的热量。

18. (14分)(2021福建莆田高二下月考)如图所示,竖直圆筒是固定不动的,细筒内横截面积为S,粗筒横截面积是细筒的3倍,细筒足够长。利用活塞在筒内封有一定质量的理想气体,气柱长L。活塞上方的液柱的长度为H,活塞与筒壁间的摩擦不计,初始时活塞处于平衡状态,水面与粗筒上端相平,此时封闭气体压强为p1、温度为T1。对气体缓慢加热,直至液体的三分之一被推入细筒,此时封闭气体温度为T2(未知),已知大气压强为p0,液体密度为ρ,重力加速度为g。

(1)求活塞的质量;

(2)求温度T2;

(3)该过程气体吸热还是放热?请说明理由,并画出该过程气体的p-V图像。

答案

第三章　热力学定律

1.B　理想气体的内能只跟温度有关,所以温度升高,内能增大,故A错误;气体压强不变,温度升高,体积增大,则气体对外做功,故B正确,C错误;理想气体分子间距离较大,分子力忽略不计,故D错误。

2.B　擦火柴,用锯条锯木头,搓搓手,都是通过克服摩擦力做功来改变物体内能的,故A、C、D错误;通过太阳辐射,也就是热传递使湖水温度升高,所以湖水内能增大,故B正确。

3.A　一定质量的理想气体,不计分子势能,温度升高,气体分子的平均动能增大,则气体的内能一定增加,故A正确,D错误;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,一定质量的理想气体温度升高,内能增加,即ΔU>0,可能外界对气体做功,也可能气体从外界吸收热量,故B、C错误。

4.B　钢板耐高温,有确定的熔点,是晶体,故A错误;钢是多晶体,晶粒在空间取向杂乱无章,是各向同性的,故B正确;温度升高,分子的平均动能增大,并不是所有分子的动能都增大,故C错误;自发状态下,燃料产生的热量不可能全部用来做功,故D错误。

5.A　人坐上气压凳,凳面下降,气体体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律可知,气体内能增加,故A正确,B错误;气体被压缩,体积减小,可知气体压强增大;由以上分析可知,气体的内能增大,分子势能不变,则分子的平均动能增大,温度升高,故C、D错误。

6.A　气体分子间距较大,分子间作用力可忽略不计,则车胎爆裂不是分子斥力的作用,故A符合题意;自行车在爆裂前受暴晒的过程中,车胎内气体吸热温度升高,分子平均动能增加,而气体体积不变,单位体积内的分子数不变,因此气体压强增大,故B不符题意;根据热力学第一定律,车胎爆裂前气体吸热,内能增加,温度升高,分子的热运动加剧,故C不符题意;车胎突然爆裂的瞬间气体对外界做功,其内能应减少,故D不符题意。

7.A　气泡上升的过程中,外部的压强逐渐减小,气泡膨胀对外做功,由于外部恒温,在上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度,则内能不变,根据热力学第一定律ΔU=W+Q知,气泡内能不变,同时对外做功,所以必须从外界吸收热量,且吸收的热量等于对外界所做的功,故A正确。

8.A　活塞缓慢向右移动,气体体积V变大,故气体对外做功W<0;又汽缸导热良好,外界温度T保持不变,因温度是分子平均动能的标志,且忽略分子势能,故气体温度不变,气体内能不变,ΔU=0,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知气体吸收热量;由理想气体状态方程=C可知气体压强逐渐减小,故A正确,B、C、D错误。

9.C　根据 = C(常数)可得p = T,由此可知A、B与O点的连线表示等容变化,直线AO斜率大,则A状态下气体体积小,即A状态体积小于B状态的体积,所以气体自状态A变化到状态B的过程中,体积必然变大,故选项A错误;由于具体气体变化的过程未知,故可能经过体积减小的过程,选项B错误;整个过程,气体体积增大,气体对外做功,W为负值,从图中看出气体温度升高,所以内能增大,ΔU>0,故Q必为正值,即气体一定从外界吸热,故选项C正确、D错误。

10.D　过程1气体等温膨胀,内能不变,气体对外做功,吸收热量,故A错误;过程2为绝热膨胀过程,气体不吸、放热,对外做功,内能减小,温度降低,故B错误;过程3气体等温压缩,外界对气体做功,故C错误;在a→b→c→d→a完整循环过程中,由气体做功W=p·ΔV,可知气体做的功等于图线与横坐标轴包围的面积,1、2两个膨胀过程气体对外做功大于3、4压缩过程外界对气体做的功,因此气体对外界做的功大于外界对气体做的功,D正确。

11.BC　根据热力学第一定律可知,压缩气体时,有两种可能,一是如果不向外放出热量,气体增加的内能等于外界对气体做的功;二是如果向外放出热量,气体增加的内能小于外界对气体做的功,所以压缩气体时气体内能的增加量可能大于外界对气体所做的功,该过程违背热力学第一定律,故A不符合题意;气体向真空自由膨胀时不对外做功,不耗散能量,该过程是不可逆的,该过程不违背热力学第一定律,违背热力学第二定律,故B符合题意;某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功,而不产生其他影响,不违背热力学第一定律,违背了热力学第二定律,故C符合题意;制冷机消耗电能工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内,发生了内能的转移,同时对外界产生了影响,既不违背热力学第一定律,也不违背热力学第二定律,故D错误。

12.AC　根据热力学第二定律可知热量不能自发地从低温物体传到高温物体,故A正确;物体分子平均动能的标志是温度,与宏观速度无关,故B错误;绝热容器Q=0,气体体积增大,气体对外做功,W<0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,ΔU<0,内能减少,故C正确;两个物体质量相同,升高相同温度,吸收的热量不一定相同,且分子势能变化不确定,内能增加不一定相同,故D错误。

13.BD　充气过程中,储气室体积不变,气体分子数目增加,故分子的数密度增大,故A说法正确, 不符合题意;充气过程中,气体温度不变,则气体分子的平均动能不变,故B说法错误,符合题意;喷水过程中,液面降低,气体体积增大,储气室内气体压强减小,而温度不变,内能不变,由热力学第一定律知储气室内气体吸热,故C说法正确,不符合题意,D说法错误,符合题意。

14.ABD　气体由状态A变化到状态B的过程中,温度升高,气体的内能增大,故选项A正确;作出A、B两状态的等压线如图所示,由图像分析可知图线b斜率大,对应的压强小,说明从状态A到状态B压强减小,故选项B正确,C错误;气体由状态A变化到状态B的过程中,温度升高,则ΔU>0,体积增大,对外做功,则W<0,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知Q>0,说明气体从外界吸收热量,故选项D正确。

15.答案　不做功 (2分)　增大(2分)　化学能转化为内能(2分)

解析　b→c过程气体体积不变,气体对外界不做功。根据=C,气体体积不变,压强增大,故温度升高,气体内能增大,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,该过程气体吸收热量,即燃料燃烧产生的部分化学能转化为内能。

16.答案　(1)0.5V0　(2)Q+kT0

解析　(1)设打气筒对篮球充入压强为p0、温度为T0的气体的体积为V,以篮球内气体及充入的气体整体为研究对象,气体的初状态参量:p1=p0、V1=V0+V、T1=T0 (1分)

气体的末状态参量:p2=3p0、V2=V0、T2=2T0 (1分)

根据理想气体状态方程有= (1分)

解得V=0.5V0 (1分)

(2)因为气体内能U与温度T的关系为U=kT (1分)

所以打气过程内能变化ΔU=k(2T0-T0)=kT0 (1分)

由热力学第一定律得ΔU=W+(-Q) (1分)

解得打气筒对气体做的功W=Q+kT0 (1分)

17.答案　(1)　(2)T0　ΔU+p0SL

解析　(1)设活塞的质量为m,当汽缸开口向下时,缸内气体的压强p1=p0- (1分)

汽缸从水平转到开口向下,气体发生等温变化,则有:p0LS=p1×LS (2分)

联立解得活塞的质量m= (1分)

(2)设汽缸开口向上且活塞与卡环刚好要接触时,缸内气体的温度为T,缸内气体的压强p2=p0+=p0 (1分)

气体发生等容变化,则有= (2分)

解得T=T0 (1分)

设汽缸刚转到开口向上时,活塞离卡环的距离为d,则p0LS=p2S (1分)

解得d=L (1分)

在给气体加热的过程中,气体对外做的功为W=-p2Sd=-p0SL (1分)

根据热力学第一定律可知,气体吸收的热量为Q=ΔU-W=ΔU+p0SL (1分)

18.答案　(1)　(2)T1　(3)见解析

解析　(1)初状态活塞上表面的压强为p液1=p0+ρgH (1分)

对活塞受力分析,由平衡条件可得mg+p液1·3S=p1·3S (1分)

解得m= (1分)

(2)末状态,活塞上升的距离h1=H

细筒内液面上升的高度h2满足3Sh1=Sh2 (1分)

解得h2=H (1分)

此时液面高度H'=H-h1+h2=H

活塞上表面的压强为p液2=p0+ρgH' (1分)

对活塞受力分析,由平衡条件可得mg+p液2·3S=p2·3S (1分)

解得p2=p1+ρgH (1分)

气体升温后气柱长度为L+h1=L+H (1分)

由理想气体状态方程有= (2分)

解得T2=T1 (1分)

(3)温度升高,理想气体内能增大,即ΔU>0;气体体积变大,气体对外界做功,即W<0,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,Q>0,气体吸热,p-V图像如图所示。

　　　　　　 (2分)