2022-2023学年粤教版选择性必修第三册 第三章 热力学定律 单元测试

第三章   热力学定律

(时间：75分钟　分值：100分)

一、单项选择题(本大题共7小题，每小题4分，共28分．每小题中只有一个选项是正确的，选对得4分，错选、不选或多选不得分．)

1．(2021·合肥调研)下列说法正确的是(　　)

A．电能不可能全部转变成内能

B．热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方向性

C．因为能量守恒，所以能源危机是不可能的

D．摩擦力做功的过程，必定有机械能转化为内能

B　解析：电能可以全部转化为内能，故A错误；热力学第二定律可表述为所有自发的热现象的宏观过程都具有方向性，故B正确；能量虽然守恒，但能源会逐步减少，且存在能量耗散，故C错误；静摩擦力做功时，没有机械能转化为内能，故D错误．

2．(2021·三明一中单元检测)在寒冷的冬天里泡一泡温泉，不仅可以消除疲劳，还可扩张血管，促进血液循环，加速人体新陈代谢．设水温恒定，则温泉中正在缓慢上升的气泡(　　)

A．压强增大，体积减小，吸收热量

B．压强增大，体积减小，放出热量

C．压强减小，体积增大，吸收热量

D．压强减小，体积增大，放出热量

C　解析：温泉中正在缓慢上升的气泡，压强减小，温度不变，由理想气体状态方程＝C，可知体积增大；温度不变，故内能不变，体积增大时，气体对外做功，由热力学第一定律，可知气体吸收热量，故C正确．

3．(2021·银川一中月考)如图是一定质量理想气体状态变化的V-T图像，图中ab∥cd，ad平行于横轴，bc平行于纵轴，由图像可知(　　)

A．a→b过程气体压强不变

B．b→c过程气体内能不变

C．c→d过程气体密度不变

D．d→a过程气体对外做功

B　解析：在VT图像中，过坐标原点的直线为等压变化，ab不过坐标原点，故不是等压变化，故A错误；由题图可知，b到c为等温变化，温度不变，故气体内能不变，故B正确；c到d为等压变化，由c到d体积减小，由于质量不变，故气体密度增大，故C错误；d到a为等容变化，气体对外不做功，故D错误．

4．(2021·南平一中期末)与一些传统方便食品相比，自热米饭(如图所示)具备不需要开水浸泡就能食用的优势．自热米饭盒内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热能，不需要明火，温度可超过100 ℃，盖上盒盖便能在10～15分钟内迅速加热食品．自热米饭的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵塞，容易造成小型爆炸．下列有关自热米饭盒爆炸的说法，正确的是(　　)

A．自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高、气体分子间斥力急剧增大的结果

B．在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体内能增加

C．在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体温度降低

D．自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，标志着每一个气体分子速率都增大了

C　解析：自热米饭盒爆炸前，盒内气体体积不变，分子间距离不变，分子间的作用力不变，故A错误；根据热力学第一定律知，爆炸前气体温度升高，内能增大，爆炸瞬间气体对外界做功，其内能减少，温度下降，故B错误，C正确；自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，分子平均动能增大，但并不是每一个气体分子速率都增大，故D错误．

5．(2021·石家庄一中月考)某学生利用自行车内胎、打气筒、温度传感器以及计算机等装置研究向自行车内胎打气、打气结束、突然拔掉气门芯放气与放气后静置一段时间的整个过程中内能的变化情况．车胎内气体温度随时间变化的情况如图所示，可获取的信息是(　　)

A．从开始打气到打气结束的过程中，由于气体对外做功，内能迅速增大

B．打气结束到拔掉气门芯前，由于气体对外做功，其内能缓慢减少

C．拔掉气门芯后，气体冲出对外做功，其内能急剧减少

D．放气后静置一段时间，由于再次对气体做功，气体内能增大

C　解析：从开始打气到打气结束的过程中，外界对车胎内气体做功，故A错误；打气结束到拔掉气门芯前，由于传热，车胎内气体温度下降，其内能缓慢减少，故B错误；拔掉气门芯后，车胎内的气体冲出，对外界做功，气体内能急剧减少，故C正确；放气后静置一段时间，由于传热，车胎内气体温度上升，内能增大，故D错误．

6．如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞．用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开．管塞被冲开前(　　)

A．外界对管内气体做功，气体内能增大

B．管内气体对外界做功，气体内能减小

C．管内气体内能不变，压强变大

D．管内气体内能增加，压强变大

D　解析：克服绳与金属管间的摩擦做功，使管壁内能增加，温度升高．进一步乙醚的温度升高，直至沸腾，管塞会被冲开．管塞被冲开前管内气体内能增加，压强变大．

7．(2021·南宁二中月考)把水和酒精混合后，用蒸发的方式可以分开，然后液化可恢复到原来的状态，这说明  (　　)

A．扩散现象没有方向

B．将水和酒精分开时，引起了其他变化，故扩散具有方向性

C．将水和酒精分开时，并没有引起化学变化，故扩散现象没有方向性

D．用本题的实验，无法说明扩散现象是否具有方向性

B　解析：扩散现象是不同物质相互接触时，彼此进入对方的现象，具有自发性，说明扩散现象具有方向性，故选项A错误；酒精具有易挥发的特性，所以用蒸发的方式使酒精挥发，然后再液化成酒精，这个过程引起了其他变化，所以说扩散现象具有方向性，故选项B正确，C、D错误．

二、多项选择题(本大题共3小题，每小题6分，共18分，每小题有多个选项是正确的，全选对得6分，少选得3分，选错、多选或不选不得分．)

8．(2021·上海中学周测)某同学做了如下实验：先把空烧瓶放入冰箱冷冻，取出后迅速用一个气球紧套在烧瓶颈上，再将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球膨胀起来，如图所示，与烧瓶放进热水前相比，放进热水后密闭气体的 (　　)

A．内能减小

B．分子平均动能增大

C．分子对烧瓶底的平均作用力变大

D．体积是所有气体分子的体积之和

BC　解析：由于热水的温度较高，将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，烧瓶和气球内气体吸收热量，温度升高，内能增大，A错误；由于温度升高，所以分子的平均动能增大，B正确；由于外界压强不变，气球膨胀，内部气体对气球膜的压力增大，内部气体压强增大，分子对烧瓶底的平均作用力增大，C正确；气体分子体积很小，对应的气体体积不是分子体积之和，D错误．

9．(2021·苏州中学月考)一定量的理想气体从状态a开始，经历过程ab、bc、ca回到原状态，其p-T图像如图所示．下列判断正确的是(　　)

A．过程ab中气体一定吸热

B．过程bc中气体既不吸热也不放热

C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放出的热量

D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小

AD　解析：过程ab，理想气体做等容变化，温度升高，理想气体的内能增大，气体一定吸热，A正确；过程bc，理想气体做等温变化，压强减小，体积变大，气体对外做功，气体一定吸热，B错误；过程ca，理想气体的压强不变，温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，气体对外放出的热量大于外界对气体做的功，C错误；温度是分子平均动能的标志，在a、b、c三个状态中，状态a的温度最低，其分子的平均动能最小，D正确．

10．(2021·宁波中学月考)太阳能路灯是采用晶体硅太阳能电池供电，用于代替传统公用电力照明的路灯，白天太阳能电池对蓄电池充电，晚上蓄电池的电能供给路灯照明．太阳光照射到地面上时，单位面积的辐射功率为P0＝1.0×103 W/m2.某一太阳能路灯供电系统对一盏LED灯供电，太阳能电池的光电转换效率为15%左右，电池板面积为1 m2，采用两组12 V蓄电池(总容量300 A·h)，LED路灯规格为“40 W　24 V”，蓄电池放电预留20%容量．下列说法正确的是(　　)

A．蓄电池的放电电流约为0.6 A

B．一盏LED灯每天消耗的电能约为0.40 kW·h

C．该太阳能电池板把光能转换为电能的功率约为40 W

D．把蓄电池完全充满电，太阳照射电池板的时间不少于38.4 h

BD　解析：蓄电池的放电电流为I＝＝ A＝1.67 A，A错误；一盏LED灯的功率为40 W，每天平均使用时间按10小时算，每天消耗的电能约为W＝P灯t＝40 W×10 h＝400 W·h＝0.40 kW·h，B正确；太阳能电池板把光能转化为电能的功率P＝P0S×15%＝(1.0×103×1)W×

15%＝150 W，C错误；把蓄电池完全充满电，假设太阳能电池板转化的电能全部用于对蓄电池充电，所需能量为E＝(1－0.2)qU蓄＝0.8×300×24 W·h＝5 760 W·h，若太阳能电池一直受太阳光照射，功率为150 W，则用时约为t＝ h＝38.4 h，D正确．

三、非选择题(本大题共5小题，共54分．)

11．(8分)一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的竖直气缸内，活塞可沿气缸无摩擦地上下滑动．开始时活塞静止，取一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上，在倒沙子的过程中，缸内气体内能__________(选填“增大”“减小”或“不变”)，气体对活塞__________(选填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体__________(选填“吸热”或“放热”)．

解析：取一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上，在倒沙子的过程中，外界对气体做正功，由于气缸导热，缸内气体温度不变，气体内能不变．外界对气体做正功，气体对活塞做负功，根据热力学第一定律，可知W＋Q＝0，气体放热．

答案：不变　做负功　 放热

12．(10分)一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C、D再回到状态A，其体积V与温度T的关系如图所示．图中TA、VA和TD为已知量．

(1)从状态A到B，气体经历的是________(选填“等温”“等容”或“等压”)过程．

(2)从B到C的过程中，气体的内能__________(选填“增大”“减小”或“不变”)．

(3)从C到D的过程中，气体对外________(选填“做正功”“做负功”或“不做功”)，同时________(选填“吸热”或“放热”)．

(4)气体在状态D时的体积VD＝________．

解析：(1)由题图可知，从状态A到B，气体体积不变，故是等容变化．(2)从B到C温度T不变，即分子平均动能不变，对理想气体即内能不变．(3)从C到D气体体积减小，外界对气体做正功，W>0，所以气体对外做负功，同时温度降低，说明内能减小，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知气体放热．(4)从D到A是等压变化，由＝得VD＝VA.

答案：(1)等容　 (2)不变　(3)做负功　放热

(4)VA

13．(10分)如图所示，内壁光滑的圆柱体气缸竖直固定在水平地面上，气缸开口向上，一面积为0.01 m2的活塞密封了一定的空气，在活塞的上方竖直固定一支架，在支架的O点通过细线系一质量为m＝8 kg的球，球心到O点的距离为L＝2 m．活塞与支架的总质量为M＝12 kg，已知当地的重力加速度g＝10 m/s2，大气压强p＝1.00×105 Pa，气缸和活塞都是绝热的．现将细线拉直到水平，稳定后由静止释放球，当球第一次运动到最低点时，活塞下降了h＝0.2 m且恰好活塞的速度为零，此时细线中的拉力F＝252 N．求球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中气缸中的气体增加的内能ΔE.

解析：设球在第一次运动到最低点时的速度为v，

根据牛顿第二定律得F－mg＝m.

根据热力学第一定律和能量守恒定律可知，

球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中气缸中的气体增加的内能ΔE为

ΔE＝pSh＋Mgh＋mg(L＋h)－mv2，

联立两式，代入数值得ΔE＝228 J.

答案：228 J

14．(2021·苏州中学单元检测)(12分)一定质量的理想气体从状态A→B，再从状态B→C，最后从状态C→A完成一次循环，如图所示．已知状态A时气体的温度TA＝900 K.

(1)求气体在状态B时的温度TB.

(2)求气体从状态B→C的过程中，气体对外做的功WBC.

(3)已知气体从状态C→A的过程中，外界对气体做的功WCA＝3.6×105 J，试说明该过程中气体是吸热还是放热，求吸收(或放出)了多少热量QCA.

解析：(1)A→B是等容变化，根据查理定律，得＝，

解得TB＝TA＝×900 K＝300 K.

(2)B→C是等压变化，且体积增大，所以气体对外做功WBC＝pBΔVBC＝1×105×(3－1) J＝2×105 J.

(3)C→A是等温变化，由于理想气体的内能只与温度有关，可知其内能不变，即ΔU＝0.

由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知外界对气体做的功全部以热量形式放出，故放热

QCA＝WCA＝3.6×105 J.

答案：(1)300 K　(2)2×105 J　(3)放热　3.6×105 J

15．(14分)如图所示，足够长的绝热气缸放在光滑水平面上，用横截面积S＝0.2 m2的光滑绝热薄活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，与活塞连接的轻杆的另一端固定在墙上．外界大气压强p0＝1.0×105 Pa，当气体温度T1＝300 K时，密闭气体的体积V1＝0.03 m3，现把气体温度缓慢升高到T2＝500 K．求：

(1)缸内气体温度为T2时的体积V2；

(2)气体温度升高的过程中，气体对外界所做的功W.

解析：(1)气体做等压变化，根据盖吕萨克定律有

＝，解得V2＝0.05 m3.

(2)气体对外界所做的功为W＝P0S(L2－L1)＝P0S·L2－P0SL1＝P0(V2－V1)，

解得W＝2 000 J.

答案：(1)0.05 m3　(2)2 000 J