人教版2019高中物理选择性必修3【单元测试】2024-2025学年分层训练AB卷热力学定律B含解析答案

这是一份人教版2019高中物理选择性必修3【单元测试】2024-2025学年分层训练AB卷热力学定律B含解析答案，共21页。
热力学定律B学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．将压瘪的乒乓球（未漏气）浸泡在热水中，一段时间后乒乓球便恢复原状，乒乓球内部气体（视为理想气体）经历了由A→B→C的变化过程，V—T图像如图所示，T为热力学温度，已知理想气体的内能与热力学温度成正比，则下列结论正确的是（　　）A．状态A、B的压强大小相等B．从状态B到状态C，气体内能不变C．A→B→C过程，球内气体对外所做的功与气体从外界吸收的热量大小相等D．在状态A与状态C时乒乓球内气体压强之比为2．如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是（　　）A．在自发扩散过程中，气体对外界做功B．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变C．气体自发扩散前后内能相同D．气体在被压缩的过程中，内能减少3．一定质量的理想气体从状态经过再到，其压强和热力学温度的关系如图所示，和的延长线均经过原点，和横轴平行，则下列说法正确的是（　　）  A．状态的体积大于状态的体积B．的过程中，单位时间内单位面积的器壁上分子碰撞次数增加C．的过程中，气体要吸收热量D．完成一次循环过程，气体需要从外界吸收热量4．疫情期间，学校用装消毒液的喷水壶对教室进行消毒。如图喷水壶未喷水时阀门K闭合，压下压杆A可向瓶内储气室充气；多次充气后按下按柄B打开阀门K，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，喷水过程中温度保持不变，则（　　）A．喷水过程中，储气室内气体吸热B．喷水过程中，储气室内气体内能减小C．喷水过程中，储气室内气体分子数目减少D．喷水过程中，储气室内气体分子平均动能增大5．如图所示，开口向右的绝热汽缸，用绝热光滑活塞封闭一定质量的理想气体，轻绳左端连接活塞，另一端跨过光滑定滑轮连接质量为m的小桶，小桶静止，气体处于状态1。现接通电热丝一段时间后断电，活塞向右移动L后静止，气体处于状态2。由状态1到状态2气体内能增加量为。重力加速度大小为g，外界大气压强不变。下列说法正确的是（    ）A．状态2相比状态1，每个分子的速率都增大B．状态2相比状态1，分子单位时间内撞击单位面积器壁上的次数减少C．由状态1到状态2，气体内能的增加量等于电热丝释放的热量D．电热丝释放的热量为6．如图所示，导热性能良好的气缸竖直放置，气缸内用轻质活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可沿气缸无摩擦滑动，现往活塞上缓慢增加砂子，当砂子的质量为时，活塞下降的高度为，此过程中气体向外放出的热量为，继续缓慢添加砂子，当砂子的质量为时，活塞又下降了高度，此过程中气体向外放出的热量为，整个过程中环境的气压和温度均保持不变。关于上述各量的关系，下列说法正确的是（　　）  A． B． C． D．7．某同学将一定质量的理想气体封闭在导热性能良好的注射器内，注射器通过非常细的导气管与压强传感器相连，将整套装置置于恒温水池中。开始时，活塞位置对应刻度数为“8”，测得压强为P0。活塞缓慢压缩气体的过程中，当发现导气管连接处有气泡产生时，立即进行气密性加固。继续缓慢压缩气体，当活塞位置对应刻度数为“2”时停止压缩，此时压强为。则该过程中（　　）A．泄漏气体的质量为最初气体质量的B．气泡在上升过程中会放出热量C．在压缩气体的过程中，气体分子的平均动能变大D．泄漏出的气体的内能与注射器内存留气体的内能相等二、多选题8．一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p－V图像如图示。已知三个状态的坐标分别为a（V0，2p0）、b（2V0，p0）、c（3V0，2p0）。以下判断正确的是（　　）A．气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量B．气体在a→b过程中对外界做的功等于在b→c过程中对外界做的功C．在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D．气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量9．如图所示，是一个固定在水平面上的绝热容器，缸壁足够长，面积为的绝热活塞B被锁定。隔板A左右两部分体积均为，隔板A左侧为真空，右侧中有一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。以下说法正确的是（　　）A．气体从状态1到状态2是可逆过程 B．气体从状态1到状态2分子平均动能不变C．水平恒力F大小为 D．电阻丝放出的热量大小为10．如图，一定质量的理想气体从状态经热力学过程后又回到状态a，且外界环境为非真空状态。则下列说法正确的是（　　）A．b、c两个状态，气体的温度相同B．过程中，每个气体分子热运动的速率都增大了一倍C．过程中，气体的温度先降低再升高D．过程中，外界对气体做功E．循环过程中，气体吸收的热量比放出的热量多三、实验题11．“拔火罐”是一种中医的传统疗法，某实验小组为了探究“火罐”的“吸力”，设计了如图所示的实验。圆柱状汽缸（横截面积为S）被固定在铁架台上，轻质活塞通过细线与置于铁架台平面上的重物m相连，将一团燃烧的轻质酒精棉球从缸顶的阀门K处扔到汽缸内，酒精棉球熄灭时关闭阀门K。一段时间后，当活塞下的细线绷紧，且重物对铁架台平面压力刚好为零，此时活塞距缸顶距离为L。汽缸导热性能良好，重物缓慢升高，最后稳定在距铁架台平面处。已知环境温度恒为，大气压强恒为，重力加速度为g，汽缸内的气体可视为理想气体，活塞厚度忽略不计。(1)闭合阀门K，重物缓慢升高过程，缸内气体所经历过程为 过程（选填“等温”、“等容”、“等压”），此过程中缸内气体分子平均动能 （选填“变大”、“变小”、“不变”）。(2)求重物对铁架台平面压力刚好为零时，缸内气体的温度 。(3)若从酒精棉球熄灭到最终稳定的过程中气体放出的热量为Q，求该过程缸内气体内能的变化 。12．在“用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，某组同学先后两次使用如图（a）所示实验装置获得多组注射器内封闭气体的体积V和压强p的测量值，并通过计算机拟合得到如图（b）所示两组p-V图线。    （1）实验过程中应避免手握注射器含空气柱的部分，这是为了 ，为检验气体的压强p与体积V是否成反比例关系，可将图线转化为 图线；（2）两组图线经检验均符合反比例关系，由图判断导致①、②两组数据差异的原因可能是 （多选）。A．两组实验环境温度不同    B．两组封闭气体的质量不同C． 某组器材的气密性不佳    D．某组实验中活塞移动太快（3）某小组缓慢推活塞进行实验得到了数据图像①，验证了“玻意耳定律”，请从分子动理论的角度解释这个过程： 。在这个过程中，理想气体 （选填“吸热”、“放热”或 “无热交换”）。四、解答题13．如图所示，具有一定导热性能的柱形汽缸竖直放置，外界温度保持不变。一定质量的理想气体被横截面积为的轻质活塞封闭在汽缸内，此时活塞距汽缸底部的距离为，汽缸内气体温度为。先用外力缓慢地拉动活塞，上升的距离被挡块AB挡住。再通过电热丝对汽缸内气体快速加热，缸内气体吸收热量后，温度升高到。此时撤去外力，经过足够长时间，活塞缓慢回到初始位置。已知大气压强，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动，该理想气体经历的三个过程的P-V图，如图2所示。（1）请在图3中画出该理想气体经历的三个过程的V-T图；（2）在电热丝加热的过程中，汽缸内气体内能变化了多少；（3）撤去外力后汽缸内的气体放出多少热量？14．绝热汽缸A和导热汽缸B固定在水平地面上，由钢性杆连接的两个等大活塞封闭着两部分体积均为V的理想气体，此时气体的压强与外界大气压强p0相同、气体的温度与环境温度T0也相间。已知理想气体的内能U与温度T的关系为U=T为常量且。现给气虹A的电热丝通电，当电热丝放出的热量为Q1时汽缸B的气体体积减为原来的三分之一。若加热过程是缓慢的，忽略活塞与汽缸的摩擦。求：（i）汽缸A内气体的压强；（ii）汽缸B在该过程中放出的热量Q2。15．如图（a），两个质量相同的活塞将A、B两部分相同的理想气体密封在导热气缸内，初始时气缸水平放置且两部分气体体积均为。现将气缸缓慢转动到与水平方向成30°角的位置，如图（b）所示。已知大气压强为，活塞横截面积为S，重力加速度为g，活塞质量，不计活塞与气缸间的摩擦，环境温度保持不变。（1）求末状态时，A、B两部分气体的密度之比；（2）查阅资料知：如图（c），反比例函数图像上a、b间的曲线与x轴所围成的面积。求气缸旋转的过程中，A部分气体向外界放出的热量。参考答案：1．D【详解】A．根据可得因A点与原点连线的斜率较B点与原点连线的斜率较大，可知A状态的压强较小，即状态A、B的压强大小不相等，选项A错误；B．从状态B到状态C，气体温度升高，则内能增加，选项B错误；C．A→B→C过程，球内气体温度升高，内能变大，则气体从外界吸收的热量等于球内气体对外所做的功与内能增量之和，即选项C错误；D．根据可得在状态A与状态C时乒乓球内气体压强之比为选项D正确。故选D。2．C【详解】A．抽开隔板时，气体体积变大，但是右方是真空，气体对外界不做功，A错误；B．气体被压缩的过程中，外界对气体做功，根据可知，气体内能增大，气体分子的平均动能增大，B错误；C．抽开隔板时，气体体积变大，气体对外界不做功，又没有热传递，则根据可知；气体的内能不变，C正确；D．气体被压缩时，外界做功，气体内能增大，气体分子平均动能是变化的，D错误；故选C。【点睛】抽开隔板时，气体自发的扩散，不会对外做功；活塞对气体推压，则活塞对气体做功。3．D【详解】A．根据题意，由图可知，状态到状态的图像反向延长线过原点，可知，状态到状态为等容变化，状态到状态为等压变化，且温度升高，由盖吕萨克定律可得则有故A错误；B．根据题意，由图可知，状态到状态为等压变化，温度升高，分子的平均动能增加，则单位时间内单位面积的器壁上分子碰撞次数减少，故B错误；C．根据题意，由图可知，状态与状态气体温度相等，由理想气体状态方程可知，由于则有则从的过程中，气体体积减小，外界对气体做功，由于温度降低，气体内能减小，由热力学第一定律可知，气体要放出热量，故C错误；D．根据题意，结合上述分析可知则、过程中气体不做功，过程中，体积变大，气体对外界做功，过程中，体积减小，外界对气体做功，由图可知，过程中的压强大于过程中平均压强，则气体对外界做功大于外界对气体做功，完成一次循环过程，气体的温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故D正确。故选D。4．A【详解】AB．喷水过程中，气体对外做功W＜0由于气体温度不变，内能不变，则ΔE=0根据ΔE=W+Q可知，储气室内气体吸热，选项A正确，B错误；C．喷水过程中，储气室内气体质量不变，则分子数目不变，选项C错误；D．喷水过程中，储气室内温度不变，则气体分子平均动能不变，选项D错误。故选A。5．B【详解】A．由状态1到状态2气体内能增加，温度升高，分子平均动能增大，分子热运动平均速率增大，不是每个分子的运动速率都增大，故A错误；B．状态2相比状态1压强不变，温度升高，分子平均动能增大，体积增大，分子数密度减小，由压强的微观解释可知，分子单位时间内撞击单位面积器壁上的次数减少，故B正确；C．由状态1到状态2，由热力学第一定律可知，气体内能的增加量等于电热丝释放的热量减去气体对外做的功，故C错误；D．设大气压强为，活塞的横截面积为，气体压强为，由平衡方程得活塞向右移动L过程中，对外做功由热力学第一定律得得气体吸收的热量即电热丝释放的热量故D错误。故选B。6．B【详解】设初始时气体的压强与外界大气压强为，第一次加砂后气体压强为，活塞横截面积为S，气缸初始气体高度为H，有该过程是等温变化，有解得根据等温变化的p-V图像，面积代表做功可知，该过程气体的做功为由于理想气体温度不变，所以该过程气体内能不变，由热力学第一定律有解得设第二次加砂后气体的压强为，有从第一次加砂到第二次加砂有解得该过程气体的做功为由于理想气体温度不变，所以该过程气体内能不变，由热力学第一定律有解得故选B。7．A【详解】A．对被封闭气体，如没有泄露气体，等温变化时，由玻意耳定律解得x=6则泄露气体的质量与最初气体质量之比为4:6=2:3A正确；B．气泡在上升过程，随着压强的减小，体积将增大，气体对外做功，由热力学第一定律，温度不变内能不变，则此过程会吸收热量，B错误；C．注射器导热性能良好，在压缩气体的过程中，气体温度不变，气体分子的平均动能不变，C错误；D．由A项分析知泄露出的气体的质量与注射器内存留气体的质量之比为2:1，同种气体，在同样的状态下，显然泄露出的气体内能大于残留气体的内能，D错误。故选A。8．BC【详解】B．图线和体积横轴围成的面积即为做功大小，所以气体在过程中对外界做的功等于过程中对外界做的功，故B正确；A．气体从，满足玻意尔定律所以所以根据热力学第一定律可知气体从，温度升高，所以根据热力学第一定律可知结合B选项可知所以过程气体吸收的热量大于过程吸收的热量，故A错误；C．气体从，温度降低，所以气体体积减小，外界对气体做功，所以，根据热力学第一定律可知放出热量，故C正确；D．理想气体的内能只与温度有关，根据可知从所以气体从过程中内能的减少量等于过程中内能的增加量，故D错误。故选BC。9．BD【详解】AB．根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板A的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不做功，又没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，分子平均动能不变，故A错误，B正确；C．气体从状态1到状态2发生等温变化，则有解得状态2气体的压强为解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为对象，根据受力平衡可得解得故C错误；D．当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，可知气体做等压变化，则有可得状态3气体的体积为该过程气体对外做功为根据热力学第一定律可得解得气体吸收的热量为可知电阻丝C放出的热量为故D正确。故选BD。10．ADE【详解】A．根据理想气体状态方程，结合图中数据可知，b、c两个状态时，pV的乘积相等，即两个状态气体的温度相同，故A正确；B．a→b 过程中，气体体积不变，压强增大一倍，气体热运动的平均动能增大一倍，则平均速度变为原来的倍，并非每个气体分子速率增大一倍，故B错误；C．由理想气体状态方程可得结合图形和题意可知，气体的温度应该先升高后降低，故C错误；D．c→a 过程中，气体压强不变，体积减小，外界对气体做功，其做功大小为故D正确；E．根据p-V图像的面积表示气体对外所做功的功，结合题意可知，c→a 过程中，外界对气体做功，c→a →b过程中，向外界释放热量， b→c过程中，气体对外界做功，从外界吸收热量，结合图形可知，循环过程中，气体吸收的热量比放出的热量多，其值为三角形abc的面积，即，故E错误。故选ADE。11．(1) 等压 变小(2)(3)【详解】（1）[1]由于重物升高过程中，对活塞受力分析有由于大气压强和重物的重量不变，所以该过程中，封闭气体为等压变化。[2]重物缓慢升高过程，气体发生等压变化，所以由由于封闭气体的体积变小，所以气体的温度变小，所以气体分子的平均动能变小。（2）重物开始升高时，体积为重物升到最高时，体积为由之前的分析可知，重物升高过程中为等压变化，所以有解得（3）闭开关K，此时活塞下的细线刚好能拉起重物，则解得外界对气体做功为气体放出的热量为Q，根据解得12． 控制气体的温度不发生变化 或 AB/BA 见解析 放热【详解】（1）[1] 实验过程中应避免手握注射器含空气柱的部分，这是为了控制气体的温度不发生变化。[2] 根据理想气体状态方程可得或为检验气体的压强p与体积V是否成反比例关系，能较直观的判定该关系，可将图线转化为或图像。（2）[3]AB．根据，由曲线可知对于同一V值所对应的p值不同，故两组注射器内气体的p与V的乘积不相等，可知当气体质量一定时，若两组实验环境温度T不同， pV乘积不等；同理，当两组封闭气体的质量不同时，pV乘积不等，故AB正确；CD．若某组器材的气密性不佳，在实验中会漏气，气体质量会持续变化，此时不可能得到反比例关系图线；同理，若某组实验中活塞移动太快，会使注射器内封闭气体的温度不断变化，此时图线也不可能符合反比例关系，故CD错误。故选AB。（3）[4]一定质量的理想气体，其分子总数是一个定值，当温度保持不变时，则分子的平均速率也保持不变，当其体积增大几倍时，则单位体积内的分子数变为原来的几分之一，因此气体的压强也减为原来的几分之一；反之若体积减小为原来的几分之一，则压强增大几倍，即压强与体积成反比，这就是玻意耳定律。 [5]缓慢推活塞，气体体积减小，外界对气体做功，而温度保持不变则气体内能不变，故气体放热。13．（1）；（2）增加100J；（3）150J【详解】（1）该理想气体经历的三个过程的V-T图（2）加热过程中，气体温度从T0升高到2T0，气体的体积不变，则W=0缸内气体吸收热量则气体的内能增加（3）撤去外力后，气体进行等压压缩，气体温度从2T0降低到T0，内能减小外界对气体做功则气体放热14．（i）；（ii）【详解】（i）设AB内气体末态压强为P，对B气体由玻意耳定律得解得（ii）对A气体由理想气体状态方程得解得汽缸A内气体升温时内能增加汽缸B内气体内能不变；以汽缸AB内两部分气体为研究对象，由热力学第一定律得Q1=△U+Q2解得汽缸B内气体放出热量为15．（1）；（2）【详解】（1）A、B两部分气体的初态压强满足A、B两部分气体的末态压强分别为由玻意耳定律得联立各式得，因为两部分气体的质量相等，所以末状态时A、B两部分气体的密度之比为（2）A、B两部分气体的状态变化在同一条等温线上，由图线与横轴所围成的面积表示气体做的功可知，B气体对A气体做的功为A气体的温度保持不变，有由热力学第一定律解得A气体向外界放出的热量