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A含解析答案

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热力学定律A学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　）A．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变B．若气体的温度不断升高，其压强也一定不断增大C．气体经过等容过程温度升高1 K所吸收的热量一定大于经过等压过程温度升高1 K所吸收的热量D．在完全失重状态下，气体的压强为零2．如图所示，一定质量的理想气体从状态A经过状态B、C又回到状态A。下列说法正确的是（　　）A．A→B过程中气体分子的平均动能增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加B．A→B过程中气体吸收的热量大于B→C过程中气体放出的热量C．C→A过程中单位体积内分子数增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少D．A→B过程中气体对外做的功小于C→A过程中外界对气体做的功3．如图所示，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭在玻璃管中。实验中把柱塞向下缓慢按压使气柱体积变小（保持空气柱质量和温度不变），若玻璃管中封闭的气体可视为理想气体，对于这个过程下列分析正确的是（　　）A．对管壁单位面积的平均作用力增大 B．分子间平均距离增大C．分子平均动能增大 D．气体从外界吸收热量，内能增大4．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程，这就是著名的“卡诺循环”。下列说法正确的是（　　）A．A→B过程中，气体和外界无热交换B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化5．一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其V-T图像如图所示，下列说法正确的是（　　）A．过程ab中气体分子热运动的平均动能保持不变B．过程bc中外界对气体做负功C．过程ca中气体从外界吸热D．气体在状态a的压强最大6．一定质量的理想气体从状态A缓慢经过一系列变化再回到状态A，其图像如图所示。已知BA和CD的延长线均过原点O，气体在状态A时的压强为，下列说法正确的是（    ）A．A→B过程中气体向外界放热B．B→C过程中气体从外界吸收的热量等于C．C→D过程中气体分子在单位时间内对单位面积容器壁的碰撞次数不断减少D．D→A过程中气体的温度升高了7．一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→D→A循环过程。下列说法正确的是（　　）A．A→B→C过程中，气体压强先增加后不变B．C→D→A过程中，单位体积内分子数先不变后增加C．整个循环过程中，气体对外界做的功大于外界对气体做的功D．整个循环过程中，气体对外界放热，内能不变二、多选题8．如图所示，一定质量的理想气体经历了A→B→C→D→A的循环过程，其中C→D为等温过程，下列说法正确的是（　　）A．A→B过程气体温度升高，气体向外界放热B．B→C过程气体对外界做功，气体温度升高C．C→D过程气体内能不变，气体从外界吸热D．D→A过程气体分子在单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加E．A→B→C→D→A整个过程中气体对外界做的功小于外界对气体做的功9．当篮球气不足时常用打气筒和气针给篮球充气，把气针安装在打气筒的气嘴上，把气针慢慢地插入篮球气孔，然后压缩打气筒将空气压入篮球内，如图所示。在一次缓慢压缩打气筒的充气过程中，设此次充气过程中篮球的体积不变，气体温度不变，打气筒内的气体全部压入篮球内，没有向外界漏气，气体可视为理想气体，对于此次充气前打气筒内的气体和篮球内原来的气体，下列说法正确的是（    ）A．此过程中气体的内能增大B．此过程中气体向外界放出热量C．此过程中每个气体分子的动能均不变D．此过程中气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增多10．如图所示是某容器内一定量理想气体的状态变化过程的图象，下列说法正确的是（　　）A．由状态A到状态的过程中，气体吸收热量，内能不变B．由状态到状态的过程中，气体吸收热量，内能增加C．由状态到状态A的过程中，气体放出热量，内能减小D．气体处于状态A与状态相比，气体分子平均距离较小，分子平均动能较大E．的过程中，气体放出的热量多于吸收的热量三、实验题11．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12．晓萌同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律，她在注射器中密封了一定质量的气体。(1)下列实验操作中正确的是______。A．密封气体前，在活塞上均匀涂抹润滑油B．推拉活塞时，用手握住注射器气体部分C．实验时缓慢移动活塞(2)晓萌同学在不同温度下进行了两次实验，得到的图象如图乙所示，由图可知一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比。进一步分析可知两次实验的温度大小关系为 （选填“＜”“＝”或“＞”）。(3)在活塞压缩气体的过程中，气体温度保持不变，气体 （选填“吸热”“放热”或“既不吸热也不放热”）。四、解答题13．水火箭又称气压式喷水火箭、水推进火箭，是一个利用气压作用设计的玩具。在学校科技节上，科技小组同学用容积为2.0L的可乐瓶制作了一支水火箭，箭身及其配重总质量M=0.1kg。现向瓶中装入0.5L的水后用带气嘴的橡胶塞塞紧瓶口，将火箭竖直放置，火箭内气体的压强为1atm，如图所示。用打气筒向里打气，已知打气筒每打一次气能把体积为0.5L、压强为1atm的空气压入瓶内，当瓶内空气压强达到5atm时橡胶塞脱落，水流高速喷出，火箭向上飞起。（1）水喷出后瞬间，箭体内气体的温度升高还是降低，简要说明理由：（2）设打气过程气体温度保持不变，求需打气的次数：（3）若火箭以v=20m/s的速度（相对地面）一次性向下喷出质量m=0.2kg的水流，已知ρ水=1.0×103kg/m3，重力加速度g=10m/s2，忽略空气阻力和喷水过程重力的影响，求火箭上升的最大高度。14．如图所示，柱形绝热汽缸固定在倾角为 的斜面上，汽缸深度为=4cm，汽缸口有固定卡槽。汽缸内用质量为=1kg、横截面积为=0.5cm2的绝热活塞封闭了一定质量的理想气体，此时活塞距汽缸底部的距离为，汽缸内气体温度为。现通过汽缸底部的电热丝（体积可忽略）缓慢对气体加热，一直到气体温度升高到。加热过程中通过电热丝的电流恒为=0.2A，电热丝电阻为=1Ω，加热时间为=1min，若电热丝产生的热量全部被气体吸收。大气压强恒为Pa，不计活塞及固定卡槽的厚度，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气。已知，，取=10m/s2。求：（1）气体温度升高到时的压强。（2）气体温度从升高到的过程中增加的内能。15．鱼类在适宜的水温中才能生存，某探究小组设计的一个水温监测报警装置如图所示，圆柱形导热容器下半部分竖直放置在水中，上半部分处于空气中，容器用质量、面积的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，水的热力学温度时，活塞与容器底的距离，且刚好与低温报警传感器无压力接触，此时低温报警器报警。水温升高后，活塞缓慢上升后接触高温报警传感器，当活塞对高温报警传感器的压力时，高温报警器开始报警。水温从280K到恰好达到高温报警的温度的过程中，容器内的气体从外界吸收的热量，大气压强恒为，取重力加速度大小。求：（1）水温为280K时容器内气体的压强及高温报警时容器内气体的热力学温度；（2）水温从280K到恰好达到高温报警的温度的过程中，容器内气体内能的变化量。参考答案：1．A【详解】A．根据 ，理想气体的压强和体积都不变，则温度不变，内能不变，A正确；B．由理想气体状态方程，气体的温度不断升高，只能说明P与V的乘积增大，而不能确定P和V中哪个量增大，B错误；C．理想气体的内能决定于温度，不论等容过程还是等压过程，温度升高1 K，增加的内能相同；等容过程气体对外做功为零，根据 ，等压过程中，温度升高，体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律，等压过程中气体吸收的热量多，C错误；D．气体的压强是气体分子对器壁的频繁碰撞产生的，即使在完全失重状态下，气体的压强也不为零，D错误。故选A。2．B【详解】A．A→B过程中，温度升高，气体分子的平均动能增大，AB直线过原点表示该过程为等压变化，故单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少，故A错误；B．气体从A→B过程中，温度升高且体积增大，故气体吸收热量且对外做功，设吸热大小为Q1，做功大小为W1，根据热力学第一定律有气体从B→C过程中，温度降低且体积不变，故气体不做功且对外放热，设放热大小为Q2，根据热力学第一定律气体从C→A过程中，温度不变，内能增量为零，有即所以A→B过程中气体吸收的热量Q1大于B→C过程中气体放出的热量Q2，故B正确；C．C→A过程中体积减小，单位体积内分子数增加，温度不变，故单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加，故C错误；D．气体做功A→B过程中体积变化的大小等于C→A过程中体积变化的大小，但图像上的点与原点连线的斜率越大，压强越小，故A→B过程中气体对外做的功大于C→A过程中外界对气体做的功，故D错误。故选B。3．A【详解】该过程为等温变化，根据可知压缩后气体压强增大。A．对管壁单位面积的平均作用力增大即是压强增大，故A正确；B．分子间平均距离增大即体积变大，不符合分析，故B错误；C．分子平均动能增大意味着温度升高，但该过程为等温变化，故C错误；D．该过程外界对气体做功，但内能不变，根据热力学第一定律可知，释放热量，故D错误。故选A。4．C【详解】A．A→B过程中，等温膨胀，体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，气体吸热，故A错误；B．B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；C．C→D过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确； D．D→A过程，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，故D错误。故选C。5．C【详解】A．由图可知过程ab的温度升高，则气体分子热运动的平均动能变大，故A错误；B．过程bc中气体的体积减小，则外界对气体做正功，故B错误；C．过程ca中气体的温度不变，则，而气体的体积增大，则，气体对外做功，由可知，，即气体从外界吸热，故C正确；D．由理想气体状态方程可知即图像的斜率反映一定质量的理想气体的压强大小，斜率越大压强越小，则由即气体在状态a的压强最小，故D错误。故选C。6．D【详解】A． A→B过程中温度升高，内能增加，体积变大，对外做功，则气体从外界吸热，选项A错误；B．根据可知则A→B过程中压强不变，则B态压强也为p0，C态压强从B→C为等温变化，结合p-V图像与坐标轴围成的面积等于功可知，B→C过程中气体对外做功则该过程中气体从外界吸收的热量小于，选项B错误；C．C→D过程中气体压强不变，温度降低，体积减小，气体分子平均速率减小，对器壁的平均碰撞力减小，分子数密度增加，则气体分子在单位时间内对单位面积容器壁的碰撞次数不断增加，选项C错误；D．根据可得可得则D→A过程中气体的温度升高了，选项D正确。故选D。7．D【详解】A． A→B的过程中，气体温度不变，体积增大到原来的2倍，由玻意尔定律可知，气体压强将减小到A状态时的二分之一；B→C的过程中，气体的体积不变，温度升高到原来的4倍，由查理定律可知，气体的压强将增大到B状态时的4倍；即气体压强先减小后增大，故A错误；B． C→D→A过程中，气体的体积先减小后不变，所以单位体积内分子数先增加后不变，故B错误；C． A→B的过程中，气体等温膨胀，内能不变，但对外做功，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收了热量；B→C的过程中，气体体积不变，温度升高，内能增加，气体和外界没有相互做功，由可知，气体从外界吸收了热量；C→D过程中，气体体积减小，温度降低，内能减小，由图可知是定值，则由可知，气体经历了等压压缩，外界对气体做了功，由可知，气体向外界释放了热量；D→A过程中，气体经历了等容降温，内能减小，压强减小，气体与外界没有相互做功，由可知，气体向外界释放了热量。综上所述，气体与外界相互做功发生在A→B和C→D过程中，其中A→B是一个降压过程，C→D是一个等压过程，由D→A过程可知，A→B过程中压强的最大值小于C→D过程中的压强，两个过程中气体的体积变化量相等，所以A→B过程中气体对外界做的功小于C→D过程中外界对气体做的功，故C错误；D．由上面的分析可知，整个循环过程中，外界对气体做的功大于气体对外界做的功，气体的温度、体积最终回到了开始状态，内能变化量为零，由热力学第一定律可知气体对外界放了热，故D正确。故选D8．BCD【详解】A．A→B过程是等容变化，压强增大则温度升高，内能增大，气体不做功，所以气体应从外界吸热，A选项错误；B．B→C过程体积增大，气体对外界做功，B→C过程是等压变化，体积增大，则温度升高，B选项正确；C．C→D过程是等温变化，气体内能不变，体积增大，气体对外界做功，所以气体应从外界吸热，C选项正确；D．D→A过程是等压变化，体积减小则温度降低，气体分子在单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加，D选项正确；E．A→B→C→D→A整个过程气体温度不变，则内能不变，但由图像可知，B→C→D过程气体对外界做的功大于D→A过程外界对气体做的功，E选项错误。故选BCD。9．BD【详解】A．在一次缓慢充气过程中，气体温度不变，打气筒内的气体全部压入篮球内，无漏气，气体可视为理想气体，气体温度不变，因此此过程中气体的内能不变，故A错误；B．充气前，气体在篮球和气筒之间，充气后，气体在篮球中，由于篮球的体积不变，因此气体的体积变小，此过程中外界对气体做正功，，气体的温度不变，则，由热力学第一定律可得：，即此过程中气体向外界释放热量，故B正确；C．温度是分子平均动能的标志，温度不变，则分子的平均动能不变，但不是每个分子的动能都不变，故C错误；D．压缩过程中气体温度不变，根据玻意耳定律可知气体的压强增大，此过程中气体的温度不变，即分子热运动的激烈程度不变，但压强增大，则气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加，故D正确。故选BD。10．BCE【详解】A．由状态A到状态的过程中，气体体积增大，则气体对外做功，由可知pV的乘积变大，温度升高，所以气体吸热，内能增大，故A错误；B．由状态到状态的过程中，做等容变化，压强变大，所以温度升高，气体吸收热量，内能增加，故B正确；C．由状态到状态A的过程中，体积减小，外界对气体做功，且pV的乘积变小，温度降低，所以气体放出热量，内能减小，故C正确；D．气体处于状态A与状态相比，气体体积更小，分子平均距离较小，温度较低，分子平均动能较小，故D错误；E．图像中，图像与横轴面积代表做功，可以看出，由状态A到状态的过程中气体对外做的功小于状态到状态A的过程中外界对气体做的功，且的过程中，气体的内能不变，所以气体放出的热量多于吸收的热量，故E正确。故选BCE。11． 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。12．(1)AC(2)＞(3)放热【详解】（1）A．为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是用润滑油涂活塞。故A正确；B．为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是不用手握住注射器封闭气体部分，避免热传递导致温度变化。故B错误；C．为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是缓慢移动活塞，避免做功导致温度变化。故C正确.故选AC。（2）由理想气体状态方程可得结合乙图图像可知两次实验的温度大小关系为（3）由热力学第一定律可知在活塞压缩气体的过程中，外界对气体做正功，气体温度保持不变，气体内能不变，则即气体放热。13．（1）降低；（2）12；（3）5m【详解】（1）水喷出后瞬间，箭体内气体对外界做功，且此过程经历时间很短，气体来不及与外界完成充分的热交换，可视为绝热过程，根据热力学第一定律可知气体内能将减少，温度将降低；（2）设需打气n次，根据玻意耳定律有其中V=（2.0-0.5）L=1.5LV′=0.5L解得n=12（3）喷水前，瓶内水的总质量喷水过程，系统动量守恒，有竖直方向有联立可得火箭上升的最大高度h=5m14．（1）；（2）2.18J【详解】（1）初始时活塞受力平衡，有解得活塞达到卡槽前压强恒为，由盖—吕萨克定律有解得活塞达到卡槽后体积不变，由查理定律有解得（2）电热丝产生的热量气体对外做功由热力学第一定律知气体增加的内能解得15．（1），；（2）内能增加30J【详解】（1）设水温为280K时容器内气体的压强为，对活塞受力分析解得设高温报警时容器内气体的压强为，对此时活塞受力分析解得对以上两个状态，根据理想气体状态方程其中解得（2）水温从280K到恰好达到高温报警的温度的过程中，根据热力学第一定律所以，水温从280K到恰好达到高温报警的温度的过程中，容器内气体的内能增加了30J。