高中试卷答案网第三章 热力学定律 综合测试
本试卷共4页，15小题，满分100分，考试用时75分钟。
一、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. 如图，在研究功与内能改变的关系时，将一小块易燃物放在厚玻璃筒底部，用力向下压活塞，可以将易燃物点燃。关于该实验，下列说法正确的是（ ）
A. 筒内气体，在被压缩的同时从外界迅速吸收热量，导致气体温度升高
B. 只要最终筒内气体压强足够大，筒内易燃物就会被点燃
C. 若实验中易燃物被点燃，是活塞与筒壁间摩擦生热导致的
D. 该实验成功的关键是向下压活塞的力要大，速度要快
2. 下列说法正确的是( )
A. 物体放出热量，其内能一定减少
B. 外界对物体做功，其内能一定增加
C. 物体吸收热量同时对外做功，其内能一定减少
D. 物体吸收热量且外界对物体做功，其内能一定增加
3. 下列说法中正确的是( )
A. 能量耗散说明自然界的总能量在不断减少
B. 物体的内能增加了，一定是物体吸收了的热量
C. 物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变
D. 从单一热库吸收热量，使之全部变成功是可以实现的
4. 下列有关热力学第二定律的说法正确的是( )
A. 气体自发地扩散运动总是向着更为无序的方向进行，是可逆过程
B. 第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的
C. 空调既能制冷又能制热，说明热传递不具有方向性
D. 一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小
5. 如图所示，一定质量的理想气体由状态变化到状态再变化到状态，其中状态到状态过程为等压变化过程，状态到状态过程为等容变化过程，、两个状态处在同一条双曲线上，则下列说法正确的是( )
A. 状态到状态过程，气体放出热量
B. 状态到状态过程，气体对外做功，内能增加
C. 状态到状态过程，气体内能增加
D. 状态到状态，再到状态过程，气体分子的平均动能先减小后增大
6. 给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体（ ）
A. 从外界吸热
B. 对外界做负功
C. 分子平均动能减小
D. 内能增加
7. 如图所示，、各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定、底部由带有阀门的管道相连，整个装置与外界绝热原先中水面比中高，打开阀门，使中的水逐渐向中流，最后达到平衡在这个过程中( )
A. 大气压力对水做功，水的内能增加
B. 水克服大气压力做功，水的内能减少
C. 大气压力对水不做功，水的内能不变
D. 大气压力对水不做功，水的内能增加
二、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，有多项符合题目要求。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. 一定量的理想气体从状态开始，经历等温或等压过程、、、回到原状态，其图像如图所示。其中对角线的延长线过原点。下列判断正确的是( )
A. 气体在、两状态的体积相等
B. 气体在状态时的内能大于它在状态时的内能
C. 在过程中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D. 在过程中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
9. 如下图，是以状态为起始点、在两个恒温热源之间工作的卡诺逆循环过程（制冷机）的图像，虚线、为等温线。该循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成，该过程以理想气体为工作物质，工作物质与低温热源和高温热源交换热量的过程为等温过程，脱离热源后的过程为绝热过程。下列说法正确的是( )
A. 过程气体压强减小完全是由于单位体积内分子数减少导致的
B. 一个循环过程中，外界对气体做的功与温差有关
C. 过程向外界释放的热量等于过程从低温热源吸收的热量
D. 过程气体对外做的功等于过程外界对气体做的功
10. 一定质量的理想气体从状态开始，经回到初始状态，其图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 在过程中气体的内能保持不变
B. 在过程中外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量
C. 在过程中气体吸收的热量等于过程中气体向外界放出的热量
D. 在过程中气体做的功为
三、填空题：本题共2小题，每空2分，共8分。
11. 利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过程______（选填“是”或“不是”）自发过程。该过程空调消耗了电能，空调排放到室外环境的热量______（选填“大于”“等于”或“小于”）从室内吸收的热量。
12. 如图所示，竖直放置的绝热气缸和绝热活塞间封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为，质量为。初态时活塞处于静止状态，理想气体内能为。现用外力将活塞缓慢向下压缩，此时理想气体的内能为，若大气压强为，重力加速度取，则初态时气缸内气体的压强为________；外力所做的功为_______。
四、计算题：本题共3小题，13题14分，14题14分，15题18分，共46分。
13. 如图所示，一个内壁光滑的圆柱形汽缸，高度为、底面积为，缸内有一个质量为的活塞，封闭了一定质量的理想气体．温度为热力学温标时，用绳子系住汽缸底，将汽缸倒过来悬挂起来，汽缸处于竖直状态，缸内气体高为已知重力加速度为，大气压强为，不计活塞厚度及活塞与缸体的摩擦，求：
采用缓慢升温的方法使活塞与汽缸脱离，缸内气体的温度至少要升高到多少？
从开始升温到活塞刚要脱离汽缸，缸内气体压力对活塞做功多少
当活塞刚要脱离汽缸时，缸内气体的内能增加量为，则气体在活塞下移的过程中吸收的热量为多少？
14. 如图，汽缸由两个横截面不同的圆筒连接而成，活塞、被轻质刚性细杆连接在一起，可无摩擦移动。、的质量分别为，，横截面积分别为，，一定质量的理想气体被封闭在两活塞之间，活塞外侧大气压强。已知此时气体的体积，现使汽缸从水平放置缓慢到竖直放置，保持温度不变，达到平衡后如图所示，取重力加速度，求：
与图相比，活塞在汽缸内移动的距离。
从图到图过程中气体放出的热量。
15. 如图所示，横截面积为的上端开口气缸固定在水平面上，质量不计的轻活塞下面封闭长度为的理想气体，上面通过轻绳与质量为的重物相连，重物放在一劲度系数为的轻弹簧上，弹簧下端固定在地面上，上端与重物接触，但不拴接，气缸和光滑活塞导热性能良好。开始时，外界温度为，弹簧弹力大小为，现缓慢降低温度，近似认为外界大气压强始终为，重力加速度大小为，求：
弹簧与物体刚分离时，气缸中气体的温度；
从开始状态到物体离开弹簧时，气体内能减少了，则气体与外界交换了多少热量。
答案解析
【答案】
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
8. 9. 10.
11. 不是 ； 大于。
12. ； 。
13. 解：气体等压变化，由盖吕萨克定律得：，解得：；
对活塞，由平衡条件得：，
气体做功：，
解得：；
由热力学第一定律得：，
气体吸收的热量：；
14. 解：汽缸处于图位置时，设汽缸内气体压强为，对于活塞和杆，
由平衡条件得：，
代入数据解得：，
汽缸处于图位置时，设汽缸内气体压强为，对于活塞和杆，
由平衡条件得：，
设为汽缸处于图位置时缸内气体的体积，
由玻意耳定律可得：
由几何关系可得：
代入数据解得：；
对于从图到图过程，设气体放出热量为，外界对气体做功为，理想气体内能只和温度有关，保持温度不变，根据热力学第一定律有：，
，
。
15. 解：最初弹簧的压缩量，
初始状态，对被封闭的气体：， ，
对活塞有 ，解得，
设与弹簧分离时气体温度为， ，
对活塞有；解得，
由理想气体状态方程得；联立解得；
从开始到物体刚离开弹簧时，活塞下降了，
则外界对气体做功：，
由热力学第一定律得，可解得，即气体向外界放出了的热量。
【解析】
1. 【分析】本题考查功与内能改变的关系，解决本题的关键要抓住物体的内能与其本身的温度有关，温度越高内能越大，该实验成功的关键是向下压活塞的力要大，速度要快。
【解答】
A. 本实验的要求是迅速下压活塞，这样时间较短并且玻璃筒较厚，筒内气体几乎来不及从外界迅速吸收热量，所以气体温度升高不是从外界吸收热量造成的，故A错误；
B.气体温度与内能有关，改变内能的方式是做功与热传递，筒内气体压强大，不代表温度高，如果缓慢下压，筒内气体就有足够时间与外界发生热交换，温度几乎不升高，易燃物不会被点燃，故B错误；
C.活塞与筒壁间摩擦力很小，行程也较小，所以塞与筒壁间摩擦生热几乎可以忽略， 故C错误；
D. 该实验成功的关键是气体体积变化要大，同时要来不及与外界发生热交换，这就要求向下压活塞的力要大，速度要快，故D正确。
故选D。
2. 【分析】
本题考查了热力学第一定律。热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。
根据热力学第一定律，内能的增量由和共同决定，如果和有一个量不确定，也不确定。
【解答】
A、根据热力学第一定律知，内能的增量由和共同决定，物体放出热量，但做功不确定，所以其内能不一定减少，故A错误；
B、同理，热量传递不确定，其内能也不一定增加，故B错误；
C、物体吸收热量，有，物体作为做功，有，但并不确定，根据热力学第一定律知，也不确定，所以其内能不一定减少，故C错误；
D、物体吸收热量且外界对物体做功，有，，根据热力学第一定律知，，即其内能一定增加，故D正确。
故选D。
3. 【分析】
根据能量耗散的定义并结合热力学定律进行分析即可。
本题的关键是对于热力学定律及相关的物理概念要掌握清楚。
【解答】
A.能量耗散仍遵循能量守恒定律，自然界的总能量是不变的，故A错误；
B.物体的内能增加了，根据热力学第一定律可知，可能是物体吸收了的热量，而物体对外界不做功，外界也不对物体做功；也可能是物体放出了热量同时外界对物体做了功，也有可能物体吸收了热量，同时外界对物体也做了功，所以物体不一定吸热，也可能放热，而吸收热量时，可能等于，也可能小于，也可能大于，故B错误；
C.物体放出热量，即，同时对外做功，即，根据热学第一定律可知，，即物体的内能一定减小，故C错误；
D.根据热力学第二定律可知，在引起其他变化的前提下，可以从单一热库吸收热量，使之全部变成功，故D正确。
故选D。
4. 【分析】
本题考查热力学第二定律的内容：一种表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。另一种表述是：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。第二定律说明热的传导具有方向性。
只有熟练掌握热力学第二定律的内容才能顺利解决本题，故一定要注意基本概念的积累并理解热力学第二定律，又称熵增定律。
【解答】
A.气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故A错误；
B.第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律，是制造不出来的，故B正确；
C.热力学第二定律的内容可以表述为：热量不能自发的由低温物体传到高温物体而不产生其他影响，即只要产生其他影响，热量就能从低温物体传到高温物体，故C错误；
D.一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，及理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵增大，故D错误。
故选B。
5. 【分析】
从状态状态的过程，气体发生等压变化，根据盖吕萨克定律知温度升高，气体内能增加，由于体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律知气体吸收热量；从状态状态的过程，气体发生等容变化，根据查理定律可知由于压强减小，温度降低，因此气体内能减小；温度是分子平均动能的标志知从状态状态状态的过程，气体分子的平均动能先增大后减小。
本题主要考查盖吕萨克定律、热力学第一定律、查理定律、温度的微观意义。
【解答】
从状态状态的过程，气体发生等压变化，体积增大，根据盖吕萨克定律得：，知温度升高，一定质量的理想气体内能由温度决定，因此气体内能增加，根据热力学第一定律，由于体积增大，气体对外做功，所以气体吸收热量，故A错误，B正确；
C.从状态状态的过程，气体发生等容变化，根据查理定律得：，可知由于压强减小，温度降低，因此气体内能减小，故C错误；
D.温度是分子平均动能的标志，从状态状态状态的过程，由于气体温度先升高后降低，因此气体分子的平均动能先增大后减小，故D错误。
故选B。
6. 【分析】根据温度是否变化，判断分子平均动能的变化。不计分子间势能，胎内气体的内能只有分子动能，温度不变时，内能不变。在缓慢放水过程中，根据热力学第一定律分析吸放热和做功情况。
本题运用热力学第一定律分析实际问题，要抓住温度的微观含义：温度是分子平均动能的标志。
【解答】
A.由知，，故，气体从外界吸热，A正确．
B.缓慢放水过程中，胎内气体压强减小，气体膨胀对外界做正功，B错误
C.胎内气体温度不变，故分子平均动能不变，C错误
D.由于不计分子间势能，气体内能只与温度有关，温度不变，内能不变，D错误
故选A
7. 【分析】
打开阀门后，据连通器原理，最后、两管中的水面将相平，中水面下降，中水面上升；由于水的总体积保持不变，则有，求出两管中大气压力对水做的功，进而求出大气压力对水做的总功；
打开阀门后，中的水逐渐向中流，即中水的重力做正功，中水的重力做负功，但从最后的效果看，是管中高度为的水移至较低的管中高度为的地方，如图所示，所以在这个过程中水的重力做正功．同时，整个装置是绝热的，根据热力学第一定律可知水的内能变化．
本题主要研究机械能与内能相互转化的关系，迷惑性较大．连通器中的水从左流向右，重心降低，不易察觉因左边重心降低，右边升高，最后相平，总的趋势是降低，再加上大气压力做功的干扰，很难找到相互关系．要求细心、认真利用所学知识求解．
【解答】
打开阀门后，据连通器原理，最后、两管中的水面将相平，如下图所示，即中水面下降，中水面上升；
设管截面积为，水面下降距离为，管截面积为，水面上升距离为，
由于水的总体积保持不变，则有，
管中大气压力对水做的功：，
管中大气压力对水做的功：，
大气压力对水做的总功：，
因为，则得，即大气压力对水不做功；由于水的重心降低，重力势能减小，由能量守恒定律知水的内能增加。故D正确，ABC错误。
故选D。
8. 解：、根据气体状态方程，得，图象的斜率，、两点在同一直线上，即、两点是同一等容线上的两点，体积相等，故A正确；
B、理想气体在状态的温度大于状态的温度，理想气体的内能只与温度有关，温度高，内能大，故气体在状态时的内能大于它在状态时的内能，故B正确；
C、过程温度不变，故内能不变，即该过程压强增大，体积减小，外界对气体做正功，所以要放热，根据热力学第一定律，，故C错误；
D、在过程中，等压变化，温度升高，内能增大，体积变大，外界对气体做负功即，根据热力学第一定律，，所以在过程中气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，故D错误；
故选：。
根据气态方程，结合图象上点与原点连线的斜率等于，分析体积的变化，判断做功情况，然后再由热力学第一定律进行分析。
解决气体问题，关键要掌握气态方程和热力学第一定律，知道温度的意义：一定质量的理想气体的内能只跟温度有关，温度是分子平均动能的标志。
9. 【分析】
本题考查了理想气体的状态方程、热力学第一定律等知识点。在利用热力学第一定律时，一定要注意各个量的符号所代表的物理意义。
【解答】
A.过程气体体积增大对外做功，且过程是绝热过程，则过程气体温度降低，气体分子的平均速率降低，所以气体压强减小是由于单位体积内分子数减少和气体分子的平均速率降低共同导致的，故A错误；
B.一个循环过程中，初末状态气体状态一样，则内能变化，根据热力学第一定律，则，可得外界对气体做的功与温差有关，故B正确；
C.过程和过程都是等温过程，内能变化，而过程外界对气体做功大于过程气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，过程向外界释放的热量大于过程从低温热源吸收的热量，故C错误；
D.因为和是绝热过程，且两个过程中气体温度变化一样，则内能变化相同，根据热力学第一定律，其中，则，可得过程气体对外做的功等于过程外界对气体做的功，故D正确。
故选BD。
10. 【分析】
本题考查气体状态变化的图像问题，根据理想气体状态方程结合热力学第一定律分析，
并知道图像与坐标轴围成的面积表示气体做功。
【解答】
A、根据，可知从，与的乘积先变大后变小，故温度先变大后变小，而一定质量的理想气体内能只与温度有关，所以内能先变大后变小，故A错误；
B、在过程中，压强不变，体积减小，根据知温度减小，则内能减小，又因为体积减小，说明外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量，故B正确；
C、、状态下与的乘积相同，则温度相同，即、状态内能相同，而从到再到的整个过程中，体积减小，外界对气体做功，即，根据热力学第一定律可知，，即整个过程气体放热大于吸热，故在过程中气体吸收的热量小于过程中气体向外界放出的热量，故C错误；
D、图像与坐标轴围成的面积表示气体做功，体积增大表示气体对外做功，体积减小表示外界对气体做功，故在过程中气体做的功为，故D正确。
故选BD。
11. 解：利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，是以消耗电能为代价的，因此这个过程不是自发过程；因为空调消耗电能会产生一定的热量，根据能量守恒定律可知，所以空调排放到室外环境的热量大于从室内吸收的热量。
故答案为：不是；大于
根据热力学第二定律分析出热运动的过程是不是自发过程；
根据能量守恒定律分析出空调从室内吸收的热量与排放到室外环境热量的大小关系。
本题主要考查热力学定律的相关应用，应用热力学第二定律、能量守恒定律即可完成分析。
12. 【分析】
此题综合了热力学第一定律与能量守恒与转化知识，注意“缓慢移动”意味着活塞始终平衡。
用外力将活塞缓慢向下压缩气体，对气体做正功，外力做的功加上活塞重力和外部大气压力做功，转化为气体内能。
【解答】
初态时，根据活塞受力平衡有：，解得：；
由于没有热交换，故；
根据热力学第一定律，即：，
解得：。
故答案为：， 。
13. 本题是一道热学综合题，涉及的知识点较多，分析清楚气体状态变化过程，应用盖吕萨克定律、功的计算公式与热力学第一定律可以解题．
气体发生等压变化，应用盖吕萨克定律可以求出气体的温度；
应用功的计算公式求出功；
应用热力学第一定律求出气体吸收的热量。
解：气体等压变化，由盖吕萨克定律得：，解得：；
对活塞，由平衡条件得：，
气体做功：，
解得：；
由热力学第一定律得：，
气体吸收的热量：；
14. 解：汽缸处于图位置时，设汽缸内气体压强为，对于活塞和杆，
由平衡条件得：，
代入数据解得：，
汽缸处于图位置时，设汽缸内气体压强为，对于活塞和杆，
由平衡条件得：，
设为汽缸处于图位置时缸内气体的体积，
由玻意耳定律可得：
由几何关系可得：
代入数据解得：；
对于从图到图过程，设气体放出热量为，外界对气体做功为，理想气体内能只和温度有关，保持温度不变，根据热力学第一定律有：，
，
。
15. 解：最初弹簧的压缩量，
初始状态，对被封闭的气体：， ，
对活塞有 ，解得，
设与弹簧分离时气体温度为， ，
对活塞有；解得，
由理想气体状态方程得；联立解得；
从开始到物体刚离开弹簧时，活塞下降了，
则外界对气体做功：，
由热力学第一定律得，可解得，即气体向外界放出了的热量。
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