高中试卷答案网第三章 热力学定律 测试卷
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. 下列说法中正确的是( )
A. 物体的内能是组成该物体的所有分子热运动动能的总和
B. 做功和热传递在改变内能上是等效的，但方式上是不同的
C. 只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的内能全部转化为机械能
D. 满足能量守恒定律的物理过程都是自发进行
2. 关于内能，下列说法中正确的是( )
A. 两物体质量和温度都相同，则内能也相同
B. 物体吸收热量，内能一定增加
C. 功可以全部转化为热，热不可以全部转化为功
D. 热量从高温物体传递到低温物体的过程是不可逆的
3. 新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图所示。闭合阀门，向下压压杆可向瓶内储气室充气，多次充气后按下按柄打开阀门，消毒液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，充气和喷液过程中温度均保持不变，则下列说法正确的是( )
A. 充气过程中储气室内气体分子数增多且分子运动剧烈程度增加
B. 喷液过程中，储气室内气体对外界做功并吸收热量
C. 充气过程中，储气室内气体内能不变
D. 喷液过程中，储气室内气体分子对器壁单位面积的平均作用力增大
4. 如图所示，一定质量的理想气体从状态依次经过状态、再回到状态，其中，为等温过程，为等容过程，下列说法正确的是（ ）
A. 过程，气体和外界无热交换
B. 过程，气体分子的速率均保持不变
C. 过程，气体内能减小
D. 过程外界对气体做的功与过程气体对外做功相等
5. 用隔板将一绝热容器隔成和两部分，中盛有一定质量的理想气体，为真空如图现把隔板抽去，中的气体自动充满整个容器如图，这个过程称为气体的自由膨胀．下列说法正确的是（ ）
A. 自由膨胀过程中，气体分子只作定向运动
B. 自由膨胀前后，气体的压强不变
C. 自由膨胀前后，气体的温度不变
D. 容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到部分
6. 给一定质量、温度为的水加热，在水的温度由上升到的过程中，水的体积随着温度升高反而减小，我们称之为“反常膨胀”某研究小组通过查阅资料知道：水分子之间存在一种结合力，这种结合力可以形成多分子结构，在这种结构中，水分子之间也存在相互作用的势能．在水反常膨胀的过程中，体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的．关于这个问题的下列说法中正确的是( )
A. 水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功
B. 水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功
C. 水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功
D. 水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功
7. 关于能量的转化，下列说法中正确的是( )
A. 因为能量守恒，所以“永动机”是存在的
B. 摩擦生热的过程是不可逆过程
C. 空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
D. 由于能的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机
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. 景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃。对筒内封闭的气体，在此压缩过程中的下列说法中不正确的是( )
A. 气体温度升高，压强不变
B. 气体温度升高，压强变大
C. 气体对外界做正功，气体内能增加
D. 外界对气体做正功，气体内能减少
9. 如图所示，长为的绝热气缸固定在水平面上，其右端由于有挡板挡板是开口的，厚度不计的绝热活塞不能离开气缸，气缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞静止时距气缸右端的距离为，气体的温度为。现对封闭气体缓慢加热，当活塞恰好移动到气缸最右端时停止加热，已知加热过程中封闭气体吸收的热量为，活塞的横截面积为，大气压强为，热力学温度与摄氏温度间的关系为，不计活塞与气缸壁间的摩擦及图中电热丝的体积，下列说法正确的是（ ）
A. 加热结束时气体的温度为
B. 加热结束时气体的温度为
C. 加热过程中气体的内能增加
D. 加热过程中气体的内能增加
10. 如图所示，绝热隔板把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，与气缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体和气体分子之间相互作用力忽略不计．现通过电热丝对气体加热一段时间后，、各自达到新的平衡．则( )
A. 的体积增大了，压强变小了
B. 增加的内能大于增加的内能
C. 加热后的分子热运动比的分子热运动更激烈
D. 的体积减小，压强增大，但温度不变
三、填空题：本题共2小题，每空2分，共10分。
11. 一定质量的理想气体，其状态变化的图象如图所示。已知气体在状态时的温度为，则气体在状态时的温度为______，从状态到状态气体与外界交换的热量为______。
12. 如图，一定质量的理想气体从状态开始，经历过程、、到达状态。则：过程中单位时间内气体分子对容器壁碰撞次数______增加、减少；过程中气体对外界做______“正功”、“负功”；状态的内能______状态的内能“”“”或“”，过程气体______“从外界吸收”或“对外放出”热量。
四、计算题：本题共3小题，13题12分，14题16分，15题16分，共44分。
13. 一定质量的理想气体从状态经状态变化到状态，其图像如图所示，求该过程中气体吸收的热量．
14. 如图所示，深度为的导热气缸开口竖直向上，横截面积为的导热的轻活塞能与缸内壁密切且光滑接触，不会漏气，现用此轻活塞封住气缸开口端，在活塞上添加砝码，使其缓慢下沉，当活塞下降后保持静止．已知环境温度为，大气压强为，重力加速度为，该封闭气体的内能是常量．
求活塞上所加砝码的质量；
再给气体加热升温，使得活塞缓慢上升回到初始位置，求此时封闭气体的内能
求中所述过程中封闭气体从外界吸收的热量．
15. 如图所示，一根两端开口、横截面积为足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定插入水银槽中的部分足够深。管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长的气柱，气体的温度为，外界大气压取相当于高的汞柱压强。
若在活塞上放一个质量为的砝码，保持气体的温度不变，则平衡后气柱为多长？
若保持砝码的质量不变，对气体加热，使其温度升高到，此时气柱为多长？
若在过程中，气体吸收的热量为，则气体的内能增加多少？
答案解析
【答案】
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
8. 9. 10.
11. ； 。
12. 增加 ； 正功 ； ； 从外界吸收 。
13. 解：由题图可知、两状态气体的温度相同，内能相同．
由到的过程，气体发生等压变化，体积增大，外界对气体做的功
，
由到，气体发生等容变化，，
从到全过程根据热力学第一定律，解得该过程吸收的热量．
14. 解：加砝码后静止时封闭气体的压强
解得：
根据波意耳定律
；
活塞缓慢上升过程中封闭气体的压强不变，根据盖吕萨克定律
解得：
此时封闭气体的内能：；
初始状态封闭气体的内能，此过程中封闭气体的内能增量
等压膨胀过程中外界对封闭气体做的功
根据热力学第一定律
。
15. 解：被封闭气体的初状态为：
，，，
末态为：，，，
根据玻意耳定律，有：，
即：，
得：；
对气体加热后，气体的状态变为：
，，，
根据盖吕萨克定律，有：，
即：，
得：；
气体对外做功为：
，
根据热力学第一定律有：。
【解析】
1. 【分析】
物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的和所有分子势能的总和；做功和热传递在改变内能的方式上是不同的，效果是相同的；内燃机不可能把内燃机得到的内能全部转化为机械能；根据热力学第二定律，熵只会增加，一切自然过程总是向分子热运动的无序性增大的方向进行。
该题考查到热学中的多个知识点，多是记忆性的知识点，只有对热力学第二定律的理解在该题中有一定的难度，属于易错题目。
【解答】
A.物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的和所有分子势能的总和，故A错误；
B.做功是把其他形式的内转化为内能，而热传递是一个物体的内能转移到另一个物体，是内能的转移，它们改变内能等效，但方式不同，故 B正确；
C.无论对内燃机如何改进，都不可以把内燃机得到的内能全部转化为机械能，故C错误；
D.一切“自然过程”总是向分子热运动的无序性增大的方向进行，而不是所有的物理过程，故D错误。
故选B。
2. 【分析】
理解决定内能大小的因素。熟练应用热力学第一定律公式：；热力学第二定律热现象有一定的方向性；自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的。
解决该题要注意热力学第二定律的几种不同的表述，要注意平时多看课本，不断积累，多和生活实际联系加强理解和记忆．
【解答】
A.两物体的质量、温度均相等，它们的内能却不一定相同，还与分子总数有关。故A错误。
B.物体吸收热量后，可能对外做功，内能不一定增加，故B错误；
C.功可以全部转化为热，热在引起外界变化的情况下也可以全部转化为功，故C错误；
D.根据热力学第二定律热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，不能自发地从低温物体传递到高温物体。故D正确；
故选D．
3. 【分析】
充气过程中，储气室内气体质量增大，温度不变，分子平均动能不变，气体内能增加；喷液过程中，液体液面下降，空气体积增大，根据热力学第一定律分析即可。
本题以新冠肺炎疫情期间班级用于消毒的喷壶为背景，考查了热力学第一定律的应用，要注意本题中气体的质量是发生变化的，知道影响气体内能的量有温度和质量。
【解答】
A、气体分子运动剧烈程度仅由温度决定，充气过程中，储气室内气体质量增大，气体分子数增多，但温度不变，所以气体分子运动剧烈程度不变，故A错误；
B、喷液过程中，气体膨胀，气体对外做功，即，但气体内能不变，即，根据热力学第一定律：，可知，则气体一定从外界吸收热量，故B正确；
C、理想气体内能由温度和质量决定，气体温度不变，充气过程中，储气室内气体质量增大，气体内能增加，故C错误；
D、喷液过程中，气体体积膨胀，由于温度不变，根据玻意耳定律，可知气体压强减小，即储气室内气体分子对器壁单位面积的平均作用力减小，故D错误。
故选B。
4. 【分析】
一定质量的理想气体温度不变，内能不变，根据热力学第一定律综合分析。
本题是热学中的图像问题和热力学第一定律的综合题目，常规题目。
【解答】
A.从到的过程，气体发生的是等温变化，内能不变，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，故A错误；
B.从到的过程，温度不变，气体分子的平均速率不变，但每一个气体分子的速率不断变化，故B错误；
C.从到的过程，气体的体积不变，压强减小，则温度降低，故内能减小，故C正确；
D.图线与横轴所围成的面积为气体做功的大小，因此到过程外界对气体做的功小于到过程气体对外做功，故D错误；
故选C。
5. 【分析】
正确解答本题要掌握：气体分子做无规则热运动，不可能只做定向运动；气体自由膨胀过程中不受阻力，因此不做功；自然界中的宏观过程具有方向性，是不可逆的，注意热力学第二定律的应用．
正确利用热力学第二定律解释一些物理现象，在利用热力学第一定律时注意公式中各个物理量的含义，尤其注意各个物理量的正负问题．
【解答】
A.分子时刻在做无规则的热运动，故A错误；
B.自由膨胀后，温度不变，体积变大，由气态方程可知，压强变小，故B错误；
C.自由膨胀过程中由于不受阻力作用，因此气体不做功，由于容器绝热，因此，由可知，气体内能不变，因此温度也不变，故C正确；
D.根据热力学第二定律可知，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故D错误．
故选C．
6. 【分析】
温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大；在水反常膨胀的过程中，所有水分子间的总势能是增大的，说明了分子之间的相互作用力对分子做负功。
明确温度是分子平均动能的标志，注意是大量分子的统计规律；分子之间的相互作用力对分子做负功，水分子间的总势能增大；分子之间的相互作用力对分子做正功，水分子间的总势能减小，与弹簧的弹性势能与弹力做功的关系是相似的。
【解答】
温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能最大；
由题意，在水反常膨胀的过程中，虽然体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的，说明了分子之间的相互作用力对分子做负功，即吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功。故ABC错误，D正确。
故选：。
7. 【分析】
本题考查了对能量转化或转移的理解，大都属于理解记忆知识，对于这类问题要平时加强记忆和强化练习。
正确解答本题需要掌握：利用热力学第二定律解释一些自然现象；正确理解能量的转化与守恒定律；理解热传递现象。
【解答】
A.因为能量守恒，所以不消耗能量而对外做功的“永动机”是不存在的，故A错误；
B.根据热力学第二定律可知，机械能向内能转化时具有方向性，摩擦生热的过程是不可逆过程。故B正确；
C.热传递在自发进行时有方向性，总是从高温物体传递到低温物体，故C错误；
D.能的转化过程虽然符合能量守恒定律，但是在转化过程中存在着“能量耗散”和“品质降低”，能量向品质低的大气内能转化，不能再重复利用，因此要节约能源，故D错误。
故选B。
8. 【分析】本题主要考查热力学第一定律及理想气体状态方程，猛推推杆时间较短，气体来不及吸放热，主要是外界对气体做正功，气体内能增加，再结合理想气体状态方程分析即可．
【解答】
对封闭气体，猛推压缩过程中，外界对气体做正功，时间极短，热传递不计，即，由 可知内能增大，、D错误
因气体内能等于所有分子动能与分子势能之和，其中分子势能减小，所以分子平均动能增加，温度升高，再由气体状态方程 可知，气体压强变大，A错误，B正确．
本题选错误的，故选ACD。
9. 【分析】
本题主要是考查热力学第一定律，弄清楚活塞的运动情况，掌握气体做功的计算公式是关键。
根据求出加热过程中气体对外做的功，根据热力学第一定律求解内能的变化。
【解答】
加热过程气体发生等压变化，由盖吕萨克定律得，其中
，解得，即，故A错误，B正确；
加热过程外界对气体做的功为，
由热力学第一定律可知封闭气体的内能增加量为，故C正确，D错误。
故选BC。
10. 【分析】
温度是气体分子平均运动剧烈程度的标志，根据理想气体状态方程找出新的平衡状态下物理量间的关系。
根据气体状态方程和已知的变化量去判断其它的物理量，根据热力学第一定律判断气体的内能变化。
【解答】
A.当加热时，气体的温度升高，压强增大，由于与气缸壁的接触是光滑的，可以自由移动，所以，两部分的压强始终相同，都变大，故A错误；
由于气体膨胀，气体被压缩，最终气体体积大于气体体积，由知气体的最终温度较高，分子热运动更激烈，内能增加较多，故BC正确；
D.的体积减小，则外界对做功，而气体和外界无热传递，根据热力学第一定律可知其内能增大，温度升高，故D错误。
故选BC。
11. 【分析】
本题的关键是明确、两个状态的温度相同，内能相同。对热力学第一定律的应用，要明确各量的正负。对于等压变化，可根据求气体做功。
【解答】
由题可知，，，，
由图示图象可知，等压变化，由盖吕萨克定律得：
代入数据解得：；
气体状态参量：，，，，
由理想气体状态方程得：
代入数据解得：
A、两个状态的温度相等，内能相等，气体从到过程，内能变化量
到过程气体体积增大，气体对外做功：，外界对气体做功
由热力学第一定律得：，气体从外界吸收的热量。
12. 解：过程中气体作等容变化，温度升高，根据查理定律知气体的压强逐渐增大，则过程中单位时间内气体分子对容器壁碰撞次数增加。
过程中气体的体积增大，气体对外界做正功。
过程气体作等温变化，气体的内能不变，则状态的内能与状态的内能相等。
气体的体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律知气体从外界吸引热量。
故答案为：增加，正功，，从外界吸收。
过程中气体作等容变化，根据查理定律分析压强的变化，再分析单位时间内气体分子对容器壁碰撞次数变化情况。过程中气体对外界做正功。过程中气体作等温变化，根据温度的变化分析气体内能的变化，由热力学第一定律分析吸放热情况。
本题考查理想气体的状态方程和热力学第一定律，要能够根据温度判断气体内能的变化；在应用热力学第一定律时一定要注意各量符号的意义；为正表示内能变大，为正表示物体吸热；为正表示外界对物体做功。
13. 本题中易把图像看成图像从而得到错误的状态参量导致错解．本题结合图像考查热力学第一定律的应用．
到的过程，气体发生等压变化，体积增大，由到，气体发生等容变化，结合热力学第一定律求解。
解：由题图可知、两状态气体的温度相同，内能相同．
由到的过程，气体发生等压变化，体积增大，外界对气体做的功
，
由到，气体发生等容变化，，
从到全过程根据热力学第一定律，解得该过程吸收的热量．
14. 本题考查了汽缸类问题；弄清研究对象的状态变化过程，找到三个状态参量是解题的关键。
根据活塞平衡列式可得加砝码后静止时封闭气体的压强，根据玻意耳定律列式可得活塞上所加砝码的质量；
活塞缓慢上升过程中封闭气体的压强不变，根据盖吕萨克定律可得气体温度，根据封闭气体的内能可得封闭气体的内能；
根据封闭气体的内能表达式可得封闭气体内能的变化量，求出等压膨胀过程中外界对封闭气体做的功，结合热力学第一定律可得封闭气体从外界吸收的热量。
解：加砝码后静止时封闭气体的压强
解得：
根据波意耳定律
；
活塞缓慢上升过程中封闭气体的压强不变，根据盖吕萨克定律
解得：
此时封闭气体的内能：；
初始状态封闭气体的内能，此过程中封闭气体的内能增量
等压膨胀过程中外界对封闭气体做的功
根据热力学第一定律
。
15. 解：被封闭气体的初状态为：
，，，
末态为：，，，
根据玻意耳定律，有：，
即：，
得：；
对气体加热后，气体的状态变为：
，，，
根据盖吕萨克定律，有：，
即：，
得：；
气体对外做功为：
，
根据热力学第一定律有：。
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