1、第三章热力学定律第三章热力学定律 (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本大题共 12 个小题，18 题为单选题，912 题为多选题，每小题 4 分，共 48 分) 1.地面附近有一正在上升的空气团。它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而 降低，则该气团在此上升过程中(不计气团内分子间的势能)( ) A.体积减小，温度降低 B.体积减小，温度不变 C.体积增大，温度降低 D.体积增大，温度不变 解析 随着气团上升，大气压强变小，外界对气团压力减小，气团膨胀，体积变大，气团对外 做功，不考虑热交换，根据热力学第一定律，气团的内能减小，若不计分子势能，则内能减小 体现为分
2、子平均动能降低，宏观表现为温度降低。故 C 正确。 答案 C 2.如图所示，木块 A 放在木块 B 的左端，用恒力 F 将 A 拉至 B 的右端，第一次将 B 固定在地 面上，F 做功为 W1，生热为 Q1；第二次让 B 在光滑地面上自由滑动，这次 F 做的功为 W2， 生热为 Q2，则应有( ) A.W1W2，Q1Q2 B.W1W2，Q1Q2 C.W1W2，Q1W2，Q1W1，因此 A 正确。 答案 A 3.能源利用的过程实质上是( ) A.能量的消失过程 B.能量创造过程 C.能量的转化和转移过程 D.能量的转化传递并且逐渐消失的过程 解析 能源利用的过程是做功或传热的过程，前者是能量的转
3、化，后者是能量的转移，故 C 正确。 答案 C 4.关于物体内能变化的说法，正确的是( ) A.一定质量的晶体在熔化过程中内能保持不变 B.一定质量的气体在体积膨胀过程中内能一定增加 C.一定质量的物体在热膨胀过程中内能不一定增加 D.一定质量的物体在体积保持不变的过程中，内能一定不变 解析 晶体熔化要吸热，温度不变，也没有对外做功，故内能增加，A 错误；一定质量的气体 在膨胀过程中，可能吸热，也可能不吸热，但一定对外做功，即 W0 或 Q0，由 U WQ，U 不确定，故 B 错误；物体的热膨胀一定是吸收了热量，对外做功不一定小于吸 收的热量，内能不一定增加，C 正确；物体的体积不变，温度可能
4、改变，内能随之改变，D 错 误。 答案 C 5.一定质量的理想气体(分子力不计)，体积由 V1膨胀到 V2。如果通过压强不变的过程实现，对 外做功大小为 W1，传递热量的值为 Q1，内能变化为 U1；如果通过温度不变的过程来实现， 对外做功大小为 W2，传递热量的值为 Q2，内能变化为 U2，则( ) A.W1W2，Q1U2 B.W1W2，Q1Q2，U1U2 C.W1U2 D.W1W2，Q1Q2，U1U2 解析 在 pV 图像作出等压过程和等温过程的变化图线，如图所示，根据图像与坐标轴所围 成的面积表示功，可知：W1W2； 第一种情况，根据pV T C(常数)可知，气体压强不变，体积增大，因此
5、温度升高，U10，根 据热力学第一定律有：U1Q1W1；第二种情况等温过程，气体等温变化，U20，根据 热力学第一定律有：U2Q2W2，则得：Q2W2；由上可得：U1U2，Q1Q2，故 B 正确， A、C、D 错误。 答案 B 6.如图所示，汽缸内盛有一定质量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与 汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气，现将活塞杆缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并通过活 塞对外做功.若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是( ) A.气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，此过程违反热力学第二定律 B.气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，此过程不违
6、反热力学第二定律 C.气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，此过程不违反热力学第二定律 D.以上三种说法都不对 解析 由于汽缸壁是导热的，外界温度不变，活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动的过程 中，有足够时间进行热交换，所以汽缸内的气体温度也不变.要保持其内能不变，该过程气体 是从单一热源即外部环境吸收热量，全部用来对外做功才能保证内能不变，但此过程不违反热 力学第二定律。此过程由外力对活塞做功来维持，如果没有外力对活塞做功，此过程不可能发 生。 答案 C 7.重庆出租车常以天然气作为燃料。加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储 气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想
7、气体)( ) A.压强增大，内能减小 B.吸收热量，内能增大 C.压强减小，分子平均动能增大 D.对外做功，分子平均动能减小 解析 温度是分子平均动能的宏观标志，故在天然气的温度升高过程中，分子平均动能增大， 又天然气可视为理想气体， 不需要考虑分子势能， 而气体质量不变， 气罐内天然气分子数不变， 所以气体分子总动能增大， 故内能增大， A、 D 错误； 由热力学第一定律可知， 气体体积不变， 内能增大，则一定从外界吸收热量，B 正确；天然气体积不变，随温度升高，气体压强增大， C 错误。 答案 B 8.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自行车内胎打气、打气 结束、
8、 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.打气结束到拔出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 解析 从开始打气到打气结束的过程是外界对车胎内气体做功，故 A 错误；打气结束到拔出 气门芯前由于传热车胎内气体温度下降，故 B 错误；拔掉气门芯后车胎内气体冲出对外界做 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
9、胎内气体温度上升，故 D 错误。 答案 C 9.关于一定量的气体，下列叙述正确的是( ) A.气体吸收的热量可以完全转化为功 B.气体体积增大时，其内能一定减少 C.气体从外界吸收热量，其内能一定增加 D.外界对气体做功，气体内能可能减少 解析 根据热力学第二定律可知，气体吸收的热量可以完全转化为功，但一定要引起其他的变 化，A 正确；根据热力学第一定律可知，B、C 错误；根据热力学第一定律可知，若外界对气 体做功的同时气体放热，则气体的内能可能减少，D 正确。 答案 AD 10.关于热力学定律，下列说法正确的是( ) A.为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量 B.对某物体做功，必
10、定会使该物体的内能增加 C.可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功 D.不可能使热量从低温物体传向高温物体 解析 改变内能的方法有做功和传热两种，所以为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它 传递热量，选项 A 正确；对物体做功的同时向外界放热，则物体的内能可能不变或减小，选 项 B 错误；根据热力学第二定律可知，在对外界有影响的前提下，可以从单一热源吸收热量， 使之完全变为功，选项 C 正确；在有外界做功的条件下，可以使热量从低温物体传递到高温 物体，选项 D 错误。 答案 AC 11.如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的理想气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢 对其加热时，绝热活塞无
11、摩擦地上升，下列说法正确的是( ) A.单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少 B.电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少 C.电流对气体做功，气体又对外做功，其内能可能不变 D.电流对气体做的功一定大于气体对外做的功 解析 由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由理想气体状态方程知，气体温度升 高，内能一定增加，电流对气体做的功一定大于气体对外做的功，B、C 错误，D 正确；由气 体压强的微观解释知，温度升高，气体分子对活塞的冲力增大，而压强不变，单位时间内对活 塞的冲力不变，因此单位时间内气体分子对活塞的碰撞次数减少，A 正确。 答案 AD 12.关于热现象和热学定律，下列说
12、法中哪些符合事实( ) A.布朗运动不是液体分子的热运动，是小颗粒内部分子运动所引起的悬浮小颗粒运动 B.用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功 2.0105 J，若空气向外界放出热量 1.5105 J，则空 气内能增加 5104 J C.第一类永动机不能制成是因为它违背了能量守恒定律 D.一定质量的气体，如果保持温度不变，体积越小压强越大 解析 布朗运动是液体分子的热运动引起的固体颗粒的运动，A 错误；根据热力学第一定律， B 正确；第一类永动机违背了能量守恒定律，C 正确；由气体实验定律知，D 正确。 答案 BCD 二、非选择题(共 6 个题，共 52 分) 13.(6 分)能源利用的过程，实
13、质是_的过程。煤、石油、天然气等燃料的_能， 通过燃烧转化为_能；这种能可以直接供给生产、生活的需要，也可以通过内燃机、汽 轮机转化为_能，还可以进一步转化为_能，然后被利用。 答案 能的转化 化学 内 机械 电 14.(6 分)大型抽水蓄能电站是一种配合主电站而建立的水蓄能发电站，它既是抽水站，又是发 电站，电网负荷低时，利用剩余电力抽水；用电高峰时，利用蓄水发电。广州抽水蓄能电站是 为大亚湾核电站安全、 稳定运行而配套建设的电站， 它的最大水位(上、 下游水位差)为 535 m， 总装机容量为 1.2109 W(发电机输出功率)，电站发电效率为 60%。假定全部机组运行每天必 须发电 4
14、h，抽水泵总功率为 1.01 09 W，则每天至少抽水_h。 解析 由 P1t1P2t260%代入数据可得 8 h。 答案 8 15.(6 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 A，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_过程(填“等温”“等容”或“等压”) (2)从 B 到 C 的过程中，气体的内能_(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)从 C 到 D 的过程中，气体对外_(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，同时 _(填“吸热”或“放热”)。 (4)气体在状态 D 时的体积 VD
15、_。 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 温度不变，即分子平均动能不变，该理想气体的内能不变。 (3)从 C 到 D 气体体积减小， 外界对气体做正功，W0， 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 UWQ 知气体放热。 (4)从 D 到 A 是等压变化，由VA TA VD TD得 VD TD TAVA。 答案 (1)等容 (2)不变 (3)做负功 放热 (4)TD TAVA 16.(11 分)在如图所示的坐标系中，一定质量的某种理想气体先后发生两种状态变化过程：第 一种变化是从状态 A 到状态 B，外界
16、对该气体做功为 6 J；第二种变化是从状态 A 至状态 C， 该气体从外界吸收的热量为 9 J。已知图线 AC 的反向延长线通过坐标原点 O，B、C 两状态的 温度相同，理想气体的分子势能为零。求： (1)从状态 A 到状态 C 的过程，外界对该气体做的功 W1和其内能的增量 U1； (2)从状态 A 到状态 B 的过程，该气体内能的增量 U2及其从外界吸收的热量 Q2。 解析 (1)由题意及题图可知，从状态 A 到状态 C 的过程，气体发生等容变化，外界对该气体 做的功 W10，根据热力学第一定律有 U1W1Q1 内能的增量 U1Q19 J。 (2)从状态 A 到状态 B 的过程，体积减小，
17、温度升高 该气体内能的增量 U2U19 J 根据热力学第一定律有 U2W2Q2 从外界吸收的热量 Q2U2W23 J。 答案 (1)0 9 J (2)9 J 3 J 17.(11 分)如图所示为一汽缸内封闭的一定质量的气体的 pV 图像，当该系统从状态 a 沿过程 acb 到达状态 b 时，有 335 J 的热量传入系统，系统对外界做功 126 J，求： (1)若沿 adb 过程，系统对外做功 42 J，则有多少热量传入系统？ (2)若系统由状态 b 沿曲线过程返回状态 a 时， 外界对系统做功 84 J， 问系统是吸热还是放热？ 热量传递是多少？ 解析 (1)沿 acb 过程， UWQ126
18、 J335 J209 J。 沿 adb 过程，UWQ，QUW209 J(42) J251 J， 即有 251 J 的热量传入系统。 (2)由 ab，U209 J， 由 ba，UU209 J， UWQ84 JQ， Q209 J84 J293 J， 负号说明系统放出热量。 答案 (1)251 J (2)放热 293 J 18.(12 分)如图所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时被封闭的气体的长 度为 32 cm，某同学用力向下压缩气体，使封闭气体的长度变为 12 cm，该同学对活塞做 90 J 的功，大气压强为 p1105 Pa，活塞的横截面积 S10 cm2，不计活塞的重力和摩擦，若以 适当的速度压缩气体，在此过程中向外散热 20 J，求气体内能变化了多少？ 解析 大气对活塞做功 W0pV1105(0.320.12)(1010 4) J20 J， 该同学对气体做功 W90 J， 故外界对气体做功为 W总W0W110 J， 由热力学第一定律 UW总Q110 J(20) J90 J， 即气体内能增加，增加了 90 J。 答案 增加了 90 J
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