1、 第三章第三章 热力学定律热力学定律 第第 I I 卷（选择题）卷（选择题） 一、选择题（共一、选择题（共 48 分）分） 1下列说法正确的是（ ） A液体分子的无规则运动称为布朗运动 B两分子间距离减小，分子间的引力和斥力都增大 C物体做加速运动，物体内分子的动能一定增大 D物体对外做功，物体内能一定减小 2下列说法中正确的是（ ） A第一类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第一定律 B机械能全部转化为内能是不可能的 C从单一热源吸收的热量全部变成功而不产生其他影响是不可能的 D第二类永动机不可能制造成功的原因是能量不会凭空产生 3下列说法正确的是（ ） A体积和温度都相同的气体，内能一定
2、相同 B一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加 C一切过程都是向着分子热运动无序性增大的方向进行的 D从单一热源吸收热量，使之完全变为功是提高机械效率的常用手段 4一定质量的理想气体的体积 V 随摄氏温度 t 变化的关系图像如图所示，气体由状态 A 变化到状态 B 的过 程中，下列说法正确的是（ ） A气体的内能不变 B气体的压强减小 C气体的压强不变 D外界对气体做功，同时气体从外界吸收能量 5下列说法正确的是（ ） A物体放出热量，分子的平均动能一定减小 B气体的扩散运动总是沿着分子热运动无序性减少的方向进行 C机械能可以自发地全部转化为内能，内能不可能自发地全部转化为机械能
3、D尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到 100%，制冷机却可以使温度降到-273 6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20J，一定是物体吸收了20J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 7如图所示，水平放置的封闭绝热气缸，被一锁定的绝热活塞分为体积相等的 a、b 两部分。已知 a 部分 气体为 1mol 氧气，b 部分气体为 2mol 氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体。解除锁定，活塞滑 动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的体积分别为 Va、Vb，温度分
4、别为 Ta、Tb。下列 说法正确的是（ ） AVaVb，TaTb BVaVb，TaTb CVaVb，TaTb DVaVb，TaTb 8下列说法正确的是（ ） A一块0 C的冰逐渐熔化成0 C 的水的过程中分子势能会增加 B花粉在液体中做布朗运动的剧烈程度与液体的温度和花粉颗粒的大小有关 C多晶体和非晶体一样没有规则的外形，所以它们均没有固定的熔点 D若理想气体的体积不变温度升高，则单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多 E.冰箱能够把热量从低温物体传递到高温物体，所以它不遵循热力学第二定律 9如图所示，绝热容器被绝热隔板 K1，卡销锁住的绝热光滑活塞 K2隔成 a、b、c 三部分，a 部分为真
5、空， b 部分为一定质量的稀薄气体，且压强 pbp0，c 与大气连通，则下列说法中正确的是（ ） A只打开隔板 K1，b 中气体对外做功，内能减少 B只打开隔板 K1，b 中气体不做功，内能不变 C只打开隔板 K1，b 中气体压强减小，温度不变 D只打开卡销 K2，b 中气体对外做功，内能减小 10有以下说法：其中正确的是（ ） A气体的温度越高，分子的平均动能越大 B即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速度是非常小的 C对物体做功不可能使物体的温度升高 D对于一定量的气体，当其温度降低时，速率大的分子数目减小，速率小的分子数目增加 E.从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的
6、11 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， AB 和 CD 为等温过程，BC 和 DA 为绝热过程。该循环过程中，下列说法正确的是（ ） AAB 过程中，气体对外界做功，吸热 BBC 过程中，气体分子的平均动能增加 CCD 过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 D该循环过程中，气体放热 12下列说法正确的是 A一定质量的 0冰熔化成 0水，其分子势能减少 B用 NA表示阿伏加德罗常数，M 表示铜的摩尔质量，表示实心铜块的密度，那么铜块中一个铜原子所 占空间的体积可表示为 A M N C脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变
7、为可以被水浸润，以便吸取药液 D烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体 E.恒温水池中，小气泡由底部缓慢上升过程中，气泡中的理想气体内能不变，对外做功，吸收热量 第第 IIII 卷（非选择题）卷（非选择题） 二、解答题（共二、解答题（共 52 分）分） 13如图所示，封闭有一定质量的理想气体的内壁光滑的导热汽缸固定在水平桌面上，且开口向右放置； 活塞的横截面积为 S，其到汽缸底部的距离为d；活塞通过轻绳连。接了一个质量为m的小物体，轻绳跨在 定滑轮上。开始时汽缸内、外压强相同，均为大气压 0 p（ 0 mgp S ，g为重力加速度） 。汽缸内气体的温 度为
8、0 T时，轻绳恰好处于伸直状态，滑轮左侧细绳水平，连接小物体的细绳竖直。不计摩擦，现缓慢降低 汽缸内气体的温度。 （1）小物体对地面的压力恰好为零时，求气体的温度 1 T。 （2）继续缓慢降低气体的温度，当活塞到汽缸底部的距离为 2 d 时，气体放出的热量为Q，则气体的内能变 化了多少？ 14如图所示，横截面积为 S，质量为 M 的活塞在气缸内封闭着一定质量的理想气体，现对气缸内气体缓 慢加热，使其温度从 T1升高了T，气柱的高度增加了 L，吸收的热量为 Q，不计气缸与活塞的摩擦，外界 大气压强为 p0，重力加速度为 g，求： 此加热过程中气体内能增加了多少？ 若保持缸内气体温度不变，再在活塞
9、上放一砝码，如图所示，使缸内气体的体积又恢复到初始状态，则 放砝码的质量为多少？ 15一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化。 （1）从 A 到 B 的过程，气体向外吸收了 800J 的热量，则 A 到 B 气体的内能变化多少？ （2）若气体在状态 A 的温度为 1000K 时，则气体在状态 C 时的温度为多少？ （3）求 C 到 A 过程气体对外做的功？ 16人们采用“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射照度。它是指平均日地距离时，在地球大气层上 界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。近年来通过各种先进手段测得的太阳常数的标准 值为 2 1353W/m。又知地球半径约为
10、6 6.4 10 m。试根据上述数据估算一下太阳每秒辐射到地球的总能量。 参考答案参考答案 1B 【详解】 A布朗运动是液体中的固体小颗粒的无规则的运动，故 A 不符合题意； B分子间引力和斥力都是存在，当两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大，故 B 符合题意； C物体做加速运动，温度不一定升高，所以物体内分子的平均动能不一定越来越大，故 C 不符合题意； D物体对外做功，若同时吸收热量，则物体内能不一定减小，故 D 不符合题意。 故选 B。 2C 【详解】 A第一类永动机不可能制成的原因是能量守恒定律，A 错误； B机械能提供摩擦做功，可以全部转化为内能，B 错误； C根据热力学第二定律
11、可知，从单一热源吸收的热量全部变成功而不产生其他影响是不可能的，C 正确； D第二类永动机不可能制造成功的原因是其违背热力学第二定律，并不违背能量守恒定律，D 错误。 故选 C。 3B 【详解】 A体积和温度都相同的气体，内能不一定相同，还和气体的种类有关，故 A 错误； B根据理想气体状态方程 pV C T 可知，一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中， 温度升高，而一定量的理想气体得内能仅仅与温度有关， 所以气体的内能一定增加，故 B 正确； C根据熵增原理可知，一切自发的热学过程都是向着分子热运动无序性增大的方向进行。故 C 错误； D根据热力学第二定律，不可能从单一热源取热使之完全转换为
12、有用的功而不产生其他影响，所以机械能 可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能，故 D 错误。 故选 B。 4B 【详解】 A由题图可知，理想气体从状态 A 到状态 B 的过程中，温度升高，内能增大，故 A 错误； BC如图所示 两条虚线为等压线，斜率越大，压强越小，故气体从状态 A 到状态 B 的过程中，压强减小，故 B 正确，C 错误； D从状态 A 到状态 B，体积增大，气体对外做功 W0 根据热力学第一定律 U=W+Q 可知 Q0 即气体从外界吸收热量，故 D 错误。 故选 B。 5C 【详解】 A根据热力学第一定律 UWQ 可知，物体放出热量，物体的内能不一定减小，所
13、以物体分子的平均动能不一定减小，故 A 错误； B气体的扩散运动总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，故 B 错误； C机械能可以自发地全部转化为内能，但内能不可能自发地全部转化为机械能，故所以 C 正确； D尽管技术不断进步，但热机的效率仍不能达到 100%，制冷机却也无法可以使温度降到-273，故 D 错 误； 故选 C。 6D 【详解】 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20J，即U=20J；根据热力学第一定律可知，W+Q=20J，即物体不一定吸收了20J的 热量，故 B 错误； C物体放出热量，即 0Q 同时对外做功，即 0W 根
14、据热学第一定律 UWQ 可知 0U 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。 7D 【详解】 AB解除锁定前，两部分气体温度相同，体积相同，根据PVnRT 可知，b 气体的压强大，故活塞左移， 平衡时 ab ab VV PP AB 错误； CD根据热力学第一定律，活塞左移过程中，a 气体被压缩内能增大，温度增大，b 气体向外做功，内能减 小，温度减小，平衡时 TaTb，C 错误，D 正确； 故选 D。 8ABD 【详解】 A0 C的冰逐渐熔化成0 C 的水的过程中吸收热量，冰的内能
15、增大，而冰的温度不变，则分子的平均动能 不变，所以分子势能会增加，A 正确； B布朗运动的剧烈程度与悬浮颗粒的大小有关，是由于颗粒越大，分子碰撞的不平衡性越不明显；温度越 高，布朗运动越明显，B 正确； C多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，C 错误； D若理想气体体积不变，温度升高，气体分子的平均动能增加，分子的运动加快，故单位时间内撞击单位 面积器壁的气体分子数增多，D 正确； E冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体要消耗电能，因此遵循热力学第二定律，E 错误。 故选 ABD。 9BC 【详解】 AB只打开隔板 K1，b 中气体向 a 中真空扩散，气体不做功，W0，绝热容器导致 Q0
16、，由热力学第一 定律知 UWQ0 内能不变，A 错误，B 正确； C只打开隔板 K1时，b 中气体内能不变，温度不变，由玻意耳定律 pVC 知 b 中气体体积增大，压强减 小，C 正确； D只打开卡销 K2时，由于 pb0，但 Q0，则 UWQ0 内能增加，D 错误。 故选 BC。 10ABD 【详解】 A气体的温度越高，分子的平均动能越大，故 A 正确； B平均动能越高，温度越高，即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速度是非常小的，故 B 正确； C改变物体内能的方式两种：热传递和做功，所以对物体做功可以使物体的温度升高，故 C 错误； D对于一定量的气体，当其温度降低时，速率大的分子数目
17、减小，速率小的分子数目增加，D 正确； E在引起其它变化的情况下，从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是可能的，故 E 错误。 故选 ABD。 11AC 【详解】 AAB 过程中，体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，根据 UQW 可知气体吸热，故 A 正确； BBC 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； CCD 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该循环过程中，气体内能不变，对外做功，根据 UQW 可知气体吸热，故 D 错误。 故选 AC。 12BCE 【详
18、解】 A一定质量的 0冰熔化成 0水，需要吸收热量，内能增加，而温度不变分子平均动能不变，所以分子 势能增加，选项 A 错误； BNA表示阿伏加德罗常数，M 表示铜的摩尔质量，表示实心铜块的密度，那么铜块中一个铜原子所占 空间的体积可表示为 0 AAA M VM V NNN 选项 B 正确； C脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液，选项 C 正确； D用烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，是由于云母片具有各向异性的原 因，说明云母片是晶体，选项 D 错误； E恒温水池中，小气泡由底部缓慢上升过程中，温度不变，气泡中的理想气体内能不变，但随着
19、液体压强 的减小，小气泡体积增大，对外做功，吸收热量，选项 E 正确。 故选 BCE。 13 （1） 0 10 0 p Smg TT p S ； （2） 0 2 p Smg d Q 【详解】 （1）小物体对地面的压力恰好为零，汽缸内气体压强 10 mg pp S 气体从开始到小物体对地面的压力恰好为零的过程中，气体做等容变化，有 01 01 pp TT 解得 0 10 0 p Smg TT p S （2）继续缓慢降低气体温度，小物体离开地面后气体做等压变化，外界对气体做的功 1 2 d Wp S 根据热力学第一定律可知，气体的内能变化量 0 1 22 p Smg dd UWQp SQQ 14
20、0 -UQSMgLp 0 1 SMgT m g p T 【解析】 设缸内气体的温度为 1T时压强为 1 p，活塞受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，得到： 01 MgSSpp 气体膨胀对外界做功为： 1 WS Lp 根据热力学第一定律得到：Q WU 联立可以得到： 0 -UQSMgLp 设放入砝码的质量为 m，缸内气体的温度为 2T 时压强为 2 p，系统受重力、大气压力和缸内气体的压力作 用而平衡，得到： 02 Mm gSSpp 根据查理定律： 12 12 pp TT 联立可以得到： 0 1 SMgT m g p T 15 （1）200JU； （2） 1500K C T ； （3）-
21、300J 【详解】 （1）由于从 A 到 B 的过程中，气体压强不变，体积增大，故气体对外做功，有 433 10 10 Pa8 210 m600J A WFspV 同时气体向外吸收了 800J 的热量，故有： 800JQ 根据热力学第一定律 UQW 所以得：200JU （2）由理想气体状态方程有 AABB AB p Vp V TT 由图像代入数据可得 433433 10 10 Pa2 10 m5 10 Pa 6 10 m 1000K C T 解得： 1500K C T （3）由 PV 图像可判断，气体从 C 到 A 过程中体积减小，说明气体对外界做负功，故由 pV 图像围成 的面积表示气体对外做功的大小，故有： 433 (5 10) 10 Pa(62) 10 m 300J 2 W 16 17 1.75 10 J 【详解】 由题意可知太阳常数的标准值 2 1353W/mk 垂直于太阳辐射光的地球的有效面积 2 262142 3.146.4 10m1.29 10 mSR 故每秒辐射到地球的总能量 1417 1353 1.29 101J1.75 10 JEPtkSt
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