单元检测卷(3) 热力学定律-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义配套练习（鲁科版2019）

单元检测卷(三)　热力学定律 (90分钟　100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、单项选择题(本题共10小题，每小题3分，共30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．下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是(　　) A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律 B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行 C．有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行 D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会减小 A　[从热力学第二定律的微观本质看，一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行，B、C错误；热力学第二定律是一个统计规律，A正确；任何自然过程总是朝着无序程度增大的方向进行，也就是熵增加的方向进行，D错误。] 2.如图所示是古人锻造铁器的过程，关于改变铁器内能的方式，下列说法正确的是(　　) A．加热和锻打属于热传递，淬火属于做功 B．加热属于热传递，锻打和淬火属于做功 C．加热和淬火属于热传递，锻打属于做功 D．加热和淬火属于做功，锻打属于热传递 C　[用铁锤锻打铁器，铁器会发热，属于做功改变铁器内能；用火对铁器加热，铁器从火中吸收热量，把铁器放在水中淬火，铁器向水中放热，所以加热和淬火属于热传递改变铁器内能，故选项C正确。] 3．关于一定量的气体，下列说法正确的是(　　) A．气体吸热，内能一定增加 B．气体对外做功时，其内能一定减少 C．一定量的某种理想气体在等压压缩过程中，内能一定增加 D．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加 D　[根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，内能的增量ΔU由Q和W共同决定，物体吸收热量Q，但做功W不确定，所以其内能不一定增加，故A错误；同理，气体对外做功时，传递热量Q不确定，其内能也不一定减少，故B错误；根据理想气体的状态方程：＝C可知，一定量的某种理想气体在等压压缩过程中，气体的温度一定降低，而一定量的理想气体的内能仅仅与温度有关，所以其内能一定减少，故C错误；根据理想气体的状态方程：＝C可知，一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，气体的温度一定升高，而一定量的理想气体的内能仅仅与温度有关，所以其内能一定增加，故D正确。] 4.如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分体积相等的气体，A的密度小，B的密度较大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸收的热量为Q，气体内能增量为ΔU，则(　　) A．U＝Q B．ΔU<Q C．ΔU>Q D．无法比较 B　[A部分气体密度小，B部分气体密度大，以整体为研究对象，开始时，气体的重心在容器下部，混合均匀后，气体的重心在容器中部，所以重力对气体做负功，气体的重力势能增大，由能量守恒定律可知，吸收的热量Q有一部分用于增加气体的重力势能，另一部分用于增加气体的内能。故答案为B。] 5．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104 J，气体内能减少1.3×105 J，则此过程(　　) A．气体从外界吸收热量2.0×105 J B．气体向外界放出热量2.0×105 J C．气体从外界吸收热量2.0×104 J D．气体向外界放出热量6.0×104 J B　[根据热力学第一定律有：ΔU＝Q＋W，则Q＝ΔU－W＝－1.3×105 J－7.0×104 J＝－2.0×105 J，负号表示气体向外界放出热量为2.0×105 J。B正确。] 6．飞机在万米高空飞行，这时机舱外的气温往往在零下50 ℃以下。在研究大气现象时，可以把温度、压强相同的一部分气体作为研究对象，这一部分气体称作气团，气团直径往往可达几千米，由于气团很大，边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响，可以忽略。则高空气团温度很低的原因可能是(　　) A．地面的气团上升到高空的过程中收缩，同时从周围吸收热量，使周围温度降低 B．地面的气团上升到高空的过程中收缩，外界对气团做功，使周围温度降低 C．地面的气团上升到高空的过程中膨胀，同时对外放出热量，使气团自身温度降低 D．地面的气团上升到高空的过程中膨胀，气团对外做功，使气团内能大量减少，气团温度降低 D　[地面的气团上升到高空的过程中压强减小，气团膨胀，对外做功，W<0，由于气团很大，边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响，可以忽略，即Q＝0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知ΔU<0，即内能减少，温度降低，故D正确，A、B、C错误。] 7.(2023·宁德高二检测)如图所示，气缸内盛有一定质量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸的接触是光滑的，但不漏气。现将活塞杆与外界连接使其缓慢向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。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，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律 B．气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律 D．以上三种说法都不对 C　[气体等温膨胀并通过杆对外做功，由于气体等温，所以内能不变，对外做功，则要吸收热量，即气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律，因为此过程产生了其他影响，即需要外力牵引着杆向外移动，所以没有违反热力学第二定律，故选C。] 8.17世纪70年代，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，其结构如图所示，在斜面顶端放一块强磁铁M，斜面上、下端各有一个小孔P、Q，斜面下有一个连接两小孔的弯曲轨道。维尔金斯认为：如果在斜面底放一个铁球，那么在磁铁的引力作用下，铁球会沿斜面向上运动，当球运动到P孔时，它会漏下，再沿着弯曲轨道返回到Q，由于这时球具有速度所以可以对外做功，然后铁球又被磁铁吸引回到上端，到P处又漏下……对于这个设计，下列判断正确的是(　　) A．满足能量守恒定律，所以可行 B．不满足热力学第二定律，所以不可行 C．不满足机械能守恒定律，所以不可行 D．不满足能量守恒定律，所以不可行 D　[该装置违背了能量守恒定律，故不可行，D正确。] 9．如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞。用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前(　　) A．外界对管内气体做功，气体内能增大 B．管内气体对外界做功，气体内能减小 C．管内气体内能不变，压强变大 D．管内气体内能增加，压强变大 D　[克服绳与金属管间的摩擦做功，使管壁内能增加，温度升高。乙醚的温度进一步升高，直至沸腾，管塞会被冲开。管塞被冲开前管内气体内能增加，压强变大。故D正确。] 10．下列对能量守恒定律的认识不正确的是(　　) A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了 D　[能量在转化和转移过程中是守恒的，故选项A、B说法正确；任何永动机都是不可能制成的，C选项永动机违背了能量守恒定律，选项C说法正确；石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械能并没有消失，只是转化成了其他形式的能量，选项D说法错误，故选D。] 二、多项选择题(本题共5小题，每小题5分，共25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5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。) 11．夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内的气体看作理想气体。则上升过程中，以下说法正确的是(　　) A．气泡内气体对外界做功 B．气泡内气体分子平均动能增大 C．气泡内气体温度升高导致放热 D．气泡内气体的压强可能不变 AB　[气泡内气体压强p＝p0＋ρgh，气泡上升过程中，其压强减小，温度升高，根据理想气体状态方程＝C，体积一定增大，故气泡内气体对外界做功，故A正确，D错误；温度是分子平均动能的标志，温度升高，气泡内气体分子的平均动能增大，故B正确；温度升高，气泡内气体内能增大，即ΔU>0，体积增大，即W<0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可得Q>0，故气泡内的气体吸热，故C错误。] 12．(2023·福建莆田一中月考)下列说法正确的是(　　) A．熵值较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态 B．内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化 C．根据热力学第二定律可知，各种形式的能可以相互转化 D．外界对物体做功，同时物体向外界放出热量，物体的内能可能不变 AD　[根据熵的定义，熵值较大的宏观状态就是无序程度较大的宏观状态，选项A正确；根据热力学第二定律可知，内能不可以全部转化为机械能而不引起其他变化，选项B错误；根据能量守恒定律可知，各种形式的能可以相互转化，而热力学第二定律是反映与热现象有关的宏观过程都具有方向性的定律，选项C错误；根据热力学第一定律可知，若外界对物体做功的大小等于物体向外界放出热量的大小，物体的内能不变，选项D正确。] 13.(2021·海南高考)如图，一定量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状态c。a、c两状态温度相等。下列说法正确的是(　　) A．从状态b到状态c的过程中气体吸热 B．气体在状态a的内能等于在状态c的内能 C．气体在状态b的温度小于在状态a的温度 D．从状态a到状态b的过程中气体对外做正功 BD　[内能是组成物体分子的无规则热运动的动能和分子间相互作用的势能的总和，由于理想气体的内能不考虑分子势能，故理想气体的内能等于分子平均动能的总和，而温度是分子平均动能的宏观表现，由理想气体状态方程＝可知，当Vb＝Vc，pb>pc时，Tb>Tc，故ΔUcb<0，根据热力学第一定律ΔUcb＝W＋Q可知体积V不变，故W＝0，所以ΔQ<0，从状态b到状态c的过程中气体放热，A错误；同理，气体在状态a的温度等于在状态c的温度，故气体在状态a的内能等于在状态c的内能。B正确；由理想气体状态方程＝可知，当pa＝pb，Va<Vb时，Ta<Tb，C错误；从状态a到状态b的过程中气体膨胀对外做正功，D正确。] 14.(2022·济宁市二模)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V­T图像如图所示，pa、pb、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列说法正确的是(　　) A．从c到a过程中气体一定吸热 B．pc＝pb<pa C．从b到c过程中气体放出的热量大于外界对系统做的功 D．从b到c过程中每一个分子的速率都减小 AC　[从c到a，温度不变，则内能不变，由于体积增大则气体对外做功，故一定从外界吸热，故A正确；从a到b，体积不变，温度升高，则压强变大，故pb>pa，又从b到c为等压变化，故pb＝pc，因此pc＝pb>pa，故B错误；从b到c，温度降低，故内能减小即ΔU<0，体积减小，外界对气体做功即W>0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得Q<0，且|Q|>W，故C正确；温度降低，分子的平均动能减小，但并不是每个分子的动能都减小，因此每一个分子的速率也未必都减小，故D错误。] 15.如图所示，气缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体A和B，活塞处于静止平衡状态。现通过电热丝对气体A加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与气缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是(　　) A．气体A吸热，内能增加 B．气体B吸热，对外做功，内能不变 C．气体A分子的平均动能增大 D．气体A和气体B内每个分子的动能都增大 AC　[气体A进行等容变化，则W＝0，根据ΔU＝W＋Q可知，气体A从外界吸收热量，内能增加，温度升高，气体A分子的平均动能变大，但是不是每个分子的动能都增加，选项A、C正确，D错误；因为中间是导热隔板，所以气体B吸收热量，温度升高，内能增加，又因为气体B进行等压变化，故体积变大，气体对外做功，选项B错误。] 三、非选择题(本题共3小题，共45分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位。) 16．(13分)一定质量的理想气体经历如图所示A→B→C→D→A循环过程，该过程每个状态视为平衡态。已知A态的温度为27 ℃。(T＝t＋273 K)求： (1)B态的温度TB； (2)一次A→B→C→D→A循环过程气体是吸热还是放热？吸收或者放出的热量是多少？ 解析：　(1)由图像可知：VA＝3 L，VB＝4 L，A到B是等压过程，由题意可知：TA＝(27＋273) K＝300 K，由盖一吕萨克定律得：＝ 解得TB＝400 K。 (2)从A态又回到A态的过程温度不变，所以内能不变 A到B气体对外做功为：W1＝pAΔV＝100 J C到D外界对气体做功为：W2＝pCΔV＝75 J 外界对气体做的总功为：W＝W2－W1＝－25 J 由热力学第一定律有：ΔU＝W＋Q 解得Q＝25 J Q为正表示吸热。 答案：　(1)400 K　(2)吸热　25 J 17．(15分)(2021·江苏省江阴高级中学高二期中)一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化。问： (1)已知从A到B的过程中，气体的内能减少了300 J，则从A到B气体吸收或放出的热量是多少； (2)试判断气体在状态B、C的温度是否相同。如果知道气体在状态C时的温度TC＝300 K，则气体在状态A时的温度为多少。 解析：　(1)从A到B，外界对气体做功，有：W＝pΔV＝15×104×(8－2)×10－3 J＝900 J 根据热力学第一定律：ΔU＝W＋Q 解得Q＝ΔU－W＝－1 200 J，气体放热1 200 J。 (2)由图可知pBVB＝pCVC，故：TB＝TC，温度相同 根据理想气体状态方程有：＝，代入图中数据可得：TA＝1 200 K。 答案：　(1)放热　1 200 J　(2)相同　1 200 K 18．(17分)如图所示，内壁光滑的气缸竖直放置在水平桌面上，气缸内封闭一定质量的气体。气体从状态A(活塞在A处)变为状态B(活塞在B处)时，气体吸收热量280 J，并对外做功120 J。 (1)气体的内能改变了多少？是增加还是减少？ (2)某人在上一问的基础上又接着提了一个问题：若使气体从状态B再回到状态A，即回到原来活塞在A处时气体的体积和温度，气体放出的热量是150 J，那么返回过程中气体对外界做的功又是多少？请你对这一个问题进行评价。 解析：　(1)根据热力学第一定律可知，气缸内封闭气体的内能改变量为ΔU＝Q＋W＝280 J＋(－120 J)＝160 J，即内能增加了160 J。 (2)若气体从状态B又返回状态A，则气体的内能改变量ΔU′＝－ΔU＝－160 J，由热力学第一定律有ΔU′＝W′＋Q′，则W′＝ΔU′－Q′＝－160 J＋150 J＝－10 J。故气体从状态B返回状态A的过程中，气体对外界做的功为10 J。显然这与实际不符，故该问题的题设条件有误，该过程不能发生。 答案：　(1)160 J　增加　(2)问题的题设条件有误，该过程不能发生，因为气体从状态B返回状态A，体积减小，外界对气体做功 学生用书第60页 学科网（北京）股份有限公司 $$