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（粤教版2019）

单元检测卷(三)　热力学定律 (时间：90分钟　满分：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7小题，每小题4分，共28分。每小题只有一个选项符合题目要求) 1．杯子里盛有热水，经过一段时间后杯子里的水慢慢变凉，则(　　) A．水分子的平均动能减小 B．所有水分子的动能都减小 C．只有个别水分子的动能减小 D．每个水分子动能的减少量相同 答案：A 解析：温度降低，水分子的平均动能减小，但不是每个水分子的动能都减小，个别水分子的动能有可能增大，但绝大多数水分子的动能都是减小的，A正确，B、C、D错误。 2．(2023·广东深圳高二期末)下列四幅图中，能正确反映分子势能Ep(取无穷远处分子间势能为零)和分子间作用力F(F为斥力时取正值，F为引力时取负值)随分子间距离r变化关系的图线是(　　) 答案：B 解析：根据分子间作用力F、分子势能Ep与分子间距r的关系可知，当r＝r0时，分子力为零，分子势能最小，由此可知A、C、D错误，B正确。 3.如图所示，有一导热性良好的气缸放在水平面上，气缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体，活塞与气缸壁间的摩擦不计，忽略气体分子间的相互作用(即分子势能视为零)，忽略环境温度的变化，现缓慢推倒气缸，在此过程中(　　) A．气体吸收热量，内能不变 B．气缸内分子的平均动能增大 C．单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多 D．气缸内分子撞击气缸壁的平均作用力增大 答案：A 解析：初状态气体压强大于大气压强，末状态气体压强等于大气压强，压强减小，由玻意耳定律可知，该过程气体体积变大，气体对外做功，由于忽略环境温度变化，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故A正确；温度不变，气缸内分子的平均动能不变，故B错误；分子的平均动能不变，平均速率不变，气体压强变小，单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数减小，故C错误；分子的平均动能不变，气缸内分子撞击气缸壁的平均作用力不变，故D错误。故选A。 4.如图所示，导热性良好的气缸内密封的气体(可视为理想气体)在等压膨胀过程中，下列关于密封的气体说法正确的是(　　) A．气体内能可能减少 B．气体会向外界放热 C．气体吸收的热量大于对外界所做的功 D．气体分子的平均动能将减小 答案：C 解析：气体等压膨胀，由盖­吕萨克定律可知，气体温度升高，气体分子的平均动能将增大，故D错误；理想气体的内能只与温度有关，温度升高则内能增大，故A错误；体积增大，则气体对外界做功，即W<0，又内能增加，即ΔU>0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q>0，即气体一定吸热，且Q>|W|，故B错误，C正确。 5.(2023·广东广州统考)如图所示，固定在铁架台上的烧瓶，通过橡胶塞连接一根水平玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向外移动，关于烧瓶内的气体，下列说法正确的是(　　) A．气体的压强变小 B．气体的体积变小 C．气体对外界做功 D．气体的内能减小 答案：C 解析：由于水柱处于水平玻璃管中，对水柱分析可知，烧瓶内气体的压强始终等于大气压强，即气体的压强不变，A错误；根据上述分析可知，该过程是等压变化，手捂住烧瓶，温度升高，则气体的体积增大，B错误；气体的体积增大，则气体对外界做功，C正确；气体的温度升高，则气体的内能增大，D错误。故选C。 6.一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p­T图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是(　　) A．气体在a状态的体积大于在c状态的体积 B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 C．在过程cd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da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 答案：B 解析：由理想气体状态方程＝c可得p＝T，结合题图可知气体在a、c两状态的体积相等，A错误；理想气体的内能由温度决定，而Tc<Ta ，故气体在状态a的内能大于气体在状态c的内能，B正确；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，cd过程温度不变，即内能不变，则Q＝－W，C错误；da过程温度升高，即内能增大，由p＝T可知，da过程体积增大，结合热力学第一定律可知，气体吸收的热量大于气体对外做的功，D错误。 7.如图所示，气缸内用活塞封闭一定质量的理想气体，气缸和活塞是绝热的，气缸水平且固定不动，一条细线左端连接在活塞上，另一端跨过定滑轮后吊着一个装沙的小桶，开始时活塞静止，某时刻开始小桶中的沙缓慢漏出，不计活塞与气缸间的摩擦，则下列说法正确的是(　　) A．气缸内的活塞向右运动 B．气缸内气体的内能变小 C．气缸内气体的压强减小 D．气缸内气体的分子平均动能变大 答案：D 解析：设气缸内气体压强为p，以活塞为研究对象受力分析，根据平衡条件得pS＋F＝p0S，细沙不断流出时细线拉力F变小，而p0不变，则p变大，气缸内的活塞向左运动，气体体积减小，气体被压缩，外界对气体做功，由于气缸和活塞是绝热的，由热力学第一定律可知，气体的内能变大，温度升高，则气缸内气体分子的平均动能变大，故A、B、C错误，D正确。 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 8．关于热力学第二定律，下列说法正确的是(　　) A．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 B．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性 C．随着技术的不断进步，热机的效率可能达到100% D．电冰箱在通电正常工作时，可将热量从低温物体传导到高温物体，但并不违反热力学第二定律 答案：AD 解析：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，只是要引起其他的变化，故A正确；根据热力学第二定律，自发的热现象具有方向性，故B错误；即使技术不断进步，热机的效率也不可能达到100%，故C错误；电冰箱在通电正常工作时，可将热量从低温物体传递到高温物体，消耗了电能，所以不违反热力学第二定律，故D正确。故选AD。 9.(2023·广东佛山高二检测)某同学用如图所示的喷壶对教室进行消毒。闭合阀门K，向下压压杆A可向瓶内储气室充气，多次充气后按下按柄B打开阀门K，消毒液会自动经导管从喷嘴处喷出。设充气和喷液过程中瓶内气体温度保持不变，则(　　) A．喷液过程中，外界对瓶内气体做正功 B．喷液过程中，瓶内气体从外界吸收热量 C．充气过程中，瓶内气体分子的平均动能不变 D．充气过程中，瓶内所有气体分子的速率均不变 答案：BC 解析：喷液过程中储气室内气体体积增大，外界对瓶内气体做负功，A错误；喷液过程中瓶内气体对外做功而温度保持不变，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，瓶内气体从外界吸收热量，B正确；充气过程中，瓶内气体温度保持不变，分子的平均动能不变，C正确；充气过程中温度不变，瓶内气体的平均速率不变，但不是所有气体分子的速率均不变，D错误。 10.(2023·广东珠海高二校考)一定质量的理想气体，从状态A经状态B和状态C后又回到状态A的变化过程中的p­V图线如图所示，则下列说法中正确的是(　　) A．从状态A到状态B，气体的内能增大 B．从状态B到状态C，气体从外界吸热 C．从状态C到状态A，气体分子运动的平均速率先变大后变小 D．气体按图示过程循环一次，状态B时气体的内能最大 答案：ACD 解析：从状态A到状态B，气体压强不变，体积变大，由盖­吕萨克定律可知气体温度升高，故气体的内能增大，故A正确；从状态B到状态C，气体压强减小，体积不变，由查理定律可知气体温度降低，气体的内能减小，而外界对气体不做功，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热，故B错误；从状态C到状态A，气体的压强与体积的乘积先增大后减小，由理想气体状态方程可知气体的温度先增大后减小，故气体分子运动的平均速率先变大后变小，故C正确；气体按题图示过程循环一次，状态B时气体压强与体积的乘积最大，温度最高，故状态B时气体的内能最大，故D正确。故选ACD。 三、填空题(本题共2小题，共15分) 11．(7分)一定质量的理想气体依次经历三个过程，回到初始状态，该过程可用如图甲所示的p­T图像上的三条直线a、b、c表示，其中a平行于横轴，b的延长线过坐标原点O，c平行于纵轴，该过程也可用如图乙所示的p­V图像表示。整个过程中气体______________(选填“从外界吸热”、“向外界放热”或“与外界没有热交换”)，图甲中的b过程与图乙中的______(选填“d”、“e”或“f”)过程对应。 答案： 从外界吸热　e 解析：由题图可知，整个过程理想气体的内能增量为零，即ΔU＝0，而气体对外做功，即W<0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可得Q>0，则整个过程中气体从外界吸热。题图甲中，b过程，根据理想气体状态方程＝c，可知体积不变，故与题图乙中的e过程对应。 12．(8分)我们可以从宏观与微观两个角度来研究热现象。一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C，其中A→B过程为等压变化，B→C过程为等容变化。已知VA＝0.3 m3，TA＝300 K，TB＝400 K，TC＝300 K。 (1)气体在状态B时的体积VB＝________m3。 (2)气体分别处于状态A和状态B时，分子热运动速率的统计分布情况如图所示，其中对应状态B的是曲线__________(选填“①”或“②”)。 (3)设A→B过程气体吸收热量为Q1，B→C过程气体放出热量为Q2，则Q1__________Q2(选填“大于”、“等于”或“小于”)。 (4)B→C过程中，气体压强__________(选填“变大”、“变小”或“不变”)，从微观角度解释其变化的原因：_______________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案：(1)0.4　(2)②　(3)大于　(4)变小　解释见解析 解析：(1)A→B过程为等压变化，由盖­吕萨克定律有＝，代入数据解得VB＝0.4 m3。 (2)因为B的温度高，气体分子的平均动能较大，即速率大的分子数占分子总数的比例偏多，故②是其对应的曲线。 (3)一定质量理想气体的内能只与温度有关，A→B过程气体温度升高，内能增大为ΔU1，气体体积增大，气体对外做功为W1，由热力学第一定律可知，气体吸收的热量Q1＝ΔU1＋W1；B→C过程气体温度降低，内能减少为ΔU2，气体体积不变，既没有气体对外做功，也没有外界对气体做功，则W2＝0，由热力学第一定律可知，气体放出热量Q2＝ΔU2，由题知TA＝TC，ΔU1＝ΔU2，因此Q1>Q2。 (4)B→C过程为等容变化，气体体积不变，气体分子的密集程度不变，气体的温度降低，气体分子的平均动能变小，气体分子的平均速率变小，对器壁的冲力也变小，则撞击的平均作用力变小，因此气体的压强变小。 13.(9分)一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化，其中B→C为等温线，气体在状态A时温度为TA＝1 200 K。 (1)求气体在状态C时的温度TC； (2)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气体吸收或放出了多少热量？ 答案：(1)300 K　(2)放出热量1 200 J 解析：(1)根据理想气体的状态方程有 ＝， 代入题图中数据可得TC＝300 K。 (2)从A到B，外界对气体做功，有W＝pA(VA－VB)＝15×104×(8－2)×10－3 J＝900 J 根据热力学第一定律可得Q＝ΔU－W＝－300 J－900 J＝－1 200 J 即气体放出热量1 200 J。 14.(14分)如图所示，某种药瓶的容积为V0，内装有V1(V1<V0)的药液，药液上方为空气，压强为p0。护士把注射器针插入药液中，拉动注射器手柄，抽出体积为V2的药液。瓶内空气温度保持不变，且视为理想气体。 (1)判断该次抽药液过程中瓶内空气是吸热还是放热，并说明理由； (2)抽出体积为V2的药液后，求药瓶内空气的压强。 答案：(1)吸热，理由见解析　(2) 解析：(1)抽液过程，瓶内空气体积变大，对外做功，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，瓶内空气吸热。 (2)由题意可知瓶内空气发生等温变化，设瓶内空气体积为V，有V＝V0－V1 抽出液体为V2后，瓶内空气体积为 V′＝V0－V1＋V2 根据玻意耳定律有p0V＝p1V′ 代入数据解得p1＝。 15.(16分)如图所示，一排球球内气体的压强为p0，体积为V0，温度为T0，用打气筒对排球打入压强为p0、温度为T0的气体，使球内气体压强变为3p0，同时温度升至2T0，充气过程中气体向外放出Q的热量，假设排球体积不变，气体内能U与热力学温度的关系为U＝kT(k为正常量)，求： (1)打气筒对排球充入压强为p0、温度为T0的气体的体积； (2)打气筒对排球充气过程中打气筒对气体做的功。 答案：(1)0.5V0　(2)Q＋kT0 解析：(1)设打气筒对排球充入压强为p0、温度为T0的气体的体积为V，以排球内气体与要充入的气体整体为研究对象。 气体的初状态p1＝p0，V1＝V0＋V，T1＝T0 气体的末状态p2＝3p0，V2＝V0，T2＝2T0 根据理想气体状态方程得＝ 代入解得V＝0.5V0。 (2)因为气体内能U与温度的关系为U＝kT 所以打气过程中内能变化ΔU＝k(2T0－T0)＝kT0 由热力学第一定律得ΔU＝W－Q 解得打气筒对气体做的功W＝Q＋kT0。 学生用书↓第63页 学科网（北京）股份有限公司 $$