第3章 热力学定律 章末整合提升(Word练习)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

(本卷满分100分) 一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24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．做功和热传递都可以改变物体的内能，有下列物理过程： ①汽缸内雾化柴油的压缩点燃　②太阳灶煮饭 ③擦火柴　④钻木取火　⑤进入大气层的人造卫星被烧毁 下列判断正确的是(　　) A．属于热传递的只有①②⑤ B．属于热传递的只有② C．属于做功过程的只有③④ D．属于做功过程的只有③④⑤ 解析　属于热传递的只有②，属于做功的有①③④⑤，B正确。 答案　B 2．关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是(　　) A．一定量气体吸收热量，其内能一定增大 B．不可能使热量由低温物体传递到高温物体 C．若两分子间距离增大，分子势能一定增大 D．若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大 解析　一定量气体吸收热量，若对外做功，其内能不一定增大，选项A错误；可以使热量由低温物体传递到高温物体，选项B错误；若两分子间距离从小于平衡位置距离处增大，分子势能减小，选项C错误；若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大，选项D正确。 答案　D 3．一个带活塞的汽缸内封闭一定量的气体，若此气体的温度随其内能的增大而升高，则(　　) A．将热量传给气体，其温度必升高 B．压缩气体，其温度必升高 C．压缩气体，同时气体向外界放热，其温度必不变 D．压缩气体，同时将热量传给气体，其温度必升高 解析　由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，当压缩气体，同时将热量传给气体，其内能增加，温度必升高，D正确，同理C错误；而A、B只是考虑了或W或Q的一个方面而忽略了另一方面，故A、B错误。 答案　D 4．如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，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，设在此过程气体吸热Q，气体内能增量为ΔE，则(　　) A．ΔE＝Q B．ΔE<Q C．ΔE>Q D．无法比较 解析　抽去隔板前A、B气体的整体重心在中线以下，抽去隔板待气体混合均匀后重心恰好在中线上，所以系统的重力势能增大，由能量守恒定律，吸收的热量一部分增加气体内能，一部分增加重力势能，所以B正确。 答案　B 5．某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体(　　) A．对外做正功，分子的平均动能减小 B．对外做正功，内能增大 C．对外做负功，分子的平均动能增大 D．对外做负功，内能减小 解析　气体膨胀对外做正功，而缸内气体与外界无热交换，由热力学第一定律知，其内能一定减小，温度降低，故分子的平均动能减小，A正确，B、C、D错误。 答案　A 6．柴油机使柴油燃料在它的汽缸中燃烧，产生高温高压的气体，燃料的化学能转化为气体的内能，高温高压的气体推动活塞做功，气体的内能又转化为柴油机的机械能，燃烧相同的燃料，输出的机械能越多，表明柴油机越节能。是否节能是衡量机器性能好坏的重要指标，有经验的柴油机维修师傅，不用任何仪器，只是将手伸到柴油机排气管附近，去感知一下尾气的温度，就能够判断出这台柴油机是否节能，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，你认为正确的是(　　) A．尾气的温度越高，柴油机越节能 B．尾气的温度越低，柴油机越节能 C．尾气的温度高低与柴油机是否节能无关 D．以上说法均不正确 解析　气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油机使柴油燃料在它的汽缸中燃烧，产生高温高压的气体，是一个高温热源；而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源，根据能量守恒，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同的燃料，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低。 答案　B 7．如图所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空，现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸，待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积，假设整个系统不漏气，下列说法正确的是(　　) A．气体自发扩散前后内能不相同 B．在自发扩散过程中，气体对外界做功 C．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 D．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变 解析　气体向真空扩散过程中对外不做功，且又因为汽缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，故A、B错误；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，即外界对气体做功，故C正确；气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，所以气体内能增加，则温度升高，气体分子的平均动能增加，故D错误。 答案　C 8．如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则(　　) A．气体体积膨胀，内能增加 B．气体分子势能减少，内能增加 C．气体分子势能增加，压强可能不变 D．Q中气体不可能自发地全部退回到P中 解析　气体的膨胀过程没有热交换，可以判断Q＝0；由于容器Q内为真空，所以气体是自由膨胀，虽然体积变大，但是气体并不对外做功，即W＝0；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q。由以上可以判断该过程ΔU＝0，即气体的内能不变，故选项A、B错误。由于气体分子间的作用力表现为引力，所以气体体积变大时分子引力做负功，分子势能增加，由此进一步推断分子动能减小，温度降低；体积变大、温度降低，则气体压强变小，故选项C错误。宏观中的热现象都是不可逆的，故D正确。 答案　D 二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16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4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分) 9．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，必定会使该物体的内能增加 C．一定质量的气体温度不变时，体积减小，压强增大，每秒撞击单位面积器壁的分子数增多 D．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大 解析　改变物体内能的两种方式：做功和热传递，故选项A正确；当物体向其他物体传递的热量大于外界做的功，物体内能将减小，故选项B错误；一定质量的气体温度不变时，体积减小，压强增大，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多，故C正确；气体从外界吸收热量，若同时对外做功，则内能可能不变，也可能减小，故D错误。 答案　AC 10.一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、c两状态的体积相等 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 解析　由理想气体状态方程＝C得，p＝T，由题图可知，Va＝Vc，选项A正确；理想气体的内能只由温度决定，而Ta>Tc，故气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能，选项B正确；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，cd过程温度不变，内能不变，则Q＝－W，选项C错误；da过程温度升高，即内能增大，则吸收的热量大于气体对外界做的功，选项D错误。 答案　AB 11.某同学做了如下实验：先把空烧瓶放入冰箱冷冻，取出后迅速用一个气球紧套在烧瓶颈上，再将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球胀大起来，如图所示，与烧瓶放进热水前相比，放进热水后密闭气体的(　　) A．内能减小 B．分子平均动能增大 C．分子对烧瓶底的平均作用力变大 D．体积是所有气体分子的体积之和 解析　由于热水的温度较高，将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，烧瓶和气球内气体吸收了热水的热量，温度升高，内能增大，A错误；由于温度升高，所以分子的平均动能增大，B正确；由于外界压强不变，气球膨胀，气球膜对内部气体的压力增大，因此内部气体压强增大，分子对瓶底的平均作用力增大，C正确；气体分子体积很小，故对应的气体体积不是分子体积之和，D错误。 答案　BC 12．下列说法正确的是(　　) A．物体内能增大，温度一定升高 B．在绝热过程中，外界对气体做功，气体的内能增加 C．一辆空载的卡车停于水平地面，在缓慢装沙过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体向外界放热 D．卡车装沙过程中轮胎突然爆裂，在爆裂的这一短暂过程中，气体膨胀，温度下降 解析　物体内能增大，温度不一定升高，如晶体熔化过程中，吸热，内能增大，但温度不变，选项A错误；在绝热过程中，气体不与外界进行热交换，根据热力学第一定律可知，外界对气体做功时，气体的内能增加，选项B正确；不计分子间势能，气体质量一定时，温度是气体内能的标志，由题意知，胎内气体温度不变，则内能不变，在缓慢装沙过程中，外界对气体做功，故气体应向外界放热，C项正确；在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，对外做功，内能减小，温度下降，故选项D正确。 答案　BCD 三、非选择题(本题共6小题，共60分) 13．(6分)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功，则此过程中的气泡________(选填“吸收”或“放出”)的热量是______J，气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了________J。 解析　理想气体等温过程中内能不变，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，知气泡对外做功0.6 J，则一定同时从外界吸收热量0.6 J，才能保证内能不变，而温度上升的过程，内能增加了0.2 J。 答案　吸收　0.6　0.2 14．(8分)如图所示，导热的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在汽缸中(状态①)，汽缸的内壁光滑，现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动一段距离(状态②)，在此过程中： (1)(多选)如果环境保持恒温，下列说法正确的是________。 A．每个气体分子的速率都不变 B．气体分子平均动能不变 C．水平外力F逐渐变大 D．气体内能减少 E．气体放热 F．气体内能不变，却对外做功，此过程违反热力学第一定律，不可能实现 G．气体虽是从单一热库吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律 (2)(多选)如果环境保持恒温，分别用p、V、T表示该理想气体的压强、体积、温度。气体从状态①变化到状态②，此过程可用如图中的图像表示的是________。 解析　(1)温度不变，分子平均动能不变，分子平均速率不变，但分子由于热运动频繁碰撞，所以不是每个分子的速率都不变，B正确，A错误；由玻意耳定律知体积增大，压强减小，活塞内、外压强差增大，水平拉力F增大，C正确；由温度不变、体积增大可知，气体内能不变，对外做功，由热力学第一定律知，气体一定从外界吸收热量，D、E、F均错误；题中气体虽从单一热库吸热，全部用来对外做功，但必须有外力作用于杆并引起气体的体积增大，不违反热力学第二定律，G正确。 (2)由题意知，从①到②，温度不变，体积增大，压强减小，所以只有A、D正确。 答案　(1)BCG　(2)AD 15.(8分)如图所示，横截面积S＝25 cm2、高h＝80 cm的绝热汽缸开口向上，置于水平地面上，距汽缸口处有固定挡板，质量为m＝5 kg、高度为20 cm的绝热活塞置于挡板上，密封一部分理想气体，一根劲度系数为k＝10 N/cm的弹簧一端与活塞相连，另一端固定在活塞正上方，此时弹簧沿竖直方向且长度恰好为原长，缸内气体温度为27 ℃，压强等于大气压强p0。现通过汽缸内的电热丝(图中未画出)加热气体，使活塞上端缓慢移动到汽缸口时停止加热，此过程中气体吸收热量180 J，对外做功80 J。不计挡板和电热丝的体积，取大气压强p0＝1.0×105Pa，重力加速度g＝10m/s2。求： (1)活塞上端移动到汽缸口时气体的温度； (2)此过程中气体内能的变化量。 解析　(1)活塞移动到汽缸口时，受力如图所示 根据活塞受力平衡可得 p2S＝mg＋F弹＋p0S 解得p2＝2.0×105 Pa 密封气体在加热前后的体积为V1＝S，V2＝S 由理想气体状态方程可得＝ 代入数据解得T2＝900 K(或627 ℃)，则活塞上端移动到缸口时气体的温度为900 K (或627 ℃)。 (2)由热力学第一定律可得ΔU＝Q吸＋W 解得ΔU＝100 J。 答案　(1)900 K(或627 ℃)　(2)100 J 16．(10分)如图所示，一个质量为m的T形活塞在汽缸内封闭一定量的理想气体，活塞体积可忽略不计，距汽缸底部h0处连接一U形细管(管内气体的体积忽略不计)，细管内装有一定量水银，初始时，封闭气体温度为T0，活塞距离汽缸底部为1.5h0，U形管两边水银柱存在高度差。已知水银密度为ρ，大气压强为p0，汽缸横截面积为S，活塞竖直部分高为1.2h0，重力加速度为g。 (1)通过制冷装置缓慢降低气体温度，当温度为多少时两边水银面恰好相平？ (2)从开始至两水银面恰好相平的过程中，若气体放出的热量为Q，求气体内能的变化。 解析　(1)初态时，对活塞受力分析，可求汽缸内气体 p1＝p0＋，V1＝1.5h0S，T1＝T0， 要使两边水银面相平，汽缸内气体的压强p2＝p0， 此时活塞下端一定与汽缸底接触， V2＝1.2h0S， 设此时温度为T2，由理想气体状态方程有 ＝， 解得T2＝。 (2)从开始至活塞竖直部分恰与汽缸底接触，气体压强不变，外界对气体做功 W＝p1ΔV＝×0.3h0S， 由热力学第一定律有ΔU＝W－Q， 解得ΔU＝0.3h0S－Q。 答案　(1)　(2)0.3h0S－Q 17.(12分)喷雾壶结构如图所示，内部可用容积为3 L，操作时，工作人员装入稀释过的2 L药液后旋紧壶盖，关闭喷水阀门，拉动手柄打气15次，假设每次打入压强为105 Pa、体积为0.1 L的气体，大气压强为105 Pa，在整个过程中可认为壶内温度不变，不考虑管内的药液体积和管内药液产生的压强。 (1)求打气15次后壶内气体的压强； (2)现打开阀门，消毒液喷出，当壶内不再喷出消毒液时，求壶内剩余消毒液的体积。 解析　(1)打气15次前后，壶内气体经历了等温变化，打气前p1＝105 Pa， 体积V1＝1 L＋0.1 L×15＝2.5 L，打气后V2＝1 L 根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2 解得p2＝2.5×105 Pa。 (2)壶内气体在药液喷出过程中经历等温变化，喷前p2＝2.5×105 Pa 体积V2＝1 L，喷后p3＝1×105 Pa 根据玻意耳定律有p2V2＝p3V3， 解得V3＝2.5 L 壶内不再喷出消毒液时，剩余消毒液体积 V＝3 L－2.5 L＝0.5 L。 答案　(1)2.5×105 Pa　(2)0.5 L 18．(16分)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其状态变化过程的p­V图像如图所示，已知该气体在状态A时的温度为27 ℃。 (1)该气体在状态B、C时的温度分别为多少℃？ (2)该气体从状态A经B再到C的全过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？ 解析　(1)对一定质量的理想气体，由＝， 解得TB＝450 K，即tB＝177 ℃， 由＝， 解得TC＝300 K，即tC＝27 ℃。 (2)由于TA＝TC，一定质量理想气体在状态A和状态C内能相等，ΔU＝0， 从A到B气体体积不变，外界对气体做功为0， 从B到C气体体积减小，外界对气体做正功， 由p­V图线与横轴所围成的面积可得： W＝＝1 200 J。 由热力学第一定律：ΔU＝W＋Q， 可得Q＝－1 200 J，即气体向外界放出热量， 传递的热量为1 200 J。 答案　(1)177 ℃　27 ℃　(2)放热　1 200 J 学科网（北京）股份有限公司 $$