第3章 热力学定律（易错55题10大考点）-2024-2025学年高中物理同步知识点解读与专题训练（人教版2019选择性必修第三册）

第三章 热力学定律（易错55题10大考点） 训练范围：人教版（2019）： 选择性必修第三册第3章。 一．改变物体内能的两种方式（共6小题） 二．热力学第一定律的表达和应用（共10小题） 三．热力学第一定律与理想气体的图像问题相结合（共7小题） 四．能量守恒定律的内容和应用（热力学方向）（共3小题） 五．第一类永动机不可能制成（共6小题） 六．热力学第二定律的不同表述与理解（共9小题） 七．第二类永动机不可能制成（共3小题） 八．热力学第二定律的微观解释（无序性）（共2小题） 九．熵与熵增加原理（共6小题） 十．热力学第三定律的表述和应用（共3小题） 一．改变物体内能的两种方式（共6小题） 1．关于如图中所涉及物理知识的论述中，正确的是（　　） A．甲图中，由两分子间作用力随距离变化的关系图线可知，当两个相邻的分子间距离为r0时，它们间相互作用的引力和斥力均为零 B．乙图中，在固体薄片上涂上石蜡，用灼热的针接触其下表面，从石蜡熔化情况知固体薄片可能为非晶体 C．丙图中，液体表面层分子间相互作用表现为斥力，正是因为斥力才使得水黾可以停在水面上 D．丁图中，迅速压下活塞，可观察到硝化棉燃烧起来，这表明气体从外界吸热，内能增加 2．下列有关热和能的说法中，正确的是（　　） A．发生热传递时，温度总是从高温物体传递给低温物体 B．夏天在室内洒水降温，利用了水的比热容较大的性质 C．一块0℃的冰融化成0℃的水后，温度不变，内能变大 D．内燃机的压缩冲程，主要通过热传递增加了汽缸内物质的内能 3．将一杯热水倒入盛有冷水的容器中，冷水的温度升高了10℃，再向容器内倒入一杯相同质量和温度的热水，容器中的水温又升高了6℃．如果继续向容器中倒入一杯同样的热水，则容器中的水温会升高（　　） A．5℃ B．4℃ C．3℃ D．2℃ 4．（多选）对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是（　　） A．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大 B．外界对物体做功，物体内能一定增加 C．温度越高，布朗运动越显著 D．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小 E．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大 5．（多选）对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是（　　） A．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大 B．温度越高，布朗运动越显著 C．外界对物体做功，物体内能一定增加 D．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大 E．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小 6．如图所示，在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，从瓶口喷入酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器，点燃瓶内酒精后，纸筒即刻飞出，燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的 　 　 冲程，纸筒飞出后瓶内气体的内能 　 　 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 二．热力学第一定律的表达和应用（共10小题） 7．在恒温环境下，将形状相同的导热气缸A和绝热气缸B放置于水平地面，A、B中装有温度、体积和压强均相等的同种理想气体，A、B的活塞的横截面积和质量均相同，活塞与气缸之间均无摩擦。现将两个完全相同的小物块分别轻放在A和B的活塞上，当活塞都停止运动时，下列说法正确的是（　　） A．A中气体压强小于B中气体压强 B．A中气体体积大于B中气体体积 C．A中气体温度小于B中气体温度 D．A中气体内能大于B中气体内能 8．一定质量的理想气体经历了A→B→C的状态变化过程，p﹣V图像如图所示，BA延长线通过O点，BC与p轴平行，则（　　） A．A→B过程气体吸热 B．A→B过程气体内能减小 C．B→C过程气体对外界做正功 D．B→C过程气体分子的平均动能减小 9．一定质量的理想气体从状态a开始。第一次经绝热过程到状态b；第二次先经等压过程到状态c，再经等容过程到状态b。p﹣V图像如图所示。则（　　） A．c→b过程气体从外界吸热 B．a→c→b过程比a→b过程气体对外界所做的功多 C．气体在状态a时比在状态b时的分子平均动能小 D．气体在状态a时比在状态c时单位时间内撞击在单位面积上的分子数少 10．空气炸锅是利用高温空气循环技术加热食物。图为某型号空气炸锅简化模型图，其内部有一气密性良好的内胆，封闭了质量、体积均不变可视为理想气体的空气，已知初始气体压强为，温度为t0＝27℃，加热一段时间后气体温度升高到t＝147℃，此过程中气体吸收的热量为5.2×103J，热力学温度与摄氏温度的关系是T＝t+273K，则 A．升温后内胆中所有气体分子的动能都增大 B．升温后内胆中气体的压强为1.4×105Pa C．此过程内胆中气体的内能增加量大于5.2×103J D．此过程内胆中气体分子单位时间内撞击内壁的次数不变 11．（多选）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a、其p﹣V图像如图所示。ab、bc、ca皆为直线，ca平行于p轴，bc平行于V轴。关于理想气体经历的三个过程，下列说法正确的是（　　） A．ca过程中，温度升高 B．a、b两个状态下的气体温度相等 C．ca过程中，外界一定对气体做功 D．bc过程中，气体一定向外界放热 E．ab过程中，气体分子的平均动能先变大后变小 12．（多选）如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e。下列说法正确的是（　　） A．过程①中气体的压强逐渐增大 B．过程②中气体对外界做正功 C．过程④中气体从外界吸收了热量 D．气体在状态c、d的内能相等 13．（多选）下列说法正确的是 （　　） A．松香在熔化过程中温度升高，分子平均动能变大 B．当分子间的引力与斥力平衡时，分子势能最大 C．液体的饱和汽压与其他气体的压强有关 D．若一定质量的理想气体被压缩且吸收热量，则压强一定增大 E．若一定质量的理想气体分子平均动能减小，且外界对气体做功，则气体一定放热 14．如图所示，一定质量的理想气体依次经历了A→B→C→A的循环过程，p﹣T图像如图所示，A、B、C三个状态中内能最大的状态为 　 　 （填“A”、“B”或“C”）。已知在状态B时压强为p0，体积为V0，状态B→C过程气体吸收的热量为Q。从状态C→A过程气体 　 　 （填“吸收”或“放出”）热量，该热量的数值为 　 　 。 15．建筑工地上工人用液态金属浇筑一个金属立柱时，由于工艺缺陷在柱体内部浅层形成了一个不规则的空腔，为修补空腔需要测出空腔的体积，在金属立柱上打一个小孔，用细管将空腔内部与一个封闭的汽缸相连通（如图所示），做好密封使空腔、汽缸、细管内部组成一个密闭的空间。汽缸上部由横截面积S＝10cm2的活塞密封，初始状态汽缸内封闭的气体体积为10L。现对活塞施加一个竖直向下的变力F，使活塞缓慢下移，当汽缸内气体体积变为7L时，外力F的大小为20N，上述过程中外力F做的功W1＝28J。已知外界环境温度不变，金属立柱、空腔及汽缸导热性良好，不计活塞质量、活塞与汽缸间的摩擦力、细管中气体的体积，大气压强p0＝1.0×105pa。求： （1）金属立柱内空腔的体积； （2）汽缸内气体体积由10L变为7L的过程中，汽缸及空腔内的气体向外界放出的热量。 16．导热性能良好、内壁光滑的汽缸开口竖直向上放置，其上端口装有固定卡环，如图1所示。质量m＝0.8kg、横截面积S＝2.5×10﹣4m2的活塞将一定质量的理想气体封闭在缸内。现缓慢升高环境温度，气体从状态A变化到状态C的V﹣T图像如图2所示，已知大气压强，重力加速度g＝10m/s2。求： （1）状态C时气体的压强； （2）气体从A到C的过程中气体内能增加了7.2×104J，则这一过程中气体吸收的热量是多少？ 三．热力学第一定律与理想气体的图像问题相结合（共7小题） 17．一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V﹣T图象如图所示，下列说法正确的有（　　） A．A→B的过程中，气体对外界做功 B．A→B的过程中，气体放出热量 C．B→C的过程中，气体压强变大 D．A→B→C的过程中，气体内能增加 18．一定质量的理想气体经历了a→b→c→a循环，其V﹣T图像如图所示，气体在各状态时的温度、压强和体积部分已标出。已知该气体在状态a时的压强为p0，下列说法正确的是（　　） A．气体在状态c的温度是0.5T0 B．气体由状态c到状态a的过程中单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少 C．气体由状态a到状态b，外界对气体做功为p0V0 D．气体经历了a→b→c→a循环的过程中，吸收的热量小于释放的热量 19．在研究气体物态变化规律时，小江同学用传感器研究一定质量的理想气体的p﹣V图象如图所示，初状态为a，后经ab、bc、ca三个过程回到初状态。则（　　） A．a、b两状态温度相等 B．b到c的过程，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增加 C．c到a的过程，气体从外界吸收热量，气体内能增大 D．a到b的过程，气体对外界做功，其值等于10p0V0 20．（多选）如图（a）所示，一定质量的理想气体从状态A→状态B→状态C。图（b）为状态A、C下单位速率区间的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率变化的曲线（对应关系未知）。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态A和状态C时温度相等 B．图（b）中的曲线M与状态A相对应 C．气体从状态A→状态B的过程中，分子热运动的平均动能逐渐减小 D．气体从状态B→状态C的过程中，吸收的热量大于气体对外做的功 21．（多选）一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p﹣V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a（V0，p0）、b（3V0，p0）、c（3V0，5p0），下列说法正确的是（　　） A．在a→b过程中，气体对外界做功 B．在c→a过程中，气体从外界吸热 C．在a→b过程中，气体对外界做的功小于气体从外界吸收的热量 D．气体在c→a过程中的内能减少量大于气体在b→c过程中的内能增加量 E．气体相当于在a→b→c→a一个循环过程中与外界无热量交换 22．如图为一定质量的理想气体的体积V与热力学温度T的关系图像，该气体的状态经历A→B→C→A的变化过程。气体状态由C→A过程中，气体压强 　 　 （选填“增大”“不变”或“减小”）；若整个过程中气体放出的热量为Q，则整个过程外界对气体所做的功为 　 　 。 23．如图1所示，导热性能良好、内壁光滑的汽缸开口向上放置，其上端口装有固定卡环。质量m＝0.5kg、横截面积S＝4cm2的活塞将一定质量的理想气体封闭在缸内。现缓慢升高环境温度，气体从状态A变化到状态C的V﹣T图像如图2所示，已知大气压强p0＝1.0×105Pa，重力加速度g＝10m/s2。求： （1）状态C时气体的压强； （2）气体从A到C的过程中吸收的热量为3×104J，则此过程气体内能的变化量。 四．能量守恒定律的内容和应用（热力学方向）（共3小题） 24．下列说法中正确的是（　　） A．某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加 B．能量耗散表明，能量的总量并不守恒 C．随着科技的发展，能量是可以凭空产生的 D．随着科技的发展，永动机是可以制成的 25．如图所示，密闭绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部．另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为EP（弹簧处于自然长度时的弹性势能为零），现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程（　　） A．EP全部转换为气体的内能 B．EP一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 C．EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能 D．EP一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 26．（多选）下列说法正确的是（　　） A．随着科技的发展，永动机是可以制成的 B．在低速运动时，宏观物体的运动服从牛顿运动定律 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生 五．第一类永动机不可能制成（共6小题） 27．关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是（　　） A．第二类永动机违反能量守恒定律 B．如果物体从外界吸收热量，则物体的内能一定增加 C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加 D．内能的变化量可以用做功多少或热量来量度 28．十七世纪七十年代，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：如果在斜坡底放一个铁球，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可以对外做功。然后又被磁铁吸引回到上端，到P处又漏下…对于这个设计，下列判断中正确的是（　　） A．满足能量转化和守恒定律，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．不满足能量转化和守恒定律，所以不可行 29．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为它（　　） A．不符合热力学第一定律 B．做功产生的热量太少 C．由于有摩擦、热损失等因素的存在 D．找不到合适的材料和合理的设计方案 30．（多选）关于永动机和热力学定律的讨论，系列叙述正确的是 （　　） A．第二类永动机违反能量守恒定律 B．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 C．对某物体做功，物体的内能必定增加 D．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功 E．能量耗散从能量转化角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 31．（多选）（2016•南京高二检测）关于热机和永动机，下列说法中正确的是（　　） A．效率为100%的热机是不可能制成的 B．第二类永动机可以制成 C．不需要任何外力做功而可正常运行的制冷机是不可能制成的 D．能把从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化的热机是可以实现的 E．能把从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化的热机是不能实现的 32．[物理﹣﹣选修3﹣3] （1）关于热学现象和规律，下列说法中正确的是　 　 ．（填写选项前的字母） A．布朗运动就是液体分子的热运动 B．达到热平衡的两个物体具有相同的热量 C．第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律 D．水不容易被压缩说明分子间存在分子力 （2）如图所示的气缸中封闭着一定质量的理想气体，一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接，活塞和气缸都导热，活塞与气缸间无摩擦，原先重物和活塞均处于平衡状态，因温度下降使气缸中气体做等压变化，下列说法正确的是　 　 ．（填写选项前的字母） A．重物上升，气体放出热量 B．重物上升，气体吸收热量 C．重物下降，气体放出热量 D．重物下降，气体吸收热量． 六．热力学第二定律的不同表述与理解（共9小题） 33．我国建成后的“天宫”空间站，是“天和核心舱”、“问天实验舱”和“梦天实验舱”的三舱组合体，三舱皆有“气闸舱”；航天员出站时，要途经“气闸舱”“减压”后才能出站；从太空返回空间站时要途经“气闸舱”“升压”后才能进站。“气闸舱”的原理如图所示，相通的两容器A、B之间装有阀门K，A内充满气体，B内为真空；打开阀门K后、A内的气体进入B中，达到平衡后，再关闭阀门K；B即为“气闸舱”。若整个系统跟外界没有热交换，气体为理想气体，则（　　） A．容器A内的气体进入容器B的过程中，气体膨胀，对外做了功 B．容器A内的气体进入容器B的过程中，气体膨胀，温度降低 C．容器A内的气体进入容器B的过程中，气体分子势能减少 D．即使阀门K一直处于打开状态，容器B中气体也不可能自发地全部退回到容器A中 34．电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成一个密闭的连通系统，制冷剂在连通系统内循环流经这四个部分。各部分的温度和压强如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．制冷剂在蒸发器中的状态可以看成理想气体 B．该过程实现了热量从低温物体向高温物体传递，符合热力学第二定律 C．冷凝器向环境散失的热量可能小于蒸发器从冰箱内吸收的热量 D．制冷剂在通过冷凝器的过程中分子势能和分子动能都增大 35．根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．热量既能自发地从高温物体传递到低温物体，也能够自发地从低温物体传递到高温物体 B．一定质量的理想气体吸收了热量，则气体温度一定升高 C．对于一定质量的理想气体，如果体积增大，就会对外做功，所以内能一定减少 D．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 36．下列过程，可能发生的是（　　） A．某工作物质从高温热源吸收20kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响 B．打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状 C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高 D．将两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开 37．（多选）下列说法中正确的是（　　） A．气体放出热量，其分子的平均动能可能增大 B．布朗运动不是液体分子的运动，但它可以说明液体分子在永不停息地做无规则运动 C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大 D．第二类永动机和第一类永动机都不能制成，原因也是相同的 E．某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为NA 38．（多选）下列说法正确的是（　　） A．物体所受合力的冲量越大，但合力做功不一定越大 B．一个热力学系统不可能把吸收的热量全部用来对外做功 C．一些昆虫可以停在水面上，是因为昆虫受到水的浮力等于昆虫的重力 D．狭义相对论的其中一个假设是在不同的惯性参考系中物理规律的形式都是相同的 39．（多选）下列说法中正确的是（　　） A．云母片导热性能各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则 B．一定质量的理想气体的内能随着温度升高一定增大 C．雨滴呈球形是由于液体表面张力的作用 D．第一类永动机和第二类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律 E．空气中PM2.5颗粒的无规则运动不属于分子热运动 40．下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有 　 　 ，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有 　 　 。（填正确答案标号） A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热 B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低 C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响 D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内 41．某同学家新买了一双门电冰箱，冷藏室容积107L，冷冻容积118L，假设室内空气为理想气体。 ①若室内空气摩尔体积为22.5×10﹣3m3/mol，阿伏加德罗常数为6.0×1023个/mol，在家中关闭冰箱密封门后，电冰箱的冷藏室和冷冻室内大约共有多少个空气分子？ ②若室内温度为27℃，大气压为1×105Pa，关闭冰箱密封门通电工作一段时间后，冷藏室内温度降为6℃，冷冻室温度降为﹣9℃，此时冷藏室与冷冻室中空气的压强差为多大？ ③冰箱工作时把热量从温度较低的冰箱内部传到温度较高的冰箱外部，请分析说明这是否违背热力学第二定律。 七．第二类永动机不可能制成（共3小题） 42．下列有关对热学现象的表述，其中正确的有（　　） A．布朗运动是液体分子的运动，故分子永不停息地做无规则运动 B．分子间吸引力随分子间距离的增大而增大，而排斥力随距离的增大而减小 C．从单一热源吸收热量可以把它全部用来做功 D．第二类永动机不可能制造成功的原因是能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式 43．下列说法正确的是（　　） A．能量耗散表明，能量的总量并不守恒 B．随着科技的发展，能量是可以产生的 C．随着科技的发展，永动机是可以制成的 D．某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，能的总量保持不变 44．（多选）关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是（　　） A．温度升高，每一个分子的热运动速度都增加 B．第二类永动机不可能制造成功的原因是能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式 C．用活塞压缩气缸里的气体，对气体做了2.0×105J的功，若气体向外界放出1.5×105J的热量，则气体内能增加了0.5×105J D．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的 八．热力学第二定律的微观解释（无序性）（共2小题） 45．（多选）下列说法正确的是 （　　） A．气体的扩散运动总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 B．大颗粒的盐磨成了细盐，就变成了非晶体 C．自行车打气越打越困难主要是因为胎内气体压强增大而非分子间相互排斥的原因 D．气体分子单位时间内与单位面积器壁发生碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度都有关 E．一定质量的气体经历等容过程，如果吸热，其内能不一定增加 46．往一杯清水中滴入一滴红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色．这一现象在物理学中称为 　 　 现象，是由于分子的 　 　 而产生的．这一过程是沿着分子热运动的 　 　 （填“无序性”或“有序性”）的方向进行的． 九．熵与熵增加原理（共6小题） 47．以下说法中正确的是（　　） A．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减少的方向进行 B．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加 C．布朗运动是在显微镜中看到的液体分子的无规则运动 D．单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的，非晶体是各向同性的 48．（多选）下列说法正确的是（　　） A．同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现 B．在阳光照射下的教室里，眼睛看到空气中尘埃的运动就是布朗运动 C．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小 D．打气筒给自行车打气时，要用力才能将空气压缩，说明空气分子之间存在着斥力 E．气体向真空的自由膨胀是不可逆的 49．（多选）下列说法正确的是（　　） A．不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其它任何变化 B．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 C．熵值越大，表明系统内分子运动越无序 D．热量是热传递过程中，内能大的物体向内能小的物体转移内能多少的量度 50．二氧化碳是导致全球变暖的主要原因之一，人类在采取节能减排措施的同时，也在研究控制温室气体的新方法，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术。 （1）在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度变化，则此过程中　BD　 A．封闭气体对外界做正功 B．封闭气体向外界传递热量 C．封闭气体分子的平均动能增大 D．封闭气体组成的系统的熵减小 （2）实验发现，二氧化碳气体在水深170m处变成液体，它的密度比海水大，靠深海的压力使它永沉海底，以减少排放到大气中的二氧化碳量。容器中的二氧化碳处于汽液平衡状态时的压强随温度的增大而　 　 （选填“增大”、“减小”或“不变”）；在二氧化碳液体表面，其分子间的引力　 　 （选填“大于”、“等于”或“小于”）斥力。 （3）实验发现，在水深300m处，二氧化碳将变成凝胶状态，当水深超过2500m时，二氧化碳会浓缩成近似固体的硬胶体。设在某状态下二氧化碳气体的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为N，将二氧化碳分子看作直径为D的球，体积为于D3，则在该状态下体积为V的二氧化碳气体变成固体后体积为多少？ 51．某学习小组做了如下实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，取出烧瓶，并迅速把一个气球紧套在烧瓶颈上，封闭了一部分气体，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图． （1）在气球膨胀过程中，下列说法正确的是　 　 A．该密闭气体分子间的作用力增大 B．该密闭气体组成的系统熵增加 C．该密闭气体的压强是由于气体重力而产生的 D．该密闭气体的体积是所有气体分子的体积之和 （2）若某时刻该密闭气体的体积为V，密度为ρ，平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则该密闭气体的分子个数为 ； （3）若将该密闭气体视为理想气体，气球逐渐膨胀起来的过程中，气体对外做了0.6J的功，同时吸收了0.9J的热量，则该气体内能变化了　 　 J；若气球在膨胀过程中迅速脱离瓶颈，则该气球内气体的温度　 （填“升高”、“降低”或“不变”）． 52．（1）下列说法中正确的是　 　 ． A．满足能量守恒定律的宏观过程都是可以自发进行的 B．熵是物体内分子运动无序程度的量度 C．若容器中用活塞封闭着刚好饱和的一些水汽，当保持温度不变向下缓慢压活塞时，水汽的质量减少，密度不变 D．当分子间距离增大时，分子间引力增大，而分子间斥力减小 E．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大 （2）两端开口、内表面光滑的U形管处于竖直平面内，如图所示，质量均为m＝10kg的活塞A、B在外力作用下静止于左右管中同一高度h处，将管内空气封闭，此时管内外空气的压强均为p0＝1.0×105Pa．左管和水平管横截面积S1＝10cm2，右管横截面积S2＝20cm2，水平管长为3h．现撤去外力让活塞在管中下降，求两活塞稳定后所处的高度．（活塞厚度均大于水平管直径，管内气体初末状态同温，g取10m/s2） 十．热力学第三定律的表述和应用（共3小题） 53．下列关于热力学第三定律的表述正确的是（　　） A．热力学零度不可达到 B．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化 C．其数学表达式是ΔU＝Q+W D．能量在转化或转移的过程中总量保持不变 54．关于温度，下列说法正确的是（　　） A．随着人类制冷技术的不断提高，总有一天绝对零度会达到 B．温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度便由T升至2T C．温度升高1℃，也可以说温度升高274K D．温度升高1℃，也可以说温度升高1K 55．（多选）有以下说法，其中正确的有（　　） A．布朗运动的实质是液体分子的无规则运动 B．液体的沸点随大气压的增大而增大 C．在温度不变的条件下，饱和汽的体积减小，其压强增大 D．随着高科技的不断发展，绝对零度是可以达到的 E．热量不能自发从低温物体传给高温物体 F．将一个分子从无穷远处无限靠近另个分子，则分子力先增大后减小最后再增大 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三章 热力学定律（易错55题10大考点） 训练范围：人教版（2019）： 选择性必修第三册第3章。 一．改变物体内能的两种方式（共6小题） 二．热力学第一定律的表达和应用（共10小题） 三．热力学第一定律与理想气体的图像问题相结合（共7小题） 四．能量守恒定律的内容和应用（热力学方向）（共3小题） 五．第一类永动机不可能制成（共6小题） 六．热力学第二定律的不同表述与理解（共9小题） 七．第二类永动机不可能制成（共3小题） 八．热力学第二定律的微观解释（无序性）（共2小题） 九．熵与熵增加原理（共6小题） 十．热力学第三定律的表述和应用（共3小题） 一．改变物体内能的两种方式（共6小题） 1．关于如图中所涉及物理知识的论述中，正确的是（　　） A．甲图中，由两分子间作用力随距离变化的关系图线可知，当两个相邻的分子间距离为r0时，它们间相互作用的引力和斥力均为零 B．乙图中，在固体薄片上涂上石蜡，用灼热的针接触其下表面，从石蜡熔化情况知固体薄片可能为非晶体 C．丙图中，液体表面层分子间相互作用表现为斥力，正是因为斥力才使得水黾可以停在水面上 D．丁图中，迅速压下活塞，可观察到硝化棉燃烧起来，这表明气体从外界吸热，内能增加 【答案】B 【解答】解：A、甲图中，当两个相邻的分子间距离为r0时，它们间相互作用的引力和斥力大小相等，方向相反，分子力表现为零，故A错误； B、乙图中，从石蜡熔化情况可知表现为各向同性，则此固体薄片可能为多晶体或非晶体，故B正确； C、丙图中，水黾可以停在水面上是由于液体表面层分子间相互作用表现为引力，即液体表面张力作用的结果，故C错误； D、丁图中，迅速压下活塞，可观察到硝化棉燃烧起来，这表明外界对气体做功，而气体还来不及向外界放热，气体内能增加，温度迅速升高，故D错误。 故选：B。 2．下列有关热和能的说法中，正确的是（　　） A．发生热传递时，温度总是从高温物体传递给低温物体 B．夏天在室内洒水降温，利用了水的比热容较大的性质 C．一块0℃的冰融化成0℃的水后，温度不变，内能变大 D．内燃机的压缩冲程，主要通过热传递增加了汽缸内物质的内能 【答案】C 【解答】解：A、热传递的条件是两个物体之间存在温度差，热量从高温物体传给低温物体，而不是温度的传递，故A错误； B、夏天在室内洒水，水汽化（蒸发）吸收热量，起到降温的作用，不是利用了水的比热容较大的性质，故B错误； C、一块0℃的冰融化成0℃的水，属于晶体的熔化过程，该过程吸收热量，温度不变，内能增加，故C正确； D、内燃机的压缩冲程，活塞压缩气缸内物质，机械能转化为内能，是通过做功改变物体的内能，故D错误。 故选：C。 3．将一杯热水倒入盛有冷水的容器中，冷水的温度升高了10℃，再向容器内倒入一杯相同质量和温度的热水，容器中的水温又升高了6℃．如果继续向容器中倒入一杯同样的热水，则容器中的水温会升高（　　） A．5℃ B．4℃ C．3℃ D．2℃ 【答案】B 【解答】解：设热水和冷水的温度差为t， 因为质量为m0的一小杯热水倒入盛有质量为m的冷水的保温容器中，使得冷水温度升高了10℃， 所以Q吸＝Q放， 从而可知，cm0（t﹣10℃）＝cm×10℃，﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣① 又向保温容器中倒入一小杯同质量为m0同温度的热水，水温又上升了6℃， Q吸＝Q放， 从而可知，cm0（t﹣10℃﹣6℃）＝c（m+m0）×6℃，﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣② 则①﹣②得： 6℃×cm0＝10℃×cm﹣6℃×cm﹣6℃×cm0， 整理得：12℃×cm0＝4℃×cm， 解得：m＝3m0； 代入①式可得：t＝40℃； 假设我们将全部热水一次性注入，则由热平衡方程可知： 3m0c（40℃﹣Δt）＝mcΔt，m＝3m0； 联立两式解得：Δt＝20℃； 则注入后3杯水后，水温还会上升：20℃﹣10℃﹣6℃＝4℃。 故选：B。 4．（多选）对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是（　　） A．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大 B．外界对物体做功，物体内能一定增加 C．温度越高，布朗运动越显著 D．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小 E．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大 【答案】ACE 【解答】解：A、温度高的物体分子平均动能一定大，但是内能不一定大，选项A正确； B、外界对物体做功，若散热，物体内能不一定增加，选项B错误； C、温度越高，布朗运动越显著，选项C正确； D、当分子间的距离增大时，分子间作用力可能先增大后减小，选项D错误； E、当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大，选项E正确； 故选：ACE。 5．（多选）对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是（　　） A．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大 B．温度越高，布朗运动越显著 C．外界对物体做功，物体内能一定增加 D．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大 E．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小 【答案】ABD 【解答】解：A、温度高的物体分子平均动能一定大，但是内能不一定大，选项A正确； B、温度越高，布朗运动越显著，选项B正确 C、外界对物体做功，若散热，物体内能不一定增加，选项C错误； D、当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大，选项D正确； E、当分子间的距离增大时，分子间作用力可能先增大后减小，选项E错误； 故选：ABD。 6．如图所示，在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，从瓶口喷入酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器，点燃瓶内酒精后，纸筒即刻飞出，燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的 　做功　 冲程，纸筒飞出后瓶内气体的内能 　减小　 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】做功；减小。 【解答】解：燃气推动纸筒飞出的过程，燃气推动纸筒做功，相当于内燃机的做功冲程；该过程中，内能转化为机械能，所以纸筒飞出后瓶内气体的内能减小，温度降低。 故答案为：做功；减小。 二．热力学第一定律的表达和应用（共10小题） 7．在恒温环境下，将形状相同的导热气缸A和绝热气缸B放置于水平地面，A、B中装有温度、体积和压强均相等的同种理想气体，A、B的活塞的横截面积和质量均相同，活塞与气缸之间均无摩擦。现将两个完全相同的小物块分别轻放在A和B的活塞上，当活塞都停止运动时，下列说法正确的是（　　） A．A中气体压强小于B中气体压强 B．A中气体体积大于B中气体体积 C．A中气体温度小于B中气体温度 D．A中气体内能大于B中气体内能 【答案】C 【解答】解：A、以活塞为研究对象，根据受力平衡可得两气缸中气体的压强相等，故A错误； CD、因A是导热气缸，所以A中气体温度不变，内能不变；因B是绝热气缸，活塞对气体做功，气体的内能增加，温度升高，故C正确，D错误； B、根据理想气体状态方程C可知，结合上述分析，A中的温度小于B中的温度，所以A中气体体积小于B中气体体积，故B错误。 故选：C。 8．一定质量的理想气体经历了A→B→C的状态变化过程，p﹣V图像如图所示，BA延长线通过O点，BC与p轴平行，则（　　） A．A→B过程气体吸热 B．A→B过程气体内能减小 C．B→C过程气体对外界做正功 D．B→C过程气体分子的平均动能减小 【答案】A 【解答】解：AB、由题图可知A→B过程，p、V乘积变大，根据理想气体的状态方程知，T增大，气体内能增加，即：ΔU＞0 又由于气体体积增大，气体对外界做正功，即：W＜0 根据热力学第一定律：ΔU＝W+Q 可知：Q＞0 所以气体A→B的过程要吸热，故A正确，B错误； C、由题图知B→C过程，气体体积不变，气体对外界不做功，故C错误； D、由于B→C过程，p增大，V不变，根据查理定律知，T增大，则气体分子的平均动能增大，故D错误。 故选：A。 9．一定质量的理想气体从状态a开始。第一次经绝热过程到状态b；第二次先经等压过程到状态c，再经等容过程到状态b。p﹣V图像如图所示。则（　　） A．c→b过程气体从外界吸热 B．a→c→b过程比a→b过程气体对外界所做的功多 C．气体在状态a时比在状态b时的分子平均动能小 D．气体在状态a时比在状态c时单位时间内撞击在单位面积上的分子数少 【答案】B 【解答】解：A、c→b过程，气体体积不变，即气体发生等容变化过程，气体压强变小，温度降低，故气体的内能减小。该过程气体对外不做功，由热力学第一定律可知气体向外界放热，故A错误； B、p﹣V图像与横坐标围成的面积表示为气体做功的多少，由图像可知，a→c→b过程比a→b过程气体对外界所做的功多，故B正确； C、a→b过程为绝热过程，气体体积变大，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体内能减小，温度降低。结合温度是分子平均动能的标志，可知气体在状态a时比在状态b时的分子平均动能大，故C错误； D、a→c过程，气体的压强不变，温度升高，分子的平均动能变大，平均每次分子撞击容器壁的冲力变大。由气体压强的微观解释可知，在状态a时比在状态c时单位时间内撞击在单位面积上的分子数多，故D错误。 故选：B。 10．空气炸锅是利用高温空气循环技术加热食物。图为某型号空气炸锅简化模型图，其内部有一气密性良好的内胆，封闭了质量、体积均不变可视为理想气体的空气，已知初始气体压强为，温度为t0＝27℃，加热一段时间后气体温度升高到t＝147℃，此过程中气体吸收的热量为5.2×103J，热力学温度与摄氏温度的关系是T＝t+273K，则（　　） A．升温后内胆中所有气体分子的动能都增大 B．升温后内胆中气体的压强为1.4×105Pa C．此过程内胆中气体的内能增加量大于5.2×103J D．此过程内胆中气体分子单位时间内撞击内壁的次数不变 【答案】B 【解答】解：A、温度是分子热运动平均动能的标志，升温后内胆中气体分子的平均动能变大，由于分子运动是杂乱无章的，所以并非所有气体分子的动能都增大，故A错误； B、内胆中气体发生等容变化，根据查理定律得 其中 T0＝（27+273）K＝300K，T＝（147+273）K＝420K，，解得升温后胆中气体的压强为p＝1.4×105Pa，故B正确； C、此过程胆中气体的体积不变，则W＝0，吸收的热量为Q＝5.2×103J，由热力学第一定律可知，气体内能增加量为ΔU＝Q＝5.2×103J，故C错误； D、气体体积不变，则单位气体体积的分子数不变，压强增大，升温后气体分子平均速率变大，则单位时间内撞击内壁的次数增多，故D错误。 故选：B。 11．（多选）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a、其p﹣V图像如图所示。ab、bc、ca皆为直线，ca平行于p轴，bc平行于V轴。关于理想气体经历的三个过程，下列说法正确的是（　　） A．ca过程中，温度升高 B．a、b两个状态下的气体温度相等 C．ca过程中，外界一定对气体做功 D．bc过程中，气体一定向外界放热 E．ab过程中，气体分子的平均动能先变大后变小 【答案】ADE 【解答】解：A、ca过程中，体积不变，气体压强增大，根据查理定律，压强与热力学温度成正比，所以气体温度升高，故A正确； B、由图知a、b两个状态下可知：Va＝V0，Vb＝3V0，pa＝4p0，pb＝p0 根据理想气体状态方程：，代入数据解得：，Ta≠Tb温度不相等，故B错误； C、ca过程中，体积不变，则外界做功W＝0，故C错误； D、bc过程中，根据热力学第一定律：ΔU＝W+Q 因体积变小，所以外界做功W＞0 压强不变，体积变小，根据盖—吕萨克定律，温度降低，所以内能变小，即：ΔU＜0 所以系统吸热：Q＜0，即体积减小气体一定放热，故D正确； E、由选项B可知，Ta＞Tb，可知ab过程中温度先增大后减小，所以气体分子的平均动能先变大后变小，故E正确。 故选：ADE。 12．（多选）如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e。下列说法正确的是（　　） A．过程①中气体的压强逐渐增大 B．过程②中气体对外界做正功 C．过程④中气体从外界吸收了热量 D．气体在状态c、d的内能相等 【答案】ABD 【解答】解：A、过程①中气体作等容变化，温度升高，根据查理定律c知，气体的压强逐渐增大，故A正确； B、过程②中气体的体积增大，气体对外界做正功，故B正确； C、过程④中气体作等容变化，气体不做功，温度降低，气体的内能减少，根据热力学第一定律ΔU＝W+Q知气体向外界放出了热量，故C错误； D、状态c、d的温度相等，根据一定质量的理想气体的内能只跟温度有关，可知，气体在状态c、d的内能相等，故D正确。 故选：ABD。 13．（多选）下列说法正确的是 （　　） A．松香在熔化过程中温度升高，分子平均动能变大 B．当分子间的引力与斥力平衡时，分子势能最大 C．液体的饱和汽压与其他气体的压强有关 D．若一定质量的理想气体被压缩且吸收热量，则压强一定增大 E．若一定质量的理想气体分子平均动能减小，且外界对气体做功，则气体一定放热 【答案】ADE 【解答】解：A、松香是非晶体，在熔化过程中温度升高，而温度是分子热运动平均动能的标志，故分子平均动能变大，故A正确； B、分子力做功等于分子势能的减小量；如果分子间距大于平衡距离，距离缩小时，分子力做正功，分子势能减小；如果分子间距小于平衡距离，距离增加时，分子力做正功，分子势能减小；故当分子间的引力与斥力平衡时，分子势能最小，故B错误； C、同种液体的饱和汽压只与温度有关，而与饱和汽的体积和其他气体的压强无关，故C错误； D、若一定质量的理想气体被压缩且吸收热量，则内能一定增大，温度升高，由理想气体状态方程可知，压强一定增大，故D正确； E、若一定质量的理想气体分子平均动能减小，则气体温度降低，内能一定减小，如果外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体一定放热，故E正确。 故选：ADE。 14．如图所示，一定质量的理想气体依次经历了A→B→C→A的循环过程，p﹣T图像如图所示，A、B、C三个状态中内能最大的状态为 　C　 （填“A”、“B”或“C”）。已知在状态B时压强为p0，体积为V0，状态B→C过程气体吸收的热量为Q。从状态C→A过程气体 　放出　 （填“吸收”或“放出”）热量，该热量的数值为 　p0V0+Q　 。 【答案】C、放出、p0V0+Q。 【解答】解：理想气体的内能只与温度有关，C点的温度最高，故内能最大。 由图可知，C到A为等压过程，气体温度减小，故内能减小，由于外界对气体做功，放出热量。 B到C为等容变化，故气体不对外做功，由热力学第一定律可知，内能变化：ΔUBC＝Q+0＝Q C到A的过程为等压变化，C点体积为V0，则由盖—吕萨克定律可得，A点体积为，并且温度降低释放热量，故C到A的能量变化：ΔUCA＝﹣Q′+2p0Q′+p0V0。 而A、B两点内能相等，即ΔUAB＝0， 故总内能变化为0，有：ΔUBC+ΔUCA+ΔUAB＝0 联立解得：Q′＝p0V0+Q 故答案为：C、放出、p0V0+Q。 15．建筑工地上工人用液态金属浇筑一个金属立柱时，由于工艺缺陷在柱体内部浅层形成了一个不规则的空腔，为修补空腔需要测出空腔的体积，在金属立柱上打一个小孔，用细管将空腔内部与一个封闭的汽缸相连通（如图所示），做好密封使空腔、汽缸、细管内部组成一个密闭的空间。汽缸上部由横截面积S＝10cm2的活塞密封，初始状态汽缸内封闭的气体体积为10L。现对活塞施加一个竖直向下的变力F，使活塞缓慢下移，当汽缸内气体体积变为7L时，外力F的大小为20N，上述过程中外力F做的功W1＝28J。已知外界环境温度不变，金属立柱、空腔及汽缸导热性良好，不计活塞质量、活塞与汽缸间的摩擦力、细管中气体的体积，大气压强p0＝1.0×105pa。求： （1）金属立柱内空腔的体积； （2）汽缸内气体体积由10L变为7L的过程中，汽缸及空腔内的气体向外界放出的热量。 【答案】（1）金属立柱内空腔的体积为8L； （2）汽缸内气体体积由10L变为7L的过程中，汽缸及空腔内的气体向外界放出的热量为28J。 【解答】解：（1）以整体气体为研究对象，根据玻意耳定律有： 代入数据解得：V＝8L （2）上述过程中外力F做的功W1＝28J，外界环境温度不变，金属立柱、空腔及汽缸导热性良好，内能不变，根据热力学第一定律可知：0＝W1﹣Q 解得汽缸及空腔内的气体向外界放出的热量：Q＝28J 答：（1）金属立柱内空腔的体积为8L； （2）汽缸内气体体积由10L变为7L的过程中，汽缸及空腔内的气体向外界放出的热量为28J。 16．导热性能良好、内壁光滑的汽缸开口竖直向上放置，其上端口装有固定卡环，如图1所示。质量m＝0.8kg、横截面积S＝2.5×10﹣4m2的活塞将一定质量的理想气体封闭在缸内。现缓慢升高环境温度，气体从状态A变化到状态C的V﹣T图像如图2所示，已知大气压强，重力加速度g＝10m/s2。求： （1）状态C时气体的压强； （2）气体从A到C的过程中气体内能增加了7.2×104J，则这一过程中气体吸收的热量是多少？ 【答案】（1）状态C时气体的压强为1.76×105Pa； （2）气体从A到C的过程中气体内能增加了7.2×104J，则这一过程中气体吸收的热量是9.84×104J。 【解答】解：（1）由平衡条件可知，A状态气体压强为： 由B变化到C，根据查理定律有： 又由于：pA＝pB 代入数据解得： （2）从A到B为等压过程，外界对气体做功为：W＝﹣pA（VB﹣VA） 根据热力学第一定律有：ΔU＝Q+W 代入数据解得：Q＝9.84×104J 答：（1）状态C时气体的压强为1.76×105Pa； （2）气体从A到C的过程中气体内能增加了7.2×104J，则这一过程中气体吸收的热量是9.84×104J。 三．热力学第一定律与理想气体的图像问题相结合（共7小题） 17．一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V﹣T图象如图所示，下列说法正确的有（　　） A．A→B的过程中，气体对外界做功 B．A→B的过程中，气体放出热量 C．B→C的过程中，气体压强变大 D．A→B→C的过程中，气体内能增加 【答案】B 【解答】解：AB、由图示图象可知，A→B的过程中，气体温度不变而体积减小，气体内能不变，外界对气体做功，ΔU＝0，W＞0，根据热力学第一定律ΔU＝W+Q可知，Q＝ΔU﹣W＝﹣W＜0，气体放出热量，故A错误，B正确； C、由图示图象可知，B→C过程，V﹣T图线是过原点的直线，V与T成正比，由理想气体状态方程可知，该过程气体压强不变，故C错误； D、由图示图象可知，A→B→C过程中，气体温度降低，气体内能减小，故D错误。 故选：B。 18．一定质量的理想气体经历了a→b→c→a循环，其V﹣T图像如图所示，气体在各状态时的温度、压强和体积部分已标出。已知该气体在状态a时的压强为p0，下列说法正确的是（　　） A．气体在状态c的温度是0.5T0 B．气体由状态c到状态a的过程中单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少 C．气体由状态a到状态b，外界对气体做功为p0V0 D．气体经历了a→b→c→a循环的过程中，吸收的热量小于释放的热量 【答案】D 【解答】解：A、由V﹣T图像中，ca连线过原点，V与T成正比，说明气体由状态c到状态a发生等压变化。由盖—吕萨克定律有 解得Tc＝2T0，故A错误； B、气体由状态c到状态a的过程中，气体体积减小，分子的数密度增大。气体的温度降低，则气体分子的平均动能减小，而气体的压强保持不变，所以单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增大，故B错误； C、气体由状态a到状态b，气体体积增大，气体对外界做功，故C错误； D、气体经历了a→b→c→a循环的过程中，由状态a到状态b，气体体积增大，气体对外界做功为 由状态b到状态c，气体体积不变，对外界不做功，由状态c到状态a，气体体积减小，外界对气体做功为 由 可知 可得 W＝Wab+Wca＞0 又气体经过一个循环时，ΔU＝0 由热力学第一定律ΔU＝W+Q可知，Q＜0，所以气体经历了a→b→c→a循环的过程中，吸收的热量小于释放的热量，故D正确。 故选：D。 19．在研究气体物态变化规律时，小江同学用传感器研究一定质量的理想气体的p﹣V图象如图所示，初状态为a，后经ab、bc、ca三个过程回到初状态。则（　　） A．a、b两状态温度相等 B．b到c的过程，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增加 C．c到a的过程，气体从外界吸收热量，气体内能增大 D．a到b的过程，气体对外界做功，其值等于10p0V0 【答案】B 【解答】解：A、状态a压强和体积的乘积为：4p0V0，状态b压强和体积的乘积为：5p0V0，由理想气体状态方程C可知，a状态的温度小于b状态的温度，故A错误； B、由b到c的过程，体积不变，压强增大，温度升高，单位体积内的分子数不变，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增加，故B正确； C、由c到a的过程，压强不变，体积减小，根据理想气体状态方程C可得温度减小，内能减小，气体放热，故C错误； D、由a到b的过程，体积增大，气体对外界做功，根据p﹣V图像与坐标轴围成的面积表示气体做的功，可知气体对外界做功：W10p0V0，故D错误。 故选：B。 20．（多选）如图（a）所示，一定质量的理想气体从状态A→状态B→状态C。图（b）为状态A、C下单位速率区间的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率变化的曲线（对应关系未知）。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态A和状态C时温度相等 B．图（b）中的曲线M与状态A相对应 C．气体从状态A→状态B的过程中，分子热运动的平均动能逐渐减小 D．气体从状态B→状态C的过程中，吸收的热量大于气体对外做的功 【答案】CD 【解答】解：A、根据理想气体的状态方程有 根据图（a）可得 pA＝4p0，VA＝V0，pC＝p0，VC＝3V0 解得：，故A错误； B、根据图（b）可知，曲线M、N比较后表明，曲线N反应了速率大的分子数占比较多，可知曲线N表示的气体温度较高，而由以上分析可知，气体在A状态的温度高于在C状态的温度，所以图（b）中的曲线N应与状态A相对，故B错误； C、气体从状态A→状态B的过程中，气体发生等容变化，压强减小，温度降低，气体分子热运动的平均动能逐渐减小，故C正确； D、气体从状态B→状态C的过程中，气体发生等压变化，体积增大，温度升高。根据热力学第一定律ΔU＝Q+W，气体从状态B→状态C的过程中体积增大，气体对外做功，W＜0。内能增大，ΔU＞0，可知Q＞0，且Q＞|W|，即气体从状态B→状态C的过程中，吸收的热量大于气体对外做的功，故D正确。 故选：CD。 21．（多选）一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p﹣V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a（V0，p0）、b（3V0，p0）、c（3V0，5p0），下列说法正确的是（　　） A．在a→b过程中，气体对外界做功 B．在c→a过程中，气体从外界吸热 C．在a→b过程中，气体对外界做的功小于气体从外界吸收的热量 D．气体在c→a过程中的内能减少量大于气体在b→c过程中的内能增加量 E．气体相当于在a→b→c→a一个循环过程中与外界无热量交换 【答案】ACD 【解答】解：A、在a→b过程中，气体的体积变大，则气体对外界做功，故A正确； B、根据可知，横纵坐标乘积pV与温度T成正比，所以在c→a过程中，温度降低，气体的内能减小。气体体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律ΔU＝Q+W可知，气体放热，故B错误； C、在a→b过程中，温度升高，气体内能增大，气体的体积增大，气体对外界做功，则根据热力学第一定律可知，气体吸热，且吸收的热量大于对外做的功，故C正确； D、由题图可得，Ta＜Tb＜Tc，气体在c→a过程中的温度减少量大于气体在b→c过程中温度增加量，一定质量理想气体的内能只与温度有关，故气体在c→a过程中的内能减少量大于气体在b→c过程中的内能增加量，故D正确； E、气体相当于在a→b→c→a一个循环过程中，内能变化量为零，结合图像与横轴围成的面积表示气体做功的大小，则一个循环，外界对气体做功为 根据热力学第一定律可知，气体在a→b→c→a一个循环过程中对外界放出的热量为4p0V0，故E错误。 故选：ACD。 22．如图为一定质量的理想气体的体积V与热力学温度T的关系图像，该气体的状态经历A→B→C→A的变化过程。气体状态由C→A过程中，气体压强 　不变　 （选填“增大”“不变”或“减小”）；若整个过程中气体放出的热量为Q，则整个过程外界对气体所做的功为 　Q　 。 【答案】不变；Q 【解答】解：气体状态由C→A过程中，图像为一条过原点的倾斜直线，所以是等压过程，气体压强不变。 A→B→C→A的整个过程气体温度不变，内能不变，则ΔU＝0；整个过程中气体放出热量，故Q＜0，由热力学第一定律可知ΔU＝W+Q；解得整个过程外界对气体所做的功为Q。 故答案为：不变；Q。 23．如图1所示，导热性能良好、内壁光滑的汽缸开口向上放置，其上端口装有固定卡环。质量m＝0.5kg、横截面积S＝4cm2的活塞将一定质量的理想气体封闭在缸内。现缓慢升高环境温度，气体从状态A变化到状态C的V﹣T图像如图2所示，已知大气压强p0＝1.0×105Pa，重力加速度g＝10m/s2。求： （1）状态C时气体的压强； （2）气体从A到C的过程中吸收的热量为3×104J，则此过程气体内能的变化量。 【答案】（1）状态C时气体的压强为1.5×105Pa； （2）此过程中内能增加7.5×103J。 【解答】解：（1）A状态时气体压强为 1.0×105PaPa＝1.125×105Pa 气体由状态B变化到状态C发生等容变化，由查理定律有 又pB＝pA＝1.125×105Pa，TB＝300K，TC＝400K，联立解得： （2）气体从A到B过程中对外做功为 W＝pA（VB﹣VA） 根据热力学第一定律得 ΔU＝Q﹣W 联立解得：ΔU＝7.5×103J 即此过程中内能增加7.5×103J。 答：（1）状态C时气体的压强为1.5×105Pa； （2）此过程中内能增加7.5×103J。 四．能量守恒定律的内容和应用（热力学方向）（共3小题） 24．下列说法中正确的是（　　） A．某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加 B．能量耗散表明，能量的总量并不守恒 C．随着科技的发展，能量是可以凭空产生的 D．随着科技的发展，永动机是可以制成的 【答案】A 【解答】解：A、根据能量守恒定律，某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，故A正确； B、能量耗散表明，能量的总量虽然守恒，但其转化和转移具有方向性，故B错误； C、根据能量守恒定律，能量是不能创生的，故C错误； D、永动机违背了热力学第一和第二定律，故是不可能制造成功的，故D错误； 故选：A。 25．如图所示，密闭绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部．另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为EP（弹簧处于自然长度时的弹性势能为零），现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程（　　） A．EP全部转换为气体的内能 B．EP一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 C．EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能 D．EP一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 【答案】D 【解答】解：由于开始弹簧处于压缩状态，弹簧中储存了一定的弹性势能，在绳子断开后活塞由于受到弹力大于活塞的重力故活塞向上运动，到达最高点后再向下运动，如此反复；当活塞最后静止时弹簧的弹力与物体的重力、气球的压力三力平衡时弹簧处于压缩状态。 在活塞运动过程中对活塞做功的有重力，弹簧的弹力和空气的阻力。当弹簧最后静止时弹簧仍处于压缩状态，但弹簧的形变量减小故弹簧储存的弹性势能减小；由于活塞的高度增大，故活塞的重力势能增大，在活塞运动的过程中空气的阻力始终做负功，产生内能，故减少的弹性势能一部分转化为重力势能，一部分转化为空气的内能。故D正确。 故选：D。 26．（多选）下列说法正确的是（　　） A．随着科技的发展，永动机是可以制成的 B．在低速运动时，宏观物体的运动服从牛顿运动定律 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生 【答案】BC 【解答】解：A、第一类永动机违背了热力学第一定律即能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，故永动机是不可以制成的，故A错误； B、牛顿运动定律的适用范围是宏观低速现象，故B正确； C、没有不吃草的马，说明“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，故C正确； D、根据能量守恒定律可知，能量不能凭空产生，“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，戴在手上却能一直走动，原因是在运动的过程中，自动上的发条，故D错误。 故选：BC。 五．第一类永动机不可能制成（共6小题） 27．关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是（　　） A．第二类永动机违反能量守恒定律 B．如果物体从外界吸收热量，则物体的内能一定增加 C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加 D．内能的变化量可以用做功多少或热量来量度 【答案】D 【解答】解：A、第二类永动机没有违反能量守恒定律，但却不能成功制成。故A错误； B、如果物体从外界吸收了热量，且又对外做功，则物体的内能不一定增加。故B错误； C、外界对物体做功，若与外界无热量交换，则物体的内能一定增加。故C错误； D、做功和热传递都可以改变物体的内能，内能的变化量可以用做功多少或热量来量度。故D正确； 故选：D。 28．十七世纪七十年代，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：如果在斜坡底放一个铁球，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可以对外做功。然后又被磁铁吸引回到上端，到P处又漏下…对于这个设计，下列判断中正确的是（　　） A．满足能量转化和守恒定律，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．不满足能量转化和守恒定律，所以不可行 【答案】D 【解答】解：题中磁力“永动机”能够持续地对外做功，违背了能量守恒定律，故是不可能实现的； 故选：D。 29．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为它（　　） A．不符合热力学第一定律 B．做功产生的热量太少 C．由于有摩擦、热损失等因素的存在 D．找不到合适的材料和合理的设计方案 【答案】A 【解答】解：第一类永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律，即热力学第一定律，故A正确，BCD错误。 故选：A。 30．（多选）关于永动机和热力学定律的讨论，系列叙述正确的是 （　　） A．第二类永动机违反能量守恒定律 B．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 C．对某物体做功，物体的内能必定增加 D．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功 E．能量耗散从能量转化角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 【答案】BE 【解答】解：A、第二类永动机没有违反能量守恒定律，但却不能成功制成，是因为违反了热力学第二定律。故A错误； B、根据热力学第二定律，知热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故B正确。 C、做功和热传递都可以改变物体的内能，对某物体做功，物体的内能不一定增加，还与热量有关，故C错误。 D、根据热力学第二定律可知，热机不可能把从单一热源吸收的热量，全部变成功。故D错误； E、能量耗散从能量转化角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，符合热力学第二定律，故E正确； 故选：BE。 31．（多选）（2016•南京高二检测）关于热机和永动机，下列说法中正确的是（　　） A．效率为100%的热机是不可能制成的 B．第二类永动机可以制成 C．不需要任何外力做功而可正常运行的制冷机是不可能制成的 D．能把从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化的热机是可以实现的 E．能把从单一热源吸收的热量全部用来做功而不引起其他变化的热机是不能实现的 【答案】ACE 【解答】解：A、热机在工作过程中，必然向外排出热量，故热机效率小于100%，故A正确； BC、由热力学第二定律可得，不违背能的转化和守恒定律，但是只从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器是不可能制造出来的，第二类永动机不能制成，故B错误，C正确； DE、根据热力学第二定律可知，内能要全部转化为机械能，必须借助外界的帮助，因而一定会引起其他变化，故D错误，E正确。 故选：ACE。 32．[物理﹣﹣选修3﹣3] （1）关于热学现象和规律，下列说法中正确的是　D　 ．（填写选项前的字母） A．布朗运动就是液体分子的热运动 B．达到热平衡的两个物体具有相同的热量 C．第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律 D．水不容易被压缩说明分子间存在分子力 （2）如图所示的气缸中封闭着一定质量的理想气体，一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接，活塞和气缸都导热，活塞与气缸间无摩擦，原先重物和活塞均处于平衡状态，因温度下降使气缸中气体做等压变化，下列说法正确的是　A　 ．（填写选项前的字母） A．重物上升，气体放出热量 B．重物上升，气体吸收热量 C．重物下降，气体放出热量 D．重物下降，气体吸收热量． 【答案】见试题解答内容 【解答】解：（1）A、布朗运动是固体小颗粒的运动，不是液体分子的运动，故A错误； B、达到热平衡的两个物体具有相同的温度，达到热平衡的两个物体所具有的内能不一定相等，故B错误； C、第二类永动机违反了热力学第二定律，故C错误； D、由于水分子间存在相互作用的斥力，所以水不容压缩，故D正确， 故选D． （2）气缸内气体压强不变，根据理想气体状态方程可知：温度降低，因此体积将减小，一定质量理想气体的内能由温度决定，温度降低，其内能减小，根据ΔU＝W+Q可知，体积减小，外界对气体做功，因此将放出热量，故BCD错误，A正确．故选A． 故答案为：（1）D；（2）A． 六．热力学第二定律的不同表述与理解（共9小题） 33．我国建成后的“天宫”空间站，是“天和核心舱”、“问天实验舱”和“梦天实验舱”的三舱组合体，三舱皆有“气闸舱”；航天员出站时，要途经“气闸舱”“减压”后才能出站；从太空返回空间站时要途经“气闸舱”“升压”后才能进站。“气闸舱”的原理如图所示，相通的两容器A、B之间装有阀门K，A内充满气体，B内为真空；打开阀门K后、A内的气体进入B中，达到平衡后，再关闭阀门K；B即为“气闸舱”。若整个系统跟外界没有热交换，气体为理想气体，则（　　） A．容器A内的气体进入容器B的过程中，气体膨胀，对外做了功 B．容器A内的气体进入容器B的过程中，气体膨胀，温度降低 C．容器A内的气体进入容器B的过程中，气体分子势能减少 D．即使阀门K一直处于打开状态，容器B中气体也不可能自发地全部退回到容器A中 【答案】D 【解答】解：A、当阀门K被打开时，A中的气体进入B中，由于B中为真空，所以气体膨胀，对外不做功，故A错误； B、系统对外不做功，同时与外界无热交换，根据热力学第一定律ΔU＝Q+W，知气体内能不变，气体膨胀，温度不变，故B错误； C、气体为理想气体，没有分子势能，故C错误； D、由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界作用时，B中气体不能自发地全部退回到A中，故D正确。 故选：D。 34．电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成一个密闭的连通系统，制冷剂在连通系统内循环流经这四个部分。各部分的温度和压强如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．制冷剂在蒸发器中的状态可以看成理想气体 B．该过程实现了热量从低温物体向高温物体传递，符合热力学第二定律 C．冷凝器向环境散失的热量可能小于蒸发器从冰箱内吸收的热量 D．制冷剂在通过冷凝器的过程中分子势能和分子动能都增大 【答案】B 【解答】解：A、制冷剂在蒸发器中虽然是气体状态，但不满足远离液化的状态，所以不能看成理想气体，故A错误； B、该过程实现了热量从低温物体向高温物体传递，因为消耗了能量，符合热力学第二定律，故B正确； C、由于压缩机要做功，所以冷凝器向环境散失的热量大于蒸发器从冰箱内吸收的热量，故C错误； D、温度是分子平均动能的标志。在冷凝器中制冷剂温度降低，分子平均动能降低，分子间距从气体过渡到液体，分子势能降低，故D错误。 故选：B。 35．根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．热量既能自发地从高温物体传递到低温物体，也能够自发地从低温物体传递到高温物体 B．一定质量的理想气体吸收了热量，则气体温度一定升高 C．对于一定质量的理想气体，如果体积增大，就会对外做功，所以内能一定减少 D．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 【答案】D 【解答】解：A、根据热力学第二定律可知，热量能自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，故A错误； B、做功和热传递都能改变物体的内能，根据热力学第一定律ΔU＝W+Q，可知物体内能的改变是外界对物体做功与物体吸收的热量之和。所以若物体吸收了热量，同时又对外做功时，物体的内能可能减小，也可能不变，温度可能降低，也可能不变，故B错误； C、对于一定质量的理想气体，体积增大，会对外做功，但是其内能的变化与温度的变化有关，如果理想气体的同时升高，则其内能会增大，故C错误； D、根据热力学第二定律可知，物体不可能从单一热源吸收的热量全部用于做功而不产生其他影响，也就是说在引起其它变化的情况下，物体可以从单一热源吸收的热量可全部用于做功，故D正确。 故选：D。 36．下列过程，可能发生的是（　　） A．某工作物质从高温热源吸收20kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响 B．打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发跑进去，恢复原状 C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高 D．将两瓶不同液体自发混合，然后又自发地各自分开 【答案】C 【解答】解：A、某工作物质从高温热源吸收20kJ的热量，全部转化为机械能，而没有引起其他变化，这是不可能的，则A错误； B、打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后不能自发进去，故B错误； C、利用其他手段，使低温物体的温度更低，高温物体的温度更高，如电冰箱，故C正确； D、两种不同的液体在一个容器中自发地混合，不能自发地各自分开，故D错误。 故选：C。 37．（多选）下列说法中正确的是（　　） A．气体放出热量，其分子的平均动能可能增大 B．布朗运动不是液体分子的运动，但它可以说明液体分子在永不停息地做无规则运动 C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大 D．第二类永动机和第一类永动机都不能制成，原因也是相同的 E．某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为NA 【答案】ABC 【解答】解：A、根据热力学第一定律，气体放出热量，若外界对气体做功，使气体温度升高，其分子的平均动能增大，故A正确； B、布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，颗粒的无规则运动的原因是液体分子无规则运动撞击固体颗粒不平衡产生的，因此虽然布朗运动不是液体分子的运动，但它可以说明液体分子在永不停息地做无规则运动，故B正确； C、当分子力表现为斥力时，分子力总是随分子间距离的减小而增大，随分子间距离的减小，分子力做负功，所以分子势能也增大，故C正确； D、第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，都不能制成的原因不相同，故D错误； E、某固体或液体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为NA；但对气体分子，分子间距离远大于分子直径，因此对于气体此式不成立，故E错误。 故选：ABC。 38．（多选）下列说法正确的是（　　） A．物体所受合力的冲量越大，但合力做功不一定越大 B．一个热力学系统不可能把吸收的热量全部用来对外做功 C．一些昆虫可以停在水面上，是因为昆虫受到水的浮力等于昆虫的重力 D．狭义相对论的其中一个假设是在不同的惯性参考系中物理规律的形式都是相同的 【答案】AD 【解答】解：A、物体所受合力的冲量越大，由动量定理可知动量变化量越大，动量变化可能只改变方向，动量大小不变，所以动能不一定变大，合力做功不一定越大，故A正确； B、一定量的理想气体在等温膨胀过程中吸收的热量等于对外做的功，并不违反热力学第二定律，该过程中可能引起了其他方面的变化，故B错误； C、一些昆虫可以停在水面上，是由于水面存在表面张力的缘故，故C错误； D、狭义相对论的其中一个假设是在不同的惯性参考系中物理规律的形式都是相同的，符合狭义相对论的基本原理，故D正确。 故选：AD。 39．（多选）下列说法中正确的是（　　） A．云母片导热性能各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则 B．一定质量的理想气体的内能随着温度升高一定增大 C．雨滴呈球形是由于液体表面张力的作用 D．第一类永动机和第二类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律 E．空气中PM2.5颗粒的无规则运动不属于分子热运动 【答案】BCE 【解答】解：A、云母片表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列规则，故A错误； B、理想气体的内能由温度决定，温度升高，内能增大，故B正确； C、凡作用于液体表面，使液体表面积缩小的力，称为液体表面张力。它产生的原因是液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力，雨滴呈球形是由于表面张力的作用，故C正确； D、第一类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律，第二类永动机研制失败的原因是违背了热力学第二定律，故D错误； E、PM2.5是微粒，不是分子，不属于分子热运动，故E正确。 故选：BCE。 40．下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有 　B　 ，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有 　C　 。（填正确答案标号） A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热 B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低 C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响 D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内 【答案】见试题解答内容 【解答】解：A、汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热的过程不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律； B、冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低需要对外放出热量或对外做功，而保温杯隔断了热传递过程，水也没有对外做功，所以该过程违背热力学第一定律； C、某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响，该过程不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律； D、冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，但要消耗电能，引起了其它变化，该过程不违背热力学第一定律、也不违背热力学第二定律。 故答案为：B；C。 41．某同学家新买了一双门电冰箱，冷藏室容积107L，冷冻容积118L，假设室内空气为理想气体。 ①若室内空气摩尔体积为22.5×10﹣3m3/mol，阿伏加德罗常数为6.0×1023个/mol，在家中关闭冰箱密封门后，电冰箱的冷藏室和冷冻室内大约共有多少个空气分子？ ②若室内温度为27℃，大气压为1×105Pa，关闭冰箱密封门通电工作一段时间后，冷藏室内温度降为6℃，冷冻室温度降为﹣9℃，此时冷藏室与冷冻室中空气的压强差为多大？ ③冰箱工作时把热量从温度较低的冰箱内部传到温度较高的冰箱外部，请分析说明这是否违背热力学第二定律。 【答案】见试题解答内容 【解答】解：①分子个数：nNA6.0×1023＝6.0×1024个； ②气体状态参量为：T1＝273+27＝300K，P1＝1×105Pa， T2＝273+6＝279K，P2＝？T3＝273﹣9＝264K，P3＝？ 气体体积不变，根据查理定律得：， 代入数据解得：p2＝9.3×104Pa，p3＝8.8×104Pa， 压强差：ΔP＝p2﹣p3＝5×103Pa； ③由于热量从低温的冰箱内部传到温度较高的冰箱外部的同时，消耗了电能，不违背热力学第二定律。 答：①电冰箱的冷藏室和冷冻室内大约共有6.0×1024个空气分子； ②此时冷藏室与冷冻室中空气压强差为5×103Pa； ③不违背热力学第二定律，因为热量不是自发的由低温的冰箱内部向高温的冰箱外部传递的，且冰箱工作过程中要消耗电能。 七．第二类永动机不可能制成（共3小题） 42．下列有关对热学现象的表述，其中正确的有（　　） A．布朗运动是液体分子的运动，故分子永不停息地做无规则运动 B．分子间吸引力随分子间距离的增大而增大，而排斥力随距离的增大而减小 C．从单一热源吸收热量可以把它全部用来做功 D．第二类永动机不可能制造成功的原因是能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式 【答案】C 【解答】解：A、布朗运动是悬浮在液体中固体微粒的无规则运动，是由大量分子撞击引起的，反映了液体分子的无规则运动，并不是液体分子的无规则运动，故A错误； B、分子间的吸引力和排斥力都随距离的增大而减小，随着距离的减小而增大，故B错误； C、根据热力学第二定律可知，在引起其它变化的情况下从单一热源吸收热量可以把它全部用来做功，是可以实现的，故C正确； D、二类永动机不可能制造成功的原因是它违反了热力学第二定律，并没有违反能量的转化与守恒定律，故D错误。 故选：C。 43．下列说法正确的是（　　） A．能量耗散表明，能量的总量并不守恒 B．随着科技的发展，能量是可以产生的 C．随着科技的发展，永动机是可以制成的 D．某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，能的总量保持不变 【答案】D 【解答】解：A、能量耗散是指能量的可利用率越来越低，但仍然遵守能量守恒定律。故A错误； B、能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，故B错误； C、永动机违背了能量守恒定律，是不可能制成的，故C错误； D、根据能量守恒定律可知，某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，能的总量保持不变，故D正确； 故选：D。 44．（多选）关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是（　　） A．温度升高，每一个分子的热运动速度都增加 B．第二类永动机不可能制造成功的原因是能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式 C．用活塞压缩气缸里的气体，对气体做了2.0×105J的功，若气体向外界放出1.5×105J的热量，则气体内能增加了0.5×105J D．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的 【答案】CD 【解答】解：A、温度是分子热运动平均动能的标志，故温度升高，分子热运动平均动能增加，不是每一个分子的热运动动能都增加，故A错误； B、第二类永动机机械效率等于100%，违背热力学第二定律，故B错误； C、用活塞压缩气缸里的气体，对气体做了W＝2.0×105J的功，若气体向外界放出1.5×105J的热量，即Q＝﹣1.5×105J，根据热力学第一定律，有ΔU＝W+Q＝2.0×105J﹣1.5×105J＝5×104J，故C正确； D、利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，符合热力学第一、第二定律，故是可能的，故D正确； 故选：CD。 八．热力学第二定律的微观解释（无序性）（共2小题） 45．（多选）下列说法正确的是 （　　） A．气体的扩散运动总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 B．大颗粒的盐磨成了细盐，就变成了非晶体 C．自行车打气越打越困难主要是因为胎内气体压强增大而非分子间相互排斥的原因 D．气体分子单位时间内与单位面积器壁发生碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度都有关 E．一定质量的气体经历等容过程，如果吸热，其内能不一定增加 【答案】ACD 【解答】解：A、气体的扩散运动，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，故A正确； B、大颗粒的盐磨成了细盐，仍是晶体，故B错误； C、自行车打气越打越困难，主要是因为胎内气体压强增大，而非分子间相互排斥的原因，故C正确； D、气体分子单位时间内与单位面积器壁发生碰撞的次数，即与气体的压强有关，而气体的压强与单位体积内气体的分子数和气体温度都有关，故D正确； E、根据ΔU＝W+Q，一定质量的气体经历等容过程，则W＝0，如果吸热，其内能一定增加，故E错误； 故选：ACD。 46．往一杯清水中滴入一滴红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色．这一现象在物理学中称为 　扩散　 现象，是由于分子的 　无规则运动　 而产生的．这一过程是沿着分子热运动的 　无序性　 （填“无序性”或“有序性”）的方向进行的． 【答案】见试题解答内容 【解答】解：不同物质彼此进入对方的现象，我们称为扩散现象，是由分子的无规则运动产生的，这一过程是有热运动的无序性向有序性进行的；因此往一杯清水中滴入一滴红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色．这一现象在物理学中称为扩散现象，是由于分子的无规则运动而产生的．这一过程是沿着分子热运动的无序性的方向进行的． 故答案为：扩散；无规则运动；无序性． 九．熵与熵增加原理（共6小题） 47．以下说法中正确的是（　　） A．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减少的方向进行 B．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加 C．布朗运动是在显微镜中看到的液体分子的无规则运动 D．单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的，非晶体是各向同性的 【答案】B 【解答】解：A、由墒增加原理可知，一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增加的方向进行；故A错误。 B、在绝热条件下压缩气体，外界对气体做功，由热力第一定律ΔU＝Q+W知气体的内能一定增加，故B正确。 C、布朗运动是在显微镜中看到的固体颗粒的无规则运动，是液体分子无规则运动的反映，故C错误。 D、多晶体的物理性质是各向同性的。故D错误。 故选：B。 48．（多选）下列说法正确的是（　　） A．同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现 B．在阳光照射下的教室里，眼睛看到空气中尘埃的运动就是布朗运动 C．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小 D．打气筒给自行车打气时，要用力才能将空气压缩，说明空气分子之间存在着斥力 E．气体向真空的自由膨胀是不可逆的 【答案】ACE 【解答】解：A、同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，比如：水晶和玻璃，故A正确。 B、教室空气中飞舞的尘埃是由于空气的对流而形成的，不是布朗运动，故B错误。 C、根据热力学第二定律或者熵增加原理可知：在任何自然的过程中，总是朝着更无序更混乱的方向进行，故一个孤立的系统的总熵不会减小，故C正确。 D、打气筒给自行车打气时，用力才能将空气压缩，是要克服气体压强的原因，气体压强是气体分子对容器壁的碰撞造成的，与分子力无关，故D错误。 E、根据热力学第二定律可知，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故E正确。 故选：ACE。 49．（多选）下列说法正确的是（　　） A．不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其它任何变化 B．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 C．熵值越大，表明系统内分子运动越无序 D．热量是热传递过程中，内能大的物体向内能小的物体转移内能多少的量度 【答案】AC 【解答】解：A、根据热力学第二定律可知，不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其它任何变化，故A正确； B、根据热力学第二定律可知，从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功而不引起其他变化，是不可能的，故B错误； C、根据熵增加原理可知，熵值越大，表明系统内分子运动越无序，故C正确； D、热量是热传递过程中，温度高的物体向温度低的物体转移内能多少的量度，故D错误。 故选：AC。 50．二氧化碳是导致全球变暖的主要原因之一，人类在采取节能减排措施的同时，也在研究控制温室气体的新方法，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术。 （1）在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度变化，则此过程中　BD　 A．封闭气体对外界做正功 B．封闭气体向外界传递热量 C．封闭气体分子的平均动能增大 D．封闭气体组成的系统的熵减小 （2）实验发现，二氧化碳气体在水深170m处变成液体，它的密度比海水大，靠深海的压力使它永沉海底，以减少排放到大气中的二氧化碳量。容器中的二氧化碳处于汽液平衡状态时的压强随温度的增大而　增大　 （选填“增大”、“减小”或“不变”）；在二氧化碳液体表面，其分子间的引力　大于　 （选填“大于”、“等于”或“小于”）斥力。 （3）实验发现，在水深300m处，二氧化碳将变成凝胶状态，当水深超过2500m时，二氧化碳会浓缩成近似固体的硬胶体。设在某状态下二氧化碳气体的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为N，将二氧化碳分子看作直径为D的球，体积为于D3，则在该状态下体积为V的二氧化碳气体变成固体后体积为多少？ 【答案】见试题解答内容 【解答】解：（1）A、气体体积减为原来的一半，外界对气体做正功，故A错误。 B、温度不变，所以气体的气体分子的平均动能不变，内能不变，故B正确， 对于热力学第一定律ΔU＝W+Q，所以封闭气体向外界传递热量，故C错误。 D、封闭气体组成的系统的熵减小，故D正确。 （2）容器中的二氧化碳处于汽液平衡状态时，体积不变，压强随温度的增大而增大，在二氧化碳液体表面，其分子间的引力大于斥力。 （3）二氧化碳气体的摩尔数n，变成固体后的体积V′＝nNV球； 故答案为：（1）BD；（2）增大；大于；（3）二氧化碳气体变成固体后体积为。 51．某学习小组做了如下实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，取出烧瓶，并迅速把一个气球紧套在烧瓶颈上，封闭了一部分气体，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图． （1）在气球膨胀过程中，下列说法正确的是　B　 A．该密闭气体分子间的作用力增大 B．该密闭气体组成的系统熵增加 C．该密闭气体的压强是由于气体重力而产生的 D．该密闭气体的体积是所有气体分子的体积之和 （2）若某时刻该密闭气体的体积为V，密度为ρ，平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则该密闭气体的分子个数为　　 ； （3）若将该密闭气体视为理想气体，气球逐渐膨胀起来的过程中，气体对外做了0.6J的功，同时吸收了0.9J的热量，则该气体内能变化了　0.3　 J；若气球在膨胀过程中迅速脱离瓶颈，则该气球内气体的温度　降低　 （填“升高”、“降低”或“不变”）． 【答案】见试题解答内容 【解答】解：（1）A、气体膨胀，分子间距变大，分子间的引力和斥力同时变小，故A错误； B、根据热力学第二定律，一切宏观热现象过程总是朝着熵增加的方向进行，故该密闭气体组成的系统熵增加，故B正确； C、气体压强是有气体分子对容器壁的碰撞产生的，故C错误； D、气体分子间隙很大，该密闭气体的体积远大于所有气体分子的体积之和，故D错误； 故选B； （2）气体的量为：n； 该密闭气体的分子个数为：N＝nNANA； （3）气体对外做了0.6J的功，同时吸收了0.9J的热量，根据热力学第一定律，有：ΔU＝W+Q＝﹣0.6J+0.9J＝0.3J； 若气球在膨胀过程中迅速脱离瓶颈，气压气体迅速碰撞，对外做功，内能减小，温度降低 故答案为：（1）B；（2）；（3）0.3；降低． 52．（1）下列说法中正确的是　BCE　 ． A．满足能量守恒定律的宏观过程都是可以自发进行的 B．熵是物体内分子运动无序程度的量度 C．若容器中用活塞封闭着刚好饱和的一些水汽，当保持温度不变向下缓慢压活塞时，水汽的质量减少，密度不变 D．当分子间距离增大时，分子间引力增大，而分子间斥力减小 E．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大 （2）两端开口、内表面光滑的U形管处于竖直平面内，如图所示，质量均为m＝10kg的活塞A、B在外力作用下静止于左右管中同一高度h处，将管内空气封闭，此时管内外空气的压强均为p0＝1.0×105Pa．左管和水平管横截面积S1＝10cm2，右管横截面积S2＝20cm2，水平管长为3h．现撤去外力让活塞在管中下降，求两活塞稳定后所处的高度．（活塞厚度均大于水平管直径，管内气体初末状态同温，g取10m/s2） 【答案】见试题解答内容 【解答】解：（1）A、自发的宏观热学过程是有方向性的，满足能量守恒定律的宏观过程并不一定都是可以自发进行的，只有满足能量守恒定律与热力学第二定律的宏观热学过程可以发生，故A错误； B、熵是物体内分子运动无序程度的量度，故B正确； C、若容器中用活塞封闭着刚好饱和的一些水汽，当保持温度不变向下缓慢压活塞时， 水汽的质量减少，密度不变，故C正确； D、当分子间的距离增大时，分子间相互作用的引力与斥力都减小，故D错误； E、当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大，故E正确； 故选BCE． （2）撤去外力后左侧向下的压强， p左＝p02.0×105 Pa＝2p0， 右侧向下的压强：p右＝p0+mg/S2＝1.5×105 Pa＝1.5p0， 故活塞均下降，且左侧活塞降至水平管口， 设右侧降至高为x处，此时封闭气体压强变为p′＝1.5p0， 对封闭气体，由玻意耳定律可得： p0（4hS1+hS2）＝1.5p0（3hS1+xS2），解得：x＝0.5h； 则左侧活塞的高度为零，右侧活塞的高度为0.5h． 故答案为：（1）BCE；（2）左侧活塞的高度为零，右侧活塞的高度为0.5h． 十．热力学第三定律的表述和应用（共3小题） 53．下列关于热力学第三定律的表述正确的是（　　） A．热力学零度不可达到 B．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化 C．其数学表达式是ΔU＝Q+W D．能量在转化或转移的过程中总量保持不变 【答案】A 【解答】解： A、热力学第三定律可表述为绝对零度不能达到，这里的绝对零度就是热力学零度，故A正确 B、由热力学第二定律：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。故B错误 C、ΔU＝Q+W是能量守恒定律，不是热力学第三定律，故C错误 D、能量在转化或转移的过程中总量保持不变是能量守恒定律，不是热力学第三定律，故D错误 故选：A。 54．关于温度，下列说法正确的是（　　） A．随着人类制冷技术的不断提高，总有一天绝对零度会达到 B．温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度便由T升至2T C．温度升高1℃，也可以说温度升高274K D．温度升高1℃，也可以说温度升高1K 【答案】D 【解答】解：A、由热力学第三定律可知，绝对零度是不可能达到的，故A错误； B、温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度便由T＝t+273.15K升至T′＝273.15K+2t，T′不一定等于2T，故B错误； CD、热力学温度与摄氏温度的分度值在数值上是相等的，温度升高1℃，也可以说温度升高1K，故C错误，D正确； 故选：D。 55．（多选）有以下说法，其中正确的有（　　） A．布朗运动的实质是液体分子的无规则运动 B．液体的沸点随大气压的增大而增大 C．在温度不变的条件下，饱和汽的体积减小，其压强增大 D．随着高科技的不断发展，绝对零度是可以达到的 E．热量不能自发从低温物体传给高温物体 F．将一个分子从无穷远处无限靠近另个分子，则分子力先增大后减小最后再增大 【答案】BEF 【解答】解：A、布朗运动是悬浮在流体中的固体小颗粒的无规则运动，是由于液体分子撞击的冲力不平衡引起的，所以布朗运动是液体分子无规则运动的反映。故A错误； B、液体的沸点与液体上方的大气压有关，随大气压的增大而增大，故B正确； C、饱和汽的压强与液体的种类和温度有关，与体积无关，故C错误； D、根据热力学第三定律知，绝对零度只能接近，不可能达到，故D错误； E、根据热力学第二定律，热量不能自发从低温物体传给高温物体，故E正确； F、将一个分子从无穷远处无限靠近另个分子，由作用力与分子间距关系图可知，分子力先表现为引力，先增大后减小；最后表现为斥力并不断增大，故F正确； 故选：BEF。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$