2021年高中物理选修三第三章《热力学定律》经典测试卷(答案解析)(1)

一、选择题

1．关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是（ ） A．布朗运动就是液体分子的热运动

B．用油膜法测分子直径的实验中，应使用纯油酸滴到水面上 C．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律

D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功3.0×105 J，同时空气的内能增加2.2×105 J，则空气从外界吸热5.2×105 J

2．如图所示为一定质量的氦气（可视为理想气体）状态变化的VT图像。已知该氦气所含的氦分子总数为N，氦气的摩尔质量为M，在状态A时的压强为p0。已知阿伏加德罗常数为NA，下列说法正确的是（ ）

A．氦气分子的质量为

M NB．B状态时氦气的压强为2p0 C．B→C过程中氦气向外界放热 D．C状态时氦气分子间的平均距离d3V0 NA3．对于一定质量的理想气体，下列判断错误的是（ ） A．在等温变化过程中，系统与外界一定有热量交换

B．在等容变化过程中，系统从外界吸收热量一定等于内能增量 C．在等压变化过程中，内能增加，系统一定从外界吸收热量 D．在绝热过程中，系统的内能一定不变 4．关于元器件，下列说法错误的是（ ） A．太阳能电池板是将光能转化为电能 C．电容器是用来储存电荷的装置 能源与能量，下列说法正确的是（ ） A．因为能量守恒，所以不要节约能源

B．自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用 C．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源

B．电热水壶烧水是利用电流的热效应 D．微波炉加热食物是利用电磁感应原理

5．“绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于

D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造 6．下列过程中可能发生的是 ( )

A．某种物质从高温热源吸收20 kJ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溢进去，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．将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开

7．用密闭活塞封闭在气缸内一定质量的某种理想气体，如果气体与外界没有热交换，下列说法正确的是

A．若气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大 B．若气体分子的平均动能增大，则气体的压强可能减小 C．若气体分子的平均距离增大，则气体的压强一定增大 D．若气体分子的平均距离增大，则气体的压强可能不变

8．一定质量的理想气体状态发生了一次循环变化，其压强p随热力学温度T变化的关系如图所示，O、a、b在同一直线上，bc与横轴平行则

A．a到b过程，气体的体积减小 B．b到c过程，外界对气体做功 C．b到c过程，气体从外界吸收热量 D．b到c过程，气体向外界放出热量

9．如图所示，导热的气缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个砂桶，砂桶装满砂子时，活塞恰好静止，现将砂桶底部钻一个小洞，让细砂慢慢漏出．气缸外部温度恒定不变，则

A．缸内的气体压强减小，内能减小 B．缸内的气体压强增大，内能减小 C．缸内的气体压强增大，内能不变 D．外界对气体做功，缸内的气体内能增加

10．一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，其变化过程的pV图像如图所示（ ）

A．气体在A状态时的内能大于C状态时的内能 B．气体在B状态时每个分子的动能都比A状态时大

C．气体从状态A到B吸收的热量大于从状态B到C放出的热量 D．气体从状态A到B吸收的热量等于从状态B到C放出的热量

11．1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律，后来许多实验验证了这个规律。如图为一定质量的某种理想气体分子在T1和T2温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化图像。下列说法正确的是（ ）

A．图中虚线下面积大于实线下的面积

B．T1T2，T2温度下的分子平均速率大于T1温度下的分子平均速率 C．图中曲线给出了任意速率区间的气体分子数目 D．若从T1到T2气体体积减小，气体一定从外界吸收热量 12．根据热力学第二定律判断，下列说法正确的是（ ） A．功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功

B．热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 C．气体向真空的自由膨胀是不可逆的 D．随着技术的进步，热机的效率可以达到100%

13．如图所示，一定质量理想气体经历A→B的等压过程，B→C的绝热过程（气体与外界无热量交换），其中B→C过程中内能减少1000J，则A→B→C过程中气体对外界做的总功为（ ）

A．1600J B．400J C．1000J D．600J

14．下列说法正确的是（ ） A．物体吸收热量，其内能一定增加 B．物体对外做功，其内能一定减少

C．物体吸收热量同时对外做功，其内能一定增加 D．物体放出热量同时对外做功，其内能一定减少 15．下列说法中正确的是（ ）

A．当分子间的相互作用表现为引力时，其分子间没有斥力

B．一定质量的理想气体，若体积不变，当分子热运动变得剧烈时，压强一定变大 C．热量不能自发从高温物体传给低温物体 D．多晶体和非晶体都没有固定的熔点

二、填空题

16．一定质量的理想气体从初状态I变到末状态II的过程中，温度升高，压强增大，变化过程中p－T图像如图所示，由图像可知，初状态I的体积___________（填“小于”、“等于”或“大于”）末状态II的体积；初状态I的内能___________（填“小于”、“等于”或“大于”）末状态II的内能；初状态I变到末状态II气体___________（填“吸收”或“放出”）热量。

17．一圆筒形汽缸竖直放置在水平地面上。一质量为m，横截面积为S的活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内，活塞可沿汽缸内壁无摩擦滑动。当活塞静止时，活塞与汽缸底部距离为h，如图（a）所示。已知大气强为p0，重力加速度为g。现把汽缸从图（a）状态缓慢转到图（b）状，在此过程中气体温度不变，则图（b）状态下气体体积为

___________。从图（b）状态开始给汽缸加热，使活塞缓慢向外移动距离l，如图（c）所示。若此过程中气体内能增量为△U，则气体吸收的热量应为___________。

18．如图所示，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a。在过程ab中气体的内能______（填“增加”、“减少”或“不变”），在过程bc中气体________热量（填“吸收”或“放出”），在过程ca中_____________（填“外界对气体做功”或“气体对外界做功”）。

19．如图所示,一定质量的理想气体封闭在气缸内,缓慢经历了A→B→C→D→A四个过程．则A、C两状态热力学温度比值TA:TC=_________；若A→B过程，活塞对气体做功W，则C→D过程，气体对活塞做功_________.

20．如图所示，一定质量的理想气体，按图示方向经历了ABCDA的循环，其p-V图线如图．状态B时，气体分子的平均动能比状态A时气体分子的平均动能____ (选填 “大”或“小”);由B到C的过程中，气体将_____(选填“吸收”或“放出”)热量：经历ABCDA一个循环，气体吸收的总热量______ ( 选填“大于”或“小于”)释放的总热量．

21．如图所示，有一个红酒瓶状的玻璃容器水平放置，左侧“瓶身”的体积为300cm3，右侧“瓶颈”是一段内部横截面积为0.5cm2，有效长度为40cm的玻璃管，管内有一段长度可忽略不计的水银柱，密闭了一定质量的气体在容器内．当大气压为1.0×105 Pa、密闭气体温度为27 ℃时，水银柱刚好位于玻璃管最左侧，现缓慢升高密闭气体温度．则当温度升高到________℃时，水银柱会掉出容器；在此过程中，密闭气体从外界吸收的热量为12J，则在这一过程中密闭气体的内能变化了________J．

22．四冲程汽油机在做功冲程中，气缸内的高温高压气体迅速膨胀而推动活塞对外做功，此时气体的温度会________（填“升高”或“降低”），气体的内能将________（填“增大”或“减小”）．

23．如图所示，一导热性能良好的气缸，用轻质活塞密封了一定质量的气体，活塞用轻绳悬挂在天花板上。

（1）若环境温度缓慢升高，下列说法正确的有_____． A．单位时间内气体分子与器壁单位面积碰撞的分子数减少 B．单位时间内气体分子与器壁单位面积碰撞的分子数增加 C．器壁单位面积上受到气体分子撞击力增大 D．温度升高，缸内所有气体分子运动速率均增大

（2）若已知气缸的容积为1L，气缸内气体的密度为30g/m3，平均摩尔质量为

23-11.152g/mol．阿伏加德罗常数NA6.010mol，估算气缸内气体分子数为____个，气

体分子间平均距离d=____m（结果均保留一位有效数字）。

（3）已知气缸的质量为M，活塞可以在缸内无摩擦滑动，活塞的面积为S，活塞与缸底距离为h，大气压强恒为p0，此时环境温度为T．若环境温度升高时，气体从外界吸收热量Q，气缸缓慢移动距离d 后再次处于静止，则在此过程中密闭气体的内能∆U增加了________，温度升高了___________。

24．如图甲所示，将封有一定质量空气的密闭塑料袋从海拔500m、气温为18℃的山脚下带到海拔3200m、气温为10℃的山顶上，情形如图乙所示．图_________（选填“甲”或“乙”）中袋中气体分子平均动能大．从甲图到乙图过程中，袋内气体减小的内能_________（选填“大于”、“等于”或“小于”）气体放出的热量．

25．一定质量的理想气体，其状态变化的p-V图像如图所示，已知气体在状态A时的温度

为260K，则气体在状态B时的温度为__________K，从状态A到状态C气体与外界交换的热量为___________J.

26．如图所示，竖直放置的粗细均匀的U形管，右端封闭有一段空气柱，两管内水银面高度差为h=19 cm，封闭端空气柱长度为L1=40 cm。为了使左、右两管中的水银面相平，（设外界大气压强p0=76 cmHg，空气柱温度保持不变）试问：

①需从左管的开口端再缓慢注入高度多少的水银柱？_____此时封闭端空气柱的长度是多少？____

②注入水银过程中，外界对封闭空气做________（填“正功”“负功” 或“不做功”），气体将______（填“吸热”或“放热”）。

三、解答题

27．一定质量的理想气体从状态A到状态B再到状态C的过程如p-V图象所示，已知A状态时气体的温度为tA= -73.9C．求: (1) C状态时气体的热力学温度Tc的大小;

(2)从状态A到状态B的过程，气体吸热还是放热，简要说明理由。

28．如图所示，厚度和质量不计、横截面积为S＝10 cm2的绝热汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸内有一绝热的“T”形活塞固定在桌面上，活塞与汽缸封闭一定质量的理想气体，开始时，气体的温度为T0＝300 K，压强为p＝0.5×105 Pa，活塞与汽缸底的距离为h＝10 cm，活塞可在汽缸内无摩擦滑动且不漏气，大气压强为p0＝1.0×105 Pa.求：

(1)此时桌面对汽缸的作用力大小FN；

(2)现通过电热丝给气体缓慢加热到T，此过程中气体吸收热量为Q＝7J，内能增加了ΔU＝5J，整个过程活塞都在汽缸内，求T的值.

29．一定质量的理想气体经历如图所示的A→B、B→C、C→A三个变化过程，TA=300K，气体从C→A的过程中吸热250J，已知气体的内能与温度成正比.求：

（1）气体在状态B 的温度TB； （2）C→A的过程中气体内能改变多少？ （3）气体处于状态C时的内能EC．

30．一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸内，如图所示水平放置。活塞的质量

m20kg，横截面积S100cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始时汽缸水

平放置，活塞与汽缸底的距离L112cm，离汽缸口的距离L23cm。外界气温为

27C，大气压强为1.0105Pa，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸

内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，取g10m/s，求： (1)汽缸刚转到竖直时，活塞离汽缸底的距离L； (2)活塞上表面刚好与汽缸口相平时，气体的温度为多少？

(3)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q370J的热量，则气体增加的内能U多大？

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