第三章-熱力學(xué)定律(綜合復(fù)習(xí)與測試)(人教版2019選擇性必修第三冊)解析版

第三章熱力學(xué)定律綜合測試單選題：1．某同學(xué)利用自行車內(nèi)胎、打氣筒、溫度傳感器以及計算機等裝置研究向自行車內(nèi)胎打氣、打氣結(jié)束、靜置一段時間,突然拔掉氣門芯放氣與放氣后靜置一段時間的整個過程中氣體內(nèi)能的變化情況,車胎內(nèi)氣體溫度隨時間變化的情況如圖所示.從圖中可獲取的信息是 ()A.從開始打氣到打氣結(jié)束的過程中由于氣體對外做功,內(nèi)能迅速增大B.從打氣結(jié)束到拔出氣門芯前,由于氣體對外做功,內(nèi)能緩慢減少C.拔掉氣門芯后由于氣體沖出對外界做功,內(nèi)能急劇減少D.放氣后靜置一段時間,由于外界再次對氣體做功,氣體內(nèi)能增大【答案】C【解析】從開始打氣到打氣結(jié)束的過程中,外界對氣體做的功大于氣體對外界做的功,氣體內(nèi)能增大;從打氣結(jié)束到拔出氣門芯前,由于傳熱,氣體溫度下降,內(nèi)能緩慢減少;拔掉氣門芯后氣體沖出對外界做功,氣體內(nèi)能急劇減少;放氣后靜置一段時間,由于傳熱氣體溫度上升,內(nèi)能增大。故選C。2.熱力學(xué)第二定律常見的表述方式有兩種，其一是：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體而不引起其他變化；其二是：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。第一種表述方式可以用如右圖示意圖來表示，根據(jù)你對第二種表述的理解，如果也用類似的示意圖來表示，你認為下列示意圖中正確的是()【答案】B【解析】第二種表述的意思是：熱機吸收熱量，對外做功，同時把熱量傳給低溫物體。故選B。3.飛機在萬米高空飛行時，艙外氣溫往往在－50℃以下。在研究大氣現(xiàn)象時可把溫度、壓強相同的一部分氣體作為研究對象，叫作氣團。氣團直徑可達幾千米。由于氣團很大，邊緣部分與外界的熱交換對整個氣團沒有明顯影響，可以忽略。高空氣團溫度很低的原因可能是()A．地面的氣團上升到高空的過程中膨脹，同時對外放熱，使氣團自身溫度降低B．地面的氣團上升到高空的過程中收縮，同時從周圍吸收熱量，使周圍溫度降低C．地面的氣團上升到高空的過程中膨脹，氣團對外做功，氣團內(nèi)能大量減少，氣團溫度降低D．地面的氣團上升到高空的過程中收縮，外界對氣團做功，故周圍溫度降低【答案】C【解析】由熱力學(xué)第一定律，物體內(nèi)能的變化ΔU與做功W和熱傳遞Q有關(guān)，滿足ΔU＝W＋Q，氣團在上升的過程中不斷膨脹，氣體對外做功，又由于氣團很大，其邊緣與外界的熱交換可忽略，因而其內(nèi)能不斷減小，所以氣團的溫度會很低，故選C。故選C。4.如圖為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動的過程中()A．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大B．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能減小C．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能增大D．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小【答案】A【解析】筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，M向下滑的過程中，外界對氣體做功，由熱力學(xué)第一定律可知氣體內(nèi)能增大，A正確。故選A。5.一定質(zhì)量的理想氣體沿p－V坐標圖中曲線所示的方向發(fā)生變化，其中曲線ADB是以p軸、V軸為漸近線的雙曲線的一部分，則()A．氣體由A經(jīng)C到B，一定是放熱的B．氣體由B經(jīng)C為A，一定是吸熱的C．氣體由A經(jīng)C到B再經(jīng)D到A，吸熱多于放熱D．氣體由A經(jīng)C到B再經(jīng)D到A，放熱多于吸熱【答案】C【解析】由圖可知，由A經(jīng)C到B，中途體積增大，對外做功，而A、B溫度相等，AB內(nèi)能相等，所以一定要吸熱。而由B經(jīng)D到A，只是體積減小，溫度是不變的(是條等溫線)，p－V圖的面積為氣體做功，由圖可知A→C→B對外做功，大于B→D→A外界對氣體做功整個過程，應(yīng)該是吸熱的，故總的吸熱大于放熱。故選C。6.一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)變化過程表示在如圖所示的p－V圖上，氣體先由a狀態(tài)沿雙曲線經(jīng)等溫過程變化到b狀態(tài)，再沿與橫軸平行的直線變化到c狀態(tài)，a、c兩點位于與縱軸平行的直線上，以下說法中正確的是()A．由a狀態(tài)至b狀態(tài)過程中，氣體放出熱量，內(nèi)能減少B．由b狀態(tài)至c狀態(tài)過程中，氣體對外做功，內(nèi)能減少C．c狀態(tài)與a狀態(tài)相比，c狀態(tài)分子平均距離較大，分子平均動能較大D．b狀態(tài)與a狀態(tài)相比，b狀態(tài)分子平均距離較小，分子平均動能相等【答案】D【解析】由題意，ab是一條雙曲線，說明氣體由a狀態(tài)至b狀態(tài)過程為等溫變化，內(nèi)能不變，氣體的體積減小，外界對氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體放出熱量，故A錯誤；由b狀態(tài)至c狀過程中，氣體的體積增大，對外做功，溫度升高，內(nèi)能增大，故B錯誤；c狀態(tài)與a狀態(tài)相比，體積相同，分子平均距離相等，故C錯誤；b狀態(tài)與a狀態(tài)相比，b狀態(tài)體積小，分子平均距離較小，溫度相等，則分子平均動能相等，故D正確。故選D。7.一種叫作“壓電陶瓷”的電子元件，當對它擠壓或拉伸時，它的兩端就會形成一定的電壓，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一種燃氣打火機，就是應(yīng)用了該元件的壓電效應(yīng)制成的。只要用大拇指壓一下打火機上的按鈕，壓電陶瓷片就會產(chǎn)生10kV～20kV的高壓，形成火花放電，從而點燃可燃氣體。上述過程中，壓電陶瓷片完成的能量轉(zhuǎn)化是()A．化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B．內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能C．光能轉(zhuǎn)化為電能D．機械能轉(zhuǎn)化為電能【答案】D【解析】轉(zhuǎn)化前要消耗機械能，轉(zhuǎn)化后得到了電能，所以為機械能轉(zhuǎn)化為電能，D正確。故選D。8.如圖所示，厚壁容器的一端通過膠塞插進一支靈敏溫度計和一根氣針，另一端有一個用卡子卡住的可移動膠塞。用打氣筒慢慢向容器內(nèi)打氣，使容器內(nèi)的壓強增加到一定程度，這時讀出溫度計示數(shù)。打開卡子，膠塞沖出容器后()A．溫度計示數(shù)變大，實驗表明氣體對外界做功，內(nèi)能減少B．溫度計示數(shù)變大，實驗表明外界對氣體做功，內(nèi)能增加C．溫度計示數(shù)變小，實驗表明氣體對外界做功，內(nèi)能減少D．溫度計示數(shù)變小，實驗表明外界對氣體做功，內(nèi)能增加【答案】C【解析】由于是厚壁容器，打開卡子后，氣體迅速膨脹，這樣的過程可以當作絕熱過程，由此判斷，轉(zhuǎn)化的應(yīng)是系統(tǒng)的內(nèi)能，即氣體對外做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少，溫度降低，選項C正確。故選C。多選題：9.奧運祥云火炬的燃燒系統(tǒng)由燃氣罐(內(nèi)有液態(tài)丙烷)、穩(wěn)壓裝置和燃燒器三部分組成。當穩(wěn)壓閥打開以后，燃氣以氣態(tài)形式從氣罐里出來，經(jīng)過穩(wěn)壓閥后進入燃燒室進行燃燒。則以下說法中正確的是()A．燃氣由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中要對外做功B．燃氣由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中分子的分子勢能減少C．燃氣在燃燒室燃燒的過程是熵增加的過程D．燃氣燃燒后釋放在周圍環(huán)境中的能量很容易被回收再利用【答案】AC【解析】燃氣由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中體積膨脹，對外做功，故A選項正確；燃氣在膨脹過程中克服分子間引力做功，分子勢能增大，故B選項錯誤；由熵增加原理可知C選項正確；由能量耗散可知D選項錯誤。故選：AC。10.(2021·湖南卷)如圖，兩端開口、下端連通的導(dǎo)熱汽缸，用兩個輕質(zhì)絕熱活塞(截面積分別為S1和S2)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦。在左端活塞上緩慢加細沙，活塞從A下降h高度到B位置時，活塞上細沙的總質(zhì)量為m。在此過程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始終不變。整個過程環(huán)境溫度和大氣壓強p0保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)，重力加速度為g。下列說法正確的是()A．整個過程，外力F做功大于0，小于mghB．整個過程，理想氣體的分子平均動能保持不變C．整個過程，理想氣體的內(nèi)能增大D．整個過程，理想氣體向外界釋放的熱量小于eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S1h＋mgh))E．左端活塞到達B位置時，外力F等于eq\f(mgS2,S1)【答案】BDE【解析】根據(jù)做功的兩個必要因素有力和在力的方向上有位移，由于活塞S2沒有移動，可知整個過程，外力F做功等于0，A錯誤；根據(jù)汽缸導(dǎo)熱且環(huán)境溫度沒有變，可知汽缸內(nèi)的溫度也保持不變，則整個過程，理想氣體的分子平均動能保持不變，內(nèi)能不變，B正確、C錯誤；由內(nèi)能不變可知理想氣體向外界釋放的熱量等于外界對理想氣體做的功：Q＝W<p0S1h＋mgh，D正確；左端活塞到達B位置時，根據(jù)壓強平衡可得：p0＋eq\f(mg,S1)＝p0＋eq\f(F,S2)，即：F＝eq\f(mgS2,S1)，E正確。故選：BDE。11.(2021·全國乙卷)如圖，一定量的理想氣體從狀態(tài)a(p0，V0，T0)經(jīng)熱力學(xué)過程ab、bc、ca后又回到狀態(tài)a。對于ab、bc、ca三個過程，下列說法正確的是()A．a(chǎn)b過程中，氣體始終吸熱B．ca過程中，氣體始終放熱C．ca過程中，氣體對外界做功D．bc過程中，氣體的溫度先降低后升高E．bc過程中，氣體的溫度先升高后降低【答案】ABE【解析】由理想氣體的p－V圖可知，理想氣體經(jīng)歷ab過程，體積不變，則W＝0，而壓強增大，由pV＝nRT可知，理想氣體的溫度升高，則內(nèi)能增大，由ΔU＝Q＋W可知，氣體一直吸熱，故A正確；理想氣體經(jīng)歷ca過程為等壓壓縮，則外界對氣體做功，W＞0，由pV＝nRT知溫度降低，即內(nèi)能減少，ΔU<0，由ΔU＝Q＋W可知，Q<0，即氣體放熱，故B正確、C錯誤；由pV＝nRT可知，p－V圖像的坐標圍成的面積反映溫度，b狀態(tài)和c狀態(tài)的坐標面積相等，而中間狀態(tài)的坐標面積更大，故bc過程的溫度先升高后降低，故D錯誤、E正確。故選：ABE。12.如圖是某研究小組為了探究“魚鰾的作用”所制作的裝置。具體制作方法如下：在大號“可樂瓶”中注入半瓶水，在一個小氣球中放入幾枚硬幣并充入少量空氣(忽略氣體的分子勢能)，將其裝入“可樂瓶”中。通過在水中放鹽改變水的密度后，使氣球恰好懸浮于水中，并擰緊瓶蓋。設(shè)初始時瓶中氣體、水及外界大氣的溫度相同。當用手擠壓“可樂瓶”的上半部分時，下列說法正確的是()A．快速擠壓時，瓶內(nèi)氣體壓強變大B．快速擠壓時，瓶內(nèi)氣體溫度不變C．快速擠壓時，瓶內(nèi)氣體體積不變D．緩慢擠壓時，氣球下降【答案】AD【解析】快速擠壓氣體時，外界對它做功，來不及熱傳遞，由W＋Q＝ΔU，內(nèi)能增大，溫度上升，體積變小，瓶內(nèi)壓強變大，則A項對，B、C兩項錯；緩慢擠壓時，溫度不變，體積變小，瓶內(nèi)壓強變大，對氣球來說，壓強也增大，溫度不變，體積必然減小，則重力mg大于浮力ρgV氣球，氣球下降，則D項正確。故選：AD。13．某同學(xué)設(shè)計的噴水裝置如圖所示，內(nèi)部裝有2L水，上部密封1atm的空氣0.5L，保持閥門關(guān)閉，再充入1atm的空氣0.1L，設(shè)在所有過程中空氣可看作理想氣體，且溫度不變，下列說法正確的有()A．充氣后，密封氣體壓強增加B．充氣后，密封氣體的分子平均動能增加C．打開閥門后，密封氣體對外界做正功D．打開閥門后，不再充氣也能把水噴光【答案】AC【解析】溫度不變，分子平均動能不變，充氣后由于氣體的質(zhì)量增大，溫度、體積基本不變，氣體的壓強增大，選項A正確、B錯誤；打開閥門后，水減少，氣體膨脹，密封氣體對水做正功，選項C正確；如果水全排出氣體壓強為p3，有p3(2L＋0.5L)＝p1(0.5L＋0.1L)，得p3＝0.24p1＜p1，故不再充氣不能把水噴光，選項D錯誤。故選：AC。14.如圖所示，a、b、c、d表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過程中的四個狀態(tài)，圖中ad平行于橫坐標軸，cd平行于縱坐標軸，ab的延長線過原點。以下說法正確的是()A．從狀態(tài)d到c，氣體不吸熱也不放熱B．從狀態(tài)c到b，氣體放熱C．從狀態(tài)a到d，氣體對外做功D．從狀態(tài)b到a，氣體吸熱【答案】BCD【解析】從狀態(tài)d到c，溫度不變，理想氣體內(nèi)能不變，但是由于壓強減小，所以體積增大，對外做功，還要保持內(nèi)能不變，一定要吸收熱量，故A錯誤；氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)b是一個降壓、降溫過程，同時體積減小，外界對氣體做功，而氣體的內(nèi)能還要減小(降溫)，就一定要伴隨放熱的過程，故B正確；氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)d是一個等壓、升溫的過程，同時體積增大，所以氣體要對外做功，故C正確；氣體從狀態(tài)b到狀態(tài)a是一個等容變化過程，隨著壓強的增大，氣體的溫度升高，內(nèi)能增大，而在這個過程中氣體的體積沒有變化，就沒有做功，氣體內(nèi)能的增大是氣體吸熱的結(jié)果，故D正確。故選：BCD。15.如圖所示，兩個相通的容器P、M間裝有閥門K，P中充滿氣體，M內(nèi)為真空，整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換。打開閥門K后，P中的氣體進入M中，最終達到平衡，則()A．氣體體積膨脹，內(nèi)能不變B．氣體分子勢能減少，內(nèi)能增加C．氣體分子勢能增加，壓強可能不變D．M中氣體不可能自發(fā)地全部退回到P中【答案】AD【解析】氣體的膨脹過程沒有熱交換，可以判斷Q＝0，容器M內(nèi)為真空，所以氣體是自由膨脹，雖然體積變大，但是氣體并不對外做功，即W＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可以判斷該過程ΔU＝0，即氣體的內(nèi)能不變，A正確，B錯誤；因為氣體分子間的作用力表現(xiàn)為引力，所以氣體體積變大時分子引力做負功，分子勢能增加，由此進一步推斷分子動能減小，溫度降低，由eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)，知氣體壓強變小，C錯誤；宏觀中的熱現(xiàn)象都是不可逆的，所以D正確。故選：AD。計算題：16.(2021·全國乙卷)如圖，一玻璃裝置放在水平桌面上，豎直玻璃管A、B、C粗細均勻，A、B兩管的上端封閉，C管上端開口，三管的下端在同一水平面內(nèi)且相互連通。A、B兩管的長度分別為l1＝13.5cm，l2＝32cm。將水銀從C管緩慢注入，直至B、C兩管內(nèi)水銀柱的高度差h＝5cm。已知外界大氣壓為p0＝75cmHg。求A、B兩管內(nèi)水銀柱的高度差。【答案】Δh＝1cm【解析】對B管中的氣體，水銀還未上升產(chǎn)生高度差時，初態(tài)為壓強p1B＝p0，體積為V1B＝l2S，末態(tài)壓強為p2，設(shè)水銀柱離下端同一水平面的高度為h2，體積為V2B＝(l2－h(huán)2)S，由水銀柱的平衡條件有p2B＝p0＋ρgh，B管氣體發(fā)生等溫壓縮，有p1BV1B＝p2BV2B聯(lián)立解得h2＝2cm對A管中的氣體，初態(tài)為壓強p1A＝p0，體積為V1A＝l1S，末態(tài)壓強為p2A，設(shè)水銀柱離下端同一水平面的高度為h1，則氣體體積為V2A＝(l1－h(huán)1)S，由水銀柱的平衡條件有p2A＝p0＋ρg(h＋h2－h(huán)1)，A管氣體發(fā)生等溫壓縮，有p1AV1A＝p2AV2A聯(lián)立可得2heq\o\al(2,1)－191h1＋189＝0，解得h1＝1cm或h1＝eq\f(189,2)cm＞l1(舍去)則兩水銀柱的高度差為Δh＝h2－h(huán)1＝1cm。17．一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A→B，再從狀態(tài)B→C，最后從狀態(tài)C→A完成一次循環(huán)，如圖所示。已知狀態(tài)A時氣體的溫度TA＝900K，問：(1)氣體在狀態(tài)B時的溫度TB；(2)氣體從狀態(tài)B→C的過程中，氣體做的功WBC；(3)已知氣體從狀態(tài)C→A的過程中，外界對氣體做的功WCA＝3.6×105J，試說明該過程中氣體是吸熱還是放熱，求吸(或放)了多少熱量QCA?！敬鸢浮?1)300K(2)2×105J(3)放熱3.6×105J【解析】(1)A→B是等容變化，根據(jù)查理定律得eq\f(pA,TA)＝eq\f(pB,TB)解得TB＝eq\f(pB,pA)TA＝eq\f(1.0×105,3.0×105)×900K＝300K。(2)B→C是等壓變化，且體積增大，所以氣體對外做功，WBC＝pBΔVBC＝1.0×105×(3.0－1.0)J＝2×105J(3)C→A，是等溫變化，由理想氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)，知其內(nèi)能不變，即ΔU＝0由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，知外界對氣體做的功全部以熱量形式放出，故放熱QCA＝WCA＝3.6×105J。18.某壓力鍋的結(jié)構(gòu)如圖所示.蓋好密封鍋蓋,將壓力閥套在出氣孔上,給壓力鍋加熱,當鍋內(nèi)氣體壓強達到一定值時,氣體就把壓力閥頂起.設(shè)定在壓力閥被頂起時,停止加熱.(1)若此時鍋內(nèi)氣體的體積為V',摩爾體積為Vm,阿伏加德羅常數(shù)為NA,寫出鍋內(nèi)氣體分子數(shù)的估算表達式.(2)假定在一次放氣過程中,鍋內(nèi)氣體對壓力閥及外界做功1J,并向外界釋放了2J的熱量.鍋內(nèi)原有氣體的內(nèi)能如何變化?變化了多少?(3)已知大氣壓強p與海拔h的關(guān)系滿足p=p0(1-αh),其中常數(shù)α>0,p0為標準大氣壓.結(jié)合理想氣體實驗定律定性分析在不同的海拔使用壓力鍋,當壓力閥被頂起時鍋內(nèi)氣體的溫度有何不同.【答案】(1)N=V'VmNA【解析】(1)阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀量和微觀量的橋梁,設(shè)