新教材高二物理下学期暑假巩固练习3热力学定律含答案

3 热力学定律

一、选择题：第1～5题为单选题，第6～10题为多选题。

1．人类不但掌握了精准测温控温的方法，还可以人工产生高热和深冷，在高热和深冷的“世界”里不断发现新的科学奇迹，下列关于热力学定律的说法正确的是（  ）

A．外界对物体做功，物体的内能必定增加

B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的

C．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能自发的进行

D．可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功而不引起其他影响

2．绝热容器内封闭一定质量的理想气体，气体分子的速率分布如下图所示，横坐标表示速率v，纵坐标表示某一速率区间的分子数占总分子数的百分比N，经过一段时间分子的速率分布图由状态①变为②，则由图可知（　　）

A．气体的温度一定降低

B．气体的压强一定减小

C．气体的内能一定增大

D．气体一定对外界做功

3．如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展面“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是（　　）

A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量

B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身

C．叶片在热水中吸收的热量大于在空气中释放的热量

D．因为转动的叶片不断搅动热水，所以水温最终会升高

4．如图所示，气缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体A和B，活塞处于静止平衡状态。现通过电热丝对气体A加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与气缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是（　　）

A．气体A吸热，内能增加

B．气体B吸热，对外做功，内能不变

C．气体A分子的平均动能减小

D．气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数增大

5．如图，一定质量的理想气体由状态a经状态b变化到状态c，已知气体由从状态a变化到状态b的过程中外界对气体做功为W1，同时向外界放出热量Q1；从状态b变化到状态c过程中外界对气体做功为W2，与外界的热交换量为Q2，下列说法正确的是（　　）

A．气体在状态a、状态b、状态c时的内能相等

B．W2=3W1

C．Q1+Q2=2p0V0

D．W1+W2=Q1+Q2

6．下列说法正确的是（　　）

A．晶体均有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点

B．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增加的方向进行

C．干湿泡湿度计中两只温度计的读数相差越大，说明空气的相对湿度越大

D．对于一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热

7．如图所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外，下列说法正确的是（　　）

A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外

B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能

C．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律

D．电冰箱的工作原理正是热力学第二定律的应用

8．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

B．气体的温度升高

C．分子平均动能增大

D．分子平均动能减小

9．如图所示，竖直放置、上端开口的绝热气缸底部固定一电热丝（图中未画出），质量不计、面积为S的绝热活塞位于气缸内，活塞与气缸之间封闭一定质量的某种理想气体。活塞上放置一质量为的重物并保持平衡，此时气缸内理想气体的温度为T0，活塞距气缸底部的高度为h。现用电热丝缓慢给气缸内的理想气体加热，使活塞上升了，封闭理想气体的内能增加了。已知大气压强为p0，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）

A．活塞上升时理想气体的温度为

B．理想气体吸收的热量为

C．理想气体吸收的热量为

D．理想气体吸收的热量为

10．如图所示，一定质量的理想气体由状态a开始，经历ab、bc、cd、da四个过程回到原状态，其V-T图像刚好是一个圆，气体在a、b、c、d四个状态的体积分别为Va=Vc、Vb=V2、Vd=V1，温度分别为Ta=T1、Tb=Td、Tc=T2，压强分别为pa、pb、pc、pd，其中V2=5V1，T2=5T1。下列说法正确的是（　　）

A．在这四个状态中，c状态时气体的内能最多

B．pc=4pa

C．pb=1.8pa

D．从状态a到状态b，气体从外界吸热

二、非选择题

11．蛟龙号潜水器携带了一个水压测量仪，其应用简化图如图，水压测量仪内封闭一定质量的理想气体，轻质活塞可自由移动，整个仪器由导热材料制作。则在蛟龙号潜水器缓慢下潜过程，设海水温度保持不变，对水压测量仪内封闭的气体，压强_________（填“增大”“减小”或“不变”）；________（填“吸收”“放出”或“不吸也不放”）热量。

12．如图，在气缸内活塞下边封闭一定质量的空气（可视为理想气体），压强和大气压相同。把气缸和活塞固定，使气缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为Q1，此时汽缸内单位时间内撞击活塞的空气分子数_______（填“增加”“减少”“不变”），容器壁单位面积单位时间受到气体分子的总冲量_______（填“增大”“减小”“不变”）；若让活塞可以自由滑动（活塞与气缸间无摩擦，不漏气），也使气缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2，则Q2_______Q1（填“大于”“等于”“小于”）。

13．有组同学设计了一个如图所示的测温装置，C为测温泡，用玻璃管与水银气压计相连，气压计A、B两管内的水银面在同一水平面上，气压计A、B两管的下端通过软管相连且充满水银（图中涂黑部分）。在A管上画上刻度。测温时调节B管的高度使A管中的液面位置保持在a处，此时根据A、B两管水银面的高度差就能知道测温泡所处环境的温度。假设该测温装置在制定刻度时候的大气压为76 cmHg，测温泡所处环境的温度为30℃。

(1)当测温泡放入较低温度的液体中，即测温泡中气体温度降低时，为使水银气压计A管中的液面位置保持在a处，则水银气压计的B管应向_______（填“上”或“下”）移动；

(2)上述过程稳定后C内的理想气体内能______（填“增大”或“减小”），气体不对外做功，气体将_______（填“吸热”或“放热”）。

(3)该温度计的刻度是__________；（填“均匀”或“不均匀”，及“温度上高下低”或“温度上低下高”）

(4)该温度计存在的缺陷之一，当天气变化引起大气压强变大，而环境温度仍为30℃，温度计上30℃的刻度应该如何调整________________________。

1.【答案】B

【解析】外界对物体做功，若同时物体放出热量，物体的内能可能减小，故A错误；根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的，比如机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能，即符合能量守恒定律的宏观过程不一定能自发的进行，故B正确，C错误；根据热力学第二定律的开尔文表述，不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响，故D错误。

2.【答案】C

【解析】由图像可知，由状态①变为②，分子速率变大的分子数占总分子数的百分比在增加，说明气体温度升高，A错误；对于一定质量的理想气体，不计分子势能，则温度升高，气体的内能一定增大，C正确；根据理想气体状态方程，由于不确定气体体积的变化，故不能确定气体压强的变化，B错误；由于不确定气体体积的变化，故不能确定气体与外界做功情况，D错误。

3.【答案】C

【解析】要维持转轮转动需要外力做功，转轮转动所需能量不能由转轮自己提供，靠的是记忆合金在热水中吸收热量发生形变而运转然后在空气中释放热量恢复形变进行循环，当热水的温度达不到记忆合金的“变态温度”需要给水升温，因此消耗能量，故AB错误；根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，其吸收的热量用于转轮动能的增加，空气中的放热和机械运转的摩擦损耗，故C正确；转动的叶片不断搅动热水的过程记忆合金吸热发生形变，转出热水需要将能量释放再进入热水吸热，故水温降低，故D错误。

4.【答案】A

【解析】气体A发生等容变化，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律，可知气体A吸热，故A正确；对B上方活塞进行受力分析，根据平衡条件可知，B气体的压强不变，由于隔板导热性良好，B气体会吸收A气体的热量后温度上升，内能增大，再根据理想气体状态方程，在压强不变，温度升高的情况下，体积增大，则气体对外做功，故B错误；气体A和气体B温度都上升了，分子的平均动能都增大，故C错误；根据气体压强的微观意义，气体压强与分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数、分子平均动能有关，在压强不变的情况下，气体B的分子平均动能增大，气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数减少，故D错误。

5.【答案】D

【解析】在p-V图像中，根据可知，气体由状态a经状态b变化到状态c的过程中，温度先增大后减小，即Ta=Tc<Tb，故气体在状态a与状态c时的内能相等，都小于状态b的内能，故A错误；在p-V图像中，图像与横轴所围面积表示气体做功，则，，故，故B错误；一定质量的理想气体由状态a经状态b变化到状态c，内能的变化量为0，即与外界交换的热量与外界对气体所做的功大小相等，即，故C错误；从a到b，温度升高，内能增大，外界对气体做功，气体向外界放出热量Q1，根据热力学第一定律可得，从b到c，温度降低，内能减小，外界对气体做功，则气体向外界放出热量Q2，根据热力学第一定律可得，则有，故D正确。

6.【答案】ABD

【解析】晶体和非晶体的区别就在于是否有固定的熔点，晶体有固定的熔点，非晶体没有，A正确；根据热力学第二定律，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的，B正确；干湿泡温度计的示数差别越大，空气越干燥，相对湿度越小，C错误；根据盖-吕萨克定律可知，该气体体积增大，则温度升高，内能增大，根据热力学第一定律，气体体积增大，对外做功，但最终内能增大，则必定从外界吸收了热量，D正确。

7.【答案】BD

【解析】由热力学第二定律知，热量不能自发地由低温物体传到高温物体，除非施加外部的影响和帮助，电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故A错误，B正确；热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C错误；电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，电冰箱的工作原理符合热力学第二定律，故D正确。

8.【答案】AD

【解析】密闭于气缸内的气体膨胀对外做正功，即外界对气体做负功，因而W<0，缸内气体与外界无热交换说明Q=0，根据热力学第一定律，可知内能增加量，故内能减小，分子平均动能减小，温度降低，BC错误，AD正确。

9.【答案】AD

【解析】气体发生等压变化，则有，解得，故活塞上升时理想气体的温度为，A正确；活塞上升过程，气体的压强，此过程气体克服外界做功，根据热力学第一定律可得，解得，即此过程气体吸热，D正确，BC错误。

10.【答案】ACD

【解析】一定质量的理想气体的内能大小由温度决定，在这四个状态中，c状态时气体的温度最高，故气体在c状态时的内能最多，A正确；从状态a到状态c，气体是等容变化，则有，因为有、、，解得，B错误；从状态a到状态b，由理想气体状态方程可得，因为有、、、、，解得，C正确；从状态a到状态b，气体的体积增大，对外做功，温度升高，内能增加，所以气体从外界吸热，D正确。

11.【答案】 增大     放出

【解析】对水压测量仪内封闭的气体，随着潜入深度的增加，则压强增大；体积减小，外界对气体做功，因温度不变，则内能不变，则气体放出热量。

12.【答案】 增加     增大     大于

【解析】活塞不动时，空气的体积不变，温度升高，压强增大，封闭空气的平均动能增大，平均速率增大，由于分子数密度一定，根据压强的微观意义可知，汽缸内单位时间内撞击活塞的空气分子数增加；气体的压强即容器壁单位面积单位时间受到气体分子的总冲量，温度升高，体积不变，气体压强增大，容器壁单位面积单位时间受到气体分子的总冲量增大；根据题意可知，两种情形封闭气体增加的内能相同，活塞固定时，有，活塞移动时，有，，由此可得。

13.【答案】(1)下     (2)减小     放热    (3)均匀，温度上高下低     (4)向上平移

【解析】(1)液面位置保持在a处，则测温泡中的气体等容变化，测温泡中气体温度降低时，压强减小，因此B管向下移动。

(2)C内的理想气体温度降低则内能减小，气体不对外做功，根据热力学第一定律可知气体将放热。

(3)测温泡所处环境的温度为30℃时，热力学温度为，液面高度差为0，当摄氏温度为t时，热力学温度为T，液面高度差为，，即，因此温度计刻度是均匀的，温度降低B管向下移动，因此温度上高下低。

(4)大气压升高，a液面会上升，因此应该使30℃的刻度向上平移。