第 3 章热力学定律 一、选择题（共 15 题） 1．下列关于温度及内能的说法中正确的是 A．物体吸热，温度一定升高 B．一个物体的温度升高，一定是外界对物体做功 C．质量和温度相同的冰和水，内能是相同的 D．某一铁块，温度降低，内能一定减小 2．一定质量的理想气体的状态经历了如图所示的 a 到 b 过程，其中 ab 的延长线通过原点 O，则下列说法 正确的是 A．a 到 b 过程中气体体积不断增大 B．a 到 b 过程中气体压强增大 C．a 到 b 过程中外界对气体做功 D．a 到 d 过程中气体与外界一定没有发生热量交换 3．下列说法正确的是 A．布朗运动是悬浮在液体中固定颗粒的分子无规则运动的反映 B．可以从单一热源吸热并全部转化为有用功 C．知道物体的摩尔质量和密度可求出阿伏伽德罗常数 D．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同 4．如图所示，一定质量的理想气体由状态 A 变化到状态 B 再变化到状态 C，其中状态 A 到状态 B 过程为等 压变化过程，状态 B 到状态 C 过程为等容变化过程，A、C 两个状态处在同一条双曲线上，则下列说法正 确的是（　　） A．状态 A 到状态 B 过程，气体放出热量 B．状态 A 到状态 B 过程，气体对外做功，内能增加 C．状态 B 到状态 C 过程，气体内能增加 D．状态 A 到状态 B，再到状态 C 过程，气体分子的平均动能先减小后增大 5．泡沫铝密度小、耐高温、成形精度高，常用于表面涂装。将金属铝熔化后通入氢气，在液态铝内产生 大量气泡，冷凝后就可得到带有微孔的泡沫铝（多晶体），如图所示。则（　　） A．泡沫铝的某些物理性质具有各向异性 B．液态铝与氢气泡的接触面存在表面张力，将会阻碍气泡的膨胀 C．冷凝过程中，气泡收缩，外界对气体做功，气体内能增加 D．充入氢气使泡沫铝分子间距离增大，分子间只存在分子斥力 6．关于一定质量的理想气体，下列说法中正确的是（ ） A．气体被压缩，内能一定增加 B．气体温度升高，每一个气体分子的动能都增大 C．气体的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁产生的 D．气体很容易充满整个容器，是因为气体分子之间斥力的作用 7．下列说法错误的是（　　） A．悬浮在水中的花粉做布朗运动反映了花粉分子的热运动 B．并不是所有晶体都具有各向异性 C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同 D．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 8．一定质量的理想气体由状态 a 开始，经历 ab、bc、ca 三个过程回到原状态，其 p-T 图像如图所示，气 体在三个状态的体积分别为 Va、Vb、Vc，压强分别为 pa、pb、pc。已知 pb  p0 ， pc  4 p0 ，则下列说法正 确的是（　　） A． B． pa  3 p0 Vb  3Vc C．从状态 a 到状态 b，气体对外做功 D．从状态 c 到状态 a，气体从外界吸热 9．下列说法正确的是（　　） A．布朗运动就是气体或液体分子的无规则运动 B．在完全失重的情况下，熔化的金属能够收缩成标准的球形 C．做功和热传递在改变系统内能方面不是等价的 D．非晶体呈各向同性，晶体呈各向异性 10．下列说法正确的是（　　） A．布朗运动就是液体分子的运动 B．单晶体和多晶体都具有各向异性的物理性质 C．清晨草叶上的露珠有呈球形的趋势，是水的表面张力作用的结果 D．第二类永动机不能制成是因为违背了热力学第一定律 11．用分子动理论的观点看，下列表述正确的是（ ） A．对一定质量的气体加热，其内能一定增加 B．一定质量 100℃的水转变成 100℃的水蒸汽，其分子的平均动能增加 C．一定质量的理想气体，如果压强不变而体积增大，其分子的平均动能增加 D．如果气体温度升高，物体中所有分子的速率都一定增大 12．如图所示，一绝热容器被隔板 K 隔开成 A、B 两部分。A 内有一定质量的理想气体，B 内为真空。抽 开隔板 K 后，A 内气体进入，最终达到平衡状态。在这个过程中，下列关系图像正确的是（　　） A． B． C． D． 13．下列说法正确的是（　　） A．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质 B．液体表面张力的形成原因是分子引力的作用 C．第一类永动机不可能成功的原因是违反了热力学第二定律 D．热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 14．以下说法中正确的是（） A．上午十时，教室内空气中的水蒸气分子和氧气的分子平均动能是相同的 B．液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力 C．水中的水分子总是在永不停息地做杂乱无章的运动，当两个水分子运动到适当的位置使分子力为零 时，它们具有的分子势能一定最小 D．一定质量的水蒸气发生等温膨胀时，可能会向外散热 E．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大的方向进行 15．下面关于熵的说法中正确的是(　　) A．熵是系统内分子运动无序性的量度 B．在自然过程中一个孤立系统的熵总是增加或不变的 C．热力学第二定律也叫做熵减小原理 D．熵值越大代表越无序 E．一个宏观状态所对应的微观态越多，越无序，熵越小 二、填空题 16．如图所示，一定质量的气体被封闭在容器内，a 态是容器放在冰水混合物中气体达到的平衡状态；b 态 是容器从冰水混合物中移出后，在室温（27°C）中达到的平衡状态。.若忽略气体分子之间的势能，则 （1）b 态的气体分子在单位时间内撞击单位面积器壁的个数比 a 态____ （选填“多”或“ 少”）； （2）从 a 态到 b 态，容器中气体内能_____（选填“增加”或“减少”）。 17．对于一定质量的理想气体，下列说法正确_______． A．空气中 PM2.5 的运动属于分子热运动 B．当分子力表现为引力时，分子力随分子间距离的增大先增大后减小，分子势能总是随分子间距离的增 大而增大 C．用油膜法估测分子大小时，用油酸溶液体积除以油膜面积，可估测油酸分子的直径 D．一定质量的理想气体等温膨胀，一定吸收热量 E．一定质量的理想气体体积不变时，温度越高，单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数越 多 18．一定量的理想气体，由状态 a 等压变化到状态 b，再从 b 等容变化到状态 c；a、c 两状态温度相等。则 气体在状态 a 的内能______（填大于、等于、小于）在状态 c 的内能；从状态 a 到状态 b 的过程中气体对 外做______（填正功、负功、不做功） 19．如图所示，一定质量的理想气体依次经历三个不同过程，分别由 p  t 图象上三条直线 ab、bc 和 ca 表 示，其中 ca 平行于横轴， ab 的延长线过点 (273, 0), bc 平行于纵轴。由图可知， ca 过程气体体积______ （填“增大”“减小”或“不变”）， ab 过程气体_______热（填“吸”或“放”）， bc 过程_______做功（填“气体对外 界”或“外界对气体”）。 三、综合题 2 20．如图所示，一质量 M=3kg，底面积 S  6cm 的导热汽缸内由活塞将一定质量的理想气体封闭在其中， 活塞通过一不可伸长的轻绳竖直悬挂在固定的天花板上，活塞和汽缸内壁间光滑无摩擦。初始时用手托住 汽缸，汽缸内、外气体压强均为大气压强 P0  1�105 Pa ，活塞与汽缸底部的距离为 l0  0.1m ，将汽缸由静 止释放，经过足够长的时间后汽缸最终静止，此时活塞仍将气体封闭，整个过程中不漏气。取重力加速度 g  10m / s 2 。周围环境温度保持不变。 (1).求汽缸最终静止时活塞与汽缸底部的距离； (2).整个过程中，缸内气体是从外界吸收热量还是向外界放出热量？数值为多少？ 21．如图所示，一圆柱形汽缸竖直放置，汽缸正中间有挡板，位于汽缸口的活塞封闭着一定质量的理想气 体．活塞的质量为 m，横截面积为 S．开始时，活塞与汽缸底部相距 L，测得气体的温度为 T0．现缓慢降 温，让活塞缓慢下降，直到恰好与挡板接触但不挤压．然后在活塞上放一重物 P，对气体缓慢加热，让气 体的温度缓慢回升到 T0，升温过程中，活塞不动．已知大气压强为 p0，重力加速度为 g，不计活塞与汽缸 间摩擦． (ⅰ)求活塞刚与挡板接触时气体的温度和重物 P 的质量的最小值； (ⅱ)整个过程中，气体是吸热还是放热，吸收或放出的热量为多少？ 22．如图所示，一个绝热的气缸竖直放置，内有一个绝热且光滑的活塞，中间有一个固定的导热性良好的 2 隔板，隔板将气缸分成两部分，分别密封着两部分理想气体 A 和 B。活塞的质量为 1kg，横截面积为 1cm ， 与隔板相距 1m。现通过电热丝缓慢加热气体，当 A 气体吸收热量 120J 时，活塞上升了 1m，此时气体的温 g  10m/s 300K。 1 �105 Pa 度为 已知大气压强为 ，重力加速度为 。 2 （1）加热过程中，若 A 气体内能增加了 E1  50J ，求 B 气体内能增加量 E2 ； （2）现停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当活塞恰好回到原来的位置时 A 气体的温度为 400K。求此时添加砂粒的总质量 m 。 23．如图所示，一导热性能良好的汽缸开口向上放在水平面上，已知汽缸的总高度为 H  0.3m ，用厚度不 2 计、截面面积大小为 S  8cm 的密封性良好的轻质活塞于开口处封闭缸中的气体，现在活塞上轻放一质量 为 m  2kg h 重物，当系统平衡时活塞距离底端的间距为 ，若外界大气压恒为 p0  1.0 �105 Pa ，环境温度恒 为 t  27℃，忽略一切摩擦，重力加速度 g 取 10m / s 。求：（计算结果均保留两位有效数字） 2 ① 上述过程中封闭气体吸热还是放热？热量改变了多少？ ② 如果将环境的温度从 t  27�C 缓慢升高到 t1  87�C ，则活塞重新平衡时升高的距离为多少？ 参考答案： 1．D 【详解】 晶体熔化时吸热，但温度不变，故 A 错误；一个物体的温度升高，不一定是外界对物体做功，还可能是吸 收了热量，故 B 错误；质量和温度相同的冰和水，水的内能大，故 C 错误；同一物体分子个数是一定的， 当温度降低时，分子的热运动越缓慢，则分子的动能就越小，从而物体的内能减小；由于铁块的质量不 变，因此铁块的温度降低，内能一定减小，故 D 正确．所以 D 正确，ABC 错误． 2．B 【详解】 试题分析：a 到 b 过程，a 与绝对零度-273℃连线的斜率等于