2021年高中物理选修三第三章《热力学定律》经典复习题(提高培优)

一、选择题
1．一定质量的理想气体（分子力不计），体积由V1膨胀到V2，如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为∆U1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为∆U2。

则（）
A．W1>W2，Q1<Q2，∆U1> ∆U2
B．W1>W2，Q1>Q2，∆U1> ∆U2
C．W1<W2，Q1=Q2，∆U1< ∆U2
D．W1=W2，Q1>Q2，∆U1> ∆U2
2．随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，油价的不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一。

下列有关能量转化的说法正确的是（）
A．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
B．满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行
C．可以直接利用空气中的内能，减少“温室效应”
D．物体吸收热量，物体的内能可能减小
3．下面的例子中，通过热传递改变物体内能的是（）
A．擦火柴，使火柴开始燃烧B．阳光照在湖面上，使湖水升温
C．用锯条锯木头，使锯条变热D．搓搓手，会感觉暖和些
4．为抗击新冠，防止病毒蔓延，每天都要用喷雾剂（装一定配比的84消毒液）对教室进行全面喷洒。

如图是某喷水壶示意图。

未喷水时阀门K闭合，压下压杆A可向瓶内储气室充气；多次充气后按下按柄B打开阀门K，水会自动经导管从喷嘴处喷出。

储气室内气体可视为理想气体，充气和喷水过程温度保持不变，则阀门（）
A．充气过程中，储气室内气体内能不变
B．充气过程中，储气室内气体分子平均动能增大
C．喷水过程中，储气室内气体吸热
D．喷水过程中，储气室内气体压强不变
5．一定质量的理想气体的状态变化过程如图所示，MN为一条直线，则气体从状态M到状态N的过程中
A．温度保持不变
B．温度先升高，后又减小到初始温度
C．整个过程中气体对外不做功，气体要吸热
D．气体的密度在不断增大
6．下列说法中不正确
．．．的是
A．雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力
B．对于温度相同的氧气与氢气，它们的分子平均速率不同
C．液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部
D．压强不变时，一定量的水蒸发为同温度的水蒸气，吸收的热量大于其增加的内能7．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
8．有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度．他的办法是：关好房间的门窗然后打开冰箱的所有门让冰箱运转，且不考虑房间内外热量的传递，则开机后，室内的温度将() A．逐渐有所升高
B．保持不变
C．开机时降低，停机时又升高
D．开机时升高，停机时降低
9．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。

其中，A→B和C→D为等温过程，B→C为等压过程，D→A为等容过程。

关于该循环过程中，下列说法正确的是（）
A．A→B过程中，气体吸收热量
B．B→C过程中，气体分子的平均动能减小
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少
D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
10．一定质量的理想气体从状态A开始，经状态B和状态C回到状态A，其状态变化的p—T图象如图所示，其中线AB与OT轴平行，线段BC与Op轴平行。

下列说法正确的是（）
A．气体从状态A到状态B过程中，气体分子对容器器壁的碰撞次数不变
B．气体从状态B到状态C过程中，气体向外界释放热量
C．气体从状态A到状态B过程中，气体吸收热量全部用来增加气体的内能
D．气体从状态C到状态A过程中，单位体积内气体分子数减少
11．科学家在“哥伦比亚”号航天飞机上进行了一次在微重力条件(即失重状态)下制造泡沫金属的实验。

把锂、铝、钛等轻金属放在一个石英瓶内，用太阳能将这些金属熔化成液体，然后在熔化的金属中充进氢气，使金属内产生大量气泡，金属冷凝后就形成到处是微孔的泡沫金属。

下列说法中正确的是（）
A．失重条件下液态金属呈现球状是由于液体表面分子间存在引力作用
B．失重条件下充入金属液体的气体气泡不能无限地膨胀是因为液体表面张力的约束C．在金属液体冷凝过程中，气泡收缩变小，外界对气体做功，气体内能增大
D．泡沫金属物理性质各向同性，说明它是非晶体
12．如图所示，现用活塞将一定质量的理想气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，待系统稳定（活塞处于静止）后逐渐往活塞上堆放细沙，使活塞缓慢下降。

若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，且气体不会泄漏。

那么，下列关于此过程的说法中正确的是（）
A．活塞对气体做正功，内能一定增加
B．气体对活塞做正功，内能一定减小
C．气体的压强增大，内能可能不变
D．气体向外界放热，内能一定减小
13．1859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1T 和2T 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 ．12T T ，2T 温度下的分子平均速率大于1T 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1T 到2T 气体体积减小，气体一定从外界吸收热量
14．如图所示，有一固定的圆筒形绝热容器，用绝热活塞密封一定质量的气体，当活塞处位置a 时，筒内气体压强等于外界大气压，当活塞在外力作用下由位置a 移动到位置b 的过程中，下列说法正确的是（ ）
A ．气体分子间作用力增大
B ．气体压强增大
C ．气体分子的平均动能减小
D ．气体内能增加
15．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
二、填空题
16．容器内封闭一定质量的理想气体，从状态a 开始，经历a →b 、b →c 、c →a 三个过程回到原状态，其p –T 图像如图所示，其中图线ac 的反向延长线过坐标原点O ，图线ab 平行于T 轴，图线bc 平行于p 轴，V a 、V b 、V c 分别表示状态a 、b 、c 的体积。

则c →a 过程中气体单位时间内碰撞器壁单位面积上的分子数___________（填“增加”“减少”或“不变”）；a →b 过程中气体吸收的热量___________（填“大于”“小于”或“等于”）气体对外界做功。

17．(1)从100m 高空由静止开始下落的水滴，在下落的整个过程中，假定有50%的动能转
化为水滴的内能，则水滴温度升高________o C ；[水的比热容c ＝4.2×103J/（kg·
o C ）] (2)子弹以200m/s 的速度射入固定的木板，穿出时速率为100m/s ，若子弹损失的机械能完全转化为内能，并有50%被子弹吸收，则子弹温度可升高________o C 。

[子弹的比热容为
130J/（kg·o C ）]
18．质量为2kg 的水在太阳光的照射下，温度升高5℃，水吸收的热量为______J 。

这是通
过______的方法改变了水的内能。

［34.210c =⨯水J/（kg·
℃）］ 19．如图所示的汽缸中封闭着一定质量的理想气体，活塞和汽缸导热性能良好，活塞与汽缸间无摩擦，汽缸开口始终向上。

在室温为27°C 时，活塞距汽缸底部距离h 1=10cm ，后将汽缸放置在冰水混合物中，此时外界大气压强为1atm ，则：
(1)在冰水混合物中，活塞距汽缸底部距离h 2=________cm 。

(2)此过程中气体内能________（选填“增大”或“减小”），气体将________（选填“吸热”或“放热”）。

20．如图所示，绝热的轻质活塞2将一定质量的理想气体封闭在水平放置的固定绝热气缸内，轻质活塞1与2通过一水平轻质弹簧连接，两活塞之间为真空，活塞与气缸壁的摩擦忽略不计，用水平外力F 使活塞1静止不动。

现增大外力F ，使活塞1缓慢向右移动，则此过程中气体的温度_____（填“升高”“降低”或“不变”）；外力F 做的功及大气压力做的功_____（填“大于”“等于”或“小于”）气体内能的变化量；气体分子在单位时间内撞击气缸内壁单位面积上的次数_____（填“增加”“不变”或“减少”）。

21．如图，一定质量的理想气体从状态a 开始。

经历过程①、②、③到达状态d 。

过程①中，气体体积_____________（填“逐渐增大”、“逐渐减小”或“保持不变”）；过程②中，气体__________（填“从外界吸热”“向外界放热”或“不吸热也不放热”）；过程③中，外界对气体做功的大小_________气体向外界放热的大小（填“大于”“小于”或“等于”）。

22．一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C再回到状态A，变化过程如图所示，其中A到B曲线为双曲线．图中V0和p0为已知量．
(1)从状态A到B，气体经历的是________(选填“等温”“等容”或“等压”)过程；
(2)从B到C的过程中，气体做功大小为________；
(3)从A经状态B、C再回到状态A的过程中，气体吸放热情况为________(选填“吸热”“放热”或“无吸放热”)．
(4)这一天某市晨报预报：空气的相对湿度40%，气温20 ℃.已知20 ℃时水的饱和汽压为2.3×103Pa，该市该日水蒸气的实际压强为________
23．一定质量的理想气体压强p与热力学温度T的关系如图所示，AB、BC分别与p轴和T 轴平行．气体在状态C时分子平均动能______（选填“大于”、“等于”或“小于”A状态时分子平均动能．气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，对外做的功为W，内能增加了ΔU，则此过程气体吸收的热量为______．
24．如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始分别经过等温膨胀和等压膨胀到相同体积，则等温膨胀过程中气体对外做功________（选填“大于”、“等于”或“小于”）等压膨胀过程中气体对外做功；等温膨胀过程中气体从外界吸收的热量________（选填“大于”、“等于”或“小于”）等压膨胀过程中气体从外界吸收的热量．
25．能源是人类社会活动的物质基础，其中常规能源有：________；________；天然气．清洁能源有________；________；风能等．
26．如图所示，天平的左盘有一装有一定质量水银的水银槽，用支架固定一竖直绝热细管，细管上部分封闭有一定质量的理想气体，下端开口并插入水银槽中，右盘放砝码，初始状态天平平衡。

则当外界大气压强稍增大时，天平右盘将________（填“上升”“下降”或“不动”），细管上部的理想气体的内能将________（填“增大”“减小”或“不变”），温度将________（填“升高”“降低”或“不变”）。

三、解答题
27．如图所示，一个质量为20kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量15kg，面积为0.1m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm，现在活塞上方加一25kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm。

求在这一过程中气体的内能增加了多少？（p0＝
1.0×105Pa，g取10m/s2）
28．研究表明，新冠病毒耐寒不耐热，温度在超过56°C时，30分钟就可以灭活。

如图，含有新冠病毒的气体被轻质绝热活塞封闭在绝热气缸下部a内，气缸顶端有一绝热阀门K，气缸底部接有电热丝E。

a缸内被封闭气体初始温度t1=27°C，活塞位于气缸中央，与底部的距离h1=60cm，活塞和气缸间的摩擦不计。

（i）若阀门K始终打开，电热丝通电一段时间，稳定后活塞与底部的距离h2=66cm，持续30分钟后，试分析说明a内新冠病毒能否被灭活?
（ii）若阀门K始终闭合，电热丝通电一段时间，给a缸内气体传递了Q=1.0×104J的热量，稳定后气体a内能增加了△U=8.5×103J，求此过程气体b的内能增加量。

29．如图，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；气缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体．p0和T0分别为大气的压强和温度．已知：气体内能U与温度T的关系为U＝αT，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的．求
①气缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；
②在活塞下降过程中，气缸内气体放出的热量Q.
30．如图所示，一定质量的理想气体由状态A经等压变化到状态B，气体吸收热量为100J；再由B状态经等容变化到状态C，气体放出热量为80J.状态A：V A＝0.2m3，T A＝200K；T B＝400K；状态C：T C＝200K。

求：
（1）状态B的体积V B；
（2）状态A到状态C过程中气体对外做功和状态A的压强p A；
（3）该气体在某状态体积为V，密度为 ，摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为N A则该气体的分子数为多少？。