北京师范大学第二附属中学高中物理选修三第三章《热力学定律》经典练习题(培优)

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．封闭在气缸内一定质量的理想气体由状态A经状态B、C变到状态D，其体积V与热力学温度T的关系如图所示，O、A、D三点在同一直线上。

则在此过程中（）
A．由A到B，气体所有分子的动能都增大
B．由B到C，气体对外做功，放出热量
C．由C到D，气体压强增大，内能减少
D．由A到D，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少
3．一定质量的理想气体在某一过程中，气体对外界做功1.6×104J，从外界吸收热量
3.8×104J，则该理想气体的（）
A．温度降低，密度减小
B．温度降低，密度增大
C．温度升高，密度减小
D．温度升高，密度增大
4．一定质量的理想气体，由初始状态A开始，状态变化按图中的箭头所示方向进行，最后又回到初始状态A，对于这个循环过程，以下说法正确的是（）
A．由A→B，气体的分子平均动能增大，放出热量
B．由B→C，气体的分子数密度增大，内能减小，吸收热量
C．由C→A，气体的内能减小，放出热量，外界对气体做功
D．经过一个循环过程后，气体内能可能减少，也可能增加
5．图为某种椅子与其升降部分的结构示意图,M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中
A．外界对气体做功，气体内能增大
B．外界对气体做功，气体内能减小
C．气体对外界做功，气体内能增大
D．气体对外界做功，气体内能减小
6．下列说法不正确
．．．的是
A．中国第一位进入太空的宇航员是杨利伟
B．中国的卫星导航系统叫北斗导航系统
C．能量是守恒的，我们不需要节约能源
D．能量的耗散从能量转换的角度反映出自然界中宏观过程的方向性．能源的利用受这种方向性的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的．
7．如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞．用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开．管塞被冲开前（）
A．外界对管内气体做功，气体内能增大
B．管内气体对外界做功，气体内能减小
C．管内气体内能不变，压强变大
D．管内气体内能增加，压强变大
8．关于能量的转化与守恒，下列说法正确的是（）
A．任何制造永动机的设想，无论它看上去多么巧妙，都是一种徒劳
B．空调机既能致热，又能致冷，说明热传递不存在方向性
C．由于自然界的能量是守恒的，所以说能源危机不过是杞人忧天
D．一个单摆在来回摆动许多次后总会停下来，说明这个过程的能量不守恒
9．对于一定质量的理想气体，下列过程不可能发生的是（）
A．气体膨胀对外做功，温度升高，内能增加 B．气体吸热，温度降低，内能不变
C．气体放热，压强增大，内能增大D．气体放热，温度不变，内能不变
10．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。

气体开始处于状态a；然后经过过程ab到
达状态b 或经过过程ac 到达状态c ，b 、c 状态温度相同，如图所示。

设气体在状态b 和状态c 的压强分别为b p 和c p ，在过程ab 和ac 中吸收的热量分别为ab Q 和ac Q ，则（ ）
A ．b c p p >，ab ac Q Q >
B ．b c p p <，ab ac Q Q >
C ．b c p p <，ab ac Q Q <
D ．b c p p >，ab ac Q Q <
11．如图所示，绝热隔板K 把绝热的汽缸分成体积相等的两部分，K 与汽缸壁的接触是光滑的，两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种理想气体a 和b 。

现通过电热丝对气体a 加热一段时间后，a 、b 各自达到新的平衡，下列说法正确的是( )
A ．b 的温度升高
B ．a 的体积增大，压强变小
C ．加热后b 的分子热运动比a 的分子热运动更激烈
D ．b 的体积减小，压强增大，但温度不变
12．一定质量的理想气体从状态A 开始，经A →B 、B →C 、C →A 三个过程回到初始状态A ，其状态变化过程的p -V 图像如图所示。

以下判断正确的是（ ）
A ．气体在A →
B 过程放出的热量等于B →
C 过程吸收的热量
B ．气体在A →B 过程内能的减少量等于B →
C 过程内能的增加量
C ．气体在B →C 过程对外界做的功等于C →A 过程外界对气体做的功
D ．气体经A →B 、B →C 、C →A 三个过程回到初始状态A ，气体对外做功为零
13．在炎热的夏季，用打气筒为自行车充气，若充气太足，在太阳暴晒下，很容易发生车胎爆裂。

已知打气筒的容积为0V ，轮胎容积为打气筒容积的20倍，充气前轮胎内、外压强相等，温度为0T ，用打气筒给轮胎充气，设充气过程气体温度不变，大气压强0p ，轮胎能够承受的最高气压为02.7p 。

则下列说法正确的是（ ）
A ．让轮胎内气体压强达到02p ，需要充气20次
B ．让轮胎内气体压强达到02p ，需要充气40次
C ．爆胎瞬间气体的温度为02.7T
D ．爆胎过程气体放出热量，内能减小
14．如图，一定量的理想气体从状态a 变化到状态b ，其过程如p V -图中从a 到b 的直线所示。

在此过程中下列说法正确的是（ ）
A ．气体温度一直降低
B ．气体内能一直减小
C ．气体一直从外界吸热
D ．气体一直对外界放热
15．根据热学知识可以判断，下列说法正确的是（ ）
A ．载重汽车卸去货物的过程中，外界对汽车轮胎内的气体做正功
B ．气体的摩尔质量为M ，分子质量为m ，若1摩尔该气体的体积为V ，则该气体分子的体积为mV M
C ．一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子之间的势能增加
D ．空调的压缩机制冷时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以这一过程不遵守热力学第二定律
二、填空题
16．改变物体内能的途径有____________。

某实验中测得一质量为276.6410kg -⨯的带电粒子，在500V/m 的匀强电场中，仅在电场力作用下由静止加速。

当其移动16cm 时，速度达到48.4010m/s ⨯，由此推测该带电粒子的带电量可能为_____________C （用科学计数法表示，保留小数点后1位）。

17．如图所示，一定质量的理想气体从状态A 依次经状态B 、C 和D 后回到状态A ，图中曲线AB 、CD 为反比例函数图线，直线BC 平行于V 轴，直线DA 平行于P 轴。

该理想气体经过的A B →、C B →、C D →、D A →的四个过程中，气体对外放热的过程有_________；气体对外做功的过程有________；气体内能增加的过程有___________。

18．如图所示，一定质量的理想气体经历A →B 、B →C 、C →A 三个变化过程，则：
（1）符合查理定律的变化过程是 ________；C →A 过程中气体 ________（选填“吸收”或“放出”）热量， ________（选填“外界对气体”或“气体对外界”）做功，气体的内能 ________。

（选填“增加”、“减少”或“不变”）
（2）已知理想气体在状态A时的温度是27 ℃，求气体在状态C时的温度____。

19．如图气体温度计结构图。

玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连。

开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O 点h1=14cm，后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D 中水银面高出O点h2=44cm。

（已知外界大气压为76cmHg）则恒温槽的温度_____C，此过程A内气体内能_____（填“增大”、“减小”或“不变”）。

20．一定质量的理想气体，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________
21．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．
22．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/3m ，平均摩尔质量为
1.152g/mol ．阿伏加德罗常数23-16.010mol A N =⨯，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p 0，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___________。

23．如图所示，在汽缸右侧封闭一定质量的理想气体，压强与大气压强相同．把汽缸和活塞固定，使汽缸内气体升高到一定的温度，气体吸收的热量为Q 1，气体的内能为U 1.如果让活塞可以自由滑动(活塞与气缸间无摩擦、不漏气)，也使气缸内气体温度升高相同温度，其吸收的热量为Q 2，气体的内能为U 2，则Q 1________Q 2，U 1________U 2.(均选填“大于”“等于”或“小于”)
24．一定质量的理想气体经历了从A→B→C 温度缓慢升高的变化过程，如图所示，从A→B 过程的p —T 图象和从B→C 过程的V —T 图象各记录了其部分变化过程，试求： ①从A→B 过程外界对气体____(填“做正功”、“做负功”或“不做功”)；气体将____(填“吸热”或“放热”)．
②气体在C状态时的压强____．
25．如图所示，一定质量的理想气体，在状态A时的温度t A=27℃，则状态C时的温度
T C=____ K；气体从状态A依次经过状态B、C后再回到状态A，此过程中气体将_______热量．（选填“吸收”或“放出”）热量．
26．一定质量的理想气体压强p与摄氏温度t的关系如图所示，气体从状态A变到状态B，则气体在状态A的体积______(选填“>”、“=”或“<”)在状态B的体积；此过程中，气体做功的绝对值为W，内能变化量的绝对值为U，则气体与外界之间传递的热量为______．
三、解答题
27．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ρ，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？
28．如图所示，一定质量的理想气体经历A →B 的等温过程，B →C 的等压过程，其中A 状态时气体温度为300K ，A →B 过程中气体吸收热量400J 。

求:
(1)C 状态时的温度；
(2)A →B →C 过程中气体对外界做的总功；
(3)若气体在C 状态时密度为ρ，摩尔质量为M ，阿伏加德罗常数为N A ，则气体单位体积内的分子数n 为多少?
29．如图所示，汽缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡，已知活塞距缸口50cm h =，活塞面积210cm =S ，封闭气体的体积为311500cm V =，温度为0C ︒，大气压强50 1.010Pa p =⨯，物体重力50N G =，活塞重力及一切摩擦不计。

缓慢升高环境温度，封闭气体吸收了55J Q =的热量，使活塞刚好升到缸口。

求：
(1)活塞刚好升到缸口时，气体的温度是多少？
(2)汽缸内气体对外界做多少功？
(3)气体内能的变化量为多少？
30．如图所示，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 ，其状态变化过程的p －V 图象如图所示．已知该气体在状态B 时的热力学温度T B ＝300K ，求：
①该气体在状态A时的热力学温度T A和状态C时的热力学温度T C；
②该气体从状态A到状态C的过程中，气体内能的变化量△U以及该过程中气体从外界吸收的热量Q．。