高三物理名校试题汇编系列(第4期)专题13 热力学定律

高三物理名校试题汇编系列（第4期）专题13 热力学定律
一、单项选择题
1.（湖北省黄冈中学2012届高三下学期理综模拟测试）下列说法中正确的是（）
A．布朗运动反映了悬浮小颗粒内部分子在永不停息地做无规则运动
B．分子势能一定随分子间的距离的增大而增大
C．热量不能从低温物体传到高温物体
D．若不计气体分子间相互作用，一定质量气体温度升高、压强降低过程中，一定从外界吸收热量
1．D 解析：布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，它是液体分子碰撞微粒造成的，反映了液体内部分子运动的无规则性，选项A错误；当分子间距r＞r0时，分子势能随r的增大而增大，当分子间距r＜r0时，分子势能随r的增大而减小，选项B错误；热力学第二定律指出热传递具有方向性，热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但是不能自发地从低温物体传到高温物体，而不产生其他影响，但在外界的帮助下，即外界对其做功，热量也能从低温物体传给高温物体，选项C错误；若不计气体分子间相互作用，一定质量的气体的内能只与温度有关，在温度升高、压强降低的过程中，气体的内能增大，体积膨胀增大，即气体对外界做功，根据热力学第一定律ΔU=Q+W及ΔU＞0，W＜0，可知Q＞0，即气体吸热，选项D正确。

本题答案为D。

距离增大，分子间的引力和斥力都减小，选项C错误；第二类永动机是能从单一热源吸收热量，然后全部用来做功，而不引起其他变化的机器，显然，它不违反能量守恒定律或者热力学第一定律，但它违反热力学第二定律，所以是不能制造出来的，选项D错误。

本题答案为A。

3．（贵州省黔东南州2012届高三下学期第一次模拟考试理综试题）某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。

开箱时，密闭于气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
能减小，所以气体温度减小，分子平均动能减小，显然，只有选项A正确。

4. （贵州省毕节市第一中学2012届高三第一次模拟考试）一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。

设气体分子向的势能可忽略，则在此过程中（）A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加
B．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加
C．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少
D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少
4.D 解析：根据题意，该气体的内能只与温度有关；因为气体经历了绝热膨胀过程，所以气体与外界无热传递即Q=0，并且气体对外界做功即W＜0，根据热力学第一定律ΔU=Q+W 可知，气体的内能ΔU＜0，即内能减小，所以气体温度减小，气体分子平均动能减小，只有选项D正确。

本题答案为D。

5．（广西武鸣高中2012届高三第二次模拟考试理综试题）如图所示，在固定的真空容器A内部固定着一个绝热气缸B，用质量为m的绝热活塞P将一部分理想气体封闭在气缸内。

撤去销子K，不计摩擦阻力，活塞将向右运动，该过程（）
A．由于A为真空，气体膨胀时对外不做功
B．活塞做匀加速运动，缸内气体温度降低
C．气体分子在单位时间内撞击活塞的次数减少
D．在相同时间内，气体分子对活塞的冲量不变
5.C 解析：虽然A为真空，但气体膨胀时对活塞做正功，又考虑到气缸是绝热的，所以缸内气体的内能减小，温度降低，选项A错误；因为随着气体的膨胀，体积的增大，缸一
切宏观过程都具有方向性，选项B错误；用油膜法测出油分子的直径后，就可估算出单个分子的体积，只要再知道油滴的摩尔体积而不是摩尔质量，就能计算出阿伏加德罗常数，选项C错误；根据热力学第二定律，选项D正确。

7.（黑龙江省等东北四校2012届高三下学期第一次高考模拟考试）对一定量的气体，下列说法正确的是（）
A．在体积缓慢地不断增大的过程中，气体一定对外界做功
B．在压强不断增大的过程中，外界对气体一定做功
C．在体积不断被压缩的过程中，内能一定增加
D．在与外界没有发生热量交换的过程中，内能一定不变
7.A 解析：在体积缓慢地不断增大的过程中，气体一定对外界做功，选项A正确；在压强不断增大的过程中，气体的体积可能不变，所以外界对气体可能不做功，选项B错
B．气缸内气体的分子平均动能变小
C．气缸内气体的内能不变
D．此过程中气体从外界吸收的热量全部用来对外做功，此现象违背了热力学第二定律
8.C 解析：因为气缸的导热性能良好，外界温度也恒定，所以在活塞缓慢向右移动的过程中，缸内气体做等温变化，又气体的体积增大，所以气体的压强肯定减小，选项A错误；缸内气体是理想气体，在气体做等温变化的过程中，气体温度不变，气缸内气体的分子平均动能不变，气体的内能也不变，选项B错误，C正确；在此过程中，气体的内能不变，根据热力学第一定律ΔU=Q+W及ΔU=0可知，Q=-W，即气体从外界吸收的热量全部用来对外做功，再注意到缸内气体的体积发生了膨胀，所以这个过程可以表述为缸内气体从外界吸收的热量全部用来对外做功，同时引起了其他变化，这显然符合热力学第二定律，选项D错误。

本题答案为C。

二、多项选择题
9.（山东省济宁市2012届高三下学期第一次模拟考试理综试题）下列说法正确的是（）
A．露珠呈球形是由于表面张力所致
B．布朗运动反映了悬浮颗粒中分子运动的不规则性
C．第二类永动机不违背热力学第一定律
D．给自行车打气时气筒压下后反弹，是由分子斥力造成的
9.AC 解析：露珠呈球形是由于表面张力使液体表面有收缩到最小的趋势，选项A正确；布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，但它是液体分子碰撞微粒造成的，反映了液体内部分子运动的无规则性，选项B错误；第二类永动机是能从单一热源吸收热量，然后全部用液
晶的光学各向异性制成的，选项C正确；物体的温度升高，表示物体中所有分子的平均动能增大，但不是所有分子的动能都增大，选项D错误；热力学第二定律指出热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，选项E正确；将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子，分子力先表现为引力，后表现为斥力，分子力先做正功后做负功，所以分子势能先减小后增大，或者将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子的过程中，分子处在平衡位置处时分子势能最小，整个过程中分子势能先减小后增大，选项F正确。

本题答案为BCEF。

11.（湖北省八市2012届高三3月联考试卷理综卷）下列说法中正确是（）
A．物体中分子热运动动能的总和等于物体的内能
B．橡胶无固定熔点，是非晶体
C．饱和汽压与分子密度有关，与温度无关
D．热机的效率总小于1
E．对于同一种气体，温度越高，分子平均动能越大
11.BDE 解析：物体中分子热运动的动能和分子势能的总和才等于物体的内能，选项A错误；区分晶体和非晶体看有没有确定的熔点，橡胶无固定熔点，所以橡胶是非晶体，
以多晶体在物理性质上其有各向异性，选项B错误；做功和热传递均可以改变物体的内能，判断内能是否改变，要同时考虑做功和热传递这两个因素，所以选项C错误；选项D表述正确。

本题答案为AD。

13.（湖南师大附中2012届高三第六月考理综试卷）如图所示，有一固定的绝热圆筒形容器，用绝热活塞密闭一定质量的理想气体，当活塞处于位置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．气体分子的平均速率增加 B．气体内能增加 C．气体分子的平均动能减少 D．气体压强减小
13.CD 解析：该过程中，气体膨胀对外做功，又因为容器绝热，所以气体的内能肯定减小，考虑到是理想气体，气体的温度肯定降低，所以气体分子的平均速率或平均动能减
小，选项AB错误，C正确；气体的体积增大，温度降低，压强肯定减小，选项D正确。

本题答案为CD。

14.（陕西省长安一中、高新一中、交大附中等五校2012届高三第二次模拟联考）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
气体B最终的压强不变，而体积增大，所以温度升高，内能增大；根据以上分析可知，气体A吸热，内能增加，温度升高，分子的平均动能增大，选项AC正确；气体B吸热，体积膨胀对外做功，温度升高，内能增大，选项B错误；气体B的压强不变而温度升高，分子平均动能增大，气体B分子单位时间内对气缸壁单位面积碰撞次数肯定减小，选项D错误。

15.（江西省万安中学等六校2012届高三下学期3月联考理综试卷）下列说法正确的是（）
A．物体吸收热量，其温度不一定升高
B．热量只能从高温物体向低温物体传递
C．做功和热传递是改变物体内能的两种方式
D．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映
E．第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学
第二定律
15.ACE解析：物体吸收热量，同时对外做功，并且做的功大于吸收的热量时，物体的内能减小，温度可能减小，选项A错误；在外界的帮助下，即外界对其做功，热量也能从低温物体传给高温物体，选项B错误；做功和热传递是改变物体内能的两种方式，选项C
正确；布朗运动是悬浮在液体中固体微粒的无规则运动，它是液体分子碰撞微粒造成的，反
体分子的热运动就越剧烈，选项B正确；气体对容器的压强是由大量气体分子对容器不断碰撞而产生的，选项C正确；当气体膨胀时，气体对外做功，如果气体同时吸热，并且吸收的热量大于对外做的功，气体的内能会增加，选项D错误；在压强不变而体积增大时，单位体积的气体分子数减小，单位时间碰撞容器壁单位面积的分子数一定减少，选项E正确。

本题答案为BCE。

17.（河南省平顶山许昌新乡2012届高三第二次调研考试）下列说法中正确的是（）
A．物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子平均动能越大
B．布朗运动就是液体分子的热运动
C．对一定质量的气体加热，其内能一定增加
D．分子间的引力和斥力同时存在
E．液体在某温度下的饱和汽压与温度有关，与大气压无关
17．ADE 解析：布朗运动是固体微粒的无规则运动，它是液体分子碰撞微粒造成的，反映了液体内部分子运动的无规则性，选项B错误；判断内能的变化，要同时考虑做功和热
传递两个因素，选项C错误；显然，选项ADE正确。

本题答案为ADE。

18.（湖北省孝感市2012届高三第二次统一考试）下列说法正确的是_______
A. 布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映
B. 没有摩擦的理想热机也不可能把吸收的能量全部转化为机械能
C. 知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数
D. 内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同
E. 如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，内能一定增大
18.BD解析：布朗运动是固体微粒的无规则运动，但它是液体分子碰撞微粒造成的，反映了液体内部分子运动的无规则性，选项A错误；因为在热机工作过程中，总有能量损失，比如燃料未完全燃烧、废气带走一部分能量、机器固件散热、各服摩擦做功等，所以即
19.（山东省烟台市2012届高三下学期3月诊断性测试理综试题）有以下说法正确的有（）
A．布朗运动是液体分子的无规则运动
B．雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力
C．液晶显示屏是应用液晶的光学各向异性制成的
D．物体的温度升高，表示物体中所有分子的动能都增大
E．热量不能自发地从低温物体传给高温物体
F．将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子，分子势能先减小后增大
19．BCEF解析：布朗运动是固体微粒的无规则运动，选项A错误；液体表面张力能够使液体表面绷紧，雨水没有透过布雨伞就是因为液体表面存在张力，选项B正确；液晶显示屏是应用液晶的光学各向异性制成的，选项C正确；物体的温度升高，表示物体中所有分子的平均动能增大，并不是每个分子的动能都增大，选项D错误；根据热力学第二定律可知，选项E正确；将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子的过程中，分子处在平衡位置处时分子势能最小，整个过程中分子势能先减小后增大，选项F正确。

三、非选择题
20.（湖南师大附中2012届高三第六月考理综试卷）如图所示，一集热箱里面封闭着一定量的气体，集热板作为箱的活塞有始终正对着太阳，其面积为S ，在t 时间内集热箱里气体膨胀对外做功数值为W ，其内能增加了ΔU ，不计封闭气体向外散的热，已知照射到集
热21.（黑龙江省等东北四校2012届高三下学期第一次高考模拟考试）某压力锅结构如图所示，盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔，给压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起。

假定在压力阀顶起时，停止加热。

（1）若此时锅内气体的体积为V ，摩尔体积为V o ，阿伏加德罗常数为N A ，写出锅内气体分子数的估算表达式。

（2）假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功1.5J ，并向外界释放了2.5J 的热量，锅内原有气体的内能如何变化？变化了多少？
21．解析：（1）设锅内气体分子数为n ，则0
V V n N A 。

（2）根据热力学第一定律△U=W+Q 及W =-1.5J 和Q=-2.5J ，可得△U=-4J ，即锅内气体内能减少，减少了4J 。

22.（北京市101中学2012届高三下学期开学检测）一气象探测气球，在充有压强为
1.00atm （即76.0cmHg ）、温度为27.0℃的氦气时，体积为3.50m 3
.在上升至海拔6.50km 高空的过程中，气球内氦气逐渐减小到此高度上的大气压36.0cmHg ，气球内部因启动一持续加热过程而维持其温度不变.此后停止加热，保持高度不变。

已知在这一海拔高度气温为-48.0℃.求：
（1）氦气在停止加热前的体积；
（2）氦气在停止加热较长一段时间后的体积；
（3）若忽略气球内分子间相互作用，停止加热后，气球内气体吸热还是放热？简要说明理由。

22.解析：（1）根据玻意耳定律p 1V 1=p 2V 2，代入数据，可得V 2=7.39m 3。

（2）在停止加热较长一段时间后，氦气的温度逐渐从T 1=300K 下降到与外界气体温度
（2）该气体从状态A 到状态C 的过程中是吸热，还是放热？传递的热量是多少？
23.解析：（1）对于理想气体：
A→B ：气体做等容变化，由B
B A A T p T p =，代入数据，解得：T B =100K ，所以t B =-173℃。

B→
C ：气体做等压变化，，由
C C B B T V T V =，代入数据，解得：T C =300K ，所以t C =27℃。

（2）A→C 的过程中是吸热，吸收的热量
533110(310110)200Q W p V J J --==∆=⨯⨯⨯-⨯=.
24.（山东省烟台市2012届高三下学期3月诊断性测试理综试题）一定质量理想气体的p -V 图象如图所示，其中a →b 为等容过程，b →c 为等压过程，c →a 为等温过程，已知气体在状态a 时的温度T a =300K ，在状态b 时的体积V b =22.4L 求：
（1）气体在状态c 时的体积V c ；
（2）试比较气体由状态b 到状态c 过程从外界吸收的热量Q 与对外做功W 的大小关系，并简要说明理由。

24.解析：（1）气体c →a 等温变化，根据玻意耳定律得a a c c V P V P =，又a →b 为等容过程，所以L 4.22==b a V V ，解得L 2.67===c
b a
c a a c P V p P V P V 。

（2）气体由状态b 到状态c 为等压过程，由盖吕萨克定律可知体积增大时温度升高，所以气体内能△U 增大.由于b →c 气体对外做功，W 为负值，气体吸收热量，Q 为正值，由热力学第一定律得△U=W +Q 可知，气体吸收热量Q 大于气体对外做的功。

25.（山东省实验中学2012届高三第四次诊断考试理科综合试题）如图所示，竖直放置的圆筒形注射器，活塞上端接有气压表，能够方便测出所封闭理想气体的压强．开始时，活塞处于静止状态，此时气体体积为30cm 3，气压表读数为1.l×105
Pa.若用力向下推动活塞，使活塞缓慢向下移动一段距离，稳定后气压表读数为2.2×105Pa ．不计活塞与气缸内壁间的摩擦，环境温度保持不变。

（1）简要说明活塞移动过程中，被封闭气体的吸放热情况；
（2）求活塞稳定后气体的体积．
器的横截面积为S。

开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0。

将整个装置放在大气压恒为p0的空气中后，当气体从外界吸收热量Q，活塞缓慢上升d后再次平衡。

求：
（1）外界空气的温度是多少?（2）在此过程中密闭气体的内能增加了多少?
26.解析：（1）取密闭气体为研究对象，活塞上升过程为等压变化，由盖吕萨克定律。