第三章 热力学定律单元检测01-2024-2025学年高二物理举一反三系列（人教版2019选择性必修第三册）

第三章 热力学定律单元检测01 一、单选题 1．做功和热传递都可以改变物体的内能，有下列物理过程： ①汽缸内雾化柴油的压缩点燃    ②太阳灶煮饭    ③擦火柴    ④钻木取火    ⑤进入大气层的人造卫星被烧毁 下列判断正确的是（    ） A．属于热传递的只有①②⑤ B．属于热传递的只有② C．属于做功过程的只有③④ D．属于做功过程的只有③④⑤ 2．一定质量的理想气体从a状态开始，经历三个过程ab、bc、ca回到a状态，其p－t图像如图所示，图中ba的延长线过原点O，bc平行于t轴，ca的延长线过点（－273.15 ℃，0）。下列判断正确的是（　　） A．过程ab中气体体积不变 B．过程ca中气体体积变大 C．过程ca中气体吸收热量 D．过程bc中气体吸收热量 3．一定质量的理想气体，初始温度为300K，压强为1×105Pa。经等容过程，该气体吸收400J的热量后温度上升100K；若经等压过程，需要吸收600J的热量才能使气体温度上升100K。下列说法正确的是（　　） A．初始状态下，气体的体积为8L B．等压过程中，气体对外做功400J C．等压过程中，气体体积增加了原体积的 D．两个过程中，气体的内能增加量都为400J 4．下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 5．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了的功，气体的内能减少了，则下列各式中正确的是（　　） A． B． C． D． 6．在热学中，下列说法正确的是（　　） A．第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 B．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 C．热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能而内能不能转化为机械能 D．热量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体 7．如图所示，开口向上的竖直玻璃管内用一段水银柱封闭着一定质量的理想气体。现将玻璃管保持开口竖直向上拿到室外，并停留较长一段时间，此为过程一；然后再把玻璃管缓慢转动至水平，此为过程二；接着再将玻璃管保持水平拿回室内，并停留较长一段时间，此为过程三；最后把玻璃管缓慢转动至竖直开口向上，水银柱回到初始位置，此为过程四。已知室外温度高于室内温度，室外大气压强等于室内大气压强，水银无漏出。关于此次操作，下列说法正确的是（　　） A．过程四气体从外界吸热 B．过程二气体分子密集程度减小 C．过程二气体从外界吸收热量，使之完全变成功，而没产生其他影响 D．气体经历上述四个过程回到原状态，气体对外界做的功为0 二、多选题 8．关于物体的内能，下列说法中正确的是（　　） A．一切物体都具有内能 B．物体的内能增加，温度不一定升高 C．0℃时物体没有内能 D．物体内能增加，一定吸收了热量 9．如图所示给出了一定量的理想气体经过一系列变化过程A→B→C→D→A最终回到初始状态的p—V图像，其中A→B、C→D的变化过程为等温变化过程，B→C、D→A的变化过程为等容变化过程，则下列说法正确的是（　　） A．A→B的过程理想气体从外界吸收热量对外做功，且吸收的热量等于理想气体对外做的功 B．B→C的过程理想气体从外界吸收热量，理想气体的内能增大 C．C→D的过程外界对理想气体做功，理想气体向外界放热 D．D→A的过程理想气体从外界吸热，理想气体的内能减小 10．下列说法正确的是（　　） A．能量耗散说明能量在不断减少 B．能量耗散从能量转化角度反映出自然界的宏观过程具有方向性 C．热量不可能从低温物体传给高温物体 D．根据热力学第二定律，在火力发电机中，燃气的内能不能全部转化为电能 三、实验题 11．如图所示两个实验 （1）扩散现象实验中，若要使扩散过程变快，则可以使二氧化氮的温度 。（选填“升高”或“降低”） （2）迅速向下压活塞，玻璃圆筒内的硝化棉会燃烧，说明了 可以改变物体内能。（选填“热传递”或“做功”） 12．有组同学设计了一个如图所示的测温装置，C为测温泡，（内装有理想气体）用玻璃管将C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76cmHg，测温泡所处环境的温度为。 (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)该温度计的刻度是均匀的，则 。（填“温度上高下低”或“温度上低下高”） 四、解答题 13．如图甲所示的汽缸内，用质量未知的活塞封闭着一定质量的理想气体，汽缸内空气柱长度为，初始温度为T0。如图乙所示，现把汽缸开口向上，竖直放在水平地面上，气体温度仍为T0，活塞静止时，汽缸内空气柱长度为（未知）。大气压强恒为，重力加速度为。活塞的横截面积为，它与汽缸之间无摩擦且不漏气。已知容器内气体内能变化量与温度变化量的关系式为，C为已知常数。 (1)求活塞的质量； (2)若在如图乙所示状态下，对气体加热，使活塞缓慢上升，求在空气柱长度变为的过程中，气体吸收的热量Q。 14．如图所示，一个圆柱形绝热汽缸开口向上竖直放置，质量为m、面积为S的活塞与汽缸间密封一定质量的理想气体，平衡时活塞恰好位于汽缸的中间位置，气柱高度为L，温度为，大气压强为。已知重力加速度为g，现用电阻丝给封闭气体加热，当活塞刚好接触汽缸上部的边缘时。 (1)求封闭气体的温度； (2)若电阻丝的阻值为R，通过电阻丝的电流为I，从开始加热到活塞刚好接触汽缸上边缘用时为t，求此过程中气体内能的增量； (3)若继续加热，当封闭气体的温度为时，求气体的压强。 15．某实验小组同学设计了一种简易温度计，其结构如图所示。固定的玻璃瓶内有一定质量的理想气体，瓶口以橡胶塞密封并插入一根细玻璃管，玻璃管插入水银槽中，温度变化时，玻璃管内水银柱高度会随之变化。在水银柱距液面不同高度处标示对应温度，即可制成简易温度计。已知在标准大气压下，温度时，管内水银高度为。细玻璃管内气体体积可忽略。 (1)若水银槽液面以上细玻璃管的高度，测量中水银不能进入玻璃瓶中，求该温度计能够测量的最低温度是多少摄氏度； (2)若瓶内气体的内能与热力学温度的关系为，，求外界温度由10℃升高到25℃过程中气体吸收的热量。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三章 热力学定律单元检测01 一、单选题 1．做功和热传递都可以改变物体的内能，有下列物理过程： ①汽缸内雾化柴油的压缩点燃    ②太阳灶煮饭    ③擦火柴    ④钻木取火    ⑤进入大气层的人造卫星被烧毁 下列判断正确的是（    ） A．属于热传递的只有①②⑤ B．属于热传递的只有② C．属于做功过程的只有③④ D．属于做功过程的只有③④⑤ 【答案】B 【详解】热传递是指热量从高温物体传到低温物体的过程，所以属于热传递的只有②；做功是指通过外力做功或物体对外做功来改变内能，所以属于做功过程的有①③④⑤。 故选B。 2．一定质量的理想气体从a状态开始，经历三个过程ab、bc、ca回到a状态，其p－t图像如图所示，图中ba的延长线过原点O，bc平行于t轴，ca的延长线过点（－273.15 ℃，0）。下列判断正确的是（　　） A．过程ab中气体体积不变 B．过程ca中气体体积变大 C．过程ca中气体吸收热量 D．过程bc中气体吸收热量 【答案】D 【详解】AB．根据理想气体状态方程 可知Vc＞Vb ca的延长线过点（－273.15 ℃，0），则Va＝Vc 所以Va＝Vc＞Vb 故AB错误； C．过程ca中气体体积不变W＝0 温度降低，内能减小，即ΔU<0 则由ΔU＝W＋Q 可知Q<0 气体放热，故C错误； D．过程bc中气体体积增大，气体对外界做功，W<0 温度升高，内能增大，即ΔU>0 根据ΔU＝W＋Q 可知吸收热量，故D正确。 故选D。 3．一定质量的理想气体，初始温度为300K，压强为1×105Pa。经等容过程，该气体吸收400J的热量后温度上升100K；若经等压过程，需要吸收600J的热量才能使气体温度上升100K。下列说法正确的是（　　） A．初始状态下，气体的体积为8L B．等压过程中，气体对外做功400J C．等压过程中，气体体积增加了原体积的 D．两个过程中，气体的内能增加量都为400J 【答案】D 【详解】C．设理想气体初始状态的压强、体积和温度分别为p1＝p0，V1＝V0，T1＝300K 等容过程为状态二为p2＝？，V2＝V1＝V0，T2＝400K 由理想气体状态方程可得 解得 等压过程为状态三为p3＝p0，V3＝？，T3＝400K 由理想气体状态方程可得 解得 等压过程中，气体体积增加了原体积的，故C错误； D．等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q 可得ΔU＝400J 两个过程的初末温度相同即内能变化相同，因此内能增加都为400J，故D正确； AB．等压过程内能增加了400J，吸收热量为600J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q 可知气体对外做功为200J，即做功的大小为W＝p0（V0－V0）＝200J 解得V0＝6L 故AB错误。 故选D。 4．下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 【答案】D 【详解】AB．根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大；某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，AB正确,不符题意； C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成，C正确，不符题意； D．石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没有消失，D错误，符合题意。 故选D。 5．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了的功，气体的内能减少了，则下列各式中正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】由热力学第一定律可知，外界对气体做功则为正值，气体内能减少则 为负值，代入热力学第一定律表达式得 故选B。 6．在热学中，下列说法正确的是（　　） A．第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 B．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 C．热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能而内能不能转化为机械能 D．热量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体 【答案】A 【详解】A．不消耗能量而不断对外做功的第一类永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律，A正确； B．从单一热库吸收热量而对外做功的第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，B错误； C．热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能，而内能在“一定的条件下”也能转化为机械能，C错误； D．热量能从高温物体传向低温物体，在“特定的条件下” 也能从低温物体传向高温物体，D错误。 故选A。 7．如图所示，开口向上的竖直玻璃管内用一段水银柱封闭着一定质量的理想气体。现将玻璃管保持开口竖直向上拿到室外，并停留较长一段时间，此为过程一；然后再把玻璃管缓慢转动至水平，此为过程二；接着再将玻璃管保持水平拿回室内，并停留较长一段时间，此为过程三；最后把玻璃管缓慢转动至竖直开口向上，水银柱回到初始位置，此为过程四。已知室外温度高于室内温度，室外大气压强等于室内大气压强，水银无漏出。关于此次操作，下列说法正确的是（　　） A．过程四气体从外界吸热 B．过程二气体分子密集程度减小 C．过程二气体从外界吸收热量，使之完全变成功，而没产生其他影响 D．气体经历上述四个过程回到原状态，气体对外界做的功为0 【答案】B 【详解】A．过程四气体温度不变，压强增大，体积减小，气体内能不变，外界对气体做功，由热力学第一定律，可知气体对外放热，故A错误； B．过程二气体温度不变，压强减小，体积增大，分子密集程度减小，故B正确； C．根据热力学第二定律内容可知，过程二气体从外界吸收热量，使之完全变成功，而没产生其他影响是不可能发生的，故C错误； D．气体经历题中所述的四个过程回到原状态，气体对外界做功不为0，故D错误。 故选B。 二、多选题 8．关于物体的内能，下列说法中正确的是（　　） A．一切物体都具有内能 B．物体的内能增加，温度不一定升高 C．0℃时物体没有内能 D．物体内能增加，一定吸收了热量 【答案】AB 【详解】AC．一切物体都由分子组成，分子间有作用力，分子在做永不停息的无规则运动，所以一切物体的分子都具有分子动能，而物体的内能包括分子动能和分子势能，所以一切物体都具有内能，A正确，C错误； B．物体的内能增加，温度不一定升高，如晶体熔化时吸收热量，内能增加，温度不变，B正确； D．改变物体的内能有两种方式：做功和热传递，物体内能增加，可能是吸收了热量，也可能是外界对物体做了功，D错误。 故选AB。 9．如图所示给出了一定量的理想气体经过一系列变化过程A→B→C→D→A最终回到初始状态的p—V图像，其中A→B、C→D的变化过程为等温变化过程，B→C、D→A的变化过程为等容变化过程，则下列说法正确的是（　　） A．A→B的过程理想气体从外界吸收热量对外做功，且吸收的热量等于理想气体对外做的功 B．B→C的过程理想气体从外界吸收热量，理想气体的内能增大 C．C→D的过程外界对理想气体做功，理想气体向外界放热 D．D→A的过程理想气体从外界吸热，理想气体的内能减小 【答案】AC 【详解】A．A→B过程是一个等温变化过程，理想气体的内能不变，体积增大，则气体膨胀对外做功，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，由于内能不变，则吸收的热量等于理想气体对外做的功，故A正确； B．B→C过程是一个等容变化过程，根据查理定律可知，压强减小，温度降低，理想气体的内能减小，由于体积不变，则气体与外界不做功，根据热力学第一定律可知，气体向外界释放热量，故B错误； C．C→D过程是一个等温变化过程，理想气体内能不变，体积减小，外界对理想气体做功，根据热力学第一定律可知，理想气体向外界放热，故C正确； D．D→A过程是一个等容变化过程，根据查理定律可知，压强增大，温度升高，气体内能增大，由于体积不变，则气体与外界不做功，根据热力学第一定律可知，理想气体从外界吸热，故D错误。 选AC。 10．下列说法正确的是（　　） A．能量耗散说明能量在不断减少 B．能量耗散从能量转化角度反映出自然界的宏观过程具有方向性 C．热量不可能从低温物体传给高温物体 D．根据热力学第二定律，在火力发电机中，燃气的内能不能全部转化为电能 【答案】BD 【详解】A．能量耗散是指能量的可利用价值越来越低，由于能量守恒，故能量不会减少，故A错误； B．根据热力学定律可知，宏观自然过程自发进行有其方向性，能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性，故B正确； C．根据热力学定律可知，能量转化和转移具有方向性，热量不能自发地从低温物体传给高温物体，故C错误； D．火力发电机发电时，能量转化的过程为内能－机械能－电能，因为内能－机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能不能全部变为电能，故D正确。 故选BD。 三、实验题 11．如图所示两个实验 （1）扩散现象实验中，若要使扩散过程变快，则可以使二氧化氮的温度 。（选填“升高”或“降低”） （2）迅速向下压活塞，玻璃圆筒内的硝化棉会燃烧，说明了 可以改变物体内能。（选填“热传递”或“做功”） 【答案】 升高 做功 【详解】（1）[1]温度升高分子运动会加剧，因此要使扩散过程变快，可以使二氧化氮的温度升高。 （2）[2]迅速向下压活塞，活塞会压缩空气做功，使空气的内能增加，温度升高，当温度达到硝化棉的燃点时，硝化棉就会燃烧，通过此实验可说明做功可以改变物体的内能。 12．有组同学设计了一个如图所示的测温装置，C为测温泡，（内装有理想气体）用玻璃管将C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76cmHg，测温泡所处环境的温度为。 (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)该温度计的刻度是均匀的，则 。（填“温度上高下低”或“温度上低下高”） 【答案】(1)下 (2) 减小 放热 (3)温度上高下低 【详解】（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）[1][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，可得 即 该温度计刻度均匀，温度降低，B管向下移动，因此温度上高下低。 四、解答题 13．如图甲所示的汽缸内，用质量未知的活塞封闭着一定质量的理想气体，汽缸内空气柱长度为，初始温度为T0。如图乙所示，现把汽缸开口向上，竖直放在水平地面上，气体温度仍为T0，活塞静止时，汽缸内空气柱长度为（未知）。大气压强恒为，重力加速度为。活塞的横截面积为，它与汽缸之间无摩擦且不漏气。已知容器内气体内能变化量与温度变化量的关系式为，C为已知常数。 (1)求活塞的质量； (2)若在如图乙所示状态下，对气体加热，使活塞缓慢上升，求在空气柱长度变为的过程中，气体吸收的热量Q。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）汽缸竖直放置时，对活塞受力分析，有，解得 汽缸从水平放置到竖直放置，气体发生等温变化，由玻意耳定律得 联立解得活塞的质量为 （2）若汽缸竖直放在水平地面上时对气体加热，气体发生等压变化，由盖—吕萨克定律有 解得    由得气体的内能变化量 由知外界对气体做的功 根据热力学第一定律 解得气体吸收的热量为 14．如图所示，一个圆柱形绝热汽缸开口向上竖直放置，质量为m、面积为S的活塞与汽缸间密封一定质量的理想气体，平衡时活塞恰好位于汽缸的中间位置，气柱高度为L，温度为，大气压强为。已知重力加速度为g，现用电阻丝给封闭气体加热，当活塞刚好接触汽缸上部的边缘时。 (1)求封闭气体的温度； (2)若电阻丝的阻值为R，通过电阻丝的电流为I，从开始加热到活塞刚好接触汽缸上边缘用时为t，求此过程中气体内能的增量； (3)若继续加热，当封闭气体的温度为时，求气体的压强。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）设当活塞刚好接触汽缸上部的边缘时封闭气体的温度为，根据盖一吕萨克定律 即 解得 （2）此过程中电阻丝放出的热量 气体对外做功 气体压强 变化的体积为 据热力学第一定律有 联立解得 （3）如果继续加热，封闭气体是等容变化，据查理定律有 已知 解得 15．某实验小组同学设计了一种简易温度计，其结构如图所示。固定的玻璃瓶内有一定质量的理想气体，瓶口以橡胶塞密封并插入一根细玻璃管，玻璃管插入水银槽中，温度变化时，玻璃管内水银柱高度会随之变化。在水银柱距液面不同高度处标示对应温度，即可制成简易温度计。已知在标准大气压下，温度时，管内水银高度为。细玻璃管内气体体积可忽略。 (1)若水银槽液面以上细玻璃管的高度，测量中水银不能进入玻璃瓶中，求该温度计能够测量的最低温度是多少摄氏度； (2)若瓶内气体的内能与热力学温度的关系为，，求外界温度由10℃升高到25℃过程中气体吸收的热量。 【答案】(1)33℃ (2)1.5J 【详解】（1）瓶内气体体积不变，根据查理定律 其中，，， 解得 （2）温度变化量 根据 可得   解得 热力学第一定律   其中 / 学科网（北京）股份有限公司 $$