第三章 热力学定律单元检测02-2024-2025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02 一、单选题 1．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 2．一定量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图像如图所示。下列说法正确的是（　　） A．A→B的过程中，气体对外界做功，气体内能增加 B．A→B的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量 C．B→C的过程中，气体体积增大，对外做功 D．B→C的过程中，气体对外界放热，内能减小 3．有关物体的内能，以下说法中不正确的是（　　） A．温度高的物体的内能一定比温度低的物体的内能多 B．分子数和温度相同的物体不一定有相同的内能 C．物体的温度升高了，可以确定物体的分子平均动能一定增加了 D．物体的内能增加了，可能是传热，也可能是做功引起的 4．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，其图像如图所示。下列说法正确的是（    ） A．气体分子热运动的平均动能一直减小 B．气体对外界做的功小于气体从外界吸收的热量 C．单位时间内撞击容器壁单位面积的气体分子数增多 D．若A状态气体的温度为，则B状态为 5．一定质量的理想气体由状态变化的过程中，其图像如图所示，已知气体在状态C时压强为，体积为，温度为，气体由状态为等温变化，气体在状态B时的体积为，则下列说法正确的是（　　） A．气体在状态A时的压强为 B．过程，气体对外界做的功为 C．过程，气体对外界做的功与从外界吸收的热量相等 D．过程气体向外界释放的热量等于过程气体从外界吸收的热量 6．根据能量转化与转移的方向性，下列判断不正确的是（　　） A．电流的电能可以全部转变为内能 B．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能 C．在热机中，燃气内能不可能全部转化为机械能 D．在热传导中，热量不可能自发地从高温物体传向低温物体 7．2023年3月15日，世界最高海拔风电场——三峡西藏措美哲古风电场累计发电量突破1亿千瓦时，相当于减排二氧化碳8.32万吨，节约标准煤3.05万吨。该项目于2021年底全面投产发电，总装机22兆瓦，与可研设计中发电量数据测算结果相比，提前2个多月达成“亿目标”。关于能源和能量，下列说法中正确的是（　　） A．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造 B．对能源的过度消耗会使自然界的能量不断减少，因而存在“能源危机” C．自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性 D．不可以从单一热源吸收的热量完全转化为功 二、多选题 8．图为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（　　） A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律 9．一定质量的理想气体从状态a经过状态b、c、d回到状态a，其压强p与体积倒数的关系如图所示。下列说法正确的是（　　） A．b→c过程中气体要从外界吸收热量 B．d→a过程中气体分子在单位时间内对单位面积容器壁的平均碰撞次数不断减小 C．a→b过程中外界对气体做的功大于气体放出的热量 D．b→c过程中外界对气体做的功大于c→d过程中气体对外界所做的功 10．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　） A．物体所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能 B．一个物体，当它的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化 C．一个物体内能的多少，与它的机械能的多少无关 D．摩擦生热使机械能转化为内能 三、实验题 11．晓萌同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律，她在注射器中密封了一定质量的气体。 (1)下列实验操作中正确的是______。 A．密封气体前，在活塞上均匀涂抹润滑油 B．推拉活塞时，用手握住注射器气体部分 C．实验时缓慢移动活塞 (2)晓萌同学在不同温度下进行了两次实验，得到的图象如图乙所示，由图可知一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比。进一步分析可知两次实验的温度大小关系为 （选填“＜”“＝”或“＞”）。 (3)在活塞压缩气体的过程中，气体温度保持不变，气体 （选填“吸热”“放热”或“既不吸热也不放热”）。 12．在“用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，某组同学先后两次使用如图（a）所示实验装置获得多组注射器内封闭气体的体积和压强的测量值，并通过计算机拟舍得到如图（b）所示两组图线。 (1)实验过程中为检验气体的压强p与体积V是否成反比例关系，可作 图线（选填：“”、“”）。对图像进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条过原点的直线，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。 (2)两组图线经检验均符合反比例关系，由图判断导致①、②两组数据差异的原因可能是______。 A．某组实验中活塞移动太快 B．两组封闭气体的质量不同 C．某组器材的气密性不佳 (3)某小组进行实验时缓慢推活塞压缩气体得到了数据图像，验证了玻意耳定律。在这个过程中，理想气体 （选填“吸热”、“放热”或“无热交换”）。 四、解答题 13．如图所示，绝热气缸开口向上竖直放置，其内用质量为、横截面积为的绝热活塞封闭一定质量的理想气体。初始时气缸内气体的热力学温度为300K，活塞处于位置，与气缸底相距。已知大气压强，理想气体内能正比于热力学温度，活塞厚度、电热丝体积以及活塞与气缸壁间的摩擦均不计。现通过气缸内的电热丝加热气体，活塞缓慢上升到达位置，g取10m/s2，求： (1)活塞到达B位置时气体的热力学温度为多少？ (2)若初始气体内能，活塞缓慢上升过程中，气体吸收了多少热量？ 14．如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在水平放置的导热良好的汽缸内。活塞的质量为，横截面积为，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始使汽缸水平放置，一轻质弹簧两端分别与活塞和汽缸底部相连，活塞与汽缸底的距离为，大气压强恒为，环境温度为。现将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞与汽缸底的距离再次为。已知对气体加热过程中气体膨胀对外做功，同时吸收热量，重力加速度大小为，弹簧劲度系数为，弹簧原长为，弹簧弹性势能（其中为弹簧劲度系数，为弹簧形变量），整个过程弹簧未超出弹性限度，求： (1)此时气体的温度； (2)加热过程活塞上升的高度； (3)对气体加热过程中气体增加的内能。 15．如图所示，一竖直放置的足够长的导热汽缸由A、B两部分构成，厚度不计的绝热活塞a、b可以上下无摩擦地移动，汽缸连接处有小卡销，使活塞b不能通过连接处进入汽缸A。现将活塞a和活塞b用一轻质细弹簧拴接，两活塞之间封闭有一定量的理想气体，刚开始时，活塞a位于汽缸A底端，系统处于静止状态，此时两活塞间气体的温度为，压强等于大气压强。已知活塞a、b的质量分别为2m、m，横截面积分别为2S、S，弹簧原长为，劲度系数为，大气压强为，重力加速度为g。现缓慢加热两活塞间的气体。 （1）求活塞a刚要开始运动时活塞间气体的压强和温度； （2）求当活塞b刚到达汽缸连接处时，活塞间气体的温度； （3）两活塞间封闭气体的温度从升高到的过程中，封闭气体的内能增加了，求该过程中封闭气体从外界吸收的热量。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三章 热力学定律单元检测02 一、单选题 1．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 【答案】B 【详解】ACD．擦火柴，用锯条锯木头，搓搓手，都是通过克服摩擦力做了功来改变物体内能，故ACD错误； B．通过太阳辐射，也就是热传递使湖水温度升高，所以湖水内能增大，故B正确。 故选B。 2．一定量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图像如图所示。下列说法正确的是（　　） A．A→B的过程中，气体对外界做功，气体内能增加 B．A→B的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量 C．B→C的过程中，气体体积增大，对外做功 D．B→C的过程中，气体对外界放热，内能减小 【答案】B 【详解】AB．从A到B的过程，是等容升温过程，气体不对外做功，气体从外界吸收热量，使得气体内能增加，故A错误，B正确； CD．从B到C的过程是等温压缩过程，压强增大，体积减小，外界对气体做功，气体放出热量，内能不变，故CD错误。 故选B。 3．有关物体的内能，以下说法中不正确的是（　　） A．温度高的物体的内能一定比温度低的物体的内能多 B．分子数和温度相同的物体不一定有相同的内能 C．物体的温度升高了，可以确定物体的分子平均动能一定增加了 D．物体的内能增加了，可能是传热，也可能是做功引起的 【答案】A 【详解】A．物体内能大小和温度、质量、物质种类等因素均有关，因此温度高的物体内能不一定大，A错误； B．内能是分子热运动动能和分子势能之和，温度是分子热运动平均动能的标志；故分子数和温度相同的物体不一定有相同的内能，B正确； C．温度是分子平均动能的标志，物体温度升高，则物体的分子平均动能一定增大，C正确； D．一个物体的内能增加了，可能是从外界吸收了热量，也可能是外界对它做了功，D正确。 故选A。 4．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，其图像如图所示。下列说法正确的是（    ） A．气体分子热运动的平均动能一直减小 B．气体对外界做的功小于气体从外界吸收的热量 C．单位时间内撞击容器壁单位面积的气体分子数增多 D．若A状态气体的温度为，则B状态为 【答案】B 【详解】A．由图像可知，从状态A变化到状态B，压强p与体积V的乘积逐渐增大，根据理想气体状态方程可知气体温度一直在升高，所以分子平均动能一直在增大，故A错误； B．该过程温度升高，所以内能增大，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律可知，因内能增大，所以气体从外界吸收热量，且大于对外做的功，故B正确； C．压强减小，分子的平均动能增大，由压强的微观解释可知，单位时间内撞击容器壁单位面积的气体分子数减小，故C错误； D．根据理想气体状态方程得 又， 求得 故D错误。 故选B。 5．一定质量的理想气体由状态变化的过程中，其图像如图所示，已知气体在状态C时压强为，体积为，温度为，气体由状态为等温变化，气体在状态B时的体积为，则下列说法正确的是（　　） A．气体在状态A时的压强为 B．过程，气体对外界做的功为 C．过程，气体对外界做的功与从外界吸收的热量相等 D．过程气体向外界释放的热量等于过程气体从外界吸收的热量 【答案】C 【详解】A．由为等温变化，由图可知，有 解得 故A错误； B．过程，由图可知体积减小，外界对气体做的功为 故B错误； C．已知过程为等温变化，理想气体内能只与温度有关，有 根据热力学第一定律 则有 结合图像可知体积增大，气体对外做功，有 则有 得气体对外界做的功与从外界吸收的热量相等，故C正确； D．过程为等压变化，已知体积减小，外界对气体做的功为，由 可知温度降低，有 根据热力学第一定律 解得 过程为等容变化，有 根据 可知温度升高，有 则有 明显 所以过程气体向外界释放的热量不等于过程气体从外界吸收的热量，故D错误。 故选C。 6．根据能量转化与转移的方向性，下列判断不正确的是（　　） A．电流的电能可以全部转变为内能 B．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能 C．在热机中，燃气内能不可能全部转化为机械能 D．在热传导中，热量不可能自发地从高温物体传向低温物体 【答案】D 【详解】A．电流通过电路时，电能可以全部转变为内能，故A正确； B．根据热力学第二定律，可知，在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能，故B正确； C．根据能量转化的方向性知，燃气的内能不可能全部转化为机械能，故C正确； D．根据热力学第二定律知，热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体，但热量可以自发地从高温物体传向低温物体，故D不正确。 本题选不正确的，故选D。 7．2023年3月15日，世界最高海拔风电场——三峡西藏措美哲古风电场累计发电量突破1亿千瓦时，相当于减排二氧化碳8.32万吨，节约标准煤3.05万吨。该项目于2021年底全面投产发电，总装机22兆瓦，与可研设计中发电量数据测算结果相比，提前2个多月达成“亿目标”。关于能源和能量，下列说法中正确的是（　　） A．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造 B．对能源的过度消耗会使自然界的能量不断减少，因而存在“能源危机” C．自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性 D．不可以从单一热源吸收的热量完全转化为功 【答案】C 【详解】A．根据能量守恒可知，能量不会被创造，也不会消失，故A错误； B．对能源的过度消耗不会使自然界的能量不断减少，能量是守恒的，但人类可利用的少了，因而存在“能源危机”，故B错误； C．由热力学第二定律可知，自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故C正确； D．由热力学第二定律可知，不可以从单一热源吸收的热量完全转化为功而不产生其他影响，故D错误。 故选C。 二、多选题 8．图为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（　　） A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律 【答案】BCD 【详解】AB．由热力学第二定律知，热量不能自发地由低温物体传到高温物体，除非施加外部的影响和帮助，电冰箱把热量从低温的内部传到高温外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故A错误，B正确； C．电冰箱在工作过程中，是消耗了电能，而使压缩机做功，故不违反热力学第一定律，故C正确； D．电冰箱制冷是因为压缩机消耗了电能，从而能使冰箱源源不断地向外界散热，故D正确。 故选BCD。 9．一定质量的理想气体从状态a经过状态b、c、d回到状态a，其压强p与体积倒数的关系如图所示。下列说法正确的是（　　） A．b→c过程中气体要从外界吸收热量 B．d→a过程中气体分子在单位时间内对单位面积容器壁的平均碰撞次数不断减小 C．a→b过程中外界对气体做的功大于气体放出的热量 D．b→c过程中外界对气体做的功大于c→d过程中气体对外界所做的功 【答案】BD 【详解】C．a→b过程为等温变化，内能不变，体积减小，根据，可知外界对气体做功与放出热量相等，C错误； A．b→c过程为等压变化，根据图像中与原点连线斜率表示温度，可知，温度降低，内能减小，体积减小，外界对其做功，根据，可知气体向外界放热，A错误； B．d→a为等压变化，由，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的平均碰撞次数减小，B正确； D．b、d两状态气体体积相同，即b→c过程气体体积的变化量与c→d过程中气体体积变化量大小相等，b→c过程压强不变，而c→d过程压强减小，根据可知b→c过程中外界对气体做的功大于从c→d过程中气体对外界所做的功，D正确。 故选BD。 10．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　） A．物体所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能 B．一个物体，当它的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化 C．一个物体内能的多少，与它的机械能的多少无关 D．摩擦生热使机械能转化为内能 【答案】ACD 【详解】A．内能是指物体内部所有分子做无规则运动所具有的动能和分子势能的总和，故A正确； BC．内能与机械能是不同概念，内能与机械能没有直接关系，一个物体内能的多少，与它的机械能的多少无关；一个物体，当它的机械能发生变化时，其内能不一定发生变化，故B错误，C正确； D．摩擦生热时，要克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故D正确。 故选ACD。 三、实验题 11．晓萌同学利用如图甲所示的装置探究气体等温变化的规律，她在注射器中密封了一定质量的气体。 (1)下列实验操作中正确的是______。 A．密封气体前，在活塞上均匀涂抹润滑油 B．推拉活塞时，用手握住注射器气体部分 C．实验时缓慢移动活塞 (2)晓萌同学在不同温度下进行了两次实验，得到的图象如图乙所示，由图可知一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比。进一步分析可知两次实验的温度大小关系为 （选填“＜”“＝”或“＞”）。 (3)在活塞压缩气体的过程中，气体温度保持不变，气体 （选填“吸热”“放热”或“既不吸热也不放热”）。 【答案】(1)AC (2)＞ (3)放热 【详解】（1）A．为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是用润滑油涂活塞。故A正确； B．为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是不用手握住注射器封闭气体部分，避免热传递导致温度变化。故B错误； C．为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是缓慢移动活塞，避免做功导致温度变化。故C正确. 故选AC。 （2）由理想气体状态方程 可得 结合乙图图像可知两次实验的温度大小关系为 （3）由热力学第一定律 可知在活塞压缩气体的过程中，外界对气体做正功，气体温度保持不变，气体内能不变，则 即气体放热。 12．在“用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，某组同学先后两次使用如图（a）所示实验装置获得多组注射器内封闭气体的体积和压强的测量值，并通过计算机拟舍得到如图（b）所示两组图线。 (1)实验过程中为检验气体的压强p与体积V是否成反比例关系，可作 图线（选填：“”、“”）。对图像进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条过原点的直线，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。 (2)两组图线经检验均符合反比例关系，由图判断导致①、②两组数据差异的原因可能是______。 A．某组实验中活塞移动太快 B．两组封闭气体的质量不同 C．某组器材的气密性不佳 (3)某小组进行实验时缓慢推活塞压缩气体得到了数据图像，验证了玻意耳定律。在这个过程中，理想气体 （选填“吸热”、“放热”或“无热交换”）。 【答案】(1) (2)B (3)放热 【详解】（1）为检验气体的压强p与体积V是否成反比例关系，可作，若图像为过原点的一条倾斜直线，则证明压强p与体积V成反比例关系。 （2）由理想气体状态方程可得 为与气体本身摩尔数有关的物理量。 A．若某组实验中活塞移动太快,则活塞中的气体的温度会发生变化，那么气体的压强p与体积V就不满足反比例关系，与题意不符。故A错； B．两组气体的质量不同时，对于单组数据当气体质量和温度不变时，则每组气体的压强p与体积V成反比例关系；因为两组实验气体质量不同，则两组数据的乘积不同。若在某组实验过程中器材的气密性不佳，实验过程中气体质量发生变化，则常数发生变化，体的压强p与体积V不成反比例关系。故B正确，C错误。 故选B。 （3）根据热力学第一定律公式，气体的温度不变，所以内能变化量为零，气体体积压缩，所以 即气体对外放热。 四、解答题 13．如图所示，绝热气缸开口向上竖直放置，其内用质量为、横截面积为的绝热活塞封闭一定质量的理想气体。初始时气缸内气体的热力学温度为300K，活塞处于位置，与气缸底相距。已知大气压强，理想气体内能正比于热力学温度，活塞厚度、电热丝体积以及活塞与气缸壁间的摩擦均不计。现通过气缸内的电热丝加热气体，活塞缓慢上升到达位置，g取10m/s2，求： (1)活塞到达B位置时气体的热力学温度为多少？ (2)若初始气体内能，活塞缓慢上升过程中，气体吸收了多少热量？ 【答案】(1)600K (2)302J 【详解】（1）当活塞上升过程，气体做等压变化，根据盖—吕萨克定律可得 代入数据解得 （2）活塞上升过程，对活塞受力分析可知 气体对外做的功 代入数据解得 因为气体的内能正比于温度，设 则 解得 内能的改变量 根据热力学第一定律 解得 14．如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在水平放置的导热良好的汽缸内。活塞的质量为，横截面积为，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始使汽缸水平放置，一轻质弹簧两端分别与活塞和汽缸底部相连，活塞与汽缸底的距离为，大气压强恒为，环境温度为。现将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞与汽缸底的距离再次为。已知对气体加热过程中气体膨胀对外做功，同时吸收热量，重力加速度大小为，弹簧劲度系数为，弹簧原长为，弹簧弹性势能（其中为弹簧劲度系数，为弹簧形变量），整个过程弹簧未超出弹性限度，求： (1)此时气体的温度； (2)加热过程活塞上升的高度； (3)对气体加热过程中气体增加的内能。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）加热稳定后，对活塞受力分析，由于活塞受力平衡，可知 解得稳定时气体压强 根据一定质量理想气体状态方程可得 联立解得 （2）由题意可知，加热过程结束后弹簧恰好恢复原长，可知加热过程中活塞上升的高度恰为加热前弹簧的压缩量，汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定时，加热前，由理想气体状态方程，可得 由活塞受力平衡，可得到封闭气体压强与弹簧压缩的长度关系式 结合 联立解得 （3）对活塞，从加热开始到稳定后，由动能定理 由热力学第一定律，可计算内能增加量满足 解得 15．如图所示，一竖直放置的足够长的导热汽缸由A、B两部分构成，厚度不计的绝热活塞a、b可以上下无摩擦地移动，汽缸连接处有小卡销，使活塞b不能通过连接处进入汽缸A。现将活塞a和活塞b用一轻质细弹簧拴接，两活塞之间封闭有一定量的理想气体，刚开始时，活塞a位于汽缸A底端，系统处于静止状态，此时两活塞间气体的温度为，压强等于大气压强。已知活塞a、b的质量分别为2m、m，横截面积分别为2S、S，弹簧原长为，劲度系数为，大气压强为，重力加速度为g。现缓慢加热两活塞间的气体。 （1）求活塞a刚要开始运动时活塞间气体的压强和温度； （2）求当活塞b刚到达汽缸连接处时，活塞间气体的温度； （3）两活塞间封闭气体的温度从升高到的过程中，封闭气体的内能增加了，求该过程中封闭气体从外界吸收的热量。 【答案】（1）,；（2）；（3） 【详解】（1）设初始状态弹簧的伸长量为，活塞a刚要开始运动时活塞间气体的压强和温度，对活塞 解得 初状态气体体积 活塞a刚要开始向上运动时，设弹簧弹力为，对活塞a 对活塞 解得 设活塞a刚要开始运动时弹簧伸长量为，由胡克定律 得 此时气体的体积 对活塞间气体由理想气体状态方程 解得 （2）当活塞b刚到达汽缸连接处时，活塞间气体的温度为，活塞a运动后，活塞间气体压强保持不变，由盖吕萨克定律 解得 （3）设两活塞间封闭气体的温度从升高到的过程中，外界对气体做的功为W，则 又 根据热力学第一定律 解得 / 学科网（北京）股份有限公司 $$