第3章 热力学定律 单元学能测评-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步练习册（人教版）

练习册参考答案与解析收组 C错误：根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能 少，根据热力学第二定律，内能不会自发地转化为机械 达到100%，发动机工作时，就算没有漏气和摩擦，也没 能而使物体动起来，C不符合题意：随着节能减排措施 有发动机的热量损失，燃料产生的热量也不能完全转 的不斯完善，根据热力学第二定律，最终也不会使汽车 化成机械能，D错误 热机的效率达到100%，D不符合题意 3.D【解析】第二类永动机不违反能量守恒定律，违反热 4.D【解析】场馆内温度降低，场馆内空气分子平均动能 力学第二定律，故A错误：第一类永动机不可能制成是 减小，但并不是场馆内所有空气分子的分子动能都减 因为违反了热力学第一定律，故B错误：改变内能的方 小，A,B错误：根据热力学第二定律可知，场馆内热量 式有做功和热传递，二者在内能的改变上是一样的，若 是不可能由场馆内自发传递到场馆外的，C错误：场馆 对外做功的同时吸收热量，内能可能不变，故C错误： 内温度降低，场馆内空气分子平均动能减小，单个分子 由热力学第二定律可知热量从低温物体传到高温物体 对冰面的撞击作用力变小，由于场馆内气体压强不变， 是可能的，故D正确： 根据气体压强微观意义可知，场馆内部单位时间内空 4.C【解析】即使科技越来越进步，所有符合能量守恒定 气分子与冰面碰撞次数增多，D正确. 律但不符合热力学第二定律的宏观过程也无法发生， 5C【解析】过程A→B中，温度升高，二氧化碳分子的 故A错误：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不 平均动能将增大，但不是每个二氧化碳分子的动能都 可逆的，故B错误：机械能可以全部转化为内能，但内 将增大，故A错误：过程BC中，二氧化碳在C是液 能无法全部用来做功而转化成机械能且不产生其他影 态，不是气体，不符合理想气体实验定律的条件，故B 响，故C正确：气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故 错误：过程D→A中，若二氧化碳可看作理想气体，压 D错误 强不变，温度升高，体积增大，因温度升高，故二氧化碳 【综合提能练】 的内能增大，又由于体积增大，二氧化碳对外做功，所 1.CD【解析】当阀门K被打开时，A中的气体进入B 以该过程中二氧化碳将吸热，故C正确：整个循环过程 中，由于B中为真空，所以气体体积膨胀，对外不做功， 中，热量从低温水向高温二氧化碳传递，该过程引起了 故A错误：又因为系统与外界无热交换，所以气体内能 其他的变化，所以不违反热力学第二定律，故D错误 不变，则气体的温度也不变，B错误，C正确：由热力学 第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界作 单元学能测评 用时，B中气体不能自发地全部退回到A中，故D正确。 1.B【解析】温度降低时，分子的平均动能降低，不是每 2.ABD【解析】一定量的理想气体在等温膨胀过程中吸 个分子的动能都会减小，故A错误：花粉颗粒在水中的 收的热量等于对外做的功，并不违反热力学第二定律， 无规则运动是由于花粉颗粒受到水分子撞击受力不平 该过程中可能引起了其他方面的变化，故A正确：空调 衡引起的，是一种机械运动，故B正确：改变内能的方 既能制热也能制冷，说明通过压缩机做功热量能够从 式有做功和热传递，故C错误：物体的动能和重力势能 低温物体传到高温物体，故B正确：热力学第二定律可 是物体的机械能，不是内能，故D错误 表述为：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来 做功，而不引起其他变化，故C错误：根据嫡增加原理 2D【解析】根据题意，由理想气体状态方程Y =C可 可知，在任何自然过程中，一个孤立系统中的总嫡不会 知，若气体温度降低，体积也减小，其压强可能增大，可能 减少，故D正确， 不变，可能诚小，故A,B错误：由热力学第一定律义 3.A【解析】大米和小米混合后小米能自发地填充到大 W十Q,可知气体不断被压缩的过程中，外界对气体做 米空隙中，这种现象与温度无关，不是热现象，不能用 正功，如果气体同时向外界放热，气体的内能可能不会 热力学第二定律解释，A符合题意：将一滴红墨水滴人 增加，气体温度不一定升高，若气体与外界不发生热量 一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间， 交换的过程中，如果外界对气体做功，气体内能发生变 墨水和清水不会自动分开，这种现象与温度有关，温度 化，故C错误，D正确. 越高，分子运动越激烈，扩散越快，根据热力学第二定 3C【解析】布朗运动是微粒在液体或气体分子撞击作 律，墨水和清水不会自动分开，B不符合题意：冬季的 用下的无规则运动，反映了液体或气体分子的无规则 夜晚，放在室外的物体随气温的降低，物体的内能减 运动，小水滴在天宫一号内漂浮是由于完全失重状态 17 重难点手册高中物理选择性必修第三册？) 下的运动情景，不是布朗运动，A错误：完全失重的情 误：在过程山中气体温度保持不变，故内能不变，气体 况下，密封瓶里的理想气体仍然在做无规则的热运动， 膨胀，对外界做功，根据热力学第一定律，吸收的热量 即对容器壁仍然有撞击的作用力，B错误：理想气体的 和对外界做的功数值相等，根据开尔文表述：不可能从 内能由温度决定，在等温变化的过程中，内能一定不 单一热库（源）吸收热量，使之完全变成功（全部对外做 变，C正确：根据热力学第二定律，热量不可能从低温 功)，而不产生其他影响（不引起其他变化），因此不违 物体传递到高温物体而不引起其他变化，即当有外界影 背热力学第二定律，D错误」 响时，热量能够从低温物体传递到高温物体，D错误 7.D【解析】在过程BC中，体积增大，气体对外做功，但 4.A【解析】从A到B的过程中，桌子缓慢下降，由于汽 由于温度不变，内能保持不变，所以气体从外界吸热， 红导热性能良好，可知气体等温压缩，体积减小，根据 故A错误：DA为等温过程，温度不变，所以气体在状 玻意耳定律可知，压强增大，故A正确：从A到B的过 态A的内能等于在状态D的内能，故B错误：气体从 程中，气体温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体 状态A变化到状态B为等压过程，体积增大，气体对 做功，根据热力学第一·定律可知，气体会向外界放热， 外做功.即W=p△V=4×103×(20一10)×10-aJ 故B错误：从B到C的过程中，桌面受力不变，气体压 4000J,故C错误：由于AB、CD为等压过程，BC,DA 强一定，根据盖一吕萨克定律可知，温度降低，体积一 为等温过程，所以过程CD中外界对气体做的功等于 定减小，故C错误：从B到C的过程中，气体温度降 在过程AB中气体对外界做的功，故D正确 低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，根据热力学 8.CD【解析】热力学第一定律是能量守恒定律，面热 第一定律可知，气体会向外界放热，故D错误。 力学第二定律则是反映自然过程的方向性的定律，故 5C【解析】→b过程中气体压强不变，体积增大，根据 A错误：根据熵增加原理，从微观意义上讲，在任何自 理想气体状态方程 宁=C,可知气体温度升高，分子平 然过程中，一个孤立系统的总嫡不会减小，故B正确： 从微观意义上讲，热力学第二定律是一个统计规律，故 均动能变大，A错误：心过程中，体积不变，分子数密 C正确：热力学第一定律U=W+Q,其中W是外界 度不变，B错误→b过程中，体积增大，气体对外界做 对热力学系统做的功，Q是外界向热力学系统传递的 功，气体温度升高，内能增加，气体吸收热量，根据热力 热量，一定质量的理想气体放出热量的同时，如果外界 学第一定律有△=W,+Q,其中W1=一3pV,b→ 对气体做了功，气体的内能不一定减少，所以分子的平 过程中，体积不变，外界对气体做功W:=0,气体压强 均动能不一定减少，故D正确 减小，可知气体温度降低，内能减少，气体向外放出热 9.D【解析】抽开隔板时，气体体积变大，但右方是真 量，根据热力学第一定律有U2=W,+Q=Q,由于 空，又没有热传递，根据U=Q十W,可知气体的内能 T=T,则，=-△U,则Q=3pV-Q=3pV+ 不变，故A错误：气体被压缩过程中，外界对气体做功， Q,即ab过程气体吸热比b-·c过程气体放热多 根据△U=Q十W,可知气体内能增大，故B、D正确：热 3pv,C正确：根据兴 =C,状态a、b、c的压强大小关系 力学第二定律表明：自然界中进行的涉及热现象的宏 为pu=九=4p,D错误 观过程都具有方向性，是不可逆的，因此空气向真空的 6.B【解析】由题图可知，对角线ac的延长线过原点O, 自由膨胀是不可逆的，故C正确. 气体从c到a过程压强与热力学温度成正比，由理想 10.D【解析】过程AB温度不变，侧分子平均动能不 气体状态方程可知，气体体积不变，即a、c两状态体积 变，A错误：过程BC气体体积不变，则分子数密度不 相等，A错误：一定量的理想气体内能由温度决定，气 变，B正确：过程CA气体对外界做功，则W0:温度 体在状态a时的温度比在状态c时的温度高，因此气 升高，则△>0：根据△U=W+Q可得Q>0,说明气 体在状态a时的内能大于在状态c时的内能，B正确： 体从外界吸热，C错误，D正确. 从d到过程气体的压强不变而温度升高，由理想气 11.(1)刻度尺、温度计(2)滑轮存在摩擦、液体会散热 体状态方程可知，气体的体积增大，气体对外界做功， (3)20 W<0,气体温度升高，内能增大，>0，由热力学第 【解析】(1)实验中需要用刻度尺测量重物下降的高 一定律△LU=W十Q可知Q=△U一W>0,气体从外界 度、用温度计测量水升高的温度.(2)在实验的过程 吸收热量，且吸收的热量大于气体对外界做的功，C错 中，由于滑轮存在摩擦，液体会散热等情况，使得水内 18 练习册参考答案与解析收组 能的增加量小于重物做功的大小.(3)20kg的重物高 做功为W:=p4V=1×10×20J=2×10J.气体从 度下降5m,水温升高0.5℃，即1kg的重物高度下 状态C到状态A,温度不变，可知=0，由热力学第 降1m,水温升高0.005℃，则有25kg的重物高度下 一定律可知Q=J-(W1十W2)=一2×10J,负号 降1m,水温升高0.125℃，要使水温升高2.5℃，根 表示放热。 据比例可知需要下降的高度为20m 第四章原子结构和波粒二象性 12.(1)AD(2)50:10 【解析】(1)根据盖一吕萨克定律可知，当压强不变时， 第1节普朗克黑体辐射理论 对于一定质量的理想气体其号不变，所以温度升高 【基础过关练】 1.D【解析】任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越 时，被封空气的压强跟大气压强相等保持不变，可知 高辐射的能力越强，故A错误：能够完全吸收入射的各 瓶内气体体积增大，A正确：温度升高时，瓶内气体分 种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体 子的平均动能增大，而不是每个气体分子的动能都增 不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较 大，B错误：温度升高，瓶内气体分子的平均动能增 强的辐射，看起来也可以很明亮，故B、C错误：黑体辐 大，由于气体压强保持不变，根据气体压强的微观意 射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关， 义可得瓶内气体分子单位时间碰撞到容器壁单位面 与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波 积的次数域少，C错误，D正确.(2)设水平玻璃管的 的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况 横截面积为S,油柱从状态a到状态b的过程中移动的 有关，故D正确。 长度为△，可得气体对外做的功为W=F△=p· 2B【解析】根据能量子公式e=,可知，光子的能量与 S·△L=pm·△V=1×10×(2.5-2)×103J= 它的频率成正比，故A,CD错误，B正确。 50J,根据热力学第一定律，气体的内能增加了△U 3.C【解析】能量e的单位为J,频率￥的单位为s,所 60J-50J=10J. 13.(1)气体做等温变化，初态V1=6.0×10ml,= 以h的单位为J·s,而1J=1N·m=1gm,m,则 s pm,末态V=3.5×103mL+V,p=1.2,由玻意耳 普朗克常量的单位用同际单位制基本单位表示为 定律得p,V1=1.2pV,解得V=1.5×103ml. kgm.=kg:m,故选C (2)由热力学第一定律，即△U=W十Q,因温度没有变 化，则内能没有变化，△0=0.又W=504J一395J= 4.B【解析】根据黑体辐射的实验规律，随着温度升高， 各种被长的辐射强度都有增加，所以人体热辐射的强 109J,解得Q=一109J,所以活塞A、B间气体放出热 度1增大：随着温度的升高，辐射强度的峰值向波长较 量为109J. 短的方向移动，所以入减小 14.(1)活塞刚要离开ab时，活塞受力平衡有pS+mg= 【综合提能练】 pS,解得p=A+墨=1.2X10P.活塞在上升 1.B【解析】由题图可知，随着温度的升高，辐射强度的 △=0.1m的过程中压强p==1.2×10Pa,根据 极大值向波长较短的方向移动，所以T>T2,故A正 理想气体的状态方程有学=兴，可得5 确：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温 度有关外，与黑体的材料及表面状况无关，故B错误： 士)5，解得T=432K. T 普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，很好地 (2)外界对气体做功W=一p·S△M=一30J,电阻丝 解释了黑体辐射的实验规律，故C正确：如果在一一个空 放热45J.所以气体吸热Q=45J.根据热力学第一定 腔壁上开一个很小的孔，射人小孔的电磁被在空腔内 律U=W+Q,代入数据解得△U=15J. 表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，就相当 15.(1)气体从状态C变化到状态B为等压变化，由气体 于吸收了所有电磁波，这个小孔就可以近似为一个绝 对黑体，故D正确 实验定律得片产·代人数据可得=10m 2.C【解析】一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，也 (2)由题图可知，气体从状态B变化到状态A,为等容 与材料的种类及表面情况有关，而黑体辐射电磁波的 变化，则W:=0,气体从状态C到状态B,外界对气体 强度按波长的分布只与温度有关，A错误：黑体是能够 19第三章热力学定律 单元学能测评 时间：75分钟 满分：100分 一、选择题：本题共10小题，每小题4分，共 简易结构如图所示.圆柱形汽缸与桌面固定连 40分.在每小题给出的四个选项中，第1~7 接，柱状活塞与底座固定连接.可自由移动的 题只有一项符合题目要求，第8~10题有多 汽缸与活塞之间封闭着一定质量的理想气体， 项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但 汽缸导热性能良好，活塞可在汽缸内无摩擦活 不全的得2分，有选错的得0分 动.设气体的初始状态为A,将电脑放在桌面 1.关于分子动理论和内能，下列说法中正确的是 上保持不动，桌子缓慢下降一段距离后达到稳 (). 定状态B.打开空调一段时间后，室内温度降 A.温度降低时，每个分子动能都会减小 低到设定温度，稳定后桌面气体状态为C.则 B.花粉颗粒在水中的无规则运动是一种机械 气体从状态A→B→C的过程中，下列说法正 运动 确的是( C.只有热传递才可改变物体的内能 桌面 D.物体的动能和重力势能也是其内能的一 部分 汽缸 2.关于质量一定的理想气体，下列说法正确的是 (). 活寒 底座 A.气体温度降低，其压强一定减小 B.气体体积减小，其压强一定增大 A.从A到B的过程中，气体等温压缩，压强 C.气体不断被压缩的过程中，其温度一定升高 增大 D.气体与外界不发生热量交换的过程中，其内 B.从A到B的过程中，气体从外界吸热 能也可能改变 C.从B到C的过程中，气体等压降温，体积 3.天宫一号是中国第一个空间实验室，航天员在 增大 完全失重的情况下做实验，下列说法正确的有 D.从B到C的过程中，气体从外界吸热 (). 5.(2025·河北唐山一中高二月考)如图所示，一 A.王亚平挤出的小水滴在天宫一号内漂浮，小 定质量的理想气体从状态a先后到达状态b 水滴的运动是布朗运动 和c,p。=ps=p,Ta=T,V.=4V。=4V.则 B.完全失重的情况下，密封瓶里的理想气体对 ( 容器壁没有作用力 P C.密封瓶里的理想气体在等温变化的过程中， 内能一定不变 D.完全失重的情况下，热量不可能从低温物体 传递到高温物体 4.(2025·湖南长沙一中高二月考)气压式电脑 A.a→b过程气体分子平均动能减小 升降桌通过汽缸上下运动来支配桌子升降，其 B.b→c过程气体分子数密度诚小 39 重难点手册高中物理选择性必修第三册) C.ab过程气体吸热比b→c过程气体放热多 8.关于热力学定律，下列说法正确的是( 3pV A热力学第一定律和热力学第二定律从不同 D.状态a、b、c的压强大小关系为p.=p=3p: 角度阐述了能量守恒定律 6.(2025·浙江宁波镇海中考月考)一定量的理 B.从微观意义上讲，在任何自然过程中，一个 想气体从状态a开始，经历等温或等压过程 孤立系统的总嫡不会减小 C.从微观意义上讲，热力学第二定律是一个统 ab、bc、cd、da回到原状态，其p-T图像如图所 计规律 示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判 D.一定质量的理想气体放出热量，则分子的平 断正确的是( 均动能不一定减少 9.如图所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分， 隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞 之间是真空，现将隔板抽开，气体会自发扩散 至整个汽缸.待气体达到稳定后，缓慢推压活 A.气体在a、c两状态的体积不相等 塞，将气体压回到原来的体积.假设整个系统 B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时 不漏气.下列说法正确的( 的内能 隔板 ,活寒 C.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气 理想 气 直空 体对外界做的功 D.在过程ab中气体从外界吸收的热量全部用 A.气体自发扩散前后内能不同 于对外做功，违背了热力学第二定律 B.气体在被压缩的过程中内能增大 7.如图所示，一定质量的理想气体从状态A开 C.自发扩散过程对比气体压缩过程，说明气体 始，经历AB、BC、CD、DA四个过程回到原状 的自由膨胀是不可逆的 态A,其中AB、CD为等压过程，BC、DA为等 D.气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 温过程，状态C、D的压强和体积未知.下列说 10.(2025·江西赣州中学月考)如图所示，一定 法正确的是(). 质量的理想气体从状态A经热力学过程AB、 Ap/(10 Pa) BC、CA后又回到状态A.下列说法正确的是 2 0102030 V/10m) A.在过程BC中气体和外界没有发生热传递 27. B.气体在状态A的内能大于在状态D的内能 A.过程AB气体分子平均动能增大 C.气体从状态A变化到状态B对外做功40J B.过程BC气体分子的数密度不变 D.在过程CD中外界对气体做的功等于在过 C.过程CA气体向外界放热 程AB中气体对外界做的功 D.过程CA气体从外界吸热 40 第三章热力学定律 么 二、非选择题：本题共5小题，60分 玻璃管内引入一小段油柱，将一定质量的空 11.(8分)根据能量转化与守恒定律，在与外界没 气密封在容器内，被封空气的压强跟大气压 有热传递的条件下，物体内能的增加量与外 强相等.如果不计大气压强的变化，利用此装 界对物体做功多少相等.为了验证此规律，某 置可以研究烧瓶内空气的体积随温度变化的 兴趣小组设计了如图所示的实验，在容器里 关系 装一定质量的水，中间装上带有叶片的转轴， 4V/(10m) 2.5 转轴上绕上绳子，绳子另一端通过滑轮与一 重物相连，当重物下降时，绳子拉动转轴转 动，带动叶片旋转，使容器里的水温度升高， 结合水的比热容计算出水增加的内能.以此 甲 验证水的内能增加量与重物的重力做功是否 (1)关于瓶内气体，下列说法正确的有 相等。 A.温度升高时，瓶内气体体积增大，压强 以 不变 转轴 B.温度升高时，瓶内气体分子的动能都 木 增大 C.温度升高，瓶内气体分子单位时间内碰 叶片 撞到容器壁单位面积的次数增多 (1)为了完成此实验，除已提供测量质量的电 D.温度升高，瓶内气体分子单位时间内碰 子天平外，还需要的测量工具有 撞到容器壁单位面积的次数诚少 (2)兴趣小组在实验过程中发现，水内能的增 (2)改变烧瓶内气体的温度，测出几组体积V 加量小于重物重力做功的大小，请写出造 与对应温度T的值，作出VT图像如图 成这种现象的一种原因 乙所示.已知大气压强p=1×105Pa,则 由状态a到状态b的过程中，气体对外做 (3)改进实验后，获得如表所示的数据，规律 的功为 J,若此过程中气体吸收热 得到验证， 量60J,则气体的内能增加了 J 13.(12分)(2025·湖北省武昌实验中学高二月 实验序号重物质量/kg下降高度/m升高温度/℃ 1 20 5 0.5 考)肺活量测量仪模型如图所示，一导热性能 2 20 10 1.0 良好、内壁光滑的汽缸内有两个轻活塞A、B, 3 20 15 1.5 活塞B紧靠固定阀门K,活塞A、B间封闭有一 4 10 10 0.5 定质量的理想气体，气体体积V=6.0X 5 30 10 1.5 103mL,压强为一个标准大气压p.用力推活 6 40 10 2.0 塞A使其缓慢向右移动，当阀门K与活塞B 若使容器内相同质量水的温度升高2.5℃， 间的气体体积V2=3.5×103mL时，测得气 则25kg的重物需下降 m. 体的压强为1.2p,忽略气体温度变化， 12.(8分)把一个小烧瓶和一根弯成直角的均匀 (1)气体的压强为1.2时，求阀门K与活塞 玻璃管用橡皮塞连成如图甲所示的装置.在 A间气体的体积V. 41 重雅手细高中物理选择性必修第三册亿 (2)此过程中，活塞A对活塞A、B间气体做 15.(18分)(2025·湖北黄冈中学月考)一定质量 的功为504J,活塞A、B间气体对活塞B 的理想气体压强力与热力学温度T的关系图 做的功为395J,求活塞A、B间气体放出 像如图所示，气体从状态C变化到状态B,再 的热量Q. 变化到状态A,CB线段与T轴平行，BA的 延长线过原点，已知该气体在状态C时的体 积为30m3. (1)求该气体在状态B时的体积， (2)该气体从状态C到状态A的过程中，气体 是吸热还是放热？气体与外界交换的热 量Q为多少？ ↑p/10Pa) 14.(14分)(2025·福建厦门外国语学校高二月 考)如图所示，上端开口的光滑圆柱形绝热汽 3T/(102K) 缸竖直放置，在距缸底h=0.5m处有体积可 忽略的卡环a、b.质量m=5kg、截面积S= 25cm2的活塞搁在a、b上，将一定质量的理 想气体封闭在汽缸内.开始时缸内气体的压 强等于大气压强，温度为T。=300K.现通过 内部电热丝缓慢加热汽缸内气体，直至活塞 离开a,b缓慢上升h=0.1m,已知大气压 强p=1×105Pa,g取10m/s2. (1)求当活塞缓慢上升△h时（活塞未滑出汽 缸)缸内气体的温度T (2)若全过程电阻丝放热45J,求气体内能的 变化量△U. a 6 0W000 42