第三章 热力学定律 单元练习-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

第三章 热力学定律 单元练习 一、单选题 1．汽缸中的气体从外界吸收了4.2103J的热量，同时气体推动活塞对外界做了2.2103J的功。那么气体的内能(   ) A．增加了2.0103J B．减少了2.0103J C．增加了6.4103J D．减少了6.4103J 2．下列说法不正确的是（　　） A．悬浮微粒的布朗运动说明了微粒内部分子做无规则热运动 B．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关 C．温度是描述热现象的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相等 D．一定质量的理想气体，从外界吸收热量，其内能可能不变 3．下列现象违背热力学规律的是（　　） A．热水会自然变凉 B．摩擦物体会使其温度升高 C．内燃机可以将内能全部转化成机械能 D．热量可以从低温物体转移到高温物体上 4．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，该过程气体的压强p与体积V的关系如图所示，则从A到B的过程（　　） A．气体的温度降低 B．气体的内能减小 C．外界对气体做功 D．气体从外界吸收热量 5．用分子动理论的观点看，下列表述正确的是（　　） A．对一定质量的气体加热，其内能一定增加 B．一定质量100℃的水转变成100℃的水蒸气，其分子的平均动能增加 C．一定质量的理想气体，如果压强不变而体积增大，其分子的平均动能增加 D．如果气体温度升高，物体中所有分子的速率都一定增大 6．关于热学中的现象和结论，下列说法正确的是（　　） A．机械能可以转化为内能而内能不能转化为机械能 B．蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块没有确定的形状，因此蔗糖糖块是非晶体 C．水黾可以在水面上运动而不会陷入水中是因为水的表面张力的缘故 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．高空形成的冰雹加速下落，并有部分熔化，以下说法中不正确的是（　　） A．只有重力做功，冰雹下落时机械能守恒 B．冰雹的势能转化为冰雹的动能 C．冰雹的内能增大 D．冰雹的机械能不守恒 8．下列说法正确的是（　　） A．布朗运动就是分子的无规则运动 B．如果气体吸收热量，气体的内能一定增大 C．某种物体的温度为0℃，说明该物体中分子的平均动能为零 D．气体压强是由大量气体分子对器壁的持续频繁的撞击而形成的 9．关于内能和热量，下列说法正确的是（　　） A．物体吸收热量，温度一定升高 B．物体运动的越快，物体的内能越大 C．同一物体的温度越高，内能越大 D．温度越高的物体，所含的热量越多 10．如图所示，内壁光滑的绝热汽缸竖直固定在水平面上，用质量为m的绝热活塞把缸内空间分成两部分。两部分中封闭有相同质量和温度的同种理想气体，活塞用销钉K固定，已知P部分的气体体积小于Q部分的气体体积，活塞能上、下自由移动。现拔掉销钉，活塞移动一小段距离后再将其固定。下列说法正确的是（　　） A．两部分气体内能之和增大 B．两部分气体内能之和不变 C．两部分气体温度都升高 D．两部分气体温度都降低 二、多选题 11．下列说法正确的是下列说法正确的是（   ） A．气体扩散现象表明气体分子间存在斥力 B．温度是物质分子热运动平均动能大小的标志 C．热量总是自发的从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体 D．机械能不可能全部转化为内能，内能也无法全部用来做功以转化成机械能 E．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力 12．下列有关说法中正确的是（　　） A．用阿伏加德罗常数和某种气体的密度，就可以求出该种气体的分子质量 B．“第一类永动机”不可能制成，是因为它违反了能量守恒定律 C．液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征 D．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压，水蒸发越快 13．一定质量的理想气体从状态M到达状态N，有两个过程可以经历，其p–V图象如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正确的是（　　） A．气体经历过程1，其温度降低，内能减少 B．气体经历过程1，对外做功，内能不一定减少 C．气体在过程2中，先向外放热后吸热 D．气体在过程2中，一直对外做功 14．一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1，比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则(　　) A．从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块放出的热量等于铁块吸收的热量 B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块放出的热量不等于铁块吸收的热量 C．达到热平衡时，铜块的温度是T＝ D．达到热平衡时，两者的温度相等 15．下列说法中正确的是（　　） A．高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故 B．空调制冷说明热量可以自发地由低温物体传递给高温物体 C．一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性，都是不可逆的 D．液体中悬浮微粒的布朗运动是周围液体分子对它的撞击作用不平衡所引起的 E．在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关 三、填空题 16．利用太阳能、煤炭、石油、天然气等能源，可以减少污染环境的气体排放的是 。 17．如图所示，体积相同的玻璃瓶A、B分别装满温度为60℃的热水和0℃的冷水，两瓶水通过 方式改变内能。已知水的相对分子质量是，若B瓶中水的质量为3kg，水的密度为，阿伏加德罗常数，则B瓶中水分子个数约为 个（保留两位有效数字） 四、解答题 18．热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一：不可能使热量由低温物体传到高温物体而不引起其他变化；其二：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。第一种表述方式可以用图甲来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，请你根据第二种表述完成示意图乙。 19．图是历史上曾经出现的几种永动机的设计方案示意图：图（a）是想利用短杆上的重球产生的作用，使轮子不停地转动；图（b）是想利用像灯芯那样的棉线把水吸到高处，再流下冲击轮子的叶片，使轮子不停地转动；图（c）是想利用重物在水中受浮力作用而上升，带动轮子不停地转动。 请仔细分析这些永动机的设想，指出它们不可能实现的原因。 几种永远机的设想示意图 20．图甲为我国某电动轿车的空气减震器（由活塞、足够长汽缸组成，活塞底部固定在车轴上）。该电动轿车共有4个完全相同的空气减震器，图乙是空气减震器的简化模型结构图，导热良好的直立圆筒形汽缸内用横截面积S=20cm²的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，并通过连杆与车轮轴连接。封闭气体初始温度T1=300K、长度L1=27cm、压强p1=3.0×106Pa。当车辆载重时，相当于在每个汽缸顶部加一物体A，汽缸下降，稳定时汽缸内气体长度变为L2=24cm，气体温度变为T2=320K，若该过程中气体放出热量Q=18J，气体压强随气体长度变化的关系如图丙所示，重力加速度g取10m/s2。求： (1)物体A的质量； (2)载重过程中一个汽缸内气体内能的变化量。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《第三章 热力学定律 单元练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A A C D C C A D C A 题号 11 12 13 14 15 答案 BCE BC AC AD CDE 1．A 【详解】对一定质量的气体加热，气体吸收了4200J的热量，故 Q=4200J 同时对外做的功是2200J，故 W=-2200J 根据热力学第一定律有 即内能增加了2.0103J，故A正确，BCD错误。 故选A。 2．A 【详解】A.悬浮微粒的布朗运动反应液体分子的无规则热运动，故A错误； B.内能是分子动能与分子势能的和，气体分子间距离太大，所以不考虑其分子势能，气体的内能是分子动能，只与温度有关，故B正确； C.热量是从高温物体向低温物体传递，两个物体达到热平衡时，说明温度相同，故C正确； D.气体吸热的同时，如果对外做功，内能可能不变，故D正确。 故选A。 3．C 【详解】A．热水自然变凉是热量自发从高温传递到低温，符合热力学第二定律，故A不符合题意要求； B．摩擦生热是机械能转化为内能，符合热力学第一定律（能量守恒），故B不符合题意要求； C．内燃机无法将内能全部转化为机械能，必须存在热量的散失，违背热力学第二定律，故C符合题意要求； D．热量从低温物体转移到高温物体需外界做功，不违背热力学第二定律，故D不符合题意要求。 故选C。 4．D 【详解】AB．因为从A到B，气体的pV乘积变大，则气体的温度升高，内能增加，选项AB错误； C．从A到B，气体的体积变大，则气体对外界做功，选项C错误； D．根据热力学第一定律，气体内能增加，且气体对外做功，则气体从外界吸收热量，选项D正确。 故选D。 5．C 【详解】A．根据热力学第一定律可知，对气体加热，若气体对外做功，其内能不一定增加，故A错误； B．一定质量100℃的水转变成100℃的水蒸气，由于温度不变，故分子的平均动能不变，故B错误； C．一定质量的理想气体，如果压强不变而体积增大，则其温度一定变大，故其分子的平均动能增加，故C正确； D．如果气体温度升高，分子的平均动能增大，但单个分子的动能和速率无法确定，故D错误。 故选C。 6．C 【详解】A．机械能可以转化为内能，而内能在特定的条件下也能转化为机械能，故A错误； B．蔗糖是多晶体，虽然没有固定的形状，但仍是晶体，故B错误； C．水黾可以在水面上运动而不会陷入水中是由于水的表面张力的缘故，故C正确； D．热量能自发地从高温物体传向低温物体，不能自发地从低温物体传向高温物体，但在特定的条件下也能从低温物体传向高温物体，故D错误。 故选C。 7．A 【详解】AD．除了重力做功，还有阻力做功，所以冰雹下落时机械能不守恒，则A错误，符合题意；D正确，不符合题意； BC．冰雹的势能转化为冰雹的动能与内能，所以BC正确，不符合题意； 故选A。 8．D 【详解】A．布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子的无规则运动的表现，选项A错误； B．如果气体吸收热量，且气体对外做功，则气体的内能不一定增大，选项B错误； C．无论物体的温度是多少，物体中分子的运动不会停止，即平均动能不为零，选项C错误； D．气体压强是由大量气体分子对器壁的持续频繁的撞击而形成的，选项D正确。 故选D。 9．C 【详解】A．物体吸收了热量，温度不一定增加，例如晶体熔化时，吸收热量，但温度不变，故A错误； B．物体运动的越快，物体的动能就越大，内能的大小与物体的运动没有关系，故B错误； C．同一物体的温度越高，分子平均动能越大，而分子势能不变，则内能变大，故C正确； D．热量是热传递过程中传递能量的多少，不能用含有表示，故D错误。 故选C。 10．A 【详解】AB．根据 可知，P部分的气体压强大于Q部分的气体压强，又因为活塞受到竖直向下的重力，则拔掉销钉，活塞向下移动。其重力势能减小，由能量守恒定律可知，两部分气体内能之和增大。故A正确；B错误； CD．同理，活塞下移，P部分的气体对外界做功，同时外界对Q部分的气体做功，根据热力学第一定律 依题意，汽缸绝热，可得 易知P部分的气体内能减小，温度降低。Q部分的气体内能增加，温度升高。故CD错误。 故选A。 11．BCE 【详解】A．气体扩散现象表明分子间在做无规则运动，故A错误； B．温度是物质分子热运动平均动能大小的标志，故B正确； C．热量总是自发的从温度高的物体传递到温度低的得物体，故C正确； D．根据能量转化的方向可知，机械能可能全部转化为内能，故D错误； E．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，分子之间的作用力表现为引力，所以液体表面存在表面张力，故E正确。 故选BCE。 12．BC 【详解】A．用阿伏加德罗常数和某种气体的密度，加气体的摩尔质量，才能求出该种气体的分子质量，故A错误； B．“第一类永动机”不可能制成，是因为它违反了能量守恒定律，故B正确； C．液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征，故C正确； D．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压，水蒸发越慢，故D错误。 故选BC。 13．AC 【分析】据绝热，既不吸热，也不放热，结合热力学第一定律，即可判定；根据理想气体状态方程，结合过程2中，压强与体积的变化情况，从而即可求解。 【详解】AB．气体经历过程1，压强减小，体积变大，膨胀对外做功，内能减小，故温度降低，故A正确，B错误； CD．气体在过程2中，根据理想气体状态方程，刚开始时，体积不变，压强减小，则温度降低，对外放热，然后压强不变，体积变大，膨胀对外做功，则温度升高，吸热，故C正确D错误； 故选AC。 14．AD 【详解】AB．系统不与外界交换能量，热量由温度较高的铜块传给铁块，且铜块放出的热量等于铁块吸收的热量，A正确，B错误； CD．两个系统达到热平衡时温度相同，所以当温度相等时热传递停止，达到热平衡时的温度应用求解，而不是两者温度的平均值，C错误，D正确． 故选AD。 15．CDE 【详解】A．高原地区水的沸点较低，这是高原地区气压较低的缘故，A错误； B．空调制冷需要消耗电能，所以热量不能自发地由低温物体传递给高温物体，B错误； C．根据熵增加原理知，自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，C正确； D．布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮微粒撞击作用的不平衡引起的，D正确； E．在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关，E正确。 故选CDE。 16．太阳能 【详解】使用太阳能不污染环境，是一种清洁能源；煤炭燃烧时产生大量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等物质，污染环境；石油燃烧时产生大量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮等物质，污染环境；天然气燃烧时生成大量的二氧化碳、一氧化碳等物质，污染环境。 17． 热传递 【详解】[1]若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起，则A、B瓶内水的内能都将发生改变，这种改变内能的方式叫热传递。 [2]根据题意，由公式 可得，B瓶中水的体积为 一个水分子的体积为 B瓶中水分子个数约为 联立代入数据解得 18．见解析 【详解】由图甲可知，使热量由低温物体传到高温物体必伴随着压缩机的做功，即引起其他变化；对于第二种方式，热机工作时，从高温物体吸收热量，只有一部分用来对外做功，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温物体，其表述示意图如图所示。 19．见解析 【详解】不消耗能量而能永远对外做功的机器违反了能量守恒定律 永动机在一定时间内能保持转动，但是由于摩擦力的存在，将有一部分能量以热量的形式散失掉，即能量是不可能无中生有的，所以自然界中不可能存在永动机，这三种永动机都违背了能量守恒定律。 20．(1)120kg (2)180J 【详解】（1）汽缸下降稳定后，设气体压强为p2，载重过程气体满足 解得 根据平衡条件可得 解得 （2）结合图像可得此过程中外界对气体做功 由热力学第一定律 联立可得 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $