寒假作业 第三章 热力学定律 （单元检测） 单元检测 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第三册

高中物理选择性必修第三册寒假作业 第三章《热力学定律》（单元检测）试卷 一、单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1.下列哪个过程具有方向性(　　) ①热传导过程　②机械能向内能的转化过程　③气体的扩散过程　④气体向真空中的膨胀 A.①② B.②③ C.①②③ D.①②③④ 2.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 3.景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒。猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在压缩过程中(　　) A.气体温度升高，压强不变 B.气体温度升高，压强变大 C.气体对外界做正功，气体内能增加 D.外界对气体做正功，气体内能减少 4.下列说法中，能够发生且不违背热力学定律的是(　　) A．一杯冷水自然放置，可以通过吸收空气中的热量变得比周围空气更热 B．将电冰箱放置在密闭的房间内，打开冰箱门让电冰箱工作，可以降低房间的温度 C．对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽量多地转化成机械能 D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，从而解决能源短缺的问题 5.一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是(　　) A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×105 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J 6．一台电冰箱，制冷系数为其主要性能指标之一，所谓制冷系数是指电冰箱从食物中吸收热量与电动机做功的比值．假设电冰箱制冷系数为6，工作的某过程中电冰箱从贮藏食物中吸收的热量为10 056 J，则在这一过程中这台电冰箱向外界释放的能量为(　　) A．25.14 J B．11 732 J C．1 676 J D．10 056 J 7.如图所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过定滑轮与一重物m相连并处于静止状态，此时活塞到缸口的距离h＝0.2 m，活塞面积S＝10 cm2，封闭气体的压强p＝5×104 Pa。现通过电热丝对缸内气体加热，使活塞缓慢上升至缸口。在此过程中封闭气体吸收了Q＝60 J的热量，假设汽缸壁和活塞都是绝热的，活塞质量及一切摩擦力不计，则在此过程中气体内能的增加量为(　　) A.70 J B.60 J C.50 J D.10 J 2、 多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.我国航天员漫步太空已成为现实．飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入飞船后要“升压”，因此将此设施专门做成了飞船的一个舱，叫“气闸舱”，其原理如图所示．两个相通的舱A、B间装有阀门K.指令舱A中充满气体，气闸舱B中为真空，整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡．若将此气体近似看成理想气体，则(　　) A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子势能减小，内能增加 C．气体体积变大，温度不变 D．B中气体不可能自发地全部退回到A中 9.如图所示，一导热性良好的汽缸竖直放置于恒温的环境中，汽缸内有一质量不可忽略的水平活塞，将一定质量的理想气体封在汽缸内，活塞与汽缸壁无摩擦，汽缸不漏气，整个装置处于平衡状态。活塞上放置一广口瓶，瓶中盛有一定量的酒精，经过一段较长时间后，与原来相比较，则(　　) A.气体的压强减小 B.气体的压强不变 C.气体的内能减小 D.气体吸收热量 10.一定质量的理想气体，经历如图所示的循环，该过程每个状态均视为平衡态，各状态参量如图所示，已知a状态的体积为2.0×10－3 m3，则下列说法正确的是(　　) A．各状态气体体积Va＝Vb＞Vc＝Vd B．b→c过程中，气体吸热 C．c→d过程中，气体内能增加 D．d→a过程中，外界对气体做功200 J 3、 填空题（共计2题，共计16分） 11.如图1所示，在斯特林循环的p－V图像中，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成。 (1)B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目________(选填“增大”“减小”或“不变”)。状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图像如图2所示，则状态A对应的是________(选填“①”或“②”)。 (2)在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J；在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J，则气体完成一次循环对外界所做的功为________J。 12.(10分)把一个小烧瓶和一根弯成直角的均匀玻璃管用橡皮塞连成如图所示的装置．在玻璃管内引入一小段油柱，将一定质量的空气密封在容器内，被封空气的压强跟大气压强相等．如果不计大气压强的变化，利用此装置可以研究烧瓶内空气的体积随温度变化的关系． (1)关于瓶内气体，下列说法正确的有________． A．温度升高时，瓶内气体体积增大，压强不变 B．温度升高时，瓶内气体分子的动能都增大 C．温度升高，瓶内气体分子单位时间碰撞容器壁单位面积的次数增多 D．温度不太低，压强不太大时，可视为理想气体 (2)改变烧瓶内气体的温度，测出几组体积V与对应温度T的值，作出V－T图像如图所示．已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，则由状态a到状态b的过程中，气体对外做的功为________J．若此过程中气体吸收热量60 J，则气体的内能增加了________J. (3)已知1 mol任何气体在压强p0＝1.0×105 Pa，温度t0＝0 ˚C时，体积约为V0＝22.4 L．瓶内空气的平均摩尔质量M＝29 g/mol，体积V1＝2.24 L，温度为T1＝25 ˚C.可估算出瓶内空气的质量为___________． 四、解答题（共计3题，共计41分） 13.(10分)如图所示为火灾报警器的原理图，竖直放置的玻璃试管中装入水银，当温度升高时，水银柱上升，使电路导通，蜂鸣器发出响声，在27 ℃时，下端封闭的空气柱长为L1＝20 cm，水银柱上表面与导线端点的距离为L2＝10 cm，管内水银柱的重量为10 N，横截面积为1 cm2，大气压强p0＝1.0×105 Pa，问： (1)当温度达到多少时报警器会报警？ (2)如果温度从27 ℃升到报警温度的过程中，封闭空气柱从外界吸收的热量为18 J，则空气柱的内能增加了多少？ 14.(14分)如图所示在绝热汽缸内，有一绝热活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为47 ℃，封闭气柱长为8 cm，活塞横截面积S＝60 cm2。现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J，稳定后气体温度变为127 ℃。已知大气压强等于1×105 Pa，活塞与汽缸间无摩擦，不计活塞重力，求： (1)加热后活塞到汽缸底部的距离； (2)此过程中气体内能改变了多少。 15.(17分)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图像如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27 ℃，求： (1)该气体在状态B时的温度； (2)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量。 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理选择性必修第三册寒假作业 第三章《热力学定律》（单元检测）答案 一、单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1.下列哪个过程具有方向性(　　) ①热传导过程　②机械能向内能的转化过程　③气体的扩散过程　④气体向真空中的膨胀 A.①② B.②③ C.①②③ D.①②③④ 答案　D 解析　这四个过程都是与热现象有关的宏观过程，根据热力学第二定律可知，它们都是不可逆的，具有方向性。 2.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 答案　A 解析　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，A错误，D正确，冰雹的势能转化为冰雹的动能与内能，B、C正确。 3.景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒。猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在压缩过程中(　　) A.气体温度升高，压强不变 B.气体温度升高，压强变大 C.气体对外界做正功，气体内能增加 D.外界对气体做正功，气体内能减少 答案　B 解析　在压缩过程中，外界对气体做正功，气体内能增大，温度升高，压强变大，选项B正确。 4.下列说法中，能够发生且不违背热力学定律的是(　　) A．一杯冷水自然放置，可以通过吸收空气中的热量变得比周围空气更热 B．将电冰箱放置在密闭的房间内，打开冰箱门让电冰箱工作，可以降低房间的温度 C．对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽量多地转化成机械能 D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，从而解决能源短缺的问题 答案　C 解析　一杯冷水自然放置，可以通过吸收空气中的热量使得和周围的空气温度相同，而不可能变得比周围空气更热，选项A错误；由于和室外没有热交换，并且压缩机工作时其电路中也会因为有电阻而产生热量，即产生的热量大于制冷量，故室内温度不降反升，选项B错误；热机的效率不可能达到100%，但是对蒸汽机不断革新，可以把蒸汽的内能尽量多地转化成机械能，选项C正确；根据热力学第二定律，不可能从单一热库吸收热量并转化为功而不引起其他的变化，利用降低海水温度放出大量的热量来发电，降低海水温度的过程，消耗的能源更多，不能解决能源短缺的问题，选项D错误． 5.一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是(　　) A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×105 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J 答案　B 解析　因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；气体内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，B选项正确． 6．一台电冰箱，制冷系数为其主要性能指标之一，所谓制冷系数是指电冰箱从食物中吸收热量与电动机做功的比值．假设电冰箱制冷系数为6，工作的某过程中电冰箱从贮藏食物中吸收的热量为10 056 J，则在这一过程中这台电冰箱向外界释放的能量为(　　) A．25.14 J B．11 732 J C．1 676 J D．10 056 J 答案　B 解析　一方面电冰箱从贮藏食物中吸收的热量全部转移到室内，为Q1＝10 056 J；另一方面电动机做功消耗的电能也将转化为内能而向室内释放热量，为Q2＝Q1＝1 676 J，故在这一过程中这台电冰箱向室内释放的热量为Q＝Q1＋Q2＝10 056 J＋1 676 J＝11 732 J，故B正确，A、C、D错误． 7.如图所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过定滑轮与一重物m相连并处于静止状态，此时活塞到缸口的距离h＝0.2 m，活塞面积S＝10 cm2，封闭气体的压强p＝5×104 Pa。现通过电热丝对缸内气体加热，使活塞缓慢上升至缸口。在此过程中封闭气体吸收了Q＝60 J的热量，假设汽缸壁和活塞都是绝热的，活塞质量及一切摩擦力不计，则在此过程中气体内能的增加量为(　　) A.70 J B.60 J C.50 J D.10 J 答案　C 解析　活塞移动过程中，汽缸内气体对外界做功W＝Fs＝pSh＝10 J，根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋(－W)＝60 J－10 J＝50 J，故选C。 2、 多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.我国航天员漫步太空已成为现实．飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入飞船后要“升压”，因此将此设施专门做成了飞船的一个舱，叫“气闸舱”，其原理如图所示．两个相通的舱A、B间装有阀门K.指令舱A中充满气体，气闸舱B中为真空，整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡．若将此气体近似看成理想气体，则(　　) A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子势能减小，内能增加 C．气体体积变大，温度不变 D．B中气体不可能自发地全部退回到A中 答案　CD 解析　当阀门K被打开时，A中的气体进入B中，由于B中为真空，所以气体体积膨胀，但对外不做功，故A错误；又因为系统与外界无热交换，所以气体内能不变，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，在无外界作用时，B中气体不能自发地全部退回到A中，故D正确． 9.如图所示，一导热性良好的汽缸竖直放置于恒温的环境中，汽缸内有一质量不可忽略的水平活塞，将一定质量的理想气体封在汽缸内，活塞与汽缸壁无摩擦，汽缸不漏气，整个装置处于平衡状态。活塞上放置一广口瓶，瓶中盛有一定量的酒精，经过一段较长时间后，与原来相比较，则(　　) A.气体的压强减小 B.气体的压强不变 C.气体的内能减小 D.气体吸收热量 答案　AD 解析　对活塞、广口瓶、酒精受力分析，由受力平衡可知：p0S＋mg＝pS。由于酒精挥发，酒精质量减小，故气体压强减小，A正确，B错误；汽缸置于恒温环境中，温度不变，气体内能不变，C错误；气体体积膨胀，对外做功，由热力学第一定律知ΔU＝Q＋W＝0，可知Q＞O，气体吸热，D正确。 10.一定质量的理想气体，经历如图所示的循环，该过程每个状态均视为平衡态，各状态参量如图所示，已知a状态的体积为2.0×10－3 m3，则下列说法正确的是(　　) A．各状态气体体积Va＝Vb＞Vc＝Vd B．b→c过程中，气体吸热 C．c→d过程中，气体内能增加 D．d→a过程中，外界对气体做功200 J 答案　BD 解析　根据＝c可知p－T图像中过原点的直线为等容线，且斜率越大的等容线对应的气体体积越小，由题图可知Va＝Vb＜Vc＝Vd，选项A错误；b→c过程中，气体体积增大，对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知气体吸热，选项B正确；c→d过程中，气体温度降低，则气体内能减少，选项C错误；d→a过程中，气体体积减小，又因为Vd＝Vc，根据理想气体状态方程可知＝，代入数据解得Vc＝Vd＝4.0×10－3 m3，外界对气体做功W＝pΔV＝1.0×105×(4.0×10－3－2.0×10－3) J＝200 J，选项D正确． 3、 填空题（共计2题，共计16分） 11.如图1所示，在斯特林循环的p－V图像中，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成。 (1)B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目________(选填“增大”“减小”或“不变”)。状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图像如图2所示，则状态A对应的是________(选填“①”或“②”)。 (2)在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J；在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J，则气体完成一次循环对外界所做的功为________J。 答案　(1)不变　①　(2)8 J 解析　(1)由图可知，图线BC与纵坐标平行，表示气体的体积不变，所以B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目不变；根据理想气体的状态方程：＝C可知，气体的温度越高，压强与体积的乘积pV值越大，所以由图可知TD＞TA；气体分子的运动统计规律：中间多，两头少；温度升高，最大值向分子速率最大的方向移动；故T1＜T2；因此状态A对应的是①。 (2)在气体完成一次循环后的内能与开始时是相等的，所以内能不变，即ΔU＝0；由图可知，A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J。在B→C和C→D的过程中气体吸收的热量分别为20 J和12 J，则吸收的热量Q＝QAB＋QBC＋QCD＋QDA＝－4 J＋20 J＋12 J－20 J＝8 J。由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W，所以W＝－8 J，所以气体完成一次循环对外做功是8 J。 12.(10分)把一个小烧瓶和一根弯成直角的均匀玻璃管用橡皮塞连成如图所示的装置．在玻璃管内引入一小段油柱，将一定质量的空气密封在容器内，被封空气的压强跟大气压强相等．如果不计大气压强的变化，利用此装置可以研究烧瓶内空气的体积随温度变化的关系． (1)关于瓶内气体，下列说法正确的有________． A．温度升高时，瓶内气体体积增大，压强不变 B．温度升高时，瓶内气体分子的动能都增大 C．温度升高，瓶内气体分子单位时间碰撞容器壁单位面积的次数增多 D．温度不太低，压强不太大时，可视为理想气体 (2)改变烧瓶内气体的温度，测出几组体积V与对应温度T的值，作出V－T图像如图所示．已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，则由状态a到状态b的过程中，气体对外做的功为________J．若此过程中气体吸收热量60 J，则气体的内能增加了________J. (3)已知1 mol任何气体在压强p0＝1.0×105 Pa，温度t0＝0 ˚C时，体积约为V0＝22.4 L．瓶内空气的平均摩尔质量M＝29 g/mol，体积V1＝2.24 L，温度为T1＝25 ˚C.可估算出瓶内空气的质量为___________． 答案　(1)AD(3分)　(2)50(2分)　10(2分)　(3)2.66 g(3分) 解析　(1)温度升高时，由于瓶内气体压强等于外界大气压强，不变，故瓶内气体体积增大，故A正确；温度升高时，瓶内气体分子的热运动的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，故B错误；气体压强是分子对容器壁的频繁碰撞产生的，温度升高，分子热运动的平均动能增大，气体压强不变，故瓶内气体分子单位时间碰撞到容器壁单位面积的次数减少，故C错误；温度不太低，压强不太大时，实际气体均可视为理想气体，故D正确． (2)由状态a到状态b的过程中，气体对外做的功为： W＝p·ΔV＝1.0×105×(2.5×10－3－2×10－3) J＝50 J， 若此过程中气体吸收热量60 J，则气体的内能增加 ΔU＝60 J－50 J＝10 J. (3)瓶内空气体积V1＝2.24 L，温度为T1＝(25＋273) K＝298 K，温度T2＝(0＋273)K＝273 K，为等压变化过程，有＝， 解得：V2＝， 物质的量为n＝， 故质量：m＝nM＝·M≈2.66 g. 四、解答题（共计3题，共计41分） 13.(10分)如图所示为火灾报警器的原理图，竖直放置的玻璃试管中装入水银，当温度升高时，水银柱上升，使电路导通，蜂鸣器发出响声，在27 ℃时，下端封闭的空气柱长为L1＝20 cm，水银柱上表面与导线端点的距离为L2＝10 cm，管内水银柱的重量为10 N，横截面积为1 cm2，大气压强p0＝1.0×105 Pa，问： (1)当温度达到多少时报警器会报警？ (2)如果温度从27 ℃升到报警温度的过程中，封闭空气柱从外界吸收的热量为18 J，则空气柱的内能增加了多少？ 答案　(1)177 ℃　(2)16 J 解析　(1)封闭气体初状态参量V1＝L1S＝20S T1＝273 K＋27 K＝300 K 气体末状态参量V2＝(L1＋L2)S＝30S 由＝ 得T2＝T1＝450 K 即t2＝177 ℃。 (2)气体对外做功W′＝(p0S＋mg)L2＝2 J 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝－W′＋Q＝16 J。 14.(14分)如图所示在绝热汽缸内，有一绝热活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为47 ℃，封闭气柱长为8 cm，活塞横截面积S＝60 cm2。现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J，稳定后气体温度变为127 ℃。已知大气压强等于1×105 Pa，活塞与汽缸间无摩擦，不计活塞重力，求： (1)加热后活塞到汽缸底部的距离； (2)此过程中气体内能改变了多少。 答案　(1)10 cm　(2)10 J 解析　(1)取封闭的气体为研究对象，开始时气体的体积为L1S 温度为T1＝273 K＋47 K＝320 K 末状态的体积为L2S，温度为T2＝273 K＋127 K＝400 K 气体做等压变化，则＝ 解得L2＝10 cm。 (2)在该过程中，气体对外做功W＝p0S(L2－L1) 由热力学第一定律ΔU＝Q－W 解得ΔU＝10 J。 15.(17分)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图像如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27 ℃，求： (1)该气体在状态B时的温度； (2)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量。 答案　(1)－173 ℃　(2)从外界吸热200 J 解析　(1)对于理想气体：从A→B发生等容变化， 由查理定律得＝ 可得TB＝TA＝100 K 所以tB＝(100－273)℃＝－173 ℃。 (2)从B→C过程，发生等压变化，由盖—吕萨克定律得＝ 解得TC＝300 K 所以tC＝27 ℃ A、C温度相等，即ΔU＝0 A→C的过程，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W 可得Q＝ΔU－W＝pBΔV＝200 J 即气体从外界吸热200 J。 学科网（北京）股份有限公司 $