第2章 固体、液体和气体 第3章 热力学定律 测评卷（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（教科版）

第二章　固体、液体和气体 第三章　热力学定律 一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求) 1.用学过的固体、液体、气体和热力学定律等物理知识来研究生活中的物理现象,下列说法正确的是(　　) A.把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔,它的尖端不会变钝 B.把两层棉纸分别放在有蜡迹的衣服两面,用热熨斗熨烫可除去蜡迹 C.利用海水降低温度放出大量的热量来发电,从而解决能源短缺问题 D.在封闭房间内把接通电源的冰箱门打开,一段时间后房间内的温度就会降低 2.玻璃吹制术是一项古老而成本昂贵的玻璃成型技术。在吹制工艺品时,吹制工手持一条空心铁管,一端从熔炉中蘸取熔化的玻璃液,再从另一端的吹嘴向里吹气,形成料泡。下列说法正确的是(　　) A.玻璃熔化时有确定的熔点 B.玻璃液对铁管是浸润的 C.玻璃沿不同方向的导热性能不同 D.料泡表面张力的方向指向料泡的中心 3.如图所示,固定在铁架台上的烧瓶,通过橡胶塞连接一根水平玻璃管,向玻璃管中注入一段液柱。用手捂住烧瓶,会观察到液柱缓慢向外移动。关于烧瓶内的气体,下列说法正确的是(　　) A.气体的压强变小　　　　　B.气体的内能增加 C.气体温度保持不变　　　　　D.气体向外释放热量 4.关于能量的转化,下列说法中正确的是(　　) A.尽管科技不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机却可以使温度降到-293 ℃ B.第一类永动机违背能量守恒定律,第二类永动机不违背能量守恒定律,随着科技的进步和发展,第二类永动机可以制造出来 C.空调机既能制热又能制冷,说明传热不存在方向性 D.热量不可能由低温物体传给高温物体而不发生其他变化 5.一定质量的理想气体在某温度下的等温线如图中虚线所示,该气体从此温度下的状态a开始绝热膨胀,图中实线能反映此变化过程的是(　　) 6.一定质量的理想气体从状态a开始,经历三个过程ab、bc、ca回到原状态,其p-T图像如图所示。下列判断正确的是(　　) A.a、b和c三个状态中,状态a分子的平均动能最大 B.过程ab中,气体一定从外界吸收热量 C.过程bc中,气体既不吸热也不放热 D.过程ca中,气体一定对外界做功 7.如图甲所示,在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积S=100 cm2、质量不计且光滑的活塞密封一定质量的气体,活塞上放置一质量为m的重物。图乙是密闭气体从状态A变化到状态B的V-T图像,密闭气体在A点的压强pA=1.03×105 Pa,从状态A变化到状态B的过程中吸收热量Q=500 J。已知外界大气压强p0=1.01×105 Pa,下列说法正确的是(　　) 甲　　乙 A.重物质量m=1 kg B.气体在状态B时的体积为8.0×10-2 m3 C.从状态A变化到状态B的过程,气体对外界做功202 J D.从状态A变化到状态B的过程,气体的内能增加294 J 二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。每小 题有多个选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分) 8.下列说法中正确的是(　　) A.单晶体的所有物理性质都是各向异性的 B.液晶是液体和晶体的混合物 C.露珠呈球形是由于液体表面张力的作用 D.在毛细现象中,毛细管中的液面有的升高,有的可能降低 9.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航天器后要“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内为真空,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 10.如图所示,两固定绝热活塞把内壁光滑的绝热汽缸分成体积相等的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三部分,左侧活塞上带有阀门K,开始时阀门K关闭,Ⅰ、Ⅲ内理想气体的压强相等,Ⅱ内为真空。t1时刻打开阀门K,经过一段时间稳定后,t2时刻取消右侧活塞的固定状态,在t3时刻右侧活塞停止运动。下列说法正确的是(　　) A.阀门K打开后,气体自Ⅰ向Ⅱ的扩散遵循热力学第二定律 B.Ⅰ中气体在t2时刻的压强是t1时刻的 C.Ⅰ中气体在t3时刻的温度高于t1时刻的温度 D.t2~t3时间内,Ⅲ中气体的内能不变 三、非选择题(本题共5小题,共54分) 11.(6分)“骑行一族”在野外可用以下简单的方法快速制取少量的冰块。如图所示,把自行 车应急充气用的钢制二氧化碳气瓶放到装有少量水的杯子中,打开气阀,瓶内高压气体持续放气一段时间后,杯中的水便结成了冰。在此过程中,二氧化碳气体对外界做　　　　(填“正”或“负”)功,根据热力学第一定律,气体的分子平均动能　　　　(填“增大”或“减小”),故温度降低。  12.(8分)如图1所示,小明用一个带有刻度的注射器及压强传感器来探究一定质量气体在温度不变时压强与体积的关系。 (1)实验过程中,下列说法中错误的是　　　　。  A.推拉活塞时,动作要慢 B.推拉活塞时,手不能握住注射器筒有气体的部位 C.压强传感器与注射器之间的软管脱落后,应立即重新接上,继续实验并记录数据 D.活塞与注射器筒之间要保持润滑又不漏气 (2)在验证玻意耳定律的实验中,如果将实验所得数据在图2所示的p-图像中标出,可得图2中　　　　线。如果实验中,使一定质量气体的体积减小的同时,温度逐渐升高,则根据实验数据将描出图2中　　　　线。(均填“甲”“乙”或“丙”)  13.(10分)某探究小组设计了一个报警装置,其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S=100 cm2、质量m=1 kg的活塞密封一定质量的理想气体,活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA=300 K、活塞与容器底的距离h0=20 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热,活塞缓慢上升d=3 cm恰好到达容器内的卡口处,此时气体达到状态B。活塞保持不动,气体继续被加热至温度TC=363 K的状态C时触发报警器。已知从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU=158 J,取外界大气压p0=0.99×105 Pa,求气体: (1)在状态C的压强; (2)由状态A到状态C过程中从外界吸收的热量Q。 14.(14分)如图甲所示,两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H=16 cm的U形管,左管上端封闭,右管上端开口。右管中有高h0=4 cm的水银柱,水银柱上表面离管口的距离l=10 cm。管底水平段的体积可忽略,环境温度T1=280 K,大气压强p0=76 cmHg。 (1)若从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙),恰好使水银柱下端到达右管底部,求此时水银柱的高度h1; (2)若缓慢将U形管倒置,再对密封气体缓慢加热,直至水银柱下表面恰与右管口平齐,如图乙所示,求此时密封气体的温度T2。 15.(16分)孔明灯在中国有非常悠久的历史,热气球的原理与其相同。热气球由球囊、吊篮和加热装置三部分构成。如图所示,某型号热气球的球囊、吊篮和加热装置总质量m=160 kg,球囊容积V0=2 000 m3。大气密度为1.2 kg/m3,环境温度恒为16 ℃。在吊篮中装载M=460 kg的物品,点燃喷灯,热气球从地面升空。升空后通过控制喷灯的喷油量操纵气球的升降。热气球运动过程中受到的空气阻力与其速率成正比,即f=kv,其中k=500 kg/s,不计大气压强随高度的变化,忽略球囊的厚度、搭载物品的体积及喷油导致的装置总质量变化。当热气球在空中以1.6 m/s的速度匀速上升时,求: (1)球囊内气体的质量; (2)球囊内气体的温度。 答案全解全析 1.B　把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔,表面张力作用使表面积趋向最小,从而使裂口处的尖端变钝,故A错误;放在衣服上面和下面的棉纸内有许多细小的孔道起着毛细管的作用,当蜡受热熔化成液体后,就会被棉纸吸掉,故B正确;根据热力学第二定律可知,降低海水温度放出热量,会引起其他的变化,发电效率低,此方法不符合实际应用条件,故C错误;在封闭房间内把接通电源的冰箱门打开,电流做功,电能转化为内能,室内温度会升高,故D错误。故选B。 2.B　玻璃是非晶体,没有确定的熔化温度,A错误;由题意知,在吹制工艺品时,吹制工用一条空心铁管从熔炉中蘸取熔化的玻璃液,可以判断,玻璃液能浸润铁管,B正确;玻璃是非晶体,具有各向同性,所以玻璃沿不同方向的导热性能相同,C错误;料泡表面张力的方向沿着表面的切线方向,D错误。 3.B　对液柱进行分析,由于液柱处于水平玻璃管中,大气对液柱的压力与烧瓶内气体对液柱的压力平衡,可知,气体压强等于大气压,即气体的压强不变,故A错误;用手捂住烧瓶,烧瓶内的气体温度升高,忽略气体的分子势能,则气体内能由温度决定,即气体的内能增加,故B正确,C错误;液柱缓慢向外移动,气体体积增加,气体对外做功,气体温度升高,内能增大,根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量,故D错误。故选B。 4.D　尽管科技不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机不可以使温度降到-293 ℃,只能接近-273.15 ℃,不能达到,故A错误;第一类永动机违背能量守恒定律,第二类永动机不违背能量守恒定律,但违背热力学第二定律,所以第二类永动机不可能制造出来,故B错误;自发传热具有方向性,而空调的双向调温是通过外界做功实现的,并非打破了传热方向,故C错误;由热力学第二定律可知,热量不可能由低温物体传给高温物体而不发生其他变化,故D正确。 5.A　气体绝热膨胀,对外做功,根据热力学第一定律及理想气体状态方程可知,气体的内能减小,温度降低,p、V乘积减小,故A正确。 6.B　由图可知,状态a气体温度最低,分子的平均动能最小,故A错误;由图可知,过程ab中气体做等容变化,气体不做功,气体的温度升高,内能增加,由热力学第一定律可知,气体一定从外界吸收热量,故B正确;由图可知,过程bc中气体做等温变化,气体的内能不变,压强减小,体积变大,气体对外界做功,由热力学第一定律可知,气体从外界吸热,故C错误;由图可知,过程ca中气体做等压变化,气体温度降低,可知,气体体积减小,则外界一定对气体做功,故D错误。故选B。 7.D　在状态A,对重物和活塞整体,根据平衡条件有mg+p0S=pAS,解得m=2 kg,A错误;根据题图乙可知,从状态A变化到状态B的过程,气体做等压变化,有=,解得VB=8.0×10-3 m3,B错误;从状态A变化到状态B的过程,气体对外界做功W=pA(VB-VA)=206 J,气体的内能增加ΔU=Q-W=294 J,故C错误,D正确。 8.CD　单晶体具有各向异性,是指某一物理性质具有各向异性,但并不是所有物理性质都具有各向异性,A错误;液晶兼有晶体和液体的部分性质,但不是液体和晶体的混合物,B错误;液体表面张力有使液体收缩到表面积最小的趋势,故露珠呈球形,C正确;由于浸润与不浸润,毛细管中的液面有的升高,有的可能降低,D正确。 9.CD　当阀门K打开后,A中的气体进入B中,由于B中为真空,所以虽然气体体积膨胀,但对外不做功;又因为系统与外界无热交换,所以气体内能不变,此气体可近似看成理想气体,则气体分子间的分子势能可忽略不计,视为零,则气体的分子动能不变,气体的温度不变,A、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。 10.ABC　阀门K打开后,气体自Ⅰ向Ⅱ的扩散是不可逆的,遵循热力学第二定律,A正确;气体自Ⅰ向Ⅱ中扩散时不做功,总内能不变,温度不变,体积变为原来的2倍,由理想气体状态方程=C可知,Ⅰ中气体在t2时刻的压强是t1时刻的,B正确;t2~t3时间内,Ⅲ中气体通过活塞对Ⅰ、Ⅱ中的气体做功,Ⅲ中气体的内能减小,温度降低,Ⅰ、Ⅱ中气体的内能增加,温度升高,C正确,D错误。故选A、B、C。 11.答案　正(3分)　减小(3分) 解析　由题意可知,打开气阀后,二氧化碳气体体积增大,则二氧化碳气体对外界做正功;气体还来不及与外界发生热交换便扩散到周围环境中,由热力学第一定律可知,气体的内能减小,则气体分子的平均动能减小,故温度降低。 12.答案　(1)C(2分)　(2)乙(3分)　甲(3分) 解析　(1)实验过程中,推拉活塞时,动作要慢,避免因推拉活塞过快使封闭气体温度升高,故A正确,不符合题意;推拉活塞时,手不能握住注射器筒有气体的部位,否则会使气体温度升高,故B正确,不符合题意;压强传感器与注射器之间的软管脱落后,气体的质量发生了变化,如立即重新接上,继续实验,将出现较大误差,故C错误,符合题意;为了防止摩擦生热及气体质量变化,活塞与注射器筒之间要保持润滑又不漏气,故D正确,不符合题意。故选C。 (2)根据理想气体状态方程=C,可得p=CT·,实验中T不变,可知p与成正比,故可得图2中的乙线。如果实验中,使一定质量气体的体积减小的同时,温度逐渐升高,由上述分析可知,p-图线的斜率将变大,故将得到图2中的甲线。 13.答案　(1)1.05×105 Pa　(2)188 J 解析　(1)气体由状态A到状态B的过程中,发生等压变化,有=,其中VA=Sh0,VB=S(h0+d)(2分) 活塞缓慢上升,恰好到达卡口处,有pBS=p0S+mg(1分) 气体由状态B到状态C的过程中,发生等容变化,有=(2分) 联立解得pC≈1.05×105 Pa(1分) (2)由状态A到状态C的过程中,外界对气体做功为W=-pBSd=-30 J(2分) 由热力学第一定律有ΔU=W+Q(1分) 解得Q=ΔU-W=188 J(1分) 14.答案　(1)14 cm　(2)392 K 解析　(1)设管的横截面积为S,封闭气体发生等温变化,有 (p0+)(2H-h0-l)S=pHS(2分) 解得p=90 cmHg(2分) 又有p0+=p(2分) 解得=14 cmHg,则h1=14 cm。(1分) (2)根据题意可知,封闭气体的初态: p1=p0+=80 cmHg,V1=(2H-h0-l)S=18 cm·S,T1=280 K(2分) 封闭气体的末态: p2=p0-=72 cmHg,V2=(2H-h0)S=28 cm·S(2分) 根据=(2分) 解得T2=392 K。(1分) 15.答案　(1)1 700 kg　(2)135 ℃ 解析　(1)热气球匀速上升时,设球囊内气体的质量为m2,根据平衡条件得 F浮-mg-m2g-Mg-f=0(3分) 其中F浮=ρgV0,f=kv(2分) 解得m2=1 700 kg。(2分) (2)升温前球囊内气体的质量m1=ρV0(2分) 气体温度T1=t1+273 K=289 K(1分) 升温后,根据等压变化规律有=(2分) 且升温前后的体积满足=(2分) 解得T2=408 K(1分) 即t2=T2-273 K=135 ℃。(1分) 学科网（北京）股份有限公司 $