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（人教版）

( 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 封 线 内 不 要 答 题 ) 第三章　热力学定律 注意事项 1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。 2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。 一、单项选择题(本大题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求) 1.关于系统的内能及其变化,下列说法中正确的是(　　) A.系统的温度改变时,其内能必定改变 B.系统对外做功,其内能不一定改变;向系统传递热量,其内能不一定改变 C.对系统做功,系统内能必定改变;系统向外传递一定热量,其内能必定改变 D.若系统与外界不发生热交换,则系统的内能必定不改变 2.如图所示健身球是一种内部充满气体的健身辅助器材,已知球内的气体可视为理想气体,当人体缓慢离开健身球时球内气体体积缓慢增大。当球内气体缓慢变化时可认为球内气体温度不变且能发生充分的热交换。则人体缓慢离开健身球过程中,下列说法正确的是(　　) A.球内气体对外做功 B.球内气体压强变大 C.球内气体对外放热 D.球内气体分子热运动的平均动能增大 3.现利用固定在潜水器体外的一个密闭汽缸做验证性实验。如图,汽缸内封闭一定质量的理想气体,轻质导热活塞可自由移动。在潜水器缓慢下潜的过程中,海水温度逐渐降低,则此过程中理论上(　　) A.外界对气体所做的功小于气体向外界放出的热量 B.单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数减少 C.气体体积与潜水器下潜的深度成反比 D.气体压强与潜水器下潜的深度成正比 4.一定质量的理想气体从状态a开始,依次经状态b、c、d再次回到状态a的p-V图像如图所示。已知由a到b和由c到d均为等温过程、由b到c和由d到a均为等容过程,下列说法正确的是(　　) A.由a到b的过程中,气体对外界做功 B.由a到b的过程中,气体向外界放热 C.由d到a的过程中,气体内能保持不变 D.由d到a的过程中,气体内能不断增大 5.保温壶内有少量热水,用壶盖将壶口盖住,壶内气体的压强为1.2p0,温度为87 ℃。一段时间后,壶内气体压强降为1.05p0,温度变为57 ℃。不计壶内水体积的变化及水的蒸发和凝结,将壶内气体看成理想气体,已知环境大气压强为p0,温度为20 ℃,热力学温度T与摄氏温度t的关系为T=t+273 K,则在这一过程中(　　) A.壶内气体对外界不做功 B.壶内气体的质量保持不变 C.壶内气体发生了泄漏现象 D.单位时间内气体分子对壶内壁撞击的次数不变 6.如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,先变化到状态b,最后变化到状态c。下列说法正确的是(　　) A.在a→b过程中气体向外界放热 B.在a→b过程中气体分子的平均动能变大 C.在b→c过程中气体对外界做功 D.在b→c过程中气体分子单位时间内撞击单位面积容器壁的次数不变 7.如图所示,固定在水平地面上的汽缸,通过一个轻质活塞封闭了一定质量的理想气体。初始时,活塞距离汽缸左端0.5 m,气体温度为300 K。现通过电热丝对气体缓慢加热,当气体温度升高到T时,活塞移动了0.2 m,不计活塞与汽缸壁之间的摩擦,外界大气压强恒定。下列说法正确的是(　　) A.T=480 K B.气体膨胀过程中,气体的压强逐渐增大 C.气体膨胀过程中,单位时间内撞击活塞单位面积上的分子数减少 D.气体膨胀过程中,气体从外界吸收的热量等于气体内能的增加量 二、多项选择题(本大题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,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,有选错或不答的得0分) 8.如图,一开口向上的导热汽缸内,用活塞封闭了一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上,使其缓慢下降。环境温度保持不变,系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中(　　) A.气体压强逐渐增大,放出热量　　　　　B.气体体积逐渐减小,内能增加 C.外界对气体做功,气体内能不变　　　　　D.外界对气体做功,气体吸收热量 9.如图所示,一定质量的理想气体经历了a→b→c→a的循环过程,气体在a、b、c状态下的体积分别为Va、Vb、Vc,下列说法正确的是(　　) A.a→b过程气体对外做功　　　　B.b→c过程气体内能不变 C.c→a过程气体从外界吸热　　　　D.Va=Vb<Vc 10.物质的量为n的单原子理想气体初始状态压强为2p0,体积为V0,对应图中的a点。现在这部分气体经过等压膨胀,体积变为2V0,对应图中的b点,气体在状态b经等温膨胀至状态c,压强变为p0,又经等压压缩至状态d,最后等温压缩回到状态a。已知理想气体的体积V、压强p和热力学温度T满足方程pV=nRT,单原子理想气体的内能U满足关系U=nRT,其中R为常数,n为物质的量。根据以上信息可以判断(　　) A.气体在状态a时的内能为3p0V0 B.气体在状态b时温度为 C.由c到d的过程外界对气体做功为4p0V0 D.由c到d的过程气体向外界放热 三、非选择题(本大题共5小题,共54分) 11.(7分)小明同学设计了一种测温装置,用于测量室内的气温(室内的气压为一个标准大气压,相当于76 cm水银柱产生的压强),结构如图所示,大玻璃泡A内有一定量的气体,与A相连的B管插在水银槽中,B管中气体的体积与玻璃泡A的容积相比可忽略不计,管内水银面的高度x可反映玻璃泡内气体的温度,即环境温度。将这个简易温度计放入冰箱,静置一段时间后,玻璃泡内气体的温度降低。 (1)玻璃泡内的气体温度降低,则分子的平均动能　　　　　,气体压强　　　(前面两空均选填“变大”“变小”或“不变”),请用分子动理论的观点从微观角度解释气体压强变化的原因:　　　　　　　。  (2)温度计放入冰箱后,B管内水银柱液面会　　　　　(选填“升高”“降低”或“不变”)。设玻璃泡内气体内能变化的绝对值为ΔU,外界对气体做功的绝对值为W,则气体在这个过程中　　　　　(选填“吸热”或“放热”),传递的热量大小为　　　　　。  (3)冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气,这说明　　　　。  A.热量能自发地从低温物体传到高温物体 B.热量不可以从低温物体传到高温物体 C.热量的传递过程不具有方向性 D.热量从低温物体传到高温物体,必然引起其他变化 12.(9分)用如图所示装置完成“探究气体等温变化的规律”实验。 (1)关于实验,下列说法正确的是　　　　。  A.实验时需要用手扶住注射器外壁,以防止注射器在实验过程中晃动 B.在柱塞上涂上润滑油,保持良好的封闭性 C.实验时缓慢地向上拉或向下压柱塞,是为了尽量减小注射器与柱塞间的摩擦 D.封闭一定质量的气体时,先要摘除橡胶套,拉动柱塞使之移到适当位置后,再用橡胶套封闭注射器的注射孔 (2)封闭气体的压强缓慢增大时,封闭气体　　　　(填“从外界吸热”或“向外界放热”)。  (3)某实验小组进行了两次正确的操作,并由记录的数据作出了p-图像,如图中1、2图线所示。若两次实验气体的质量一定,则气体温度T1　　　　T2(选填“>”“<”或“=”);若两次实验气体的温度相同,则气体质量m1　　　　m2(选填“>”“<”或“=”)。  13.(8分)一定质量的理想气体由M→N变化的p-V图线为如图所示的直线。已知气体在此过程中的最高热力学温度Tmax=320 K,此时气体压强为2.0×105 Pa,气体内能的变化满足ΔU=δΔT,常量δ=1 000 J/K,求: (1)M→N过程中气体对外界做的功W; (2)气体在状态M时的热力学温度TM及M→N过程中气体从外界吸收的热量Q。 14.(14分)如图所示,绝热汽缸开口向上竖直放置,其内用质量为m=1 kg、横截面积为S=1×10-2 m2的绝热活塞封闭一定质量的理想气体。初始时汽缸内气体的热力学温度为300 K,活塞处于A位置,与汽缸底相距L=0.2 m。已知大气压强p0=1.0×105 Pa,理想气体内能U正比于热力学温度T,活塞厚度、电热丝体积以及活塞与汽缸壁间的摩擦均不计。现通过汽缸内的电热丝加热气体,活塞缓慢上升h=0.2 m到达B位置,求: (1)活塞到达B位置时气体的热力学温度; (2)若初始气体内能U=100 J,活塞缓慢上升h=0.2 m过程中,气体吸收的热量。 15.(16分)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T0,压强等于大气压强p0。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L0,劲度系数为k=,大气压强为p0=,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p1和温度T1; (2)求当活塞b刚到达汽缸连接处时,活塞间气体的温度T2; (3)两活塞间封闭气体的温度从T1升高到T2的过程中,封闭气体的内能增加了ΔU,求该过程中封闭气体从外界吸收的热量。 答案与分层梯度式解析 1.B 2.A 3.A 4.B 5.C 6.A 7.C 8.AC 9.BD 10.AD 1.B　系统的温度改变时,其内能不一定改变,故A错误。根据热力学第一定律可知,系统对外做功或外界对系统做功,系统的内能不一定改变;向系统传递热量或系统向外传递一定热量,系统的内能不一定改变,故B正确,C错误。若系统与外界不发生热交换,系统对外做功或外界对系统做功,则系统的内能发生变化,故D错误。 2.A　人体缓慢离开健身球过程中,球内气体体积缓慢增大,则球内气体对外做功,故A正确;人体缓慢离开健身球过程中,球内气体能与外界发生充分的热交换,球内气体的温度不变,而体积变大,由pV=C可知,球内气体压强变小,故B错误;人体缓慢离开健身球过程中,球内气体温度不变,则球内气体分子热运动的平均动能不变,球内气体内能不变,ΔU=0,球内气体对外做功,W<0,由热力学第一定律ΔU=W+Q,可得Q>0,即球内气体从外界吸热,故C、D错误。 3.A　因为轻质导热活塞可自由移动,所以封闭气体的压强等于外界压强。在潜水器缓慢下潜过程中,外界压强增大,气体压强也增大,海水温度T逐渐降低,根据理想气体的状态方程=C可知,气体体积V减小,外界对气体做功,W>0,又因为温度降低,气体内能减小,即ΔU<0,故由ΔU=W+Q可知,气体向外界放热,外界对气体所做的功小于气体向外界放出的热量,故A正确;温度降低,气体分子的平均速率减小,但压强增大,故单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多,故B错误;设潜水器下潜深度为h,气体压强p=p0+ρgh,由=C知当温度降低时,V与潜水器下潜的深度h不成反比,故C错误;由压强p=p0+ρgh可知压强p与深度h是一次函数关系,但不是成正比关系,故D错误。 4.B　a到b的过程中,气体体积减小,外界对气体做功,A错误;a到b的过程等温,气体内能不变,ΔU=0,外界对气体做功,W>0,由ΔU=Q+W知Q<0,即气体向外界放热,B正确;d到a的过程,气体体积不变,压强减小,气体温度降低,气体内能减小,C、D错误。 5.C　壶内气体初始状态的温度T1=(87+273) K=360 K,末状态的温度T2=(57+273) K=330 K,根据理想气体状态方程有=,解得=,可知,气体体积变大,气体对外界做功,故A错误;根据题意,不计壶内水体积的变化及水的蒸发和凝结,结合上述,气体体积变大,反映了壶内气体发生了泄漏现象,壶内气体质量减小,故B错误,C正确;结合题意可知,气体体积增大,单位体积内气体分子数目减小,气体温度降低,气体分子运动的平均速率减小,则单位时间内气体分子对壶内壁碰撞的次数减少,故D错误。 6.A　由题图可知,在a→b过程中气体体积减小,外界对气体做功,根据=C可得p=TC·,可知a→b过程中气体的温度不变,则气体分子的平均动能不变,内能不变,根据热力学第一定律可知气体向外界放出热量,故A正确,B错误;在b→c过程中气体体积减小,外界对气体做功,气体压强不变,根据=C可知,气体温度降低,气体分子的平均速率减小,则气体分子单位时间内撞击单位面积容器壁的次数增加,故C、D错误。 7.C　活塞向右运动,不计活塞与汽缸间的摩擦,外界大气压强保持不变,则整个过程属于等压变化,气体压强与外界大气压强大小相等,保持不变,根据盖-吕萨克定律可得=,代入数据解得T=420 K,故A、B错误;气体的温度升高,体积增大,气体分子的平均速率增大,而气体压强不变,则气体分子在单位时间内撞击单位面积活塞的次数减少,故C正确;活塞向右移动,气体对外做功,气体温度升高,气体内能增大,根据热力学第一定律可知,气体从外界吸收的热量大于气体内能的增加量,故D错误。 8.AC　活塞缓慢下降,则气体体积减小,外界对气体做功,即W>0,因温度不变,则气体内能不变,即ΔU=0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可得Q<0,即气体放出热量;气体体积减小,温度不变,根据=C可知压强变大,故A、C正确,B、D错误。 9.BD　a→b过程,对应的p-T图线的反向延长线过原点,故气体体积不变,则气体对外不做功,故A错误;b→c过程,气体温度不变,则气体内能不变,故B正确;c→a过程,气体压强一定,温度降低,根据盖-吕萨克定律可知,气体体积减小,故外界对气体做功,温度降低,气体内能减小,根据热力学第一定律可知,c→a过程气体向外界放热,故C错误;a→b过程,气体体积不变,b→c过程,气体温度不变,气体压强减小,根据玻意耳定律可知,气体体积增大,则有Va=Vb<Vc,故D正确。 10.AD　气体在状态a时,根据pV=nRT,U=nRT 可知内能为U=paVa=×2p0V0=3p0V0,A正确;气体在状态b时体积变为2V0,从a到b等压膨胀,根据pV=nRT,可得温度为Tb==,B错误;从b到c等温膨胀,则2p0·2V0=p0Vc,解得Vc=4V0,从d到a为等温压缩,则p0Vd=2p0·V0,解得Vd=2V0,由c到d的过程外界对气体做功为W=p0(Vc-Vd)=2p0V0,C错误;由c到d的过程,气体等压压缩,则气体体积减小,外界对气体做功,气体温度降低,内能减小,根据热力学第一定律可知,气体向外界放热,D正确。 11.答案　(1)变小(1分)　变小(1分)　见解析(1分)　(2)升高(1分)　放热(1分)　W+ΔU(1分)　(3)D(1分) 解析　(1)温度降低,可知气体分子的平均动能变小,当气体体积不变时,气体分子的数密度不变,气体的温度降低,气体分子热运动的剧烈程度降低,可知平均每个气体分子与容器壁碰撞时的作用力变小,且单位时间内气体分子与单位面积容器壁碰撞的次数减少,故气体的压强变小。 (2)温度降低,气体内能减小,气体压强减小,B管内水银柱液面升高,外界对气体做功,气体放热,根据热力学第一定律可得-ΔU=W-Q,可得气体放出的热量Q=W+ΔU。 (3)向压缩机供电,冰箱把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气,说明热量从低温物体传到高温物体,必然引起其他变化。故选D。 12.答案　(1)BD(3分)　(2)向外界放热(2分)　(3)>(2分)　>(2分) 解析　(1)用手扶住注射器外壁会导致封闭气体的温度升高,故A错误;在柱塞上涂上适量润滑油,可减少摩擦并保证密封性,防止漏气,故B正确;实验时缓慢地向上拉或向下压柱塞,是为了防止操作过快导致封闭气体的温度发生变化,故C错误;封闭一定质量的气体时,先要摘除橡胶套,拉动柱塞使之移到适当位置后,再用橡胶套封闭注射器的注射孔,故D正确。 (2)封闭气体的压强缓慢增大时,温度不变,可知封闭气体的体积减小,外界对气体做功,W>0,封闭气体温度保持不变,则ΔU=0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可得Q<0,故封闭气体向外界放热。 (3)若两次实验气体的质量一定,根据理想气体状态方程=C,可得p=CT,故p-图线的斜率k=CT,由于k1>k2,所以T1>T2;若两次实验气体的温度相同,则单个气体分子每次对器壁的平均撞击力相同,由题图可知在气体体积相同时,p1>p2,说明第一次实验时气体分子的数密度更大些,所以气体的分子数更多些,所以m1>m2。 13.答案　(1)4×105 J　(2)240 K　4×105 J 解析　(1)由M→N变化的过程中,气体体积变大,则p-V图线与横轴所围的面积表示气体对外界做的功,(1分) 可得W= J=4×105 J(2分) (2)设气体在状态N时的热力学温度为TN,某状态时气体的压强、体积、热力学温度分别为p、V、T,则有 ==(2分) 由题图可知当p=2.0×105 Pa时V=2 m3,T取最大值Tmax=320 K,代入上式解得TM=TN=240 K(1分) 可知从状态M到状态N,ΔU=δΔT=0(1分) 所以从M→N的过程,气体从外界吸收的热量等于气体对外界做的功,即Q=W=4×105 J(1分) 14.答案　(1)600 K　(2)302 J 解析　(1)活塞上升0.2 m过程气体做等压变化,根据盖-吕萨克定律=可得=(2分) 代入数据解得T2=600 K(2分) (2)活塞上升0.2 m过程,对活塞受力分析可知p1S=p0S+mg(2分) 气体对外做功,W=-p1Sh(1分) 代入数据解得W=-202 J(1分) 因为气体的内能U正比于热力学温度T,设U=kT1(1分) 则U'=kT2(1分) 解得U'=200 J(1分) 内能的改变量ΔU=U'-U=100 J(1分) 根据热力学第一定律ΔU=W+Q(1分) 解得Q=302 J(1分) 15.答案　(1)　T0　(2)T0　(3)ΔU+mgL0 解析　(1)设初始状态弹簧的伸长量为x0,则对活塞b有kx0=mg(1分) 解得x0=== 初始状态气体体积V0=S(L0+x0)=L0S(1分) 活塞a刚要开始向上运动时,设弹簧弹力大小为F,对活塞a有2p0S+2mg+F=p1·2S(1分) 对活塞b有p0S+F=mg+p1S(1分) 解得p1=p0+=+=,F=4mg(1分) 设活塞a刚要开始运动时弹簧伸长量为x1,由胡克定律得x1====(1分) 此时气体的体积V1=S(L0+x1)=L0S(1分) 对活塞间气体由理想气体状态方程得=(1分) 解得T1=T0(1分) (2)当活塞b刚到达汽缸连接处时,设活塞间气体的温度为T2,活塞a运动后,活塞间气体压强保持不变,弹簧长度也保持不变,由盖-吕萨克定律得=(2分) 解得T2=T0(1分) (3)设两活塞间封闭气体的温度从T1升高到T2的过程中,外界对气体做的功为W,则W=-p1·ΔV(1分) 又ΔV=(2S-S)(L0+x1)=L0S(1分) 根据热力学第一定律得ΔU=W+Q(1分) 解得Q=ΔU+mgL0(1分) 学科网（北京）股份有限公司 $