第三章 热力学定律 章末练习-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 章末练习 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（25-26高二下·全国·课前预习）人类设计了各种各样的永动机，但都以失败告终，说明设计必须遵循以下什么原则（      ） A．安全性 B．科学性 C．道德性 D．技术规范性 2．（24-25高二上·上海·课后作业）下列关于能源的说法正确的是（　　） A．石油、天然气、核能都是新能源 B．新能源是指新开采出来的能源 C．一次能源是直接来源于自然界的能源 D．石油是可再生能源 3．（25-26高二下·山东枣庄·阶段练习）下列说法正确的是（    ） A．判断晶体与非晶体主要方法是看是否在物理性质上各向异性 B．液晶是特殊晶体，既具有液体流动性，又具有晶体的各向异性 C．液体表面层分子间距离大于内部分子间距离致使液面各部分存在引力是产生表面张力原因 D．焦耳是法国物理学家，主要贡献是焦耳定律和热功当量 4．（2025高二上·江苏徐州·学业考试）下列关于能源的说法中，正确的是（　　） A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能 B．水能是不可再生能源 C．节约能源只要提高节能意识就行，与科技进步无关 D．由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大 5．（25-26高三上·山西忻州·开学考试）如图所示，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，其中A到B和C到D为等温过程，B到C和D到A为绝热过程，该循环称为卡诺循环，下列说法正确的是（    ）    A．过程中气体分子间的平均距离变小 B．过程中气体分子的平均动能不变 C．过程中气体的内能变大 D．卡诺循环气体需要向外界吸热 6．（25-26高三上·山东青岛·期末）如图所示，上细下粗圆柱形导热汽缸竖直放置，用有质量的“工”字形活塞密封一定质量的理想气体，外界大气压强恒定不变，不计活塞与汽缸内壁间摩擦。下列说法正确的是（　　） A．当环境温度缓慢升高时，活塞会向上移动 B．当环境温度缓慢升高时，两活塞间的轻质连杆上的力将变大 C．当环境温度缓慢升高时，气体从外界吸收热量，并对外界做功 D．若环境温度不变，在小活塞上面放一小物块，静止时，汽缸内压强增大 7．（25-26高二下·黑龙江牡丹江·阶段练习）如图所示是一定质量的理想气体的状态变化过程，则气体从状态M到状态N的过程中（　　）    A．温度保持不变 B．温度先升高，后又减小到初始温度 C．整个过程中气体对外做功，气体可能放热 D．气体的密度在不断增大 8．（25-26高三下·湖南·月考）某同学将一定质量的理想气体封闭在如图甲所示导热性能良好的注射器内，注射器通过非常细的导气管与压强传感器相连，将整套装置置于恒温水浴设备中，如图乙所示.开始时，恒温水浴设备温度为27℃，活塞位置对应刻度数为“8”，测得封闭气体压强为。使水浴设备中的水升温到77℃，此过程中未发现气泡，而后将活塞缓慢左推的过程中，发现导气管连接处有气泡产生时，此后立即进行气密性加固.继续缓慢压缩气体，当活塞位置对应刻度数为“4”时停止压缩，此时测得封闭气体的压强为。则该过程中（　　） A．泄漏气体的质量为最初气体质量的一半 B．泄漏气体产生的气泡在77℃恒温水中上升的过程中会吸收热量 C．在压缩气体的过程中，气体分子的平均动能变大 D．泄漏出的气体的内能与注射器内存留气体的内能相等 二、多选题 9．（25-26高二下·福建莆田·课后作业）下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是（　　） A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 B．能量耗散过程中能量是守恒的 C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律 D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 10．（25-26高三下·全国·阶段练习）下列说法正确的是（　　） A．物体的温度变化时，其内能一定随之变化 B．载重汽车卸去货物的过程中，外界对汽车轮胎内气体做负功 C．机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转化成机械能 D．在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而降低 E．气体的摩尔质量为M，分子质量为m，若1摩尔该气体的体积为V，则该气体单位体积内的分子数为 三、实验题 11．（25-26高三上·上海浦东新·阶段练习）在“用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，某组同学先后两次使用如图（a）所示实验装置获得多组注射器内封闭气体的体积V和压强p的测量值，并通过计算机拟合得到如图（b）所示两组p-V图线。      （1）实验过程中应避免手握注射器含空气柱的部分，这是为了________________，为检验气体的压强p与体积V是否成反比例关系，可将图线转化为________图线； （2）两组图线经检验均符合反比例关系，由图判断导致①、②两组数据差异的原因可能是________（多选）。 A．两组实验环境温度不同    B．两组封闭气体的质量不同 C． 某组器材的气密性不佳    D．某组实验中活塞移动太快 （3）某小组缓慢推活塞进行实验得到了数据图像①，验证了“玻意耳定律”，请从分子动理论的角度解释这个过程：________________。在这个过程中，理想气体________（选填“吸热”、“放热”或 “无热交换”）。 四、解答题 12．（24-25高二下·河南新乡·期末）如图所示、一定质量的理想气体从状态a开始经a→b，b→c，c→a三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过O点，气体在状态a的压强为、体积为，在状态b的体积为、温度为，在状态c的温度为，求： (1)气体在状态b的压强p； (2)气体在状态c的体积V； (3)从状态b到状态c，外界对气体做的功W。 13．（25-26高三下·重庆渝中·阶段练习）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时的热力学温度为450K，求图示热力学过程中： （1）该气体在状态B时的热力学温度； （2）该气体从状态A到状态C全程是吸热还是放热？与外界交换的热量是多少。 14．（24-25高二下·福建泉州·期末）如图所示，内壁光滑的绝热薄圆柱形汽缸直立在水平地面上，其横截面积，高，用一质量厚度可忽略的绝热活塞封闭一定质量的理想气体。汽缸缸口处有固定卡环，使活塞不会从汽缸中顶出，封闭气体可利用电热丝缓慢加热。初始状态封闭气体的温度为27℃，活塞正好位于汽缸中央。已知大气压强，汽缸密封良好。重力加速度大小取。 （1）求初始状态封闭气体的压强； （2）求活塞刚好上升到卡环处时封闭气体的温度； （3）若该封闭气体温度升高到800K的过程中，吸收了750J的热量，求此过程中气体内能的变化量。 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 章末练习-2025-2026学年高中物理人教版选择性必修第三册》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B C C A D C B B ABD BCE 1．B 【详解】A.安全性指的是设计不对人造成伤害，不符合题意要求，故A错误； B.科学性指的是设计不能违反基本的科学原理。第一类永动机违反了能量守恒定律，第二类永动机违反了热力学第二定律，因此都以失败告终，这说明设计必须遵循科学性，故B正确； C.道德性指的是设计要以为人服务为宗旨，不能处于某种不道德的目的，不符合题意要求，故C错误； D.技术规范性是有关开发生产技术的知识、领域、方法和规定的总和，不符合题意要求，故D错误； 故选B。 2．C 【详解】A．煤炭、石油和天然气是化石能源，属于常规能源，不是新能源，A错误； B．新能源是指新近才开始使用的能源，如核能、太阳能、地热能、潮汐能，B错误； C．一次能源是直接来自自然界而未经加工转换的能源，如石油，C正确； D．石油属于化石能源，化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源，D错误； 故选C。 3．C 【详解】A．晶体在物理性质上具有各向异性；而各向同性不一定是非晶体，有可能是多晶体，因此是否具有各向异性不能判断晶体与非晶体，故A错误； B．液晶是一种兼具液体的流动性和晶体的各向异性的特殊物质，并不是晶体，故B错误； C．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C正确； D．焦耳是英国物理学家，故D错误。 故选C。 4．A 【详解】A．煤、石油、天然气等化石燃料是由古代生物质经过地质作用形成的，而生物质来源于光合作用，其能量最初来自太阳能，故A正确； B．水能是通过水循环（如蒸发、降水）产生的，由太阳能驱动，可自然再生，因此属于可再生能源，故B错误； C．节约能源不仅需要提高节能意识，还需依赖科技进步（如高效发动机、隔热材料）来提高能源利用效率，故C错误； D．能量守恒定律表明能量总量不变，但热力学第二定律指出能量品质会降低，可用能量减少，节约能源可延缓资源枯竭和减少污染，因此意义重大，故D错误。 故选A。 5．D 【详解】A．过程中，理想气体等温膨胀，分子间的平均距离变大，故A错误； B．过程为绝热膨胀，外界对气体做负功，根据热力学第一定律可知，气体内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误； C．过程为等温压缩，分子的平均动能不变，内能不变，故C错误； D．过程中气体对外界做的功大于过程中外界对气体做的功，所以在一个循环中气体对外界做功，根据热力学第一定律可知气体需要向外界吸热，故D正确。 故选D。 6．C 【详解】B．对活塞受力分析，设外界大气压强为，气体压强，活塞上表面的面积为，活塞下表面的面积为，有 解得 由于大气压不变，活塞质量不变，所以气体是等压变化，轻质杆上的力不发生变化，故B项错误； A．由之前的分析可知，当环境温度缓慢升高时，气体发生的是等压变化，根据 可知，其气体的体积增加，所以活塞应该下降，故A项错误； C．由于是理想气体，所以温度升高，气体的内能增加，即 有热力学第一定律有 由之前的分析可知，气体的体积增加，即气体对外界做功，所以有 结合分析有 即气体从外界吸收热量，故C项正确； D．设小物块的质量为，此时气体的压强为，有 解得 可知，气体的压强变小，故D项错误。 故选C。 7．B 【详解】AB．根据理想气体状态方程 温度先升高，后又减小到初始温度，A错误，B正确； C．整个过程中气体的体积增大，气体对外做功；又因为初末状态气体的温度相同，气体的内能相同；根据热力学第一定律，气体吸收热量，C错误； D．根据 ，气体的质量不变，体积增大，所以气体的密度在不断减小，D错误。 故选B。 8．B 【详解】A．对被封闭气体，如没有泄漏气体，由 得此时若全部气体都在注射器内对应刻度应该为7，因此泄漏气体的质量为最初气体质量的，A错误； B．气泡在上升过程，随着压强的减小，体积将增大，气体对外做功，由热力学第一定律，温度不变内能不变，则此过程会吸收热量，B正确； C．注射器导热性能良好，在压缩气体的过程中，气体温度不变，气体分子的平均动能不变，C错误； D．由A项分析知泄漏出的气体的质量与注射器内存留气体的质量之比为，同种气体，在同样的状态下，显然泄漏出的气体内能小于残留气体的内能，选项D错误。 故选B。 9．ABD 【详解】A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律，故A正确； B．能量守恒定律是自然界中的基本规律，能量耗散过程中能量是守恒的，故B正确； C．电冰箱的制冷系统通过做功能够不断地把冰箱内的热量传到外界，不违背热力学第二定律，故C错误； D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故D正确。 故选ABD。 10．BCE 【详解】A．影响物体内能的因素有多个，温度变化，分子平均动能会变化，但内能不一定变化，A错误； B．卸去货物过程，轮胎内的气体体积增大，则外界对气体做负功，B正确； C．机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转化成机械能，C正确； D．压强不变，温度降低，则分子平均动能减小，则撞击力度减小，则只有增加对器壁单位面积平均碰撞次数，D错误； E．阿伏加德罗常数 单位体积内气体的物质的量 则该气体单位体积内的分子数为 E正确。 故选BCE。 11． 控制气体的温度不发生变化 或 AB/BA 见解析 放热 【详解】（1）[1] 实验过程中应避免手握注射器含空气柱的部分，这是为了控制气体的温度不发生变化。 [2] 根据理想气体状态方程 可得 或 为检验气体的压强p与体积V是否成反比例关系，能较直观的判定该关系，可将图线转化为或图像。 （2）[3]AB．根据，由曲线可知对于同一V值所对应的p值不同，故两组注射器内气体的p与V的乘积不相等，可知当气体质量一定时，若两组实验环境温度T不同， pV乘积不等；同理，当两组封闭气体的质量不同时，pV乘积不等，故AB正确； CD．若某组器材的气密性不佳，在实验中会漏气，气体质量会持续变化，此时不可能得到反比例关系图线；同理，若某组实验中活塞移动太快，会使注射器内封闭气体的温度不断变化，此时图线也不可能符合反比例关系，故CD错误。 故选AB。 （3）[4]一定质量的理想气体，其分子总数是一个定值，当温度保持不变时，则分子的平均速率也保持不变，当其体积增大几倍时，则单位体积内的分子数变为原来的几分之一，因此气体的压强也减为原来的几分之一；反之若体积减小为原来的几分之一，则压强增大几倍，即压强与体积成反比，这就是玻意耳定律。 [5]缓慢推活塞，气体体积减小，外界对气体做功，而温度保持不变则气体内能不变，故气体放热。 12．(1) (2) (3) 【详解】（1）气体从状态a到状态b做等温变化，根据玻意耳定律有 解得气体在状态b的压强为 （2）气体从状态b到状态c做等压变化，根据盖·吕萨克定律有 解得气体在状态c的体积为 （3）气体从状态b到状态c做等压收缩变化，外界对气体做的功为 代入数据解得 13．（1）150K；（2）吸热，200J 【详解】（1）气体从状态A到状态B做等容变化，由查理定律有 解得 TB＝150 K 气体从状态B到状态C做等压变化，由盖－吕萨克定律有 解得 TC＝450 K （2）因为状态A和状态C温度相等，且理想气体的内能是所有分子的动能之和，温度是分子平均动能的标志，所以在这个过程中ΔU＝0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得 Q＝－W 在整个过程中，气体在B到C过程对外做功，因此 W＝－pBΔV＝－200 J 即 Q＝－W＝200 J 是正值，所以气体从状态A到状态C过程中是吸热，吸收的热量 Q＝200 J 14．（1）；（2）；（3） 【详解】（1）对活塞分力分析有 解得 （2）活塞到达缸口卡环之前压强不变，由盖吕萨克定律有 解得 （3）由于，可知活塞到达缸口卡环，气体对外做功为 由热力学第一定律得 解得 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 $