第三章 热力学定律 章末检测-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 章末检测 (满分：100分) 一、选择题:(本题12小题) 1．关于内能，以下说法正确的是(　　) A．做功和传热在改变物体内能的效果上是等效的 B．只要物体温度不变，它的内能就不变 C．每个分子的内能等于这个分子的势能和动能的总和 D．物体只要与外界进行热交换，其内能就一定变化 2．关于能量的转化，下列说法中正确的是(　　) A．满足能量守恒定律的物理过程都能自发地进行 B．不但能量的总量保持不变，而且能量的可利用性在逐步提高 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 3．关于内能、温度和热量，下列说法正确的是(　　) A．物体的温度升高时，一定吸收热量 B．物体沿斜面下滑时，内能将增大 C．物体沿斜面匀速下滑时，内能可能增大 D．内能总是从高温物体传递给低温物体，当内能相等时传热停止 4．某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么(　　) A．外界对胎内气体做功，气体内能减小 B．外界对胎内气体做功，气体内能增大 C．胎内气体对外界做功，内能减小 D．胎内气体对外界做功，内能增大 5．如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走．若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中的下列说法中正确的是(　　) A．气体对外做功，气体温度一定变化 B．气体对外做功，内能可能不变 C．气体压强可能增大，内能可能不变 D．气体从外界吸热，内能一定增大 6.如图所示，导热性良好的汽缸内密封的气体(可视为理想气体)在等压膨胀过程中，下列关于气体说法正确的是(　　) A．气体内能可能减少 B．气体会向外界放热 C．气体吸收的热量大于对外界所做的功 D．气体分子的平均动能将减小 7．如图所示的两端开口的U形管中，盛有同种液体，并用阀门K将液体隔成左、右两部分，左边液面比右边液面高．现打开阀门K，从打开阀门到两边液面第一次平齐的过程中，液体向外放热为Q，内能变化量为ΔU，动能变化量为ΔEk；大气对液体做功为W1，重力做功为W2，液体克服阻力做功为W3，由功能关系可得①W1＝0；②W2－W3＝ΔEk；③W2－W3＝Q＝ΔU；④W3－Q＝ΔU，其中，正确的是(　　) A．①②③ B．①②④ C．②③ D．①③ 8.如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能转动较长时间，下列说法正确的是(　　) A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 9．(多选)下列关于物体内能的各种说法中正确的是(　　) A．物体内能的改变有两种方式：做功和传热，两者在内能的改变上是等效的 B．在有其他影响的情况下，可以把内能全部转化为有用功 C．内能可以由低温物体转移到高温物体而不引起其他变化 D．在内能的转化和转移过程中，虽然存在能量损失，但总能量依然守恒 10．(多选)景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒．猛推推杆，艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程中(　　) A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．外界对气体做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 11.(多选)如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a.下列说法正确的是(　　) A．在过程ab中气体的内能增加 B．在过程ca中外界对气体做功 C．在过程ab中气体对外界做功 D．在过程bc中气体从外界吸收热量 12.(多选)如图所示，一导热性能良好的金属汽缸放置在水平面上，汽缸内封闭了一定质量的理想气体，现缓慢地在活塞上堆放一定质量的沙土，忽略环境温度的变化，活塞与汽缸壁间的摩擦不计，在此过程中(　　) A．气体的内能增大 B．气体吸热 C．单位时间内撞击汽缸壁单位面积的分子数增多 D．若汽缸和活塞换成绝热材料，汽缸内气体分子平均动能增大 二、填空题(本题2小题) 13．一定质量的非理想气体(分子间的作用力不可忽略)，从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，则： (1)气体的内能________(选填“增加”或“减少”)，其变化量的大小为________J. (2)气体的分子势能________(选填“增加”或“减少”)． (3)分子平均动能如何变化？ 14.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8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，下列说法中正确的有________． 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到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＝1×105 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＝1×105 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________． 三、计算题(本题4小题) 15．如图所示，一定质量的理想气体，从状态A等容变化到状态B，再等压变化到状态D.已知在状态A时，气体温度tA＝327 ℃. (1)求气体在状态B时的温度； (2)已知由状态B→D的过程，气体对外做功W，气体与外界交换热量Q，试比较W与Q的大小，并说明原因． 16.如图为一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0.经过太阳曝晒，气体温度由T0＝300 K升至T1＝350 K. (1)求此时气体的压强． (2)保持T1＝350 K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0.求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值．判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因． 17.某压力锅结构如图所示．盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起．假定在压力阀被顶起时，停止加热． (1)假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功1 J，并向外界释放了2 J的热量．锅内原有气体的内能如何变化？变化了多少？ (2)已知大气压强p随海拔高度H的变化满足p＝p0(1－αH)，其中常数α>0.结合气体实验定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅，当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同． 18.一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸内，汽缸如图所示水平放置．活塞的质量m＝20 kg，横截面积S＝100 cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始使汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离L1＝12 cm，离汽缸口的距离L2＝4 cm.外界气温为27 ˚C，大气压强为1.0×105 Pa，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，已知g＝10 m/s2，求： (1)此时气体的温度为多少； (2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q＝390 J的热量，则气体增加的内能ΔU为多少． 参考答案; 1.答案　A解析　做功和传热在改变物体内能的实质不同，但效果上是等效的，故A正确；内能是一定宏观量，是物体内所有分子的动能和分子势能的总和，宏观上取决于质量、温度和体积，物体温度不变，但体积变化导致分子势能发生变化，那么物体的内能就要变化，故B、C错误；物体与外界进行热交换，若同时外界对物体做功或物体对外界做功，其内能也有可能不发生变化，故D错误． 2.答案　D解析　根据热力学第二定律，满足能量守恒定律的物理过程不一定都能自发地进行，选项A错误；能量在转化过程中会由高品质的能源转化为低品质的能源，故可利用性会降低，选项B错误；空调机既能制热又能制冷，但是要耗电，即传热有方向性，热量只能自发地由高温物体传向低温物体，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C错误，D正确． 3.答案　C 4.答案　D解析　中午，车胎体积增大，故胎内气体对外界做功，胎内气体温度升高，故胎内气体内能增大，D项正确． 5.答案　B解析　由于汽缸是导热的，则可以与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变，但压强减小，故B正确． 6.答案　C解析　气体等压膨胀，根据＝C知T升高，气体分子的平均动能将增大，故D错误；理想气体的内能只与温度有关，温度升高则内能增大，故A错误；体积增大，则气体对外界做功，即W<0，又内能增加，根据热力学第一定律知气体一定吸热，即Q>0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W>0，得Q>|W|，故B错误，C正确． 7.答案　B解析　由动能定理可知W2－W3＋W1＝ΔEk，其中W1＝p·ΔV左－p·ΔV右＝0，可知①②正确．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝W3－Q，可知④正确，③错误，选项B正确． 8.答案　D解析　形状记忆合金进入水中后受热，形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知，能量来源于热水，热水温度会降低，故A、B、C错误；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D正确． 9.答案　ABD解析　由热力学第一定律知，改变物体的内能有两种方式，分别为做功和传热，两者在内能的改变上是等效的，故A正确；热力学第二定律指出不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，故B正确；内能的转移是通过传热的方式完成的，热力学第二定律指出不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，故C错误；能量守恒定律指出能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中，能量的总量不变，故D正确． 10.答案　BC解析　由于套筒内封闭着一定质量的气体，当猛推推杆时推杆迅速压缩气体，外界对气体做正功．由于这一过程进行得很快，可以看成是一个近似绝热过程，即整个系统来不及向外界传递热量，由公式ΔU＝W＋Q，在瞬间Q＝0，W>0，所以内能增加，则温度升高，又体积减小，压强增大，故选B、C. 11.答案　ABD解析　从a到b等容升压，根据＝C可知温度升高，一定质量的理想气体内能决定于气体的温度，温度升高，则内能增加，故A正确；在过程ca中压强不变，体积减小，所以外界对气体做功，故B正确；在过程ab中气体体积不变，根据W＝pΔV可知，气体对外界做功为零，故C错误；在过程bc中，属于等温变化，气体膨胀对外做功，而气体的温度不变，则内能不变；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体从外界吸收热量，故D正确． 12.答案　CD解析　金属汽缸导热性能良好，由于热交换，汽缸内封闭气体温度与环境温度相同，在活塞上堆放一定质量的沙土时气体等温压缩，温度不变，气体的内能不变，故A错误；气体温度不变，内能不变，气体体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体要向外放出热量，故B错误；汽缸内封闭气体被压缩，体积减小，而质量不变，则汽缸内气体分子密度增大，单位时间内撞击汽缸壁单位面积的分子数增多，故C正确；若汽缸和活塞换成绝热材料，外界气体不吸热也不放热，气体体积减小，对气体做功，由热力学第一定律可知，气体内能增大，气体温度升高，汽缸内气体分子平均动能增大，故D正确． 13.答案　(1)减少　1.8×105　(2)增加　(3)见解析 解析　(1)因气体从外界吸收热量，所以Q＝4.2×105 J 气体对外做功6×105 J，则外界对气体做功 W＝－6×105 J 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得 ΔU＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J 所以气体内能减少了1.8×105 J. (2)因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大，分子力做负功，气体的分子势能增加． (3)因为气体内能减少，而分子势能增加，所以分子平均动能必然减少，且分子平均动能的减少量一定大于分子势能的增加量． 14.答案　(1)AD　(2)50　10 (3)2.66 g 解析　(1)温度升高时，由于气压等于外界大气压，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均增大，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，转化为标准状态，有＝　　　解得：V2＝ 物质的量为n＝ 故质量：m＝nM＝·M≈2.66 g. 15.答案　(1)27 ℃　(2)Q>W　原因见解析 解析　(1)气体由状态A变化到状态B 由查理定律＝可得 TB＝TA＝×(327＋273) K＝300 K 所以tB＝27 ℃. (2)由B→D的过程，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律ΔU＝Q－W>0，可得Q>W. 16.答案　(1)p0　(2)　吸热　原因见解析 解析　(1)由题意知，气体体积不变，由查理定律得＝ 所以此时气体的压强p1＝p0＝p0＝p0 (2)抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为V2，由玻意耳定律可得p1V0＝p0V2 可得V2＝＝V0 所以集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值为＝ 因为抽气过程中气体温度不变，故内能不变，而气体的体积膨胀对外做功．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体一定从外界吸收热量． 17.答案　(1)减少　3 J　(2)温度随着海拔高度的增加而降低． 解析　(1)根据热力学第一定律：ΔU＝W＋Q，气体对外做功，W＝－1 J； 气体向外放热，热量Q＝－2 J． 则有：ΔU＝W＋Q＝－3 J，负号表示内能减少． 锅内原有气体内能减少，减少了3 J． (2)由p＝p0(1－αH)(其中α>0)，随着海拔高度的增加，大气压强减小； 锅内气体压强p1＝p＋＝p0(1－αH)＋，随着海拔高度的增加，阀门被顶起时锅内气体压强减小； 根据查理定律＝可知， 阀门被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而降低． 18.答案　(1)480 K　(2)318 J 解析　(1)当汽缸水平放置时，p0＝1.0×105 Pa，V0＝L1S，T0＝300 K 当汽缸口向上，活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析图如图所示， 有p1S＝p0S＋mg 则p1＝1.2×105 Pa，V1＝(L1＋L2)S 由理想气体状态方程得＝ 则T1＝480 K (2)当汽缸口向上，未加热稳定时：由玻意耳定律得p0L1S＝p1LS 则L＝10 cm 加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为 W＝－p0(L1＋L2－L)S－mg(L1＋L2－L)＝－72 J 根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q 得ΔU＝318 J． 学科网（北京）股份有限公司 $