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

选择性必修第三册《热力学定律》章末检测 满分100分 考试时间：75分钟 一、单项选择题∶本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。 1．物体的内能增加了，下列说法正确的是（　　） A．一定是外界对物体做了的功 B．一定是物体吸收了的热量 C．一定是物体分子的平均动能增加了 D．物体分子的平均动能可能不变 2．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．气体吸热后温度一定升高 B．对气体做功是改变其内能的唯一方式 C．理想气体等压膨胀过程一定放热 D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 3．一定质量的理想气体经历如图所示的循环过程，从状态A到状态B过程中气体体积不变，从状态B到状态C过程中气体压强不变。对该理想气体所经历过程的描述正确的是（　　） A．从状态A到状态B的过程，气体温度升高 B．从状态B到状态C的过程，分子平均动能减少 C．从状态C到状态A的过程，外界对气体做正功 D．从状态A经历状态B、C再次回到状态A时，外界对气体做总功为零 4．下列说法正确的是（　　） A．分子势能和物体体积有关 B．物体运动的速度越大，内能越大 C．气体温度升高，每个气体分子的速率都增大 D．一定质量的0 ℃冰变成0 ℃水，内能不变 5．“自热米饭”盒的内部结构如图所示，加热层有氧化钙等物质，遇水反应放热，可实现无火无电条件下加热食材，加热时食材层内空气温度缓慢上升，通过盖子上的透气孔泄压维持食材层内空气压强不变。若忽略加热过程中食材层体积变化，食材层内空气可视为理想气体，则加热过程中，下列说法正确的是（　　） A．食材层内空气分子单位时间内撞击器壁的分子数不变 B．食材层内空气的内能增加量等于气体从化学反应中吸收的热量 C．食材层内空气的压强与热力学温度成正比 D．食材层内空气分子对单位面积器壁的平均作用力不变 6．热泵空调被广泛视为缓解电动汽车冬季续航焦虑的关键技术之一，其核心原理是通过“逆卡诺循环”实现热量的搬运，它能在冬季从低温环境中提取热量送入车厢，能效比（制热量与耗电量之比）在2.0~4.5之间，可提升续航20~30km。关于热泵空调，下列说法正确的是（　　） A．其工作过程违背了热力学第二定律 B．制热循环中，其向车厢放出的热量全部来自消耗的电能 C．在绝热压缩过程中，压缩机对制冷剂（视为理想气体）做功，可使其升压升温 D．当制冷剂温度升高时，组成它的所有分子的热运动速率都增大 7．气体A被一个隔板封闭在容器左部，现抽去隔板，加热气体，使气体A快速充满整个容器，设在此过程中，气体吸热Q，内能的增量，则下列说法正确的是（    ） A． B． C． D．无法比较 二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求，全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 8．下列说法正确的是（　　） A．图甲中，两分子间距离由r1变到r2的过程中分子力做正功 B．图乙中，100°C的氧气，速率大的分子比例较多，其分子的平均速率比0°C的大 C．图丙中，显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动就是花粉颗粒的轨迹 D．图丁中，电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，违背了热力学第二定律 9．如图所示，一定质量的理想气体经历了的循环过程，其中、边平行于横轴，、边平行于纵轴。以下说法正确的是（　　） A．过程，气体对外界做功 B．过程，外界对气体做功 C．整个循环过程中，外界对气体做功 D．整个循环过程中，气体吸收热量 10．如图，某自动洗衣机洗衣缸的下部与一控水装置的竖直均匀细管相通，细管的上部封闭，并和一压力传感器相接。细管刚进水时管中被封闭的空气柱长度为，当空气柱长度被压缩到时，压力传感器触发控制装置关闭进水阀，达到自动控水的目的。细管中气体温度不变，大气压强为，水的密度为，重力加速度为。下列说法正确的是（　　） A．随细管中水位升高，单位时间、单位面积上撞击管壁的气体分子数增加 B．随细管中水位升高，管中气体从外界吸收热量 C．停止进水时，细管中气体压强为 D．停止进水时，洗衣缸与细管的水位高度差为 三、非选择题∶共5小题，共54分。 11．某同学用注射器和传感器探究一定质量的气体发生等温变化时压强与体积的关系。注射器一端连接压强传感器，另一端利用活塞封闭一定量的气体，如图1所示。推动活塞压缩气体，记录多组注射器上的体积刻度和传感器的压强示数。 (1)为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化，应该（　　） A．推拉活塞时，要用手握注射器 B．推拉活塞时，要缓慢推拉活塞 C．推拉活塞时，要快速推拉活塞 (2)某同学在一次实验中，计算机屏幕上显示出如图2所示的图线（其中实线是实验所得图线，虚线为一根参考双曲线），仔细观察不难发现，该图线与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是________（选填“活塞处漏气”或“环境温度升高”）； (3)根据（2）中的判断，为了减小误差，应采取的措施是________； (4)调整好器材后，该同学在不同温度下完成实验，得到了如图3所示的图线，并在图像中找到了气体的三个状态、、。 ①气体处于、状态时温度分别为和，则可知________；（用图中字母表示） ②在的过程中，密封气体从外界吸收了热量________（选填“大于”“小于”或“等于”）气体对活塞做的功。 12．有组同学设计了一个如图所示的测温装置，C为测温泡，（内装有理想气体）用玻璃管将C与水银气压计相连，气压计A、B两管内的水银面在同一水平面上，气压计A、B两管的下端通过软管相连且充满水银（图中涂黑部分）。在A管上画上刻度。测温时调节B管的高度使A管中的液面位置保持在a处，此时根据A、B两管水银面的高度差就能知道测温泡所处环境的温度。假设该测温装置在制定刻度时候的大气压为76cmHg，测温泡所处环境的温度为。 (1)当测温泡放入较低温度的液体中，即测温泡中气体温度降低时，为使水银气压计A管中的液面位置保持在a处，则水银气压计的B管应向______（填“上”或“下”）移动； (2)上述过程稳定后C内的理想气体内能______（填“增大”或“减小”），气体不对外做功，气体将______（填“吸热”或“放热”）。 (3)该温度计的刻度是均匀的，则______。（填“温度上高下低”或“温度上低下高”） 13．一定质量的理想气体的图像如图所示，点坐标为，点坐标为，点坐标为，气体在状态时的热力学温度，求： (1)气体在状态时的热力学温度； (2)气体从状态到状态对外做的功。 14．如图所示为一玩具小车上测量加速度的装置示意图，横截面积为、足够长、导热性能良好的薄壁容器固定在水平小车上，容器内有一质量的活塞，小车静止时恰好封闭一段长度的理想气体。某次测试中小车向右匀加速运动，稳定后活塞封闭的气体压强为、长度，已知初始环境温度为，大气压强，不计一切摩擦阻力。 (1)求封闭气体压强和小车匀加速运动的加速度大小； (2)保持活塞封闭气体的压强不变，环境温度由缓慢降低至的过程中，测得封闭气体向外界放出的热量为，求此过程封闭气体内能变化量。 15．高度为L的直立气缸有两个通气阀门，气缸四壁轻薄且视为刚性，如图甲所示，底部与活塞之间用轻质弹簧连接，活塞静止时恰好位于气缸正中间（见图甲），活塞与气缸之间密闭性良好且无摩擦。已知弹簧原长为L，弹簧体积不计。关闭通气阀门后，将气缸缓慢逆时针放倒，活塞再次静止时，与气缸左壁的距离为，如图乙所示。已知气缸内的温度保持不变，大气压强为，活塞面积为S，活塞厚度不计，重力加速度为g。 (1)求图乙中左、右侧气体的压强之比； (2)求活塞的质量； (3)若从图甲到图乙，左侧气体对活塞做功为，那么左侧气体吸热（或放热）是多少？ 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 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D D C A D C A AB AC AD 1．D 【详解】AB．做功和热传递都可以改变物体内能，物体的内能增加了，其方式是不确定的，故AB错误； CD．物体内能是所有分子的动能与分子势能的总和，物体的内能增加了，不一定是分子平均动能增加了，可能分子平均动能不变，仅势能增加，故C错误，D正确。 故选D。 2．D 【详解】A．根据热力学第一定律，气体吸热（）时，若同时对外做功（），内能可能不变或减小，温度不一定升高，故A错误； B．改变内能的方式有做功和热传递两种，对气体做功仅是其中一种方式，故B错误； C．理想气体等压膨胀时，由知体积增大导致温度升高，内能；同时气体对外做功，可得，由得，气体吸热，故C错误； D．热力学第二定律指出，热量不可能自发地（不引起其他变化）从低温物体传到高温物体，故D正确。 故选D。 3．C 【详解】A．从状态A到状态B的过程，体积不变，压强减小，根据查理定律可知，气体温度降低，故A错误； B．从状态B到状态C的过程，压强不变，体积增大，根据盖吕萨克定律可知，气体温度升高，则气体分子平均动能增大，故B错误； C．从状态C到状态A的过程，气体体积减小，可知，外界对气体做正功，故C正确； D．图像中，图像与横轴所围几何图形的面积表示功，从状态A经历状态B到C，体积增大，气体对外界做功，则有 从状态C返回状态A过程，气体体积减小，外界对气体做功，则有 根据图示有 即从状态A经历状态B、C再次回到状态A时，外界对气体做总功为正值，不等于零，故D错误。 故选C。 4．A 【详解】A．分子势能由分子间相对位置决定，宏观上对应物体的体积，体积变化时分子平均间距改变，分子势能随之变化，故A正确； B．内能是物体内所有分子热运动动能和分子势能的总和，属于微观热运动的能量，与物体宏观机械运动的速度无关，宏观速度对应的是机械能，故B错误； C．温度是分子平均动能的标志，气体温度升高时分子平均速率增大，这是统计规律，不代表每个气体分子的速率都增大，部分分子速率可能减小，故C错误； D．一定质量的0℃的冰变成0℃的水，温度不变则分子平均动能不变，熔化过程需要吸收热量，分子势能增大，因此内能增大，故D错误。 故选A。 5．D 【详解】B．根据热力学第一定律 虽然气体体积不变，但是气体分子数减小，有气体泄漏，可视作气体体积增大，可得 所以，故B错误； CD．压强的物理意义就是分子对单位面积器壁的平均作用力，由于盖子上的透气孔泄压维持食材层内空气压强不变，所以食材层内空气分子对单位面积器壁的平均作用力不变，故C错误，D正确； A．设在时间内撞击器壁的分子数为，分子的平均速度为，器壁受到的平均作用力为，根据动量定理可得 解得单位时间内撞击器壁的分子数 根据选项D可知不变，随着加热食材层内温度升高，分子的平均速度增大，可得减小，故A错误。 故选D。 6．C 【详解】A．热力学第二定律的克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。热泵工作时消耗了电能（产生了其他影响），实现热量从低温环境向高温车厢转移，不违背热力学第二定律，故A错误； B．热泵制热时会消耗电能从低温外界环境吸收热量送入车厢，电能又不能全部用于做功搬运热量，还有一部分额外消耗，因此向车厢放出的热量只是来自消耗电能的一部分，故B错误； C．绝热压缩过程中制冷剂与外界无热交换，即 压缩机对制冷剂做功 由热力学第一定律可知 理想气体内能仅与温度有关，故温度升高，由理想气体状态方程，压缩时体积V减小、温度T升高，可得压强p增大，即实现升压升温，故C正确； D．温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高时分子热运动的平均速率增大，但不是所有分子的热运动速率都增大，存在部分分子速率减小的情况，故D错误。 故选C。 7．A 【详解】气体向真空膨胀，由于右侧为真空，气体在膨胀过程中不受阻力，不需要克服外力做功，即气体对外做功为零，外界对气体做功 根据热力学第一定律 已知气体吸热，则内能的增量 故选A。 8．AB 【详解】A．图甲中，两分子间距离由r1变到r2的过程中分子势能减小，则分子力做正功，A正确； B．温度越高，分子运动越剧烈，速率较大的分子数目占总分子数的比例越大，所以图乙中，100°C的氧气，速率大的分子比例较多，其分子的平均速率比0°C的大，B正确； C．图丙中，显微镜下观察到的花粉颗粒的无规则运动是每隔一段时间记录的位置，是花粉的位移组成，花粉的实际运动轨迹更复杂，C错误； D．图丁中，电冰箱能把热量从低温的箱内传到高温的箱外，消耗了电能，向外界环境释放出了热量，不违背热力学第二定律，D错误。 故选AB。 9．AC 【详解】A．图线与坐标轴围成的面积等于气体做功，则过程，气体体积增加，对外做功；过程体积不变，不做功，则过程，气体对外做功，A正确； B．过程，气体体积减小，外界对气体做功，过程体积不变，不做功，过程，外界对气体做功，B错误； C．整个循环过程中，外界对气体做功，C正确； D．整个循环过程，气体内能不变，根据热力学第一定律，气体放出热量，D错误。 故选AC。 10．AD 【详解】A．随细管中水位升高，气体体积减小，分子数密度增大，温度不变则分子平均动能不变，故单位时间、单位面积上撞击管壁的气体分子数增加，故A正确； B．随细管中水位升高，气体体积减小，外界对气体做功，温度不变则内能不变，根据热力学第一定律可知气体向外界放出热量，故B错误； C．细管中气体发生等温变化，初状态压强为，体积为，末状态体积为，根据玻意耳定律有 解得停止进水时细管中气体压强为，故C错误； D．停止进水时，设洗衣缸与细管的水位高度差为，根据平衡条件有 解得，故D正确。 故选AD。 11．(1)B (2)活塞处漏气 (3)活塞处涂抹润滑油（表述的措施能够达到改善漏气的均可得分） (4) 大于 【详解】（1）为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化，推拉活塞时，不能用手握注射器，避免因手的温度而改变气体的温度，同时要缓慢推拉活塞，避免摩擦生热，导致气体温度改变，故选B； （2）如图可知，等体积时，实线的乘积偏小，由 可知造成这一现象的可能原因是活塞处漏气或者环境温度降低； （3）为避免活塞处漏气，可在活塞处涂抹润滑油（表述的措施能够达到改善漏气的均可得分）； （4）①由 解得； ②图像中，图线与横轴围的面积表示气体做功的多少 由图3可知，的过程，气体对外界做功，有 的过程，外界对气体做功，有，且有 故的过程中，外界对气体做功 则依题意，气体对活塞做的功 因为 故 则的过程中，内能增大，即 由 解得 故。 12．(1)下 (2) 减小 放热 (3)温度上高下低 【详解】（1）液面位置保持在a处，则测温泡中的气体等容变化，测温泡中气体温度降低时，压强减小，因此B管向下移动。 （2）[1][2]C内的理想气体温度降低则内能减小。气体不对外做功，根据热力学第一定律可知气体将放热。 （3）测温泡所处环境的温度为时，热力学温度为，液面高度差为0，当摄氏温度为t时，热力学温度为T，液面高度差为，可得 即 该温度计刻度均匀，温度降低，B管向下移动，因此温度上高下低。 13．(1) (2) 【详解】解：（1）气体从状态到状态，有    解得。 （2）题中图线与轴围成的面积即气体对外做的功，有    解得。 14．(1) (2)内能减少 【详解】（1）容器导热性能良好，温度不变，封闭气体做等温变化，由玻意耳定律 代入，， 约去得 对活塞受力分析，活塞随小车向右匀加速，由牛顿第二定律（大气压力向右，气体压力向左，合力向右） 代入， 得 （2）压强不变，封闭气体做等压变化，由盖-吕萨克定律 其中初始温度，末温度 解得 气体体积减小，外界对气体做功 代入数据得 气体向外界放热，故，由热力学第一定律 则 负号表示封闭气体内能减少。 15．(1)2:1 (2) (3) 【详解】（1）关闭通气阀门后，从图甲到图乙，图乙中左、右侧气体均做等温变化，由玻意耳定律得 ， 解得， 压强之比 （2）在图甲中，活塞在气缸正中间且受力平衡，设弹簧的劲度系数为k，由胡克定律得 活塞受力平衡，有 在图乙中，活塞受力平衡，有 代入化简得 解得 （3）从图甲到图乙，左侧气体做等温变化，内能不变，体积收缩，活塞对左侧气体做功，由热力学第一定律得 其中， 可得 故左侧气体向外界放热。 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 $