第三章 热力学定律 章末练习卷一 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

热力学定律章末练习卷 本试卷满分100分，考试时间75分钟。 注意事项： 1.答卷前，考生务必将自己的姓名，准考证号填写在答题卡上。 2.答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 一、选择题：本题共12小题，共56分。在每小题给出的四个选项中，第1-8题只有一项符合题目要求，每小题4分；第9-12题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1．如图所示，气缸水平放置，气缸和光滑活塞为绝热材料。初始时气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞处于静止状态，现对气缸内气体缓慢加热，下列说法正确的是（　　） A．气体压强增大 B．气体内能增大 C．所有气体分子动能均增大 D．气体对外做功大于气体吸收的热量 2．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 3．古代发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着易燃艾绒。猛推推杆压缩筒内封闭气体，艾绒即可点燃。点燃之前的压缩过程中，筒内封闭气体（　　） A．对外界做正功，内能增加 B．对外界做负功，内能减少 C．分子密集程度增大，分子平均动能增大 D．每个分子的运动速率均增大，无规则热运动变剧烈 4．一定质量的理想气体经历A→B→C的过程，其体积与温度的变化如图所示，下列说法中正确的是（    ） A．A→B的过程中气体的压强减小 B．A→B的过程中气体的内能增大 C．A→B→C整个过程中气体向外界放出热量 D．A→B→C整个过程中气体从外界吸收热量 5．从生活走向物理是学习物理的重要途径。下列说法正确的是（　　） A．单晶体熔化过程中温度恒定不变，多晶体熔化过程中温度一直升高 B．热量不可能从低温物体传到高温物体 C．液晶显示器是利用液晶光学性质各向异性的特点制成的 D．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了能量守恒定律 6．一定质量的某种理想气体，沿图像中箭头所示方向，从状态A开始先后变化到状态B、C、D，其中状态A和状态D温度相同，BA、CD的延长线经过坐标原点。已知气体在状态A时的体积为1.0L。则（　　） A．气体在状态C时的体积为6.0L B．气体在状态B时的压强为 C．气体在过程中对外界做的功 D．气体在过程中吸收的总热量 7．一定质量的理想气体从状态开始，沿图示路径先后到达状态、后回到状态。下列说法正确的是（　　） A．从到，气体体积减小 B．从到，气体内能不变 C．从到，气体对外界做功 D．从到，气体对外界放热 8．1mol的氦气的温度随体积变化如图所示，其中ab为经过原点的抛物线，cb为过原点的直线，在a点时气体的体积为V0，温度为T0，压强为p0。则下列说法正确的是（　　） A．c点的压强为 B．从a到b过程中气体在对外放热 C．从a到b过程中气体对外做功为 D．从a经b到c再回到a过程中，气体放出热量为 9．关于热力学第二定律的说法正确的是（　　） A．热力学第二定律从宏观角度看，强调能量守恒，从微观角度看，强调统计规律 B．热量不能从低温物体传向高温物体 C．物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功 D．在自然过程中，一个孤立系统的熵值不可能减小 10．压燃式四冲程柴油发动机气缸内封闭的气体视为理想气体，整个过程遵循狄塞尔循环。该循环的图像如图所示，其中为绝热过程，外界对气体做功为；为等压过程，气体从外界吸收热量为，气体对外界做功为；为绝热过程，气体对外界做功为；为等容过程，气体向外界放出热量为。下列说法正确的是（    ） A．过程分子平均动能不变 B．过程封闭气体内能的增加量为 C．与大小相等 D．过程中图像围成的面积为 11．一定质量的理想气体，初始温度为300K，压强为。经等容过程，该气体吸收400J的热量后温度上升100K；若经等压过程，需要吸收600 J的热量才能使气体温度上升100K。下列说法正确的是（　　） A．初始状态下，气体的体积为8L B．等压过程中，气体对外做功400J C．等压过程中，气体体积增加了2L D．两个过程中，气体的内能增加量都为400J 12．如图所示，导热良好的固定直立圆筒内，用面积为S，重力为0.01p0S的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度为3T0的热源接触，平衡时圆筒内的气体处于状态A，此时体积为6V0。缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积为5V0。固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C，此时压强为1.4p0。从状态A到状态C，气体从外界吸收热量Q；从状态B到状态C，气体内能增加ΔU。已知大气压强为1.01p0，下列说法正确的是（　　） A．气体从状态A到状态B，其分子平均动能不变，圆筒内壁单位面积受到的压力增大 B．气体在状态A的压强为1.2p0 C．气体在状态C的温度为3.6T0 D．气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W = ΔU − Q 二、非选择题：本题共3小题，共44分。 13．（12分）一导热汽缸内用活塞封闭了一定质量的理想气体。图甲中，汽缸水平横放在水平面上，缸内气柱长为。现将汽缸如图乙所示悬于空中。已知大气压强稳定为，活塞横截面积为，汽缸的质量，不计活塞与汽缸之间的摩擦。重力加速度为。 (1)求汽缸稳定后，气柱的压强和长度； (2)若环境温度缓慢降低，活塞回到甲图中位置，此过程气柱释放热量为，求气柱内能的变化量。 14．（14分）一定质量的理想气体经历如图所示的循环过程，已知气体初始状态参数如下：状态a的压强，体积，温度；为等压过程，状态b的体积；为绝热过程，气体对外做功；为等温过程。 (1)求过程中，气体从外界吸收的热量； (2)现将该理想气体充入容积为的储气罐中，储气罐初始温度为、压强为，充入后储气罐内气体温度降至，压强变为。求充入储气罐的气体在状态a下的体积（不计充气过程气体泄漏，充气后储气罐内气体可视为理想气体）。 15．（18分）如图所示，深海潜水器舱内搭载的应急氧气瓶是导热良好的刚性密闭罐体，容积V0＝6.0L，氧气瓶内的氧气可视为理想气体。舱内初始温度为t1＝27℃，氧气瓶内气体压强p1＝200bar。已知1bar＝1.0×105 Pa，0℃取273K。 (1)若舱内气温缓慢降至t2＝3℃，求氧气瓶内气体的压强p2； (2)若上述降温过程瓶中气体向外放热2000J，求此过程瓶中气体内能的变化量△U； (3)若将初始温度下应急氧气瓶中的氧气通过吸氧系统供乘员呼吸。乘员每分钟呼吸12次，每次吸入压强为1bar、体积为V＝1.0L的氧气。忽略供氧过程的温度变化，当瓶内氧气压强缓慢下降至50bar时，求该吸氧过程经历的时间t。 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 热力学定律章末练习卷 本试卷满分100分，考试时间75分钟。 注意事项： 1.答卷前，考生务必将自己的姓名，准考证号填写在答题卡上。 2.答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 一、选择题：本题共12小题，共56分。在每小题给出的四个选项中，第1-8题只有一项符合题目要求，每小题4分；第9-12题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1．如图所示，气缸水平放置，气缸和光滑活塞为绝热材料。初始时气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞处于静止状态，现对气缸内气体缓慢加热，下列说法正确的是（　　） A．气体压强增大 B．气体内能增大 C．所有气体分子动能均增大 D．气体对外做功大于气体吸收的热量 【答案】B 【详解】A．气缸水平放置、活塞光滑无摩擦，气体压强始终不变，故加热过程压强不变，故A错误； B．对气体缓慢加热，气体温度升高，理想气体内能仅由温度决定，故内能增大，故B正确； C．温度是分子平均动能的标志，温度升高仅代表分子平均动能增大，并非所有分子动能均增大，故C错误； D．绝热过程只能从电热丝吸热，气体膨胀对外做功，即，温度升高，内能增大，即，根据热力学第一定律 可知，故D错误。 故选B。 2．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 【答案】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。 3．古代发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着易燃艾绒。猛推推杆压缩筒内封闭气体，艾绒即可点燃。点燃之前的压缩过程中，筒内封闭气体（　　） A．对外界做正功，内能增加 B．对外界做负功，内能减少 C．分子密集程度增大，分子平均动能增大 D．每个分子的运动速率均增大，无规则热运动变剧烈 【答案】C 【详解】点燃之前的压缩过程中，筒内封闭气体体积减小，分子密集程度增加，外界对气体做功，气体对外界做负功，气体温度升高，内能增加；因温度是气体分子平均动能的标志，可知分子平均动能变大，无规则热运动变剧烈，但并非每个分子的运动速率均增大。 故选C。 4．一定质量的理想气体经历A→B→C的过程，其体积与温度的变化如图所示，下列说法中正确的是（    ） A．A→B的过程中气体的压强减小 B．A→B的过程中气体的内能增大 C．A→B→C整个过程中气体向外界放出热量 D．A→B→C整个过程中气体从外界吸收热量 【答案】C 【详解】A．根据 整理得 可知图像斜率表示。由图像可知A→B的过程图像的点与O点连线的直线斜率减小，可知该过程气体压强增大，故A错误； B．由图像可知A→B的过程，气体温度一直降低，因此内能一直减小，故B错误； CD．A→B→C整个过程中，气体体积减小，外界对气体做功（W>0），温度降低，气体内能减小（），根据热力学第一定律可知，Q<0，因此气体向外界放出热量，故C正确，D错误。 故选C。 5．从生活走向物理是学习物理的重要途径。下列说法正确的是（　　） A．单晶体熔化过程中温度恒定不变，多晶体熔化过程中温度一直升高 B．热量不可能从低温物体传到高温物体 C．液晶显示器是利用液晶光学性质各向异性的特点制成的 D．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了能量守恒定律 【答案】C 【详解】A．晶体（包括单晶体、多晶体）都有固定熔点，熔化过程中温度均保持恒定，仅非晶体熔化时温度持续升高，故A错误； B．根据热力学第二定律，热量不能自发从低温物体传到高温物体，若有外界做功（如冰箱制冷），热量可以从低温物体传递到高温物体，故B错误； C．液晶具有光学各向异性的特点，液晶显示器通过电场改变液晶分子排列，调控光线透过实现显示功能，正是利用了该特性，故C正确； D．第二类永动机不违背能量守恒定律，其无法制造成功的原因是违背了热力学第二定律，故D错误。 故选C。 6．一定质量的某种理想气体，沿图像中箭头所示方向，从状态A开始先后变化到状态B、C、D，其中状态A和状态D温度相同，BA、CD的延长线经过坐标原点。已知气体在状态A时的体积为1.0L。则（　　） A．气体在状态C时的体积为6.0L B．气体在状态B时的压强为 C．气体在过程中对外界做的功 D．气体在过程中吸收的总热量 【答案】D 【详解】A．由题图可知，气体从A到B经历等容变化过程，从B到C经历等压变化过程，由盖-吕萨克定律得 解得，故A错误； B．气体从A到B经历等容变化过程，由查理定律得 解得，故B错误； C．气体从A到B及从C到D过程外界对气体不做功，从B到C过程，气体对外界做的功 解得，故C错误； D．由于，气体内能不变，故 气体经历过程，根据热力学第一定律有 解得，故D正确。 故选D。 7．一定质量的理想气体从状态开始，沿图示路径先后到达状态、后回到状态。下列说法正确的是（　　） A．从到，气体体积减小 B．从到，气体内能不变 C．从到，气体对外界做功 D．从到，气体对外界放热 【答案】D 【详解】A．过程温度不变，压强减小，由理想气体状态方程，可得体积增大，故A错误； B．过程压强不变，温度升高，理想气体内能仅由温度决定，因此气体内能增大，故B错误； C．图中，某点与原点连线的斜率 斜率越大体积越小。过程斜率逐渐增大，体积逐渐减小，是外界对气体做功，故C错误； D．过程温度降低，内能减小，则 体积减小，外界对气体做功，则 根据热力学第一定律，得 即气体对外界放热，故D正确。 故选D。 8．1mol的氦气的温度随体积变化如图所示，其中ab为经过原点的抛物线，cb为过原点的直线，在a点时气体的体积为V0，温度为T0，压强为p0。则下列说法正确的是（　　） A．c点的压强为 B．从a到b过程中气体在对外放热 C．从a到b过程中气体对外做功为 D．从a经b到c再回到a过程中，气体放出热量为 【答案】D 【详解】A．因cb为过原点的直线，故T与V成正比，b到c为等压变化，由 故c点的温度为 又c到a为等容变化 解得，故A错误； 因ab为经过原点的抛物线，故令 B．从a到b过程中，气体一方面膨胀对外做功，另一方面温度升高，内能增加，故对研究的氦气而言， 由热力学第一定律 得，故从a到b过程中气体一定从外界吸热，故B错误； C D．从a（体积为V0，温度为T0，压强为p0）到b（体积为2V0，温度为4T0，压强为2p0）过程中，猜测压强与温度成正比，下面验证由理想气体状态方程 压强与温度成正比 联立有与ab为经过原点的抛物线一致，故a到b过程压强与温度成正比 画出从a经b到c再回到a过程中的p-V图像 a到b过程中气体对外做功为下面梯形的面积 从a经b到c再回到a过程中外界对气体做功为上面三角形的面积 又一个循环，由热力学第一定律 得，故气体放出热量为，故C错误，D正确。 故选D。 9．关于热力学第二定律的说法正确的是（　　） A．热力学第二定律从宏观角度看，强调能量守恒，从微观角度看，强调统计规律 B．热量不能从低温物体传向高温物体 C．物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功 D．在自然过程中，一个孤立系统的熵值不可能减小 【答案】CD 【详解】A．热力学第一定律强调能量守恒，热力学第二定律从宏观角度看强调过程的方向性，从微观角度看强调统计规律，故A错误； B．根据热力学第二定律的克劳修斯表述，热量不能自发地从低温物体传向高温物体，但在外界做功的情况下可以从低温物体传向高温物体，故B错误； C．根据热力学第二定律的开尔文表述，不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响，但如果不要求“不产生其他影响”，例如理想气体等温膨胀过程，物体可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，故C正确； D．根据熵增加原理，在自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，即熵值不可能减小，故D正确； 故选CD。 10．压燃式四冲程柴油发动机气缸内封闭的气体视为理想气体，整个过程遵循狄塞尔循环。该循环的图像如图所示，其中为绝热过程，外界对气体做功为；为等压过程，气体从外界吸收热量为，气体对外界做功为；为绝热过程，气体对外界做功为；为等容过程，气体向外界放出热量为。下列说法正确的是（    ） A．过程分子平均动能不变 B．过程封闭气体内能的增加量为 C．与大小相等 D．过程中图像围成的面积为 【答案】BD 【详解】A．a→b为绝热过程，外界对气体做功为W1，根据热力学第一定律ΔU1=Q+W可知气体内能变大，分子平均动能变大，故A错误； B．根据热力学第一定律可得，b→c过程封闭气体内能的增加量为ΔU2=Q1−W2，故B正确； C．整个循环过程ΔU=0，根据热力学第一定律 其中， 可知 可得，故C错误； D．在p−V图像中，图像围成的面积表示气体对外做的净功为W2+W3−W1，根据C选项分析可知，故D正确。 故选BD。 11．一定质量的理想气体，初始温度为300K，压强为。经等容过程，该气体吸收400J的热量后温度上升100K；若经等压过程，需要吸收600 J的热量才能使气体温度上升100K。下列说法正确的是（　　） A．初始状态下，气体的体积为8L B．等压过程中，气体对外做功400J C．等压过程中，气体体积增加了2L D．两个过程中，气体的内能增加量都为400J 【答案】CD 【详解】ABC．等容过程气体体积不变，外界对气体做功为零，根据热力学第一定律 内能增加量 理想气体内能只与温度有关，两过程温度升高量相同，故内能增加量相同。等压过程中 气体对外做功 由 解得 由盖 - 吕萨克定律 代入，，解得，故AB错误C正确； D．两个过程中气体温度升高量相同，理想气体内能只由温度决定，故内能增加量都为，故D正确。 故选CD。 12．如图所示，导热良好的固定直立圆筒内，用面积为S，重力为0.01p0S的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度为3T0的热源接触，平衡时圆筒内的气体处于状态A，此时体积为6V0。缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积为5V0。固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C，此时压强为1.4p0。从状态A到状态C，气体从外界吸收热量Q；从状态B到状态C，气体内能增加ΔU。已知大气压强为1.01p0，下列说法正确的是（　　） A．气体从状态A到状态B，其分子平均动能不变，圆筒内壁单位面积受到的压力增大 B．气体在状态A的压强为1.2p0 C．气体在状态C的温度为3.6T0 D．气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W = ΔU − Q 【答案】AD 【详解】A．圆筒导热良好，则气体从状态A缓慢推动活塞到状态B，气体温度不变，则气体分子平均动能不变；气体体积减小，则压强变大，圆筒内壁单位面积受到的压力增大，A正确； B．状态A时的压强为 B错误； C．根据 解得 C错误； D．气体从状态A到状态B为等温变化过程，该过程内能不变；气体从状态B到状态C为等容变化过程，该过程外界对系统不做功；气体从状态A到状态C，由热力学第一定律得 其中 ，， 可得气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功 D正确。 故选AD。 二、非选择题：本题共3小题，共44分。 13．（12分）一导热汽缸内用活塞封闭了一定质量的理想气体。图甲中，汽缸水平横放在水平面上，缸内气柱长为。现将汽缸如图乙所示悬于空中。已知大气压强稳定为，活塞横截面积为，汽缸的质量，不计活塞与汽缸之间的摩擦。重力加速度为。 (1)求汽缸稳定后，气柱的压强和长度； (2)若环境温度缓慢降低，活塞回到甲图中位置，此过程气柱释放热量为，求气柱内能的变化量。 【答案】(1)， (2) 【详解】（1）设汽缸竖直悬挂时，内部气体压强为，空气柱长度为，对汽缸受力分析，由平衡条件 有 得 由玻意耳定律 有 联立可得，稳定后，汽缸内空气柱长度为 （2）由热力学第一定律 有，其中 得气体内能的变化量 14．（14分）一定质量的理想气体经历如图所示的循环过程，已知气体初始状态参数如下：状态a的压强，体积，温度；为等压过程，状态b的体积；为绝热过程，气体对外做功；为等温过程。 (1)求过程中，气体从外界吸收的热量； (2)现将该理想气体充入容积为的储气罐中，储气罐初始温度为、压强为，充入后储气罐内气体温度降至，压强变为。求充入储气罐的气体在状态a下的体积（不计充气过程气体泄漏，充气后储气罐内气体可视为理想气体）。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）状态的热力学温度为 为等压过程，由盖—吕萨克定律得 解得 循环过程中，理想气体回到初始状态，总内能变化。由总内能变化 为绝热过程，气体对外做功，则有 为等温过程，则有 可得 等压过程，气体对外做功 对过程应用热力学第一定律 解得 （2）设充入的气体在状态下的体积为。由题意可得 其中，，，，代入数据解得 15．（18分）如图所示，深海潜水器舱内搭载的应急氧气瓶是导热良好的刚性密闭罐体，容积V0＝6.0L，氧气瓶内的氧气可视为理想气体。舱内初始温度为t1＝27℃，氧气瓶内气体压强p1＝200bar。已知1bar＝1.0×105 Pa，0℃取273K。 (1)若舱内气温缓慢降至t2＝3℃，求氧气瓶内气体的压强p2； (2)若上述降温过程瓶中气体向外放热2000J，求此过程瓶中气体内能的变化量△U； (3)若将初始温度下应急氧气瓶中的氧气通过吸氧系统供乘员呼吸。乘员每分钟呼吸12次，每次吸入压强为1bar、体积为V＝1.0L的氧气。忽略供氧过程的温度变化，当瓶内氧气压强缓慢下降至50bar时，求该吸氧过程经历的时间t。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）瓶内气体发生等容变化，由查理定律得 其中， 解得 （2）由于气体体积不变，外界对气体不做功，即 由热力学第一定律有 由题意可知 解得 即气体内能减小。 （3）设可支持呼吸次，瓶内气体发生等温变化，由玻意耳定律可得 解得 吸氧过程经历的时间为 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $