第三章 热力学定律（高效培优·单元测试）物理人教版选择性必修第三册

第三章 热力学定律 注意事项： 1．测试范围：人教版（2019）： 选择性必修第三册第3章。 2．考试时间：75分钟 试卷满分：100分。 第Ⅰ卷 选择题 一、选择题（本题共12小题，每小题4分，共48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，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分） 1．从2026年起，我国停止生产水银体温计。关于水银体温计，下列说法正确的是（　　） A．水银液柱最上端呈凸面，这是因为水银不浸润玻璃 B．水银吸热温度升高后，所有水银分子热运动速率都会加快 C．玻璃泡中的液体内部的水银分子间距离较近，彼此间只存在斥力 D．体温计测温时只能自发从高温物体吸热不能自发对高温物体放热，这体现了热力学第一定律 【答案】A 【详解】A．水银液柱最上端呈凸面，这是因为水银不浸润玻璃，A正确； B．水银吸热温度升高后，水银分子热运动平均速率会加快，并非所有水银分子热运动速率都会加快，B错误； C．分子间同时存在斥力和引力，C错误； D．只能自发从高温物体吸热不能自发对高温物体放热，这体现了热力学第二定律，D错误。 故选A。 2．关于下列四幅图说法正确的是（    ） A．图甲：扩散现象表明分子永不停息地做无规则运动 B．图乙：悬浮在液体中的微粒越大，观察到布朗运动越明显 C．图丙：石蜡在固体片上熔化成椭圆形，说明该固体是多晶体 D．图丁：不需要外界提供能量，小球能够按照虚线轨迹持续运动下去 【答案】A 【详解】A．图甲是两种不同物质之间的扩散现象，表明分子间有间隙和分子在做永不停息的无规则运动，故A正确； B．图乙为布朗运动产生原因的示意图，间接反映了液体分子的无规则运动，微粒越大，液体分子沿各方向撞击它的数量越多，布朗运动越不明显，微粒越小、温度越高，布朗运动越明显，故B错误； C．图丙中石蜡在固体片上熔化成椭圆形，体现了各向异性，说明该固体是单晶体，故C错误； D．根据能量守恒定律可知需要外界提供能量，小球才能够按照虚线轨迹持续运动下去，故D错误。 故选A。 3．用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞被冲出试管口的过程中，下列说法正确的是（　　） A．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大 B．水蒸气的内能转化为软木塞的机械能 C．能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同 D．软木塞的机械能守恒 【答案】B 【详解】A．水蒸气对软木塞做功，水蒸气内能减小，温度降低，故A错误； B．软木塞冲出的过程是水蒸气的内能转化为软木塞机械能的过程，故B正确； C．软木塞冲出的过程是水蒸气的内能转化为软木塞机械能的过程，而热机压缩冲程是将机械能转化为内能，故C错误； D．此过程中软木塞的动能和势能都增大，因此机械能增大，故D错误。 故选B。 4．如图所示，在一个水平放置的空铝制饮料罐中插入一根粗细均匀的透明吸管，吸管中的气体不可忽略，接口处用蜡密封，吸管中引入一小段油柱（长度可以忽略），如果不计外界大气压的变化，在吸管上标上温度刻度值，就是一个简易的温度计，罐内气体可视为理想气体，则（　　） A．温度升高后罐中气体压强增大 B．吸管上的温度刻度值左小右大 C．温度升高时，罐内气体增加的内能大于吸收的热量 D．温度升高时，饮料罐内壁单位面积、单位时间受到气体分子撞击次数增加 【答案】B 【详解】A．罐中气体压强等于大气压强，则当温度升高后罐中气体压强不变，A错误； B．当温度较低时，灌中气体体积较小，则管中液面偏向左边；当温度较高时，罐中气体体积较大，则管中液面偏向右边，即吸管上的温度刻度值左小右大，B正确； C．温度升高时，罐内气体体积变大，对外做功，则罐内气体增加的内能小于吸收的热量，C错误； D．因气体的压强不变，温度升高时，气体体积变大，气体的数密度减小，气体的平均速率变大，则饮料罐内壁单位面积、单位时间受到气体分子撞击次数减小，D错误。 故选B。 5．对下列各图的理解，正确的是（　　） A．图甲是同一部分气体在不同温度下的图线，可知温度 B．图乙冰箱的工作原理表明热量可以自发地从低温物体传到高温物体 C．图丙方解石的双折射现象体现了其光学性质的各向异性 D．图丁玻璃管中的水银液面呈凸形，表明水银能浸润玻璃 【答案】C 【详解】A．温度越高，气体分子平均速率越大，麦克斯韦速率分布曲线的峰值会向大速率方向移动，且峰值降低。由图可知曲线Ⅱ的最概然速率更大，因此，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；冰箱工作时需要消耗外界电能做功，不是自发过程，故B错误； C．方解石是单晶体，单晶体具有光学各向异性，双折射现象就是光学各向异性的体现，故C正确； D．液体不浸润固体时，液面会呈现凸形，水银液面在玻璃管中呈凸形，说明水银不能浸润玻璃，故D错误。 故选C。 6．如图，固定气缸内由活塞封闭一定质量的气体。开始时活塞处于静止状态，用电热丝对气体加热后活塞向左移动，移动过程中活塞与气缸的摩擦忽略不计，且气体与外界环境没有热交换。则此过程封闭气体（　　） A．内能变大 B．压强变大 C．分子数密度变大 D．每个分子的动能都变大 【答案】A 【详解】AB．移动过程中，以活塞为对象，根据平衡条件可知，气体发生等压膨胀，根据可知，气体温度升高，气体内能增大，故A正确，B错误； C．由于气体体积增大，所以分子数密度变小，故C错误； D．气体温度升高，气体分子平均动能增大，但不是每个分子的动能都变大，故D错误。 故选A。 7．一定质量理想气体体积随摄氏温度变化的图像如图所示，过程为，图线与图线均与纵轴平行，则下列判断正确的是（　　） A．从到过程，气体对容器壁单位面积的作用力减小 B．从到过程，气体放出热量等于外界对气体做功 C．从到过程，所有气体分子的动能增大 D．从到过程，气体分子数密度增大 【答案】B 【详解】A．从到过程为等压过程，气体压强不变，可知气体对容器壁单位面积的作用力不变，A错误； B．从到过程，气体温度不变，内能不变；体积减小，则外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放出热量等于外界对气体做功，B正确； C．从到过程，气体温度升高，气体分子的平均动能变大，但并非所有气体分子的动能都增大，C错误； D．从到过程，气体体积变大，则分子数密度减小，D错误。 故选B。 8．如图所示，开口向右的水平固定导热汽缸用横截面积为的光滑活塞封闭一定质量的理想气体。跨过光滑定滑轮的轻绳一端连接活塞，另一端连接质量为的小桶，小桶静止，气体处于状态1。一段时间后由于温度降低，活塞向左缓慢移动后静止，气体处于状态2。由状态1到状态2气体内能减小量为。已知重力加速度为，外界大气压强始终为。从状态1到状态2封闭气体向外放出的热量为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设被封闭气体的压强为，对活塞由平衡条件有 解得 外界对气体做功为 由热力学第一定律有 内能减小量为，即内能增加量为- 解得 气体向外放出的热量为 故选A。 9．（多选）下列说法正确的是（　　） A．“变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场”的理论是由麦克斯韦最先提出的 B．在电磁场理论的基础上，麦克斯韦最先通过实验证实了电磁波的存在 C．焦耳通过大量实验研究得出做功与热传递对改变系统的内能是等效的 D．美国物理学家梅曼率先在实验室制造出了激光 【答案】ACD 【详解】A．麦克斯韦最先提出电磁场理论，包括“变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场”，故A正确； B．在电磁场理论的基础上，赫兹最先通过实验证实了电磁波的存在，故B错误； C．焦耳通过大量实验研究得出做功与热传递对改变系统的内能是等效的，故C正确； D．美国物理学家梅曼率先在实验室制造出了激光，故D正确。 故选ACD。 10．（多选）某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，该装置主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖徐徐顶起，如图所示。若气缸的导热性良好（缸内气体的温度不变），将缸内气体视为理想气体，则此过程中（　　） A．缸内气体的压强增大 B．缸内气体的压强减小 C．缸内气体向外界放出热量 D．缸内气体从外界吸收热量 【答案】BD 【详解】AB．根据玻意耳定律可知，此过程中缸内气体的体积变大，压强减小，选项A错误、B正确； CD．此过程中缸内气体的体积增大，对外界做功，而气体的温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知，此过程中气体从外界吸收热量，选项C错误、D正确。 故选BD。 11．（多选）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生 B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 C．一定质量的气体等容降温过程中气体吸收热量 D．一定质量的气体等温压缩过程中气体放出的热量等于外界对气体做的功 【答案】BD 【详解】AB．根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的，比如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换成机械能，即符合能量守恒定律的宏观过程不一定能自发的进行，故A错误，B正确； C．一定质量的气体等容降温过程中有，降温过程有，由热力学第一定律 可知 则一定质量的气体等容降温过程中气体放出热量，故C错误； D．一定质量的气体等温压缩过程中有， 则由热力学第一定律 可知 所以气体放出的热量，则可知一定质量的气体等温压缩过程中气体放出的热量等于外界对气体做的功，故D正确。 故选BD。 12．（多选）如图甲所示，用活塞将一定质量的理想气体封闭在上端开口的直立圆筒形气缸内，活塞密封性良好且可无摩擦上下滑动。气体从状态A状态B状态C状态A完成一次循环，其状态变化过程的p-V图像如图乙所示。已知该气体在状态A时的温度为600K，下列说法正确的是（　　） A．气体在状态B时的温度为200K B．气体在状态C时的温度为300K C．气体从状态CA过程中，气体向外界放热 D．气体从状态ABC的过程中，外界对气体做的功为 【答案】AC 【详解】A．对于理想气体：AB过程，由查理定律有 解得，故A正确； B．BC过程，由盖—吕萨克定律有 解得，故B错误； C．气体从状态C→A过程中，温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知， ，则气体放热，故C正确； D．状态A→B气体体积不变，不对外做功，BC过程中气体体积膨胀对外做功，即从状态A到状态C气体对外做功，故D错误。 故选AC。 第Ⅱ卷 非选择题 二、填空题（本题共2小题，每题6分，共12分） 13．如图，一开口向上竖直放置的圆柱形导热容器，用导热活塞密封一定质量的理想气体。初始时容器内气柱的高度为h、温度为T0。当外界环境温度变化后，活塞缓慢上升后再次平衡，不计活塞与容器间的摩擦，此时容器内气体的温度为________。该过程气体内能________（填“增大”“减小”或“不变”），气体向外界________（填“吸热”或“放热”）。 【答案】 增大 吸热 【详解】[1]设被活塞封闭的一定质量的理想气体初始时压强为p1，对活塞，根据平衡条件有 解得 当容器从外界吸收一定热量之后，被封闭的理想气体发生等压变化，初态 末态 设末态温度为T1，根据盖-吕萨克定律有 代入数据解得 [2][3]气体温度升高，气体内能增大，又气体对外做功，结合热力学第一定律有，容器内气体从外界吸收热量。 14．如图所示，一定质量的理想气体，按图示方向经历了ABCDA的循环。状态A时气体分子的平均动能比状态B时气体分子的平均动能_______（选填“大”或“小”）；由B到C的过程中，气体将________（选填“吸收”或“放出”）热量；经历ABCDA一个循环，气体吸收的总热量_______（选填“大于”或“小于”）释放的总热量。 【答案】 小 放出 大于 【解析】【小题1】[1]由理想气体状态方程得 解得 可见 所以状态时气体分子的平均动能比状态时气体分子的平均动能小。 [2]由到的过程中，体积不变，故 体积不变，压强减小，温度降低，内能变小，根据热力学第一定律可知，气体将放出热量。 [3]经历一个循环，图像中，图线与轴所围成的面积表示气体做功，，气体体积增大，对外做功，；，气体体积不变，不做功，；同理，，；，；由图可知，过程图线所围面积大于过程所围面积，即 气体经历一个循环，做功，内能变化 根据热力学第一定律可知， 则，即气体吸收的总热量大于释放的总热量。 三．计算题（本题共3小题，共40分） 15．为提高汽车的舒适性，很多车型都会配备空气悬架系统，其原理如图所示。装置未安装到汽车上时，气缸内的气体压强等于外界大气压强，气柱长度为，现将4个装置分别安装到汽车的4个轮子上，汽车静止于水平地面时气缸内的气柱长度均为。已知环境温度为，活塞的横截面积为，悬架装置的质量、活塞与气缸的摩擦、气缸壁厚度均忽略不计，气缸导热性和气密性均良好，气体均视为理想气体。 (1)求装置安装到汽车上后气缸内气体的压强； (2)若安装装置后汽车所处环境温度从缓慢升高到，4个气缸内气体的总内能改变量为，求4个气缸内的气体吸收的总热量。 【详解】（1）气体做等温变化，根据玻意耳定律可得 解得 （2）设此时车身相较于环境温度为时上升的高度为，分析可知该变化为等压变化 根据盖-吕萨克定律可得 外界对气体做功 由热力学第一定律 联立解得 16．一质量，内部横截面积的导热汽缸由一个质量的活塞封闭了一定质量的理想气体，用轻质细绳把活塞与天花板相连，初始时绳子刚好伸直无张力，汽缸放在水平地面上，环境温度为，已知大气压强，汽缸导热性能良好且不计活塞与汽缸壁间的摩擦，汽缸与天花板无接触，重力加速度取。求： (1)若此时汽缸刚好与地面接触无压力，此时环境温度； (2)在（1）基础上，环境温度继续降低，汽缸缓慢升高，理想气体向外放热54J，问汽缸升高0.04m的过程中理想气体内能的变化量。 【详解】（1）温度为时，活塞受力平衡，可得 温度为时，汽缸受力平衡，可得 根据查理定律 解得 （2）外界对气体做正功 气体向外放热 根据热力学第一定律 解得，内能减小了18J。 17．如图所示，一绝热气缸固定在倾角θ=30°的斜面上，距汽缸底部L=0.8m处有一横截面积S=10cm2、密封性良好的轻质绝热活塞，用一轻质细线绕过定滑轮将活塞与一质量m1=2kg的物体相连。初始时刻整个装置恰好处于静止状态，且气缸内气体的温度为300K（封闭气体可视为理想气体，大气压强p0=1×105Pa）。现用电热丝对气缸内气体进行缓慢加热，直至活塞到气缸底部的距离为1.5L，不计一切摩擦力，取重力加速度大小g=10m/s2. (1)求最终气缸内气体的热力学温度T2； (2)假设该过程吸收的热量为200J，求封闭气体内能的增加量。 【详解】（1）初始状态：装置静止，活塞受力平衡，有 解得 ， 最终状态：活塞受力不变（缓慢加热，仍平衡），有 由盖-吕萨克定律有 解得 （2）气体膨胀做的功 由热力学第一定律有 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三章 热力学定律 注意事项： 1．测试范围：人教版（2019）： 选择性必修第三册第3章。 2．考试时间：75分钟 试卷满分：100分。 第Ⅰ卷 选择题 一、选择题（本题共12小题，每小题4分，共48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，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分） 1．从2026年起，我国停止生产水银体温计。关于水银体温计，下列说法正确的是（　　） A．水银液柱最上端呈凸面，这是因为水银不浸润玻璃 B．水银吸热温度升高后，所有水银分子热运动速率都会加快 C．玻璃泡中的液体内部的水银分子间距离较近，彼此间只存在斥力 D．体温计测温时只能自发从高温物体吸热不能自发对高温物体放热，这体现了热力学第一定律 2．关于下列四幅图说法正确的是（    ） A．图甲：扩散现象表明分子永不停息地做无规则运动 B．图乙：悬浮在液体中的微粒越大，观察到布朗运动越明显 C．图丙：石蜡在固体片上熔化成椭圆形，说明该固体是多晶体 D．图丁：不需要外界提供能量，小球能够按照虚线轨迹持续运动下去 3．用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞被冲出试管口的过程中，下列说法正确的是（　　） A．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大 B．水蒸气的内能转化为软木塞的机械能 C．能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同 D．软木塞的机械能守恒 4．如图所示，在一个水平放置的空铝制饮料罐中插入一根粗细均匀的透明吸管，吸管中的气体不可忽略，接口处用蜡密封，吸管中引入一小段油柱（长度可以忽略），如果不计外界大气压的变化，在吸管上标上温度刻度值，就是一个简易的温度计，罐内气体可视为理想气体，则（　　） A．温度升高后罐中气体压强增大 B．吸管上的温度刻度值左小右大 C．温度升高时，罐内气体增加的内能大于吸收的热量 D．温度升高时，饮料罐内壁单位面积、单位时间受到气体分子撞击次数增加 5．对下列各图的理解，正确的是（　　） A．图甲是同一部分气体在不同温度下的图线，可知温度 B．图乙冰箱的工作原理表明热量可以自发地从低温物体传到高温物体 C．图丙方解石的双折射现象体现了其光学性质的各向异性 D．图丁玻璃管中的水银液面呈凸形，表明水银能浸润玻璃 6．如图，固定气缸内由活塞封闭一定质量的气体。开始时活塞处于静止状态，用电热丝对气体加热后活塞向左移动，移动过程中活塞与气缸的摩擦忽略不计，且气体与外界环境没有热交换。则此过程封闭气体（　　） A．内能变大 B．压强变大 C．分子数密度变大 D．每个分子的动能都变大 7．一定质量理想气体体积随摄氏温度变化的图像如图所示，过程为，图线与图线均与纵轴平行，则下列判断正确的是（　　） A．从到过程，气体对容器壁单位面积的作用力减小 B．从到过程，气体放出热量等于外界对气体做功 C．从到过程，所有气体分子的动能增大 D．从到过程，气体分子数密度增大 8．如图所示，开口向右的水平固定导热汽缸用横截面积为的光滑活塞封闭一定质量的理想气体。跨过光滑定滑轮的轻绳一端连接活塞，另一端连接质量为的小桶，小桶静止，气体处于状态1。一段时间后由于温度降低，活塞向左缓慢移动后静止，气体处于状态2。由状态1到状态2气体内能减小量为。已知重力加速度为，外界大气压强始终为。从状态1到状态2封闭气体向外放出的热量为（　　） A． B． C． D． 9．（多选）下列说法正确的是（　　） A．“变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场”的理论是由麦克斯韦最先提出的 B．在电磁场理论的基础上，麦克斯韦最先通过实验证实了电磁波的存在 C．焦耳通过大量实验研究得出做功与热传递对改变系统的内能是等效的 D．美国物理学家梅曼率先在实验室制造出了激光 10．（多选）某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，该装置主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖徐徐顶起，如图所示。若气缸的导热性良好（缸内气体的温度不变），将缸内气体视为理想气体，则此过程中（　　） A．缸内气体的压强增大 B．缸内气体的压强减小 C．缸内气体向外界放出热量 D．缸内气体从外界吸收热量 11．（多选）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生 B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 C．一定质量的气体等容降温过程中气体吸收热量 D．一定质量的气体等温压缩过程中气体放出的热量等于外界对气体做的功 12．（多选）如图甲所示，用活塞将一定质量的理想气体封闭在上端开口的直立圆筒形气缸内，活塞密封性良好且可无摩擦上下滑动。气体从状态A状态B状态C状态A完成一次循环，其状态变化过程的p-V图像如图乙所示。已知该气体在状态A时的温度为600K，下列说法正确的是（　　） A．气体在状态B时的温度为200K B．气体在状态C时的温度为300K C．气体从状态CA过程中，气体向外界放热 D．气体从状态ABC的过程中，外界对气体做的功为 第Ⅱ卷 非选择题 二、填空题（本题共2小题，每题6分，共12分） 13．如图，一开口向上竖直放置的圆柱形导热容器，用导热活塞密封一定质量的理想气体。初始时容器内气柱的高度为h、温度为T0。当外界环境温度变化后，活塞缓慢上升后再次平衡，不计活塞与容器间的摩擦，此时容器内气体的温度为________。该过程气体内能________（填“增大”“减小”或“不变”），气体向外界________（填“吸热”或“放热”）。 14．如图所示，一定质量的理想气体，按图示方向经历了ABCDA的循环。状态A时气体分子的平均动能比状态B时气体分子的平均动能_______（选填“大”或“小”）；由B到C的过程中，气体将________（选填“吸收”或“放出”）热量；经历ABCDA一个循环，气体吸收的总热量_______（选填“大于”或“小于”）释放的总热量。 三．计算题（本题共3小题，共40分） 15．为提高汽车的舒适性，很多车型都会配备空气悬架系统，其原理如图所示。装置未安装到汽车上时，气缸内的气体压强等于外界大气压强，气柱长度为，现将4个装置分别安装到汽车的4个轮子上，汽车静止于水平地面时气缸内的气柱长度均为。已知环境温度为，活塞的横截面积为，悬架装置的质量、活塞与气缸的摩擦、气缸壁厚度均忽略不计，气缸导热性和气密性均良好，气体均视为理想气体。 (1)求装置安装到汽车上后气缸内气体的压强； (2)若安装装置后汽车所处环境温度从缓慢升高到，4个气缸内气体的总内能改变量为，求4个气缸内的气体吸收的总热量。 16．一质量，内部横截面积的导热汽缸由一个质量的活塞封闭了一定质量的理想气体，用轻质细绳把活塞与天花板相连，初始时绳子刚好伸直无张力，汽缸放在水平地面上，环境温度为，已知大气压强，汽缸导热性能良好且不计活塞与汽缸壁间的摩擦，汽缸与天花板无接触，重力加速度取。求： (1)若此时汽缸刚好与地面接触无压力，此时环境温度； (2)在（1）基础上，环境温度继续降低，汽缸缓慢升高，理想气体向外放热54J，问汽缸升高0.04m的过程中理想气体内能的变化量。 17．如图所示，一绝热气缸固定在倾角θ=30°的斜面上，距汽缸底部L=0.8m处有一横截面积S=10cm2、密封性良好的轻质绝热活塞，用一轻质细线绕过定滑轮将活塞与一质量m1=2kg的物体相连。初始时刻整个装置恰好处于静止状态，且气缸内气体的温度为300K（封闭气体可视为理想气体，大气压强p0=1×105Pa）。现用电热丝对气缸内气体进行缓慢加热，直至活塞到气缸底部的距离为1.5L，不计一切摩擦力，取重力加速度大小g=10m/s2. (1)求最终气缸内气体的热力学温度T2； (2)假设该过程吸收的热量为200J，求封闭气体内能的增加量。 / 学科网（北京）股份有限公司 $