第三章 热力学定律 单元检测（二)-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 单元检测（二) 第I卷（选择题） 一、选择题（共46分，本题共10小题，1-7题每小题4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，8-10题每小题6分，在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。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．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（　　） A．它不符合机械能守恒定律 B．它违背了能量守恒定律 C．它做功产生的热不符合热功当量 D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料 2．利用所学知识判断下列图片及相应描述正确的是（　　） A．太空授课失重环境下的“液桥”现象（图a）说明表面张力方向与液体表面垂直 B．铌包头矿是富含的硅酸盐矿物（图b），由微观结构可知该物质有固定的熔点 C．悬浮在液体中的微粒越大（图c），单位时间内受到液体分子撞击次数越多，布朗运动越明显 D．“饮水小鸭”（图d）“喝”完一口水后，直立起来，直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，如此循环往复，小鸭不需要外界提供能量，也能够持续工作下去 3．如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体（　　） A．对外做功 B．内能减小 C．吸收热量 D．压强不变 4．指出下面例子中通过热传递改变物体内能的是（　　） A．感到手冷时，搓搓手就会觉得暖和些 B．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点，火柴燃烧起来 C．物体在阳光照射下温度升高 D．反复弯折一根铁丝，弯折的部分温度升高 5．如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，沿图示路径经状态b、c再回到状态a，其中，图线平行于纵轴、图线平行于横轴。下列说法正确的是（    ） A．从a到b，气体对外界做功 B．从b到c，气体温度保持不变 C．从c到a，气体内能减小 D．从c到a，气体从外界吸热 6．一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p—V图中a→c直线段所示，状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是（   ） A．a→b是等温过程 B．a→b过程中气体吸热 C．a→c过程中状态b的温度最低 D．a→c过程中外界对气体做正功 7．如图所示，导热性能良好的汽缸竖直放置，汽缸内用轻质活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可沿汽缸无摩擦滑动，现往活塞上缓慢增加砂子，当砂子的质量为时，活塞下降的高度为，此过程中气体向外放出的热量为，继续缓慢添加砂子，当砂子的质量为时，活塞又下降了高度，此过程中气体向外放出的热量为，整个过程中环境的气压和温度均保持不变。关于上述各量的关系，下列说法正确的是（　　）   A． B． C． D． 8．关于能量和能量守恒，下列表述正确的是（　　） A．能量可以从一种形式转化为另一种形式 B．能量可以从一个物体转移到另一个物体 C．能量是守恒的，所以能源永不枯竭 D．满足能量守恒定律的物理过程一定能自发进行 E．第一类永动机不可能制成是因为违背了能量守恒定律 9．利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（　　） A．A端为冷端，B端为热端 B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的 C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的 D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律 10．一定质量的理想气体，初始温度为，压强为。经等容过程，该气体吸收的热量后温度上升；若经等压过程，需要吸收的热量才能使气体温度上升。下列说法正确的是（    ） A．初始状态下，气体的体积为 B．等压过程中，气体对外做功 C．等压过程中，气体体积增加了原体积的 D．两个过程中，气体的内能增加量都为 第II卷（非选择题） 本题共5小题，共54分。 二、实验题 11．“东方绿舟”内有一个绿色能源区，同学们可以在这里做太阳能和风能的研究性实验，某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热装置，实验器材有：（1）内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1平方米；（2）盛水塑料袋一个；（3）温度计一个；（4）玻璃板一块（约1平方米），如图所示： 假设图为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在图中______； 如果已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量△间的关系是，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、外，还应测量的物理量是_____，本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因：_________ _____。 12.使用注射器和压强传感器探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系。下表为小明和小曹同学对同一空气样本测得的实验数据，操作序号1~5为小明完成，操作序号5~9为小曹完成。 操作序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 压强 185.1 131.6 102.4 84.2 71.1 88.9 114.5 164.6 244.5 体积 5 7 9 11 13 11 9 7 5 乘积 925.5 921.2 921.6 926.2 924.3 977.9 1030.5 1152.2 1222.5 （1）分析表格的数据可知___________（选填：A．小明    B．小曹）的操作有错误。 （2）错误的原因可能是___________。 将表格数据绘制成右侧图像，曲线①对应小明的操作，曲线②对应小曹的操作，在曲线上找到气体的三个状态、c，其对应坐标如图所示。 （3）在的过程中__________ A．活塞对密封气体做正功 B．分子平均动能几乎不变 C．气体分子垂直作用在器壁单位面积上的平均冲击力增大 （4）气体处于a、c状态时温度分别为和，则可知___________。（用图中字母表示） （5）在的过程中，密封气体从外界吸收了热量___________（选填：A．小于、B．等于、C．大于）气体对活塞做的功。 三、解答题 13．如图所示，一个圆柱形绝热汽缸开口向上竖直放置，质量为m、面积为S的活塞与汽缸间密封一定质量的理想气体，平衡时活塞恰好位于汽缸的中间位置，气柱高度为L，温度为，大气压强为。已知重力加速度为g，现用电阻丝给封闭气体加热，当活塞刚好接触汽缸上部的边缘时。 (1)求封闭气体的温度； (2)若电阻丝的阻值为R，通过电阻丝的电流为I，从开始加热到活塞刚好接触汽缸上边缘用时为t，求此过程中气体内能的增量； (3)若继续加热，当封闭气体的温度为时，求气体的压强。 14．“拔火罐”是我国传统医学的一种疗法。治疗时，医生将开口面积为S的玻璃罐加热，使罐内空气温度升至，然后迅速将玻璃罐倒扣在患者皮肤上（状态1）。待罐内空气自然冷却至室温，玻璃罐便紧贴在皮肤上（状态2）。从状态1到状态2过程中罐内气体向外界放出热量。已知，，。忽略皮肤的形变，大气压强。求： (1)状态2时罐内气体的压强； (2)状态1到状态2罐内气体内能的变化； (3)状态2时皮肤受到的吸力大小。 15．如图所示，一竖直放置的足够长的导热汽缸由A、B两部分构成，厚度不计的绝热活塞a、b可以上下无摩擦地移动，汽缸连接处有小卡销，使活塞b不能通过连接处进入汽缸A。现将活塞a和活塞b用一轻质细弹簧拴接，两活塞之间封闭有一定量的理想气体，刚开始时，活塞a位于汽缸A底端，系统处于静止状态，此时两活塞间气体的温度为，压强等于大气压强。已知活塞a、b的质量分别为2m、m，横截面积分别为2S、S，弹簧原长为，劲度系数为，大气压强为，重力加速度为g。现缓慢加热两活塞间的气体。 （1）求活塞a刚要开始运动时活塞间气体的压强和温度； （2）求当活塞b刚到达汽缸连接处时，活塞间气体的温度； （3）两活塞间封闭气体的温度从升高到的过程中，封闭气体的内能增加了，求该过程中封闭气体从外界吸收的热量。 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 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B B B C D B B ABE AB AD 1．B 【详解】第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律，故B正确，ACD错误。 故选B。 2．B 【详解】A．表面张力的方向实际上是沿着液体表面的切线方向，而不是垂直于液体表面，A错误； B．硅酸盐矿物通常具有固定的熔点，因为它们是晶体结构，晶体物质有固定熔点，B正确； C．布朗运动的明显程度与微粒的大小和温度有关，微粒越小，温度越高，布朗运动越明显，C错误； D．“饮水小鸭”实际上是通过蒸发和冷凝的物理过程来工作的，虽然看似不需要外界能量，但实际上它依赖于环境中的温度变化和水的蒸发，D错误。 故选B。 3．B 【详解】A．由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故A错误； B．爬山过程中温度降低，则气体内能减小，故B正确； C．根据热力学第一定律可知 爬山过程中气体不做功，但内能减小，故可知气体放出热量，故C错误； D．爬山过程中氧气瓶里的气体容积质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程有 可知气体压强减小，故D错误； 故选B。 4．C 【详解】物体在阳光照射下温度升高是通过热传递的方式来改变物体内能，搓手取暖、擦火柴以及反复弯折铁丝均是通过做功改变物体的内能。 故选C。 5．D 【详解】A．从a到b，气体体积减小，外界对气体做功，A错误； B．从b到c，气体做等容变化，根据可知压强减小，温度降低，B错误； C．从c到a，气体压强不变，根据可知体积增大，温度升高，气体内能增加，C错误； D．从c到a，气体体积增大，对外做功，而气体内能增加，根据热力学第一定律U=Q＋W，可知气体从外界吸热，D正确。 故选D。 6．B 【详解】AB．根据理想气体的状态方程 可知a→b气体温度升高，内能增加，且体积增大气体对外界做功，则W < 0，由热力学第一定律 U = W + Q 可知a→b过程中气体吸热，A错误、B正确； C．根据理想气体的状态方程 可知，p—V图像的坐标值的乘积反映温度，a状态和c状态的坐标值的乘积相等，而中间状态的坐标值乘积更大，a→c过程的温度先升高后降低，且状态b的温度最高，C错误； D．a→c过程气体体积增大，外界对气体做负功，D错误。 故选B。 7．B 【详解】设初始时气体的压强与外界大气压强为，第一次加砂后气体压强为，活塞横截面积为S，汽缸初始气体高度为H，有 该过程是等温变化，有 解得 根据等温变化的p-V图像，面积代表做功可知，该过程气体的做功为 由于理想气体温度不变，所以该过程气体内能不变，由热力学第一定律有 解得 设第二次加砂后气体的压强为，有 从第一次加砂到第二次加砂有 解得 该过程气体的做功为 由于理想气体温度不变，所以该过程气体内能不变，由热力学第一定律有 解得 故选B。 8．ABE 【详解】AB．根据能量守恒定律，能量可以从一种形式转化为另一种形式，也可以从一个物体转移到另一个物体，AB正确； C．能量与能源不同，能量是守恒的，但随着能量的耗散，能量可以利用的品质会下降，则依然要节约能源，C错误； D．自然界的宏观热现象的过程都有方向性，满足能量守恒定律的物理过程不一定能自发进行，D错误； E．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律，E正确。 故选ABE。 9．ABE 【详解】A. 依题意，中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板相作用后反弹，从A端流出，而边缘部分热运动速率较高的气体从B端流出；同种气体分子平均热运动速率较大、其对应的温度也就较高，所以A端为冷端、B端为热端，故A正确； B．依题意，A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，所以从A端流出的气体分子热运动平均速度小于从B端流出的，故B正确； C．A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，则从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关；依题意，不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，故C错误； D．该装置将冷热不均气体的进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非是自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的从A端出、较高的从B端出，也符合能量守恒定律，故D错误。 故选AB。 10．AD 【详解】C．令理想气体的初始状态的压强，体积和温度分别为 等容过程为状态二 等压过程为状态三 由理想气体状态方程可得 解得 体积增加了原来的，C错误； D．等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律 两个过程的初末温度相同即内能变化相同，因此内能增加都为，D正确； AB．等压过程内能增加了，吸收热量为，由热力学第一定律可知气体对外做功为，即做功的大小为 解得 A正确B错误； 故选AD。 11． 见解析 时间T 太阳能没有全部被水吸收（或水吸收的太阳能有一部分损失等） 【详解】[1]这是测定夏季中午太阳能的研究性实验。告诉了实验器材、实验环境（斜坡草地）、实验原理，根据研究性要求设计实验，并明确测量物理量，指出实验中产生误差的主要原因，实验图示如图所示 [2]需要测定单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了测量水的质量、温度升高的高度，还需测量太阳照射的时间T。 [3]产生误差的主要原因：太阳能没有全部被水吸收，或水吸收的太阳能还有一部分损失等。 12． （1） B （2）气体的温度升高，即环境温度升高 （3） B （4） （5）大于 【解析】12．[1]根据玻意耳定律知，若实验操作正确，pV乘积基本保持不变，故分析表格的数据可知小曹的操作错误，故选B； [2]根据 可知，pV乘积变大，可能是气体的温度升高，即环境温度升高。 [3] A．在的过程中，气体体积增大，活塞对密封气体做负功，故A错误； B．根据小题1的分析知，在的过程中，是等温变化，温度不变，分子平均动能几乎不变，故B正确； C．在的过程中，气体压强减小，气体体积增大，分子数密度减小，温度不变，气体分子垂直作用在器壁单位面积上的平均冲击力减小，故C错误。 故选B。 [4]气体处于a、c状态时温度分别为和，a、c状态压强相等，根据盖吕—萨克定律可知 [5]在的过程中，根据热力学第一定律 根据小题1的分析知，温度升高 即，故密封气体从外界吸收的热量大于气体对活塞做的功。 13．(1) (2) (3) 【详解】（1）设当活塞刚好接触汽缸上部的边缘时封闭气体的温度为，根据盖一吕萨克定律 即 解得 （2）此过程中电阻丝放出的热量 气体对外做功 气体压强 变化的体积为 据热力学第一定律有 联立解得 （3）如果继续加热，封闭气体是等容变化，据查理定律有 已知 解得 14．(1) (2)减少 (3) 【详解】（1）状态1气体的温度 压强 状态2气体的温度 气体做等容变化，根据 可得 （2）气体做等容变化，外界对气体不做功，气体吸收热量为 根据热力学第一定律 可得状态1到状态2罐内气体内能的变化 即气体内能减少。 （3）罐内外的压强差 状态2皮肤受到的吸力大小 15．（1）,；（2）；（3） 【详解】（1）设初始状态弹簧的伸长量为，活塞a刚要开始运动时活塞间气体的压强和温度，对活塞 解得 初状态气体体积 活塞a刚要开始向上运动时，设弹簧弹力为，对活塞a 对活塞 解得 设活塞a刚要开始运动时弹簧伸长量为，由胡克定律 得 此时气体的体积 对活塞间气体由理想气体状态方程 解得 （2）当活塞b刚到达汽缸连接处时，活塞间气体的温度为，活塞a运动后，活塞间气体压强保持不变，由盖吕萨克定律 解得 （3）设两活塞间封闭气体的温度从升高到的过程中，外界对气体做的功为W，则 又 根据热力学第一定律 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 $