第三章 热力学定律 单元检测（四)-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（四) 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．宋朝开庆年间，宋军发明的管状火器——突火枪（如图甲），是世界上第一种发射子弹的步枪。突火枪以厚竹筒为枪管，内部装填火药与子弹，点燃引线引爆火药后，瞬间完成燃烧，子弹开始加速运动，至子弹出枪管前可认为枪管中的气体质量不变，该过程中气体压强p与体积V的关系图像如图乙所示，S1、S2为ABC和BCED区域的面积，忽略子弹与枪管之间的摩擦力，则子弹射出枪管时的动能大小可表示为（　　） A．S1 B．S2 C． D． 2．气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其原理图如图所示。座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气，气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换，舱内气体可视为理想气体，下列说法正确的是（    ） A．气体体积变大，气体分子单位时间对汽缸壁单位面积碰撞的次数将变多 B．B中气体可以自发地全部退回A中 C．气体温度不变，体积增大，压强减小 D．气体体积膨胀，对外做功，内能减小 3．如图所示，一定质量的理想气体分别经历和两个过程，其中为等温过程，状态b、c的体积相同，则（　　） A．状态a的内能大于状态b B．状态a的温度高于状态c C．过程中气体吸收热量 D．过程中外界对气体做正功 4．把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速下压活塞时，由于被压缩的空气骤然变热，温度升高，达到了乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明（　　） A．做功可以升高物体的温度 B．做功可以改变物体的内能 C．做功一定可以增加物体的内能 D．做功可以增加物体的热量 5．如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体（　　） A．内能减少 B．对外界做正功 C．增加的内能大于吸收的热量 D．增加的内能等于吸收的热量 6．压燃式四冲程柴油发动机具有动力大、油耗小、低排放等特点，被广泛应用于大型机车及各种汽车中。发动机工作过程中内部气体（可视为定量的理想气体）遵循如图所示的狄塞尔循环，其中a→b、c→d为绝热过程，则气体（　　） A．在a→b过程中温度不变 B．在b→c过程中吸收的热量大于对外界做功 C．在d→a过程中吸收热量 D．经历一个循环过程后对外界做功为0 7．某拖拉机的往复式柴油内燃机利用迪塞尔循环进行工作。该循环由两个绝热过程、一个等压过程和一个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体所经历的迪塞尔循环，则该气体（　　） A．在状态和时的内能可能相等 B．在过程中，气体对外界做的功等于增加的内能 C．过程中增加的内能小于该过程吸收的热量 D．在一次循环过程中放出的热量大于吸收的热量 8．细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图所示。使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，下列说法正确的是（　　） A．小球机械能不守恒 B．小球能量正在消失 C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化 D．总能量守恒，但小球的机械能减少 9．压缩空气储能系统（CAES）能将空气压缩产生的热能储存起来，发电时让压缩的空气推动发电机工作，这种方式能提升压缩空气储能系统的效率，若该系统始终与外界绝热，空气可视为理想气体。对于上述过程的理解正确的是（　　） A．压缩空气过程中，组成空气的气体分子平均动能不变 B．压缩空气过程中，空气温度升高，内能增加 C．该方式能够将压缩空气储能的效率提升到100% D．压缩的空气在推动发电机工作的过程中；空气对外做功，压强减小 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.（6分）如图所示，利用特制的注射器做“探究气体等温变化时压强与体积的关系”的实验，已知压力表通过细管与注射器内的空气柱（可认为是理想气体）相连，细管隐藏在柱塞内部未在图中标明，实验时保持气体不漏出。 （1）某同学缓慢推动柱塞，注射器内空气温度保持不变而体积逐渐减小，则此过程单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数______（选填“增多”“不变”“减少”），注射器内空气热传递情况为：______（选填“吸热”“放热”“没有热传递”）； （2）另一同学多次缓慢推动柱塞，注射器内空气体积逐渐减小，根据测量结果描绘的图像如图所示的虚线，实线为一条双曲线，a为实线与虚线的交点，b为虚线上的一点。虚线与玻意耳定律不够吻合，若是温度改变引起的，则可以判断______。（选填“>”“<”）； 12．（8分）用如图所示装置完成“探究气体等温变化的规律”实验。 (1)关于实验下列说法正确的是________； A．实验时需要用手扶住注射器外壁，以防止注射器在实验过程中晃动 B．在活塞上涂上润滑油，保持良好的封闭性 C．实验时缓慢地向上拉或向下压柱塞，是为了尽量减小注射器与柱塞间的摩擦 D．封闭一定质量的气体时，先要摘除橡胶套，拉动柱塞使之移到适当位置后，再用橡胶套封闭注射器的注射孔 (2)封闭气体的压强缓慢增大时，封闭气体________（填“从外界吸热”或“向外界放热”）； (3)某实验小组进行了两次正确的操作，并由记录的数据作出了图像，如图1、2图线所示。若两次实验气体的质量一定，则气体温度________（填“>”、“<”或“=”）；若两次实验气体的温度不变，则气体质量________（填“>”、“<”或“=”）。 三、解答题 13．（10分）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．（14分）如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为，C为已知常数，大气压强恒为，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求 （1）再次平衡时容器内气体的温度。 （2）此过程中容器内气体吸收的热量。 15．（16分）如图所示，圆柱形汽缸竖直悬挂于天花板，用横截面积为的轻质光滑活塞封闭一定质量的理想气体，活塞下悬挂质量为的重物，此时活塞处在距离汽缸上底面为的A处，气体的温度为。汽缸内的电阻丝加热，活塞缓慢移动到距离汽缸上底面为的B处。已知大气压为。 （1）求活塞在B处时的气体温度； （2）求活塞从A处到B处的过程中气体对外界做功的大小，并分析气体的内能是增大还是减小。 （3）保持温度不变，当悬挂重物为时，打开汽缸阀门放出一部分的气体使得活塞仍处于B处，求放出气体的质量与原来汽缸内气体质量的比值。 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 C C C B B B C AD BD AD 1．C 【详解】由题意，气体的图像中，图线与坐标轴所围成图形的面积表示气体对外做的功，由动能定理，有 则子弹射出枪管时的动能大小可表示为 故选C。 2．C 【详解】CD．由于气闸舱B内为真空，可知打开阀门K，A中的气体可以自由进入B中，气体不做功，且与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体内能不变，气体温度不变，根据 由于气体体积增大，则气体压强减小，故C正确，D错误； A．气体体积变大，气体温度不变，气体分子的平均动能不变，气体压强减小，根据压强微观意义可知，气体分子单位时间对汽缸壁单位面积碰撞的次数将变少，故A错误； B．根据热力学第二定律可知，B中气体不可以自发地全部退回A中，故B错误。 故选C。 3．C 【详解】A．由于a→b的过程为等温过程，即状态a和状态b温度相同，分子平均动能相同，对于理想气体状态a的内能等于状态b的内能，故A错误； B．由于状态b和状态c体积相同，且，根据理想气体状态方程 可知，又因为，故，故B错误； CD．因为a→c过程气体体积增大，气体对外界做正功；而气体温度升高，内能增加，根据 可知气体吸收热量；故C正确，D错误； 故选C。 4．B 【详解】AB．当用力压活塞时，活塞压缩玻璃筒内的空气，对空气做功，空气的内能增加，温度升高，当达到乙醚着火点时，筒内棉花就会燃烧起来．此实验说明了：外界对物体做功，物体的内能增加，故A错误，B正确； CD．改变物体的内能有做功和热传递，做功不一定增加物体的内能，还需考虑热传递；做功改变物体的内能，宏观表现为物体温度的变化，并非增加热量，故CD错误。 故选B。 5．B 【详解】A．由于越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小瓶上浮的过程中，小瓶内温度升高，内能增加，A错误； B．在小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度逐渐升高，压强逐渐减小，根据理想气体状态方程 气体体积膨胀，对外界做正功，B正确； CD．由AB分析，小瓶上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根据热力学第一定律 由于气体对外做功，因此吸收的热量大于增加的内能，CD错误。 故选B。 6．B 【详解】A．a→b过程为绝热过程，体积减小，外界对气体做功，则 根据热力学第一定律可知 即a→b过程内能增大，温度升高，A错误； B．b→c过程中，气体压强不变，根据 可知，气体体积增大，温度升高，则内能，气体体积增大，气体对外做功，则,根据热力学第一定律 可知，气体吸收的热量大于对外界做的功，B正确； C．d→a过程中体积不变，则，根据可知，气体的压强减小，温度降低，内能减小，气体放出热量，C错误； D．根据图线与坐标轴围成的面积表示气体所做的功可知，经历一个循环后，外界对气体做功不为零，D错误。 故选B。 7．C 【详解】A．据题意，结合题图可知，气体从c到d为绝热膨胀，则 根据 则温度降低；气体从d到a，体积不变，压强减小，则温度降低，则该气体在状态c的温度高于在状态a时的温度，故在状态c时的内能大于在状态a时的内能，A错误； B．a→b过程为绝热压缩，外界对气体做功 则 即外界对气体做的功全部用于增加内能，B错误； C．过程中体积增大，气体对外做功，即 根据热力学第一定律可知 即增加的内能小于该过程吸收的热量，C正确； D．根据p­V图像与V轴围成的面积表示气体做功的大小，可知一次循环过程中外界对气体做的功 而一次循环过程整个过程气体内能变化为零，则整个过程 即在一次循环过程中气体吸收的热量大于放出的热量，D错误； 故选C。 8．AD 【详解】A．小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确； B．小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量不会消失，故B错误； CD．小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C错误，D正确。 故选AD。 9．BD 【详解】AB．压缩空气过程中，外界对气体做正功，系统与外界绝热，由热力学第一定律可知气体内能增大，温度升高，组成空气的气体分子平均动能增大，故A错误，B正确； C．由热力学第二定律可知，该方式能够将压缩空气储能的效率不能提升到100%，故C错误； D．压缩的空气在推动发电机工作的过程中；气体膨胀，体积变大，空气对外做功；由可知压强减小，故D正确。 故选BD。 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. 增多 放热 < 【详解】（1）[1]注射器内空气温度保持不变而体积逐渐减小根据 因此压强变大，而温度不变，分子平均动能不变，由压强的微观决定因素可知单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多。 [2]根据热力学第一定律可知，气体温度不变则内能不变，体积减小说明外界对气体做功，则可知气体放热。 （2）[3]结合图像可知由a到b过程，压缩气体过程中p与V的乘积增大，根据理想气体的状态方程，可分析出气体的温度升高了，即 12．(1)BD (2)向外界放热 (3) 【详解】（1）A．从实验要求可知，实验前将注射器固定好就可以防止实验过程中注射器晃动，用手扶住注射器外壁会导致封闭气体的温度升高，故A错误； B．在活塞上适量涂上润滑油，可减少摩擦并保证密封性，防止漏气，故B正确； C．实验时缓慢地向上拉或向下压柱塞，是为了防止动作过快导致封闭气体的温度升高，故C错误； D．封闭一定质量的气体时，先要摘除橡胶套，拉动柱塞使之移到适当位置后，再用橡胶套封闭注射器的注射孔，故D正确。 故选BD。 （2）若封闭气体的压强缓慢增大，则外界对气体做功使气体的体积减小，，为了保证气体温度保持不变，则，根据热力学第一定律可知 故封闭气体向外界放热。 （3）[1]若两次实验气体的质量一定，根据理想气体状态方程可知可得 故图像的斜率为 由于 所以 [2]两次实验气体的温度不变，气体分子对器壁的平均撞击力相同，由图可知在气体体积相同时， 说明第一次实验时气体的分子数密度更大些，所以气体的分子数更多些，所以 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） 【详解】（1）气体进行等压变化，则由盖吕萨克定律得 即 解得 （2）此过程中气体内能增加 气体对外做功大小为 由热力学第一定律可得此过程中容器内气体吸收的热量 15．（1）360K；（2）128J，增加；（3） 【详解】（1）A到B为等压过程，根据盖吕萨克定律 即 得 （2）设气体压强为p，活塞受力平衡 得 气体对外界做功 理想气体的分子势能忽略不计，而温度升高则分子动能增加，内能由分子势能和分子动能组成，所以气体内能增加。 （3）打开阀门前在B处 ， 悬挂后 得压强 若不打开阀门，气体体积设为 该等温过程 得 放出气体的质量与原来汽缸内气体质量的比值 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 $