第三章 热力学定律 单元检测（五）-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（五） 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．上课过程中，教室内环境温度升高，压强不变，气体可看成理想气体，对教室内气体说法正确的是（　　） A．分子的平均动能增大 B．分子间距变大，分子势能增大 C．对外界做功，向外界放热 D．单位时间内碰撞单位面积的分子数增多 3．下列说法正确的是（　　） A．第二类永动机违背了能量守恒定律 B．第二类永动机违背了热力学第二定律 C．根据能量守恒定律，经过不断地技术改造，热机的效率有可能达到100% D．电冰箱和空调机工作时，热量从低温热源传到高温热源，违背了热力学第二定律 4．下列说法正确的是（　　） A．太空飞船中的小水珠呈球形，是分子斥力作用的结果 B．天然水晶在熔化过程中分子平均动能变大 C．地面附近的一个氢气球在快速上升过程中，随着外界压强减小，球内气体的体积增大，温度降低 D．液晶材料像液体一样具有流动性，但不具备晶体各向异性的特征 5．某大型客机在空中飞行时，机外温度为-23℃，气压为。引气系统每秒从机外吸入7.5m³空气，注入压强为0.8p0，温度为27℃的客舱中。将空气视为理想气体，T=t+273K，则（　　） A．空气进入客舱后内能变小 B．空气进入客舱后内能不变 C．为维持客舱内气体状态稳定，每秒应排出的客舱内空气的体积为 D．为维持客舱内气体状态稳定，每秒应排出的客舱内空气的体积为 6．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 7．卡诺循环是只有两个热源的简单循环。一定质量的理想气体经历如图所示的卡诺循环过程，该循环由、两个等温过程和、两个绝热过程组成。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态的温度低于在状态的温度 B．过程中单位时间内气体分子碰撞单位面积器壁的次数不变 C．过程中气体从外界吸收的热量等于过程中放出的热量 D．过程中气体对外做的功等于过程中外界对气体做的功 8．如图所示，将一空的金属易拉罐开口向下压入恒温游泳池的水中，则金属罐在水中缓慢下降的过程中，下列说法正确的是（罐内空气可视为理想气体）（　　） A．罐内空气内能增大 B．罐内空气分子间的平均距离减小 C．罐内空气向外界放热 D．外界对气体做正功 E．罐内空气既不吸热，也不放热 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．如图所示，一定质量的理想气体经完成循环过程，与纵轴平行，与横轴平行，其中过程为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　） A．过程中，气体内能减少 B．过程中，单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数减少 C．状态的体积和压强满足 D．过程中，气体从外界吸收热量 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）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”） 三、解答题 13．（10分）池塘水面温度为，一个体积为的气泡从深度为的池塘底部缓慢上升至水面，其压强随体积的变化图像如图所示，气泡由状态1变化到状态2。水的密度为，水面大气压强，气泡内气体看作是理想气体，重力加速度大小为。求： (1)池底的温度； (2)若该过程气泡中气体内能增加，气体所吸收的热量。 14．（14分）2026年2月8日，我国乒乓球运动员王楚钦在亚乒赛中夺得男单冠军。乒乓球运动中，若乒乓球被轻微踩瘪且无裂缝．可将其放入热水中使其恢复原状。某次踩瘪后乒乓球的容积，内部压强，球内气体温度与室温相同为；将踩瘪的乒乓球放入水中缓慢加热，乒乓球导热性能良好，当水温升至时，乒乓球“咔哒”一声瞬间恢复原状（该过程时间极短，可视为绝热过程）。恢复原状前乒乓球容积变化可忽略，已知标准乒乓球的容积，球内气体质量不变且可视为理想气体。 (1)求乒乓球恢复原状前的瞬间其内部气体压强； (2)乒乓球内气体内能满足（为气体温度），乒乓球恢复原状后的瞬间内部压强降为，求恢复原状过程中，外界对乒乓球内气体做的功。 15．（16分）如图，在气缸内活塞左边封闭着一定质量的空气，压强与大气压相同。把气缸和活塞固定，使气缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为Q1。如果让活塞可以自由滑动（活塞与气缸间无摩擦、不漏气），也使气缸内空气升高相同温度，其吸收的热量为Q2。Q1和Q2哪个大些，为什么？ 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 A B C D C D BCD CD BC 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．A 【详解】A．温度是分子平均动能的宏观标志，环境温度升高，气体分子平均动能增大，故A正确； B．理想气体忽略分子间相互作用力，分子势能恒为0，不会随分子间距变化而增大，故B错误； C．气体压强不变、温度升高，由盖-吕萨克定律可知气体体积增大，气体对外做功，外界对气体做功；理想气体内能仅与温度有关，温度升高则内能，根据热力学第一定律，可得，即气体从外界吸热，故C错误； D．气体压强由分子平均动能、单位时间内碰撞单位面积的分子数共同决定，压强不变时，分子平均动能增大（单个分子碰撞冲力增大），则单位时间内碰撞单位面积的分子数必然减少，故D错误。 故选A。 3．B 【详解】AB．第二类永动机的定义是从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化的机器。它不违背能量守恒定律（热力学第一定律），但违背热力学第二定律的开尔文表述（即不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响），故A错误，B正确。 C．根据热力学第二定律（卡诺定理），热机的效率不可能达到100%，因为总有一部分热量要排放到低温热源，即使技术改进也无法突破这一极限。能量守恒定律仅保证能量总量不变，但不保证效率可达100%，故C错误。 D．电冰箱和空调机工作时，通过外部做功（如压缩机耗电），实现了热量从低温热源向高温热源的传递，这并不违背热力学第二定律，因为该过程需要外界能量输入（即不“自发”），故D错误。 故选B。 4．C 【详解】A．太空飞船中的小水珠呈球形是液体表面张力作用的结果，表面张力是液体表面层分子间引力的宏观体现，不是分子斥力的作用，故A错误； B．天然水晶是晶体，晶体在熔化的过程中温度保持不变，而温度是分子平均动能的标志，因此天然水晶在熔化过程中分子平均动能不变，故B错误； C．氢气球快速上升的过程可近似为绝热过程，来不及与外界发生热交换，故；由于球内气体体积增大，则气体对外做功，故。根据热力学第一定律可知，气体的内能减小，由于理想气体的内能仅与温度有关，因此球内气体的温度降低，故C正确； D．液晶材料既像液体一样具有流动性，同时具备晶体的各向异性特征，故D错误。 故选C。 5．D 【详解】AB．理想气体内能由温度决定，空气进入客舱前温度 进入客舱后温度 温度升高，内能增大，A错误，B错误； CD．为维持客舱状态稳定，每秒注入的空气质量等于每秒排出的空气质量，即物质的量相等。由理想气体状态方程，在质量不变时为定值，则 代入数据解得 C错误，D正确； 故选D。 6．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。 7．D 【详解】A．过程，气体的体积增大，故气体对外做功，由于该过程为绝热过程，没有热交换，则根据热力学第一定律有 即气体的内能减少，所以气体的温度降低，即气体在状态的温度高于在状态的温度，故A错误； B．是等温压缩过程，气体的温度不变，故分子的平均动能不变；由于此过程气体的体积减小，分子数密度增大，所以单位时间内气体分子碰撞单位面积器壁的次数会增加，故B错误； C．是等温膨胀过程，气体对外做功，吸收的热量等于对外做的功，即 是等温压缩过程，外界对气体做功，放出的热量等于外界对气体做的功，即 由于图像与坐标轴围成的面积表示气体对外界做的功（或外界对气体做的功），由题图可知 所以 即过程中气体从外界吸收的热量大于过程中放出的热量，故C错误； D．从气体的温度不变，所以气体的内能不变；从气体的温度降低，内能减小；从气体的温度不变，内能不变；从气体的温度升高内能增大，且此时回到初始状态与初始内能相同，所以过程气体内能的减少量等于过程气体内能的增加量，且这两个过程均绝热，故这两个过程做功数值大小相等，即过程气体对外界做的功等于过程外界对气体做的功，故D正确。 故选D。 8．BCD 【详解】A．由于温度不变，故气体内能不变（理想气体内能取决于温度），故A错误； B．取金属罐中封闭的理想气体为研究对象，金属罐向下压入恒温游泳池中的过程，可视为等温过程，由题意知压强变大，根据玻意耳定律得p1V1＝p2V2，可知体积变小，故分子间的平均距离变小，故B正确； CDE．恒温游泳池，气体的内能不变，ΔU＝0，体积变小，W＞0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＜0，即向外放热，故CD正确，E错误。 故选BCD。 9．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．BC 【详解】A．由图可知，过程中，气体的压强不变，体积增大，根据盖-吕萨克定律可知，气体温度升高，内能增大，故A错误； B．由图可知，过程中，气体的体积不变，压强减小， 因此单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数减少，故B正确； C．由题可知，过程为等温过程，根据玻意耳定律可得 由图可知为等容过程，且， 则有 因此，故C正确； D．由题可知，过程为等温过程，气体的内能不变，即 气体体积减小，外界对气体做功，即 根据热力学第一定律 解得，即气体放出热量，故D错误。 故选BC。 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)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)282K (2)0.55J 【详解】（1）气泡在池底时压强 由理想气体状态方程得 解得 （2）由图可知，气泡在上升过程中平均压强 由得气体做的功大小为 解得 由热力学第一定律得气体吸收的热量 14．(1) (2)-0.855J 【详解】（1）乒乓球恢复原状前容积变化可忽略，气体发生等容变化。由查理定律 代入数据，， 解得 （2）恢复原状后，气体体积变为，压强。对初末状态应用理想气体状态方程 代入数据解得。气体内能变化量 该过程视为绝热过程，，根据热力学第一定律 外界对气体做的功 15．Q2>Q1，见解析 【详解】活塞固定，气缸体积不变（），因此不做功（W=0）。根据热力学第一定律 活塞可以自由滑动，等压过程。温度升高时，气体膨胀（），系统对外做功（W<0）。根据热力学第一定律 解得 两种情况下，温度升高相同，因此内能增量ΔU相同。显然Q2>Q1 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 $