第三章 热力学定律 单元检测（六）-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（六） 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．下列说法正确的是（　　） A．气体吸收了热量，其温度一定升高 B．第一类永动机不可能造成的原因是违反了能量守恒定律 C．对于确定的液体和确定材质的毛细管，管的内径越细，毛细现象越不明显 D．晶体均有规则的几何形状 2．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 3．关于能源和能量，下列说法正确的是（　　） A．煤炭、石油和天然气属于可再生能源 B．能源的利用过程中有能量耗散，这表明自然界的能量是不守恒的 C．自然界的能量是守恒的，所以地球上的化石能源可以短时间内再生 D．在利用能源的过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了 4．维修车轮时，胎内气体被瞬间放出。将胎内气体视为理想气体，对于这一过程，下列说法正确的是（　　） A．气体瞬间放出是因为分子之间存在斥力的缘故 B．气体放出过程中分子间的引力变大，斥力变小 C．胎内气体的温度降低 D．胎内气体的扩散实际上是布朗运动 5．一厚度为d的薄金属盘悬吊在空中，其上表面受太阳直射，空气的温度保持不变，经过一段时间，金属盘上表面和下表面的温度分别保持为和。假设单位时间内金属盘每个表面散失到空气中的能量与此表面和空气的温度差以及此表面的面积成正比；单位时间内金属盘上、下表面之间传递的热量与金属盘的厚度成反比，与两表面之间的温度差和表面面积成正比。忽略金属盘侧面与空气之间的热传递。那么，在金属盘的厚度变为2d而其他条件不变的情况下，金属盘上、下表面温度稳定之后，金属盘上表面的温度将变为_________K。 A． B． C． D． 6．如图所示，奥托循环由两个绝热和两个等容过程组成。关于该循环，下列说法错误的是（　　） A．整个过程中温度最高的是状态c B．在过程中，所有气体分子的平均动能减小 C．在过程中，气体吸收热量 D．整个过程气体放出热量 7．下列说法正确的是（　　） A．布朗运动可以间接地反映液体分子运动的无规则性 B．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和 C．气体压强仅与气体分子的平均动能有关 D．气体膨胀对外做功且温度降低，分子的平均动能可能不变 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．关于热力学第二定律，下列说法正确的是（　　） A．热量能够自发地从高温物体传到低温物体 B．不可能使热量从低温物体传向高温物体 C．从单一热库吸收热量，可以使之完全变成功 D．气体向真空自由膨胀的过程是不可逆过程 10．一定质量的理想气体从状态a开始，经历abcda过程回到原状态，其图像如图所示，其中ab、cd与T轴平行，ad、bc与p轴平行，bd的延长线过原点O。下列判断正确的是（　　） A．过程，气体温度升高，内能的增加量小于气体从外界吸收的热量 B．过程，气体体积减小，内能的增加量等于外界对气体做的功 C．过程，气体温度降低，气体向外界放出的热量等于内能的减少量 D．气体从状态a开始，经历abcda回到原状态的过程中，吸收的热量大于放出的热量 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，用一个带两根细管的橡皮塞塞紧烧瓶的瓶口，压强传感器通过其中一根不带阀门的细管连通烧瓶中的空气，另一根带阀门的细管连通注射器．开始时阀门处于关闭状态，注射器针筒的最大刻度线到阀门之间充满了水．现利用该装置进行验证玻意耳定律的实验．依图示连接好实验器材，运行 DIS 软件进入实验界面，点击“开始记录”后： ① 打开阀门，推注射器活塞向烧瓶内注入适量的水，关闭阀门； ② 记录气体的压强 p，并在表格中记录注入的水的体积 V； ③ 保持烧瓶中气体的温度不变，重复实验得到多组实验数据，点击“停止记录”． （1）实验中通过_____测得注入烧瓶中的水的体积； （2）为验证玻意耳定律，采用图像法处理实验数据时，应选择 A．p-V 图像    B．p-1/ V 图像    C．V-1/p 图像    D．1/p-1/ V 图像 （3）根据上述实验数据的图像可以测得_________；上述实验中存在着可能影响实验精确度的主要因素有_____（写出一条即可）． 12．（10分）某实验小组用如图所示的实验装置探究“玻意耳定律”。 (1)实验操作的过程中，需要保持不变的是气体的_______。 A．压强 B．体积 C．温度 D．质量 (2)下列改变空气柱体积的操作正确的是_________。 A．把柱塞快速地向下压 B．把柱塞缓慢地向上拉 C．在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞 D．在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞 (3)如下图所示，缓慢拉升柱塞，使其从状态A到达状态B（体积为V1）。若此时突然拉动柱塞，使其快速到达体积V2，则此时V2对应图中的状态_______（填“C”、“D”、“E”、“F”）（图中A、B、E为同一等温线上的点） (4)在实验要求符合、规范操作的情况下，多次精确测量，绘制的图像可能是_________，理由是_____________。 三、解答题 13．（8分）如图所示，在一个配有活塞的厚壁有机玻璃筒底放入一小团蘸了乙醚的硝化棉，用力迅速压下活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。为什么筒底的硝化棉会被点燃呢？ 14．（14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。 15．（16分）如图甲所示，有一开口向下，高度为、底面积为的绝热气缸固定在水平面上，气缸内部有加热装置，在缸口处有固定卡环，绝热活塞与气缸内壁之间无摩擦力。将一定质量的理想气体封闭在活塞上方，开始时封闭气体的温度为，压强为，活塞正好位于气缸的中间位置。现通过电热丝缓慢加热，封闭气体先后经历了如图乙所示的由的状态变化过程，图中标出的量为已知量。已知外界大气压强为，重力加速度为，活塞的厚度不计，求： (1)活塞的质量以及活塞刚运动到卡环时缸内气体的温度； (2)若已知气体的内能为（为已知常量），求过程中缸内气体吸收的热量。 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 D C C D A ABE ACD AD 1．B 【详解】A．气体吸收了热量，可能同时对外做功，气体的温度不一定升高，故A错误； B．第一类永动机不可能造成的原因是违反了能量守恒定律，故B正确； C．对于确定的液体和确定材质的毛细管，管的内径越细，毛细现象越明显，故C错误； D．单晶体有规则的几何形状，多晶体没有规则的几何形状，故D错误。 故选B。 2．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。 3．D 【详解】A．煤炭、石油和天然气是化石能源，形成需数百万年，不可再生，属于不可再生能源，故A错误。 B．能量守恒定律指出，能量总量不变，耗散（如热能散失）仅改变能量形式，不违背守恒，故B错误。 C．化石能源不可再生，形成周期漫长，无法短时间内再生，故C错误。 D．能量守恒定律表明能量总量不变，但利用过程中高品质能量（如机械能）转化为低品质能量（如热能），导致可利用性降低，符合热力学第二定律，故D正确。 故选D。 4．C 【详解】A．气体瞬间放出是因为胎内气体压强大于外界大气压，存在压强差，且理想气体模型忽略分子间相互作用力，故A错误； B．气体放出过程中，胎内气体分子数密度减小，分子间距增大，分子间引力和斥力均随分子间距增大而减小，故B错误； C．放气过程时间极短，可视为绝热过程，气体与外界热交换，气体膨胀对外做功，根据热力学第一定律 可得内能变化。理想气体内能仅由温度决定，内能减小则温度降低，故C正确； D．扩散是气体分子的无规则运动，布朗运动是悬浮固体小颗粒的无规则运动，二者本质不同，故D错误。 故选C。 5．C 【详解】厚度为d的薄金属盘，经过一段时间，当温度稳定后，则吸热功率为 上表面向下表面传递的热量功率为 即为 解得   ① 金属盘的厚度变为2d而其他条件不变的情况下，金属盘上、下表面温度稳定之后，设金属盘上、下表面温度分别为T上、T下，由于太阳对金属盘直射功率不变，则有 则有 即为 整理可得   ② 金属盘的厚度变为2d时，上表面向下表面传递的热量功率为 即为   ③ 联立①②③式解得 ABD错误，C正确。 故选C。 6．D 【详解】A．根据理想气体状态方程有，变形得，根据图示可知，状态c的温度比状态b的温度高，状态d的温度比状态a的温度高，为绝热过程，则有，气体体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体内能减小，温度降低，即状态c的温度比状态d的温度高，可知，整个过程中温度最高的是状态c，故A不符合题意； B．过程中，体积一定，则有W=0，压强减小，根据查理定律可知，气体温度降低，气体分子运动的平均动能减小，故B不符合题意； C．过程中，体积一定，则有W=0，压强增大，根据查理定律可知，气体温度升高，气体内能增大，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，故C不符合题意； D．图像与横轴所围几何图形的面积表示气体做功，过程，外界对气体做功，过程，气体对外界做功，整个过程气体对外界做功，由于内能一定，根据热力学第一定律可知，整个过程气体吸收热量，故D符合题意。 故选D。 7．A 【详解】A．布朗运动是悬浮在液体中的微粒因液体分子无规则碰撞而产生的无规则运动。根据分子动理论，布朗运动间接反映了液体分子运动的无规则性，故A正确。 B．内能是物体内所有分子热运动的动能与分子间势能的总和，故B错误。 C．气体压强由气体分子的平均动能和分子数密度共同决定，故C错误。 D．气体的温度降低时，分子的平均动能必然减小，不可能不变，故D错误。 故选A。 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．ACD 【详解】A．根据热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体，故A正确； B．在外界的影响下，能使热量从低温物体传向高温物体，如空调，故B错误； C．根据热力学第二定律（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），由于本选项没有提“而不产生其他影响”这一关键条件，故在有外界作用的情况下，从单一热库吸收热量，可以使之完全变成功，故C正确； D．所有涉及热现象的宏观过程都有方向性，气体向真空自由膨胀的过程是不可逆过程，故D正确。 故选ACD。 10．AD 【详解】A．过程中，温度升高，则内能增大，因压强不变，则恒定，所以体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，内能的增加量小于气体从外界吸收的热量，故A正确； B．过程中温度不变，内能不变，恒定，压强减小，则气体体积增大，对外做功，故B错误； C．过程温度降低，则内能减小，又压强不变，则恒定，所以体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，内能的减少量小于气体所放出的热量，故C错误； D．气体从状态a开始，过程体积增大，过程体积减小，bd等容，过程气体对外界做功大于外界对气体做功，过程气体对外界做功大于过程外界对气体做功，经历abcda回到原状态的过程中，气体内能不变，气体对外界做功大于外界对气体做功，根据热力学第一定律，吸收的热量大于放出的热量，故D正确。 故选AD。 11． 注射器针筒上的刻度 C 烧瓶的容积；烧瓶密封不严有漏气，或烧瓶中气体温度有变化 【详解】（1）因为注射器上有刻度，所以通过注射器上的刻度测得注入烧瓶中的水的体积． （2）设烧瓶的体积为,由玻意耳定律可得，化简可得，由此可以看出应该作图象． （3）由可知，此图象的延长线与的交点就是烧瓶的体积，所以由图象可以求出烧瓶的体积．影响实验精确度的因素有：烧瓶密封不严有漏气，或烧瓶中气体温度有变化，或压力传感器测量不准确． 12．(1)CD (2)BD (3)F (4) C 见解析 【详解】（1）本实验的目的是探究“玻意耳定律”，故在实验操作的过程中，需要保持不变的是气体的温度和质量。 故选CD。 （2）AB．把柱塞缓慢地向上拉，使气体与外界有充分的时间进行热交换，保证气体的温度不变，故A错误，B正确。 CD．在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞，使气体与外界有充分的时间进行热交换，保证气体的温度不变，故C错误，D正确。 故选BD。 （3）若此时突然拉动柱塞，使其快速到达体积V2，气体体积增大，气体对外做功； 气体体积快速增大，气体来不及与外界进行热交换，既不吸收热量也不放出热量； 根据热力学第一定律，气体的内能减小，气体的温度降低； 在p−V图像中，等温线离坐标原点越近温度越低，所以此时V2对应图中的状态F； （4）[1]在实验要求符合、规范操作的情况下，多次精确测量，绘制的图像可能是C。 故选C。 [2]设注射器内气体体积为V，压强为p，橡胶套内气体体积为V0，根据玻意耳定律得 解得 图像的斜率为，随着增大，斜率k减小，图线向下弯曲。 13．见解析 【详解】迅速压下活塞时，外界对筒内空气绝热压缩（时间极短，热量来不及散失），导致气体内能增加，温度急剧升高。乙醚和硝化棉的混合物燃点较低，当压缩后的气体温度超过其燃点时，硝化棉被点燃，产生火苗。 14．(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 15．(1)    (2) 【详解】（1）初始状态时气体压强，体积，温度，对活塞受力分析有，外界大气压力向上，内部气体压力向下，活塞重力向下。由平衡条件，得 解得 从是等压过程，体积从变为。根据盖•吕萨克定律有 代入数据解得。 （2）是等压过程，气体等压膨胀，对外做功 内能变化 根据热力学第一定律，有 是等容变化，气体体积不变，对外做功 由查理定律有 解得 内能变化 根据热力学第一定律 过程中缸内气体吸收的热量。 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 $