第三章 热力学定律 单元检测-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 本单元卷聚焦高中物理热力学定律，以生活实践（如拔火罐）和科技前沿（敦煌熔盐发电）为情境，覆盖能量守恒、气体实验定律等核心知识，适配单元复习，强化物理观念与科学思维。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |选择题|10题/46分|能量守恒定律、热力学第二定律、气体状态变化|基础概念辨析，如能量耗散方向性；结合卡诺循环考查科学推理| |实验题|2题/12分|玻意耳定律验证、油膜法估测分子大小|注重实验误差分析（如爽身粉厚度影响），培养科学探究能力| |解答题|3题/42分|气体实验定律综合应用（汽缸、空气悬架）|情境化问题设计，如汽车悬架气柱变化，考查模型建构与数学运算|

第三章 热力学定律 单元检测 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．关于能量的转化与能量守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．能量耗散是指能量在不断地减少 B．能量耗散说明能量在转移、转化过程中具有方向性 C．能量是守恒的，不会凭空消失，因此不会发生能源危机 D．能量可以从一种形式转化为另一种形式，但不能从一个物体转移到另一个物体 2．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 3．物体的内能增加了，下列说法正确的是（　　） A．一定是外界对物体做了的功 B．一定是物体吸收了的热量 C．一定是物体分子的平均动能增加了 D．物体分子的平均动能可能不变 4．“拔火罐”是我国传统医学的一种治疗手段。操作时，医生用点燃的酒精棉球加热一个小罐内的空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位，冷却后小罐便紧贴在皮肤上。若认为冷却过程中罐中气体的体积不变，则冷却过程中气体（　　） A．压强减小 B．内能增大 C．对外界做功 D．分子平均动能不变 5．如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，沿图示路径先后到达状态b和c，下列说法正确的是（　　） A．从a到b，气体体积减小 B．从a到b，气体对外界做功 C．从b到c，气体内能减小 D．从b到c，气体从外界吸热 6．如图为甘肃敦煌熔盐塔式发电站，主要由一个中心吸热塔和周边1.2万面角度可调的定日镜组成。借助定日镜可保证把阳光反射至吸热塔顶部，并通过能量转化系统将太阳能转化为熔盐内能储存后再发电，其发电功率，年发电时间为3900h，每生产1kWh电能排放，则（　　） A．该发电站的年发电量为 B．与火电站（每生产1kWh电能排放）相比，每年可减排约35万吨 C．远距离输电时需采用高压交流输电以降低因线路的感抗、容抗引起的电能损失 D．为把阳光射向吸热塔顶部，离塔相同距离的所有定日镜镜面与地面夹角应相同 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．某同学做了如下实验：先把空烧瓶放入冰箱冷冻，取出后迅速用一个气球紧套在烧瓶颈上，再将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球膨胀起来，如图所示，与烧瓶放进热水前相比，放进热水后密闭气体的（　　） A．内能减小 B．分子平均动能增大 C．分子对烧瓶底的平均作用力变大 D．体积是所有气体分子的体积之和 9．根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（　　） A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体 C．机械能可以全部转化为内能 D．内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化 10．下列有关热学知识的说法中正确的是（　　） A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能 B．热量可以从低温物体传递给高温物体 C．第二类永动机不可能制成的原因是违反了能量守恒定律 D．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功 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．（6分）完成以下热学实验 (1)在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，以下操作会使测量结果偏大的是（　　） A．在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，但未发现 B．在计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格 C．爽身粉撒得较厚，使得油酸未能充分展开 (2)在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数据采集器和计算机逐连接起来； 两组图线经检验均符合反比例关系，由图判断导致①、②两组数据差异的原因可能是（　　） A．两组实验环境温度不同 B．两组封闭气体的质量不同 C．某组器材的气密性不佳 D．某组实验中活塞移动太快 (3)某小组缓慢推活塞进行实验得到了数据图像①，验证了“玻意耳定律”，在这个过程中，理想气体______（选填“吸热”、“放热”或“无热交换”）。 三、解答题 13．（12分）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。 14．（14分）一导热汽缸内用活塞封闭了一定质量的理想气体。图甲中，汽缸水平横放在水平面上，缸内气柱长为。现将汽缸如图乙所示悬于空中。已知大气压强稳定为，活塞横截面积为，汽缸的质量，不计活塞与汽缸之间的摩擦。重力加速度为。 (1)求汽缸稳定后，气柱的压强和长度； (2)若环境温度缓慢降低，活塞回到甲图中位置，此过程气柱释放热量为，求气柱内能的变化量。 15．（16分）如图所示，一个内壁光滑、导热良好的汽缸水平固定放置，汽缸内封闭的气体体积为、压强为，活塞横截面积为，大气压强为。现向右缓慢拉动活塞，环境温度保持不变，则： (1)当拉力大小为时，求活塞移动距离； (2)若第（1）问活塞拉开距离过程中，封闭气体吸收的热量为，求拉力所做的功。 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 《第三章 热力学定律 单元检测（一）》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B B D A D B D BC BC AB 1．B 【详解】A．能量耗散是指能量在转化过程中变为难以被人类收集利用的内能形式，总能量仍遵守能量守恒定律，总量不会减少，故A错误； B．能量耗散过程中，耗散的内能不能自发重新聚集为可利用的高品质能量，说明能量的转移、转化过程具有方向性，故B正确； C．能量总量虽然守恒，但可被人类利用的高品质能源会随使用逐渐转化为难以利用的低品质能量，可利用能源不断减少，因此会发生能源危机，故C错误； D．能量既可以从一种形式转化为另一种形式，也可以通过热传递等过程从一个物体转移到另一个物体，故D错误。 故选B。 2．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。 3．D 【详解】AB．做功和热传递都可以改变物体内能，物体的内能增加了，其方式是不确定的，故AB错误； CD．物体内能是所有分子的动能与分子势能的总和，物体的内能增加了，不一定是分子平均动能增加了，可能分子平均动能不变，仅势能增加，故C错误，D正确。 故选D。 4．A 【详解】研究对象为罐内封闭气体，冷却过程体积不变，属于等容变化，气体温度降低： A．根据查理定律，等容变化满足（为定值），温度降低则压强减小，故A正确； B．理想气体内能仅由温度决定，温度降低，气体内能减小，故B错误； C．气体体积不变，做功 ，不存在对外做功的过程，故C错误； D．温度是分子平均动能的标志，温度降低，分子平均动能减小，故D错误。 故选A。 5．D 【详解】AB．由图可知，从状态a到状态b，图线经过坐标原点，所以气体的体积不变，气体对外界不做功，故AB错误； CD．从状态b到状态c，气体压强不变，温度升高，内能增大，体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故C错误，D正确。 故选D。 6．B 【详解】A．该发电站的年发电量 ，A错误； B．该发电站的年发电量换算为 每 可减排的质量为 故总减排 ，B正确； C．远距离输电采用高压输电是为了减小线路电流，降低电阻的热损耗，感抗、容抗是交流输电线路固有损耗，高压交流输电无法降低该损耗，C错误； D．根据光的反射定律，不同方位的定日镜，要将阳光反射到同一吸热塔顶部，入射阳光方向相同，反射光线方向因定日镜位置不同而不同，因此镜面与地面夹角不同，D错误。 故选B。 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．BC 【详解】A．由于热水的温度较高，将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，烧瓶和气球内气体吸收热量，温度升高，内能增大，故A错误； B．由于温度升高，所以分子的平均动能增大，故B正确； C．由于外界压强不变，气球膨胀，内部气体对气球膜的压力增大，内部气体压强增大，分子对烧瓶底的平均作用力增大，故C正确； D．气体分子体积很小，对应的气体体积大于所有分子体积之和，故D错误。 故选BC。 9．BC 【详解】A．根据热力学第二定律的克劳修斯表述，热量不能自发从低温传到高温，但若外界做功（如制冷机），热量可以从低温传到高温。A未说明“不引起其他变化”，故A错误。 B．热量从高温到低温是自发过程；从低温到高温需外界做功，但题目未限定“自发”，故B正确。 C．例如摩擦生热时，机械能可完全转化为内能，不违反热力学第二定律，C正确。 D．根据开尔文表述，内能无法全部转化为机械能而不引起其他变化（如热机需排放热量到低温热源），故D错误。 故选BC。 10．AB 【详解】A．机械能可以全部转化为内能（如摩擦生热）；在引起其他变化的前提下，内能也可以全部转化为机械能，比如理想气体等温膨胀过程中，气体内能不变，吸收的热量全部用来对外做功，但是同时引起了气体体积增大的变化，因此该说法正确，故A正确。 B．热量不能自发从低温物体传递给高温物体，但在外界做功的条件下，热量可以从低温物体传递给高温物体（如冰箱、空调的工作过程），因此该说法正确，故B正确。 C．第二类永动机并不违反能量守恒定律，它不可能制成是因为违反了热力学第二定律，故C错误。 D．热力学第二定律的开尔文表述为：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不引起其他变化，若允许引起其他变化，是可以实现的，选项D缺少“不引起其他变化”这个前提，故D错误。 故选AB。 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)AC (2)AB (3)放热 【详解】（1）根据分析 A．在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒多了一点，但未发现，则算出油酸的体积比实际值偏大，可知测量结果偏大，故A正确； B．在计算油膜面积时，把凡是半格左右的油膜都算成了一格，导致油酸的面积偏大，则结果偏小，故B错误； C．爽身粉撒得较厚，使得油酸未能充分展开，导致油酸的面积偏小，结果偏大，故C正确。 故选AC。 （2）AB．根据，由曲线可知对于同一V值所对应的p值不同，故两组注射器内气体的p与V的乘积不相等，可知当气体质量一定时，若两组实验环境温度T不同，pV乘积不等；同理，当两组封闭气体的质量不同时，pV乘积不等，故AB正确； CD．若某组器材的气密性不佳，在实验中会漏气，气体质量会持续变化，此时不可能得到反比例关系图线；同理，若某组实验中活塞移动太快，会使注射器内封闭气体的温度不断变化，此时图线也不可能符合反比例关系，故CD错误。 故选AB。 （3）缓慢推活塞，气体体积减小，外界对气体做功，，而温度保持不变则气体内能不变，根据 则，故气体放热。 13．(1) (2) 【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 14．(1)， (2) 【详解】（1）设汽缸竖直悬挂时，内部气体压强为，空气柱长度为，对汽缸受力分析，由平衡条件 有 得 由玻意耳定律 有 联立可得，稳定后，汽缸内空气柱长度为 （2）由热力学第一定律 有，其中 得气体内能的变化量 15．(1) (2) 【详解】（1）对活塞受力分析，平衡时封闭气体压强满足： 封闭气体做等温变化，由玻意耳定律： 代入整理得： （2）理想气体内能仅与温度有关，温度不变，因此内能变化。 根据热力学第一定律（为气体对外做功） 得： 对活塞，缓慢拉动动能变化为0，合外力总功为0：拉力做功、气体对活塞做功、大气对活塞做功 因此： 代入和（1）中化简得： 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 $