第三章 热力学定律 单元测试-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** 聚焦高中物理热力学定律单元，通过单选、多选及实验题，全面考查内能、热力学定律及气体状态变化等核心知识，适配单元复习，强化物理观念与科学探究能力。 **题型特征** |题型|题量|知识覆盖|命题特色| |----|----|----------|----------| |单选题|7|热量/功/内能概念（题1）、热力学第一定律（题5）|基础概念辨析，强化能量观念| |多选题|3|气体循环过程（题9）、改变内能方式（题8）|综合分析，体现科学推理| |实验题|4|气体实验定律（题11）、能量守恒验证（题12）|结合均热板散热器（题10）等真实情境，突出科学探究|

第三章 热力学定律 单元测试 一、单选题 1．对于热量、功和内能三个物理量，下列各种说法中正确的是（　　） A．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的 B．物体的内能越大，热量越多 C．热量和功都可以作为内能的量度 D．内能大的物体含的热量一定多 2．下列说法中正确的是（　　） A．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，因此做功与热传递是没有区别的 B．虽然做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，但我们还是可以通过分析改变前后的物体的内能，来区别是做功还是热传递改变内能的 C．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，表明要使物体的内能发生变化，既可以通过做功来实现，也可以通过热传递来实现 D．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，说明人在出汗散热时，还可以通过对外做功来代替出汗改变内能 3．一定质量理想气体的状态变化过程图像如图所示，则（     ） A．过程中，气体温度保持不变 B．过程中，气体吸收热量 C．过程中，分子平均动能减小 D．过程中，气体吸热多于放热 4．如图所示，一定质量的理想气体经历了过程。则（     ） A．过程，所有气体分子的运动速率都增大 B．过程，单位时间撞击单位面积器壁的分子数不变 C．过程，气体从外界吸热，内能增加 D．过程，外界对气体做功，气体温度升高，内能增加 5．下列关于热力学第一定律和能量守恒定律的认识，正确的是（　　） A．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了 B．一定质量的理想气体，在压强减小、体积增大时，一定从外界吸收热量 C．一定质量的理想气体，在温度降低、体积增大时，一定从外界吸收热量 D．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 6．冲击摆实验装置如图所示，一水平飞行的子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，在此过程中下列有关能量转化的说法正确的是（　　） A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能 B．子弹的动能转变成沙箱和子弹的重力势能 C．子弹的动能转变成沙箱和子弹的动能 D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变为沙箱和子弹的机械能 7．如图所示是制冷机和热机工作时的能流分配示意图，下列说法正确的是（     ） A． B． C．可以为0 D．一定不为0 二、多选题 8．下列物理过程中，通过做功改变内能的有（　　） A．燃料在气缸内燃烧，气缸内气体推动活塞运动，缸内气体温度降低的过程 B．子弹射入木块，子弹升温的过程 C．将重物加速举高，物体的重力势能和动能同时增大的过程（不计空气阻力） D．冰在阳光照射下，熔化为水的过程 9．一定质量的理想气体经历了a→b→c→a循环，其V-T图像如图所示。气体在各状态时的温度和体积部分已标出。已知该气体在状态a时的压强为2p0，下列说法正确的是（     ） A．气体在状态c的温度为1.5T0 B．气体由状态c到状态a，外界对气体做功为2p0V0 C．气体由状态c到状态a的过程中单位时间内撞击单位面积容器壁的分子数减少 D．气体经历a→b→c→a循环的过程中，吸收的热量小于释放的热量 10．如图，一块高功率芯片上方紧贴着一个均热板散热器。均热板是一个完全密封的扁平纯铜空腔，空腔内部注有微量的水。在正常工作过程中，水从高温芯片处吸收热量汽化，水蒸气在低温冷凝端放出热量变回液态水，并回流到底部。下列说法正确的是（     ） A．空腔内高温处所有水分子的运动速率都比低温处水分子的运动速率大 B．一定量的水吸收热量变成相同温度的水蒸气，内能变大 C．该均热板可以从高温物体吸热，向低温物体放热，不对外界做功 D．该均热板可以从低温物体吸热，向高温物体放热，而不产生其他影响 三、实验题 11．某实验小组使用如图所示装置探究等压情况下一定质量气体的体积与温度的关系。注射器中密封了一定质量的气体，柱塞下使用细绳悬挂一重物，整个装置置于控温箱内，控温箱内气体始终与外界相通，通过改变控温箱温度读取多组温度、体积数值，并作体积﹣热力学温度图像。 (1)实验过程中，下列说法正确的是 ___________ 。 A．改变控温箱温度后，应等待足够长时间，温度计示数稳定后再读取空气柱体积 B．柱塞处涂抹润滑油的最主要目的是为了减小摩擦 C．实验过程要保证空气柱密闭性良好 (2)若实验操作规范无错误，作出图像，如图乙所示，图像不过原点的原因是 ___________ 。 (3)某组员在消除系统误差后，测出几组体积V与对应温度T的值，作出图像如图丙所示。已知封闭气体压强，则由状态a到状态b的过程中，外界对气体做的功为___________ J。若此过程中气体吸收热量60J，则气体的内能增加了 ___________ J。 12．根据能量转化与守恒定律，在与外界没有热传递的条件下，物体内能的增加量与外界对物体做功多少相等。为了验证此规律，某兴趣小组设计了如图所示的实验，在容器里装一定质量的水，中间装上带有叶片的转轴，转轴上绕上绳子，绳子另一端通过滑轮与一重物相连，当重物下降时，绳子拉动转轴转动，带动叶片旋转，使容器里的水温度升高，结合水的比热容计算出水中增加的内能。以此验证水的内能增加量与重物的重力做功多少是否相等。 (1)为了完成此实验，除已提供质量的电子天平外，还需要的测量工具有_________； (2)兴趣小组在实验过程中发现，水内能的增加量小于重物做功的大小，请写出造成这种现象的：一种原因_________； (3)改进实验后，获得那如表数据，规律得到验证。 实验序号 重物质量（） 下降高度（m） 升高温度（） 1 20 5 0.5 2 20 10 1.0 3 20 15 1.5 4 10 10 0.5 5 30 10 1.5 6 40 10 2.0 若使容器内相同质量水的温度升高，则的重物需下降_________m。 13．小明同学设计了一种测温装置，用于测量室内的气温（室内的气压为一个标准大气压，相当于76cm汞柱产生的压强），结构如图所示，大玻璃泡 A内有一定量的气体，与A相连的B管插在水银槽中，管内水银面的高度x可反映泡内气体的温度，即环境温度，将这个简易温度计放入冰箱，静置一段时间后 （1）玻璃泡内的气体分子平均动能___________，气体压强______（填“变大”、“变小”或“不变”），请用分子动理论的观点从微观角度解释气体压强变化的原因：___________ （2）温度计放入冰箱后，B管内水银柱液面会___________（选填“升高”、“降低”或“不变”）。设玻璃泡内气体内能变化的绝对值为，气体做功的绝对值为，则气体在这个过程中___________（选填“吸热”或“放热”），变化的热量大小为___________ （3）冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，这说明( ) A．热量能自发地从低温物体传到高温物体 B．热量不可以从低温物体传到高温物体 C．热量的传递过程不具有方向性 D．热量从低温物体传到高温物体，必然引起其他变化 14．把一个小烧瓶和一根弯成直角的均匀玻璃管用橡皮塞连成如图所示的装置。在玻璃管内引入一小段油柱，将一定质量的空气密封在容器内，被封空气的压强跟大气压强相等。如果不计大气压强的变化，利用此装置可以研究烧瓶内空气的体积随温度变化的关系。 (1)改变烧瓶内气体的温度，测出几组体积V与对应温度T的值，作出V-T图像如图所示。已知大气压强，则由状态a到状态b的过程中，气体对外做的功为___________J。若此过程中气体吸收热量70J，则气体的内能增加了___________J。 (2)已知1mol任何气体在压强，温度时，体积约为。瓶内空气的平均摩尔质量M=29g/mol，体积，温度为。试估算瓶内空气的质量___________g（结果保留两位小数）。 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 A C D C D D D AB BD BC 1．A 【详解】A．热量和功是过程量，与过程有关，而内能是状态量，与状态有关，A正确； B．热量是过程量，只有在吸热、放热过程中才发生转移。内能是状态量，物体内能大小与热量多少无直接关联，不能说物体的内能越大，热量越多，B错误； C．做功与热传递是改变内能的两种方式，是内能变化的量度，而不是内能的量度。C错误； D．热量是过程量，不是状态量，不能说内能大的物体具有的热量多，D错误。 故选A。 2．C 【详解】A．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，但做功是能量的转化，热传递是能量的转移，故A错误； B．虽然做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，所以不可以通过分析改变前后的物体的内能，来区别是做功还是热传递改变内能的，故B错误； C．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，表明要使物体的内能发生变化，既可以通过做功来实现，也可以通过热传递来实现，故C正确； D．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，但是人在出汗散热时，不可以通过对外做功来代替出汗改变内能，故D错误。 故选C。 3．D 【详解】A．由图可知点状态参量为，，点状态参量为，，根据理想气体状态方程 可知，但过程中乘积先增大后减小，气体温度先升高后降低，故A错误； B．过程中气体发生等压变化，体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，故B错误； C．过程中气体发生等容变化，压强增大，温度升高，分子平均动能增大，故C错误； D．过程中，气体经历一个顺时针循环，图线与横轴围成的面积表示气体对外做的功，整个循环气体对外做正功，即，由于初末状态温度相同，内能变化量，根据热力学第一定律可知，即气体吸热多于放热，故D正确。 故选D。 4．C 【详解】AB．过程的图线过原点，由 可得 可知该过程是等压过程，温度升高，分子平均运动速率增大，不代表所有气体分子速率都增大；温度升高，体积增大，单位体积内的分子数减少，而压强不变，因此单位时间撞击单位面积器壁的分子数减少，故AB错误。 CD．过程体积不变，说明气体不做功，则外界对气体做功 理想气体内能仅与温度有关，温度升高则内能增加，即 根据热力学第一定律 可得 即气体从外界吸热，故C正确，D错误。 故选C。 5．D 【详解】A．根据能量守恒定律，能量不会凭空消失，石子下落停止是机械能转化为内能，总能量保持不变，故A错误； B．由理想气体状态方程，压强减小、体积增大时，乘积变化不确定，即温度变化不确定，内能变化不确定；一定质量的理想气体体积增大，气体对外做功，。根据热力学第一定律，可得，为负、不确定，因此不一定为正，不一定从外界吸热，故B错误； C．理想气体内能仅与温度有关，温度降低则；体积增大时气体对外做功，，代入得，可正可负可为零，不一定从外界吸热，故C错误； D．根据能量守恒定律，能量总量保持不变，若某种形式的总能量减少，必然是转化为了其他形式的能量，因此一定存在其他形式的能量增加，故D正确； 故选D。 6．D 【详解】子弹在射入沙箱的过程中，要克服摩擦阻力做功，有一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，一部分动能变成沙箱和子弹的机械能。 故选D。 7．D 【详解】A．对制冷机，由能量守恒得 因此，故A错误； B．对热机，由能量守恒得 因此，故B错误； C．根据热力学第二定律，热量不可能自发从低温热库转移到高温热库，制冷机必须依靠外界做功才能工作，因此 不可能为0，故C错误； D．根据热力学第二定律，热机不可能从单一高温热库吸热，全部转化为功而不引起其他变化，必然有部分热量排放给低温热库，因此 一定不为0，故D正确。 故选D。 8．AB 【详解】A．燃料在气缸内燃烧，气缸内气体推动活塞做功，导致缸内气体温度降低的过程，故A正确； B．子弹射入木块的过程中克服摩擦力做功，动能转化为内能，导致其内能增加，故B正确； C．将重物加速举高，物体的重力势能和动能同时增大的过程，是物体的机械能增加，而物体的内能没变，故C错误； D．冰在阳光照射下，吸收热量，而熔化为水，是通过热传递来改变内能，故D错误。 故选AB。 9．BD 【详解】已知状态：，，，结合过程和图像推导其余状态： 是等温过程：，，根据玻意耳定律 可得 在过原点的直线上，图过原点的直线满足（等压过程），根据盖吕萨克定律 可得 是等容过程，根据查理定律 可得 A．气体在状态的温度，不是，故A错误； B．c→a是等压过程，压强不变，体积从减小到 外界对气体做功 ，故 B正确； C．c→a压强不变，温度降低，分子平均动能减小，单个分子对容器壁的平均撞击力减小； 压强不变的情况下，单位时间内撞击单位面积容器壁的分子数必须增大才能维持压强不变，故C错误； D．整个循环回到初始状态，理想气体内能只与温度有关，因此总内能变化。 把气体的状态变化过程转换为图，如下图所示 计算总功（外界对气体做功），图像与坐标轴所围的面积表示相应过程中做功的多少 ：等温膨胀，气体对外做功，外界对气体做功对应图中曲线下方的面积(取负值)； ：等容变化，做功； ：外界对气体做功对应图中线段下方的面积（取正值）； 总功，即外界对气体做正功。 根据热力学第一定律 可得，即吸收的热量小于释放的热量，故D正确。 故选BD 。 10．BC 【详解】A．温度是分子平均动能的统计标志，仅反映整体的平均水平，高温处仍存在速率小的水分子，低温处也存在速率大的水分子，并非所有水分子的运动速率都满足高温处大于低温处，故A错误； B．一定量的水变为同温度的水蒸气，温度不变则分子总动能不变。汽化过程吸收热量，且汽化后分子间距大幅增大，分子势能增加，因此总内能变大，故B正确； C．该过程中，均热板从高温的芯片吸热，向低温的冷凝端放热，整个过程循环进行，均热板自身状态复原，不需要对外界做功，仅依靠水传递热量，符合物理规律，故C正确； D．根据热力学第二定律，不可能从低温物体吸热、向高温物体放热，同时不产生其他影响，该描述违反热力学第二定律，故D错误。 故选BC 。 11．(1)AC (2)未考虑橡胶套内气体的体积 (3) -50.5 9.5 【详解】（1）A．改变控温箱温度后，应该等待足够长时间，温度计示数稳定后再读取空气柱体积，故A项正确； B．柱塞处涂抹润滑油的目的是为了密封气体保证空气柱密闭性良好，故B项错误； C．该实验过程要保证空气柱密闭性良好，故C项正确。 故选AC。 （2）设橡胶塞内气体体积为，有 整理有 所以图像不过原点原因是未考虑橡胶套内气体体积。 （3）[1]由上述分析可知，图像的斜率为，可知从状态a到状态b的过程中，气体压强不变，气体体积增大，外界对气体做的功为 [2]根据热力学第一定律 可得 即气体的内能增加了9.5J 12．(1)刻度尺、温度计 (2)滑轮存在摩擦、液体会散热 (3)20 【详解】（1）[1]实验中应需要用刻度尺测量重物下降的高度、用温度计水升高的温度； （2）[2]在实验的过程中，由于滑轮存在摩擦、液体会散热等情况，使得水内能的增加量小于重物做功的大小； （3）[3]20kg的重物高度下降5m，水温升高0.5℃，即1kg的重物高度下降1m，水温升高0.005℃，则有25kg的重物高度下降1m，水温升高0.125℃，要使水温升高2.5℃，根据比例可知需要下降的高度为20m。 13． 减小 变小 当气体体积不变时，温度降低，分子热运动程度降低，可知分子与容器碰撞的次数减少，故压强降低 升高 放热 D 【详解】（1）[1][2][3]温度降低，可知分子平均动能减小，当气体体积不变时，温度降低，分子热运动程度降低，可知分子与容器碰撞的次数减少，故压强变小。 （2）[4][5][6]温度降低，水银柱液面会上升，温度降低，内能降低，为负值，液面升高，外接对气体做正功，气体放热，根据 则 （3）[7]考察热力学第二定律：热传递的方向性，热量自发的从高温传到低温物体，但可以在外界的影响使得热量从低温传到高温物体，由于外界的影响也即引起了其他变化。 故选D。 14．(1) (2) 【详解】（1）[1]由理想气体状态方程可知 整理得 由图像可知状态a到状态b的过程中，气体发生等压变化，故气体对外做的功为 [2]若此过程中气体吸收热量70J，则气体的内能增加 （2）瓶内空气体积，温度为 由理想气体状态方程得 解得 物质的量 故质量 【点睛】 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 $