第三章 热力学定律 章末检测卷 -2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 本单元卷聚焦热力学定律，75分钟100分，融合真题情境与实验探究，适配高中物理单元复习，强化能量观念与科学推理。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单项选择题|11题/44分|热力学定律（第1题能量转化）、气体状态变化（第3题理想气体内能）、实验图像分析（第4题p-1/V图像）|结合2025南通一模等真题，辨析易混概念（如第6题温度与内能关系）| |非选择题|5题/56分|实验探究（第12题DIS验证玻意耳定律）、循环过程计算（第13题p-V循环）、实际模型应用（第14题气压升降椅）|注重科学探究（实验误差分析），综合考查能量观念与科学推理（第16题汽缸活塞系统多过程分析）|

第三章　热力学定律 (时间:75分钟 满分:100分) 一、单项选择题(本题共11小题,每小题4分,共44分) 1.关于能量的转化,下列说法正确的是(　　) A.尽管科技不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机却可以使温度降到-293 ℃ B.第一类永动机违背能量守恒定律,第二类永动机不违背能量守恒定律,随着科技的进步和发展,第二类永动机可以制造出来 C.空调机既能制热又能制冷,说明传热不存在方向性 D.热量不可能由低温物体传给高温物体而不发生其他变化 2.古人锻造铁器的过程如图所示。关于改变物体内能的方式,下列说法正确的是(　　) A.加热和锻打属于传热,淬火属于做功 B.加热属于传热,锻打和淬火属于做功 C.加热和淬火属于传热,锻打属于做功 D.加热和淬火属于做功,锻打属于传热 3.对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是(　　) A.在大气中绝热膨胀时,气体内能增加 B.在真空中绝热膨胀时,气体内能不变 C.气体吸收热量,气体的内能一定增加 D.外界对气体做功,气体的内能一定增加 4.用如图甲所示的装置探究注射器内封闭气体的压强与体积的关系,根据测得的实验数据作出的p-图像如图乙所示,线段AB的延长线经过坐标原点O,BC段为曲线,环境温度保持不变。则下列说法正确的是(　　) A.A→B过程,气体的内能增加 B.A→B过程,气体吸收热量 C.B→C过程,气体对外做正功 D.B→C过程,可能出现了漏气 5.(2025南通一模)如图所示,在内壁光滑汽缸内封闭着一定质量的理想气体,用电热丝加热,使其温度升高T,若活塞固定,吸收热量为Q1;若活塞不固定,吸收热量为Q2,则Q1与Q2的大小关系是(　　) A.Q1>Q2 B.Q1<Q2 C.Q1=Q2 D.均有可能 6.(2024淮安市高中协作体期中)下列说法正确的是(　　) A.0 K即0 ℃ B.热量不可能自发地从内能少的物体传到内能多的物体 C.温度高的物体其内能一定大 D.温度是大量分子热运动剧烈程度的宏观反映 7.下列说法正确的是(　　) A.由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的 B.一种物质密度为ρ,每个分子的体积为V0,则单位质量的这种物质具有的分子数为 C.一定质量的气体,在压强不变时,单位时间内分子与容器内壁的碰撞次数随温度降低而减少 D.相互接触的两个物体发生传热,达到热平衡时两物体的内能一定相同 8.一只探空气球中封闭着一定质量的理想气体,在地面附近释放气球让其不断上升,随着高度升高,气球中的气体温度逐渐降低,体积逐渐增大。则在气球上升的过程中(　　) A.气球内部的每个气体分子动能都减小 B.气球内气体分子的数密度减小 C.单位时间内气球单位面积上气体分子撞击次数变大 D.气球中的气体一定吸收热量 9.(2024淮安市高中协作体期中)如图所示,一定质量的理想气体从状态A等压变化到状态B,下列说法正确的是(　　) A.气体的温度降低 B.气体放出热量 C.气体的内能减少 D.单位体积内的分子数减少 10.一定质量理想气体的压强p随摄氏温度t的变化规律如图所示,则气体从状态A到状态B的过程中(　　) A.分子平均动能减小 B.气体体积保持不变 C.外界对气体做功 D.气体对器壁单位面积的平均作用力不变 11.如图所示,三根相同的粗细均匀的玻璃管,管内有水银柱封住一部分空气在闭端,水银柱长度h甲<h乙=h丙,当三根玻璃管开口向上竖直放置时,管内封闭的气体体积V甲=V乙>V丙,管内气体初温相同。若使管内气体升高相同的温度时,下列说法正确的是(　　) A.丙管内水银柱上升最高 B.甲管和乙管内水银柱上升一样高 C.甲管和乙管从外界吸收的热量一样多 D.三管水银柱上升一样高 二、非选择题(本题共5小题,共56分。请按题目要求作答) 12.(15分)(2025淮安市高中协作体期中)在“用DIS研究温度不变时一定质量的气体压强与体积的关系”实验中,某组同学先后两次使用如图(a)所示实验装置获得多组注射器内封闭气体的体积V和压强p的测量值,并通过计算机拟合得到如图(b)所示两组p-V图线。 (1)实验过程中应避免手握注射器含空气柱的部分,这是为了控制气体的　　　　不发生变化,为检验气体的压强p与体积V是否成反比例关系,可作　　　 图线。对图像进行分析,如果在误差允许范围内该图线是一条　　　　　,就说明一定质量的气体在温度不变时,其压强与体积成反比。  (2)两组图线经检验均符合反比例关系,由图判断导致①②两组数据差异的原因可能是　　　　。  A.某组实验中活塞移动太快 B.两组封闭气体的质量不同 C.某组器材的气密性不佳 (3)某小组进行实验时缓慢推活塞压缩气体得到了数据图像,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”)。  13.(6分)(2024盐城中学期中)一定量的理想气体经历一次热力学封闭循环过程,其压强与体积的变化关系图像如图所示,从状态a(p0,V0,T0)经过程a→b、b→c、c→a后又回到状态a,求: (1)气体在状态c时的热力学温度T; (2)一次循环过程中,气体吸收的热量Q。 14.(8分)图甲为气压升降椅,图乙为其模型简图,活塞与椅面的总质量为m,活塞横截面积为S,汽缸内封闭一定质量的理想气体,稳定时气体柱长度为L。设汽缸气密性、导热性能良好,忽略摩擦力。已知大气压强为p0,室内温度为T0,重力加速度为g。 (1)某同学盘坐上椅面,稳定后缸内气柱长为,求该同学的质量m'; (2)该同学坐稳定后,室内气温缓慢下降至0.9T0,求该过程外界对缸内气体做的功W。 15.(12分)一容器内部空腔呈不规则形状,为测量它的容积,在容器上竖直插入一根两端开口且粗细均匀的玻璃管,接口用蜡密封。玻璃管内部横截面积为S,管内用一长为h的水银柱封闭着长为l1的空气柱,如图。此时外界的温度为T1。现把容器浸在温度为T2的热水中,水银柱缓慢上升,静止时管内空气柱长度变为l2。已知水银密度为ρ,重力加速度为g,大气压强为p0。 (1)求温度为T1时封闭气体的压强p1; (2)求容器的容积V; (3)若该过程封闭气体的内能增加了ΔU,求气体从外界吸收的热量Q。 16.(15分)如图所示,竖直放置的汽缸由截面积不同的两圆筒连接而成。截面积SA=20 cm2的活塞A和质量为mB=1 kg、截面积SB=10 cm2的活塞B间用一原长L0=0.8 m且遵循胡克定律的弹性细线连接,其间封闭有一定质量的理想气体,它们可在筒内无摩擦地上下滑动且不漏气。初始时,缸内气体温度T1=600 K,压强p1=1.2×105 Pa,此时活塞B的静止位置距圆筒连接处h=0.5 m,弹性细线长度L=1 m。大气压强p0=1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2。 (1)求活塞A的质量mA。 (2)若缸内气体温度缓慢升高,直到活塞B即将脱离小圆筒,求此时缸内气体温度T2。 (3)若缸内气体温度缓慢降低,直到细线的张力恰好为零,已知缸内气体内能变化量ΔU=-162 J,求此过程缸内气体与外界交换的热量Q。 参考答案 1.D　解析 尽管科技不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机不可以使温度降到-293 ℃,只能接近-273.15 ℃,不能达到,故A项错误;第一类永动机违背能量守恒定律,第二类永动机不违背能量守恒定律,违背热力学第二定律,第二类永动机不可能制造出来,故B项错误;由热力学第二定律可知,热量不可能由低温物体传给高温物体而不发生其他变化,传热具有方向性,故C项错误,D项正确。 2.C　解析 用铁锤锻打铁器,铁器会发热,属于做功改变物体内能;用火对铁器加热,铁器从火中吸收热量,把铁器放在水中淬火,铁器向水中放热,所以加热和淬火是传热改变物体内能,故C项正确。 3.B　解析 当气体绝热时,有Q=0,该气体在大气中膨胀时,有W<0,由热力学第一定律ΔU=Q+W,可得ΔU<0,即气体的内能减小,故A项错误;气体在真空中膨胀时因没有对外做功的对象,有W=0,而绝热过程Q=0,由ΔU=Q+W,可知ΔU=0,则气体的内能不变,故B项正确;气体吸收热量时Q>0,但不清楚做功情况,则无法判断内能的变化情况,故C项错误;外界对气体做功时W>0,而不知道传热的情况,则不清楚内能的变化情况,故D项错误。 4.D　解析 因AB是过原点的直线,可知A→B过程温度不变,气体的内能不变,即ΔU=0,选项A错误;A→B过程,气体体积减小,外界对气体做功,W>0,根据ΔU=Q+W,可知Q<O,故气体放出热量,选项B错误;B→C过程,气体体积减小,则外界对气体做功,选项C错误;B→C过程中p、V乘积减小,则可能出现了漏气,选项D正确。 5.B　解析 一定质量的气体的内能由温度决定,两种情况下气体温度变化情况相同,气体内能变化量相等,即ΔU1=ΔU2=ΔU,第一种情况,汽缸与活塞都固定不动,气体体积不变,气体不做功,W1=0,由热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q1=ΔU1-W1=ΔU1=ΔU,第二种情况,活塞自由移动,气体受热膨胀,体积增大,气体对外做功W2<0,由热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q2=ΔU2-W2=ΔU-W2>ΔU=Q1,故选B。 6.D　解析 0 K为-273.15 ℃,故A项错误;热量可以自发地从温度高的物体传到温度低的物体,温度高的物体内能可能少,所以热量可能自发地从内能少的物体传到内能多的物体,故B项错误;温度高的物体,分子的平均动能大,内能还与质量有关,内能不一定大,故C项错误;温度是大量分子热运动剧烈程度的宏观反映,温度越高,分子热运动越剧烈,故D项正确。 7.A　解析 由热力学第二定律可知热量从低温物体传到高温物体是可能的,故A项正确;如果该物质是气体,因为分子之间有间隙,所以ρV0不是每个分子的质量,即单位质量的这种物质具有的分子数不是,故B项错误;由压强的微观解释,温度降低,分子平均动能减小,单个分子撞击容器壁产生的撞击力减小,要保证压强不变,分子单位时间对器壁单位面积的平均碰撞次数必增加,故C项错误;物体的内能与物质的量、温度、体积、物态等有关,所以相互接触的两个物体发生传热,达到热平衡时温度一定相同,而内能可能不同,故D项错误。 8.B　解析 温度是分子平均动能的标志,温度降低分子的平均动能减小,但不是每个分子的动能都减小,故A项错误;随着高度升高,气球中的气体温度逐渐降低,体积逐渐增大,根据理想气体状态方程=C可知,气体的压强减小,而气体的质量不变,所以气球内气体分子的数密度减小,单位时间内气球单位面积上气体分子撞击次数变小,故B项正确,C项错误;气球中的气体温度逐渐降低,体积逐渐增大,气体的内能减小,气体对外做功,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,气体可能放出热量,也可能吸收热量,故D项错误。 9.D　解析 一定质量的理想气体从状态A等压变化到状态B,气体体积变大,单位体积内的分子数减少,故D项正确;根据=C,气体体积变大,则气体温度升高,则气体的内能增大,由于气体对外界做功,根据热力学第一定律可知,气体从外界吸热,故A、B、C项错误。 10.C　解析 气体从状态A到状态B的过程中,由于气体温度升高,所以分子的平均动能增大,A项错误;在p-t图像中等容线是延长线过-273.15 ℃的直线,斜率越大,体积越小,如图所示,气体从状态A到状态B的过程中,体积变小,外界对气体做功,B项错误,C项正确;气体从状态A到状态B的过程中,压强增大,气体对器壁单位面积的平均作用力增大,D项错误。 11.B　解析 若使管内气体升高相同的温度时,三根玻璃管内气体的压强没有变化,由盖-吕萨克定律得变形得ΔV=V2-V1=V1=V1,由于V甲=V乙>V丙,则ΔV甲=ΔV乙>ΔV丙,管内水银柱向上移动最多的是甲管和乙管,甲管和乙管内水银柱上升一样高,故A、D项错误,B项正确;玻璃管内气体的压强为p=p0+ρgh,气体对外做功为W=pΔV,使管内气体升高相同的温度时,可知乙管内气体对外做功较大,且甲管和乙管内气体内能变化量相同,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知乙管内气体从外界吸收的热量较多,故C项错误。 12.(1)温度　p-　过原点的倾斜直线　(2)B　(3)放热 解析 (1)实验过程中应避免手握注射器含空气柱的部分,这是为了控制气体的温度不发生变化; 根据玻意耳定律pV=C 可得p=C· 为检验气体的压强p与体积V是否成反比例关系,可作图线p-; 对图像进行分析,如果在误差允许范围内该图线是一条过原点的倾斜直线,就说明一定质量的气体在温度不变时,其压强与体积成反比。 (2)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,此时不可能得到反比例关系图线;同理,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,此时图线也不可能符合反比例关系,故A、C项错误;根据pV=nRT,若两组封闭气体的质量不同,则两组封闭气体的摩尔数n不同,两组注射器内气体的p与V的乘积不相等,可知对于同一V值所对应的p值不同,故B项正确。 (3)缓慢推活塞压缩气体,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,根据热力学第一定律可知,在这个过程中,理想气体放热。 13.(1)6T0　(2)p0V0 解析 (1)根据理想气体状态方程 解得 T=6T0。 (2)根据热力学第一定律 ΔU=W+Q 由ΔU=0 而W=-p02V0=-p0V0 解得Q=-W=p0V0。 14.(1)　(2) 解析 (1)人坐上椅子,缸内压强由p1变为p2,气体做等温压缩,根据玻意耳定律可得 p1·LS=p2·S 以活塞与椅面为对象,根据受力平衡可得 p1S=p0S+mg p2S=p0S+mg+m'g 联立解得m'=。 (2)室内气温缓慢下降至0.9T0,气体等压压缩,气柱的高度为L',则有 W=p2S 联立解得W=。 15.(1)p0+ρgh　(2)　(3)ΔU+(p0+ρgh)(l2-l1)S 解析 (1)对液柱受力分析有 p1S=p0S+ρghS 解得 p1=p0+ρgh。 (2)设容器的容积为V,对封闭气体,其初态的体积为 V1=V+l1S 其末态体积为 V2=V+l2S 由于该过程中气体压强不变,即发生等压变化,有 解得 V=。 (3)由于该过程中发生等压变化,其体积变化为 ΔV=V2-V1=(l2-l1)S 该过程外界对系统做功为 W=-p1·ΔV 设吸收热量为Q,由热力学第一定律有 ΔU=W+Q 解得 Q=ΔU+(p0+ρgh)(l2-l1)S。 16.(1)1 kg　(2)800 K　(3)-243 J 解析 (1)设弹性细线上的力为F,对于活塞B,平衡时有F+p0SB=mBg+p1SB,解得F=30 N,对于活塞A,平衡时有F+p0SA+mAg=p1SA,解得mA=1 kg。 (2)初始时气体的体积为V1=(SA+SB)=1.5×10-3 m3,活塞B即将脱离小圆筒时V2=SAL=2×10-3 m3,设活塞B即将脱离小圆筒时,汽缸内的压强为p2,对于A、B两活塞组成的系统有p0(SA-SB)+(mA+mB)g=p2(SA-SB),解得p2=p1=1.2×105 Pa,根据,解得T2=800 K。 (3)在降温过程中,活塞下降,气体的压强不变,即p3=p1=1.2×105 Pa,当活塞A下降至连接处时,气体体积为V3,则V3=SBL=1.0×10-3 m3,外界对缸内气体做的功为W1=p3(V1-V3)=60 J,继续降温,当弹性细线拉力为零时,缸内气体体积为V4=SBL0=0.8×10-3 m3,此时的压强为p4,对于活塞B有p4SB+mBg=p0SB,解得p4=9×104 Pa,该过程中压强随体积发生线性变化,可得W2=(p3+p4)(V3-V4)=21 J,根据热力学第一定律可得Q=ΔU-W1-W2=-243 J。 学科网（北京）股份有限公司 $