2025年人教版高中物理热学竞赛辅导资料试卷

2025年人教版高中物理热学竞赛辅导资料试卷考试时长：120分钟满分：100分班级：__________姓名：__________学号：__________得分：__________试卷名称：2025年人教版高中物理热学竞赛辅导资料试卷考核对象：高中物理竞赛学生题型分值分布：-判断题（总共10题，每题2分）总分20分-单选题（总共10题，每题2分）总分20分-多选题（总共10题，每题2分）总分20分-案例分析（总共3题，每题6分）总分18分-论述题（总共2题，每题11分）总分22分总分：100分---一、判断题（每题2分，共20分）请判断下列说法的正误。1.热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。2.理想气体的内能仅与温度有关，与体积无关。3.在等温过程中，理想气体的熵不变。4.绝热过程一定是可逆的。5.热机的效率越高，其工作循环的温度差就越大。6.气体的压强是由气体分子对器壁的持续碰撞产生的。7.气体分子的平均速率与温度成正比。8.热力学概率越大，系统的熵越小。9.理想气体在等压膨胀过程中，内能增加。10.热力学第零定律是热力学第一定律的推论。---二、单选题（每题2分，共20分）每题只有一个正确选项。1.一定质量的理想气体，从状态A（压强P₁，体积V₁）经等温过程变为状态B（压强P₂，体积V₂），则气体对外界做功为（）。A.P₁(V₂-V₁)B.P₂(V₁-V₂)C.nRTln(V₂/V₁)D.nRTln(P₁/P₂)2.下列哪个过程是熵增加的过程？（）A.理想气体的等温膨胀B.理想气体的等压压缩C.理想气体的绝热自由膨胀D.理想气体的等体升温3.热机在一个循环中吸收热量Q₁，对外做功W，向低温热源放出热量Q₂，则热机效率的表达式为（）。A.η=W/Q₁B.η=Q₁/(Q₁-Q₂)C.η=Q₂/WD.η=1-Q₂/Q₁4.一定质量的理想气体，从状态A（温度T₁，体积V₁）经等压过程变为状态B（温度T₂，体积V₂），则气体分子的平均自由程如何变化？（）A.不变B.变大C.变小D.无法确定5.热力学概率最大的状态是（）。A.系统所有分子均匀分布B.系统所有分子集中在左半边C.系统所有分子集中在右半边D.系统部分分子集中在左半边，部分集中在右半边6.理想气体在等温过程中，其内能变化量为（）。A.ΔU=0B.ΔU>0C.ΔU<0D.无法确定7.热力学第二定律的微观意义是（）。A.系统的熵总是增加的B.系统的熵总是减少的C.系统的熵在可逆过程中不变D.系统的熵在不可逆过程中不变8.一定质量的理想气体，从状态A（压强P₁，体积V₁）经绝热过程变为状态B（压强P₂，体积V₂），则气体对外界做功为（）。A.P₁(V₂-V₁)B.P₂(V₁-V₂)C.nCv(T₂-T₁)D.nCp(T₂-T₁)9.热机的工作循环中，哪个过程是能量转化的关键？（）A.等温过程B.等压过程C.绝热过程D.等体过程10.理想气体在等压过程中，其内能变化与温度变化的关系为（）。A.ΔU∝TB.ΔU∝1/TC.ΔU∝T²D.ΔU∝1/T²---三、多选题（每题2分，共20分）每题有多个正确选项。1.下列哪些过程是可逆过程？（）A.理想气体的等温可逆膨胀B.理想气体的等压可逆压缩C.理想气体的绝热可逆膨胀D.理想气体的自由膨胀2.热力学第一定律的表达式为（）。A.ΔU=Q-WB.ΔU=Q+WC.ΔU=W-QD.ΔU=Q+Q3.理想气体在等温过程中，其压强与体积的关系为（）。A.P∝VB.P∝1/VC.PV=常数D.P=nRT/V4.热机效率的限制因素包括（）。A.高温热源的温度B.低温热源的温度C.热机的工作循环D.热机的材料特性5.理想气体在绝热过程中，其压强与温度的关系为（）。A.P∝T^(γ)B.P∝1/T^(γ)C.P∝TD.P∝1/T6.热力学概率与系统的混乱程度的关系为（）。A.热力学概率越大，系统越混乱B.热力学概率越小，系统越混乱C.热力学概率与系统的混乱程度无关D.热力学概率仅与系统的微观状态数有关7.理想气体在等压过程中，其内能变化与温度变化的关系为（）。A.ΔU∝TB.ΔU∝1/TC.ΔU∝T²D.ΔU∝1/T²8.热力学第二定律的统计意义是（）。A.系统总是趋向于概率最大的状态B.系统总是趋向于概率最小的状态C.系统的熵总是增加的D.系统的熵总是减少的9.理想气体在等体过程中，其内能变化与温度变化的关系为（）。A.ΔU∝TB.ΔU∝1/TC.ΔU∝T²D.ΔU∝1/T²10.热机的工作循环中，哪个过程是能量转化的关键？（）A.等温过程B.等压过程C.绝热过程D.等体过程---四、案例分析（每题6分，共18分）1.一台卡诺热机工作在高温热源T₁=500K和低温热源T₂=300K之间，若热机在一个循环中从高温热源吸收热量Q₁=1000J，求该热机的效率以及对外做的功。2.一定质量的理想气体，从状态A（压强P₁=2atm，体积V₁=10L）经等温过程膨胀到状态B（体积V₂=20L），求气体对外界做的功以及气体的内能变化量（设气体为单原子分子，摩尔质量为M，R为气体常数）。3.一定质量的理想气体，从状态A（压强P₁=1atm，体积V₁=10L，温度T₁=300K）经绝热过程膨胀到状态B（体积V₂=20L），求气体在状态B的压强和温度（设气体为双原子分子，γ=1.4）。---五、论述题（每题11分，共22分）1.试述热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述，并解释两者为何等价。2.试述熵的概念及其物理意义，并解释为何孤立系统的熵总是增加的。---标准答案及解析---一、判断题1.√2.√3.√4.×5.×6.√7.√8.×9.√10.×解析：1.热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的，因为两者描述了自然界中热量传递和能量转化的方向性限制。2.理想气体的内能仅与温度有关，与体积无关，因为内能是分子动能的总和，而分子动能仅与温度有关。3.在等温过程中，理想气体的温度不变，因此分子平均动能不变，熵不变。4.绝热过程不一定是可逆的，例如自由膨胀是不可逆的绝热过程。5.热机的效率越高，并不意味着其工作循环的温度差越大，效率取决于高温热源和低温热源的温度差。6.气体的压强是由气体分子对器壁的持续碰撞产生的，这是气体分子动理论的基本观点。7.气体分子的平均速率与温度成正比，即v∝√T。8.热力学概率越大，系统的熵越大，两者成正比关系。9.理想气体在等压膨胀过程中，温度升高，因此内能增加。10.热力学第零定律是热力学第一定律的推论，描述了温度的传递性。---二、单选题1.C2.A3.B4.B5.A6.A7.A8.C9.C10.A解析：1.理想气体的等温过程中，气体对外界做功为W=nRTln(V₂/V₁)。2.理想气体的等温膨胀是熵增加的过程，因为系统的混乱程度增加。3.热机效率的表达式为η=W/Q₁=1-Q₂/Q₁，其中Q₂为放热。4.理想气体在等压过程中，温度升高，分子平均自由程变大。5.热力学概率最大的状态是系统所有分子均匀分布的状态。6.理想气体在等温过程中，其内能变化量为ΔU=0。7.热力学第二定律的微观意义是系统的熵总是增加的。8.理想气体在绝热过程中，气体对外界做功为W=nCv(T₂-T₁)。9.热机的工作循环中，绝热过程是能量转化的关键，因为在此过程中热能转化为机械能。10.理想气体在等压过程中，其内能变化与温度变化的关系为ΔU∝T。---三、多选题1.A,B,C2.A,B3.C,D4.A,B,C5.A,B6.A,B7.A8.A,C9.A10.C解析：1.理想气体的等温可逆膨胀、等压可逆压缩、绝热可逆膨胀都是可逆过程，自由膨胀是不可逆过程。2.热力学第一定律的表达式为ΔU=Q-W，即内能变化等于热量减去对外做功。3.理想气体在等温过程中，其压强与体积的关系为PV=常数，即P∝1/V。4.热机效率的限制因素包括高温热源的温度、低温热源的温度以及热机的工作循环。5.理想气体在绝热过程中，其压强与温度的关系为P∝T^(γ)，其中γ为比热容比。6.热力学概率越大，系统越混乱，两者成正比关系。7.理想气体在等压过程中，其内能变化与温度变化的关系为ΔU∝T。8.热力学第二定律的统计意义是系统总是趋向于概率最大的状态，且孤立系统的熵总是增加的。9.理想气体在等体过程中，其内能变化与温度变化的关系为ΔU∝T。10.热机的工作循环中，绝热过程是能量转化的关键，因为在此过程中热能转化为机械能。---四、案例分析1.卡诺热机的效率及对外做功：卡诺热机的效率为η=1-T₂/T₁=1-300/500=0.4，即40%。对外做的功为W=ηQ₁=0.4×1000J=400J。2.理想气体等温过程的功及内能变化：气体对外界做的功为W=nRTln(V₂/V₁)。由于是等温过程，ΔU=0。设气体为单原子分子，摩尔质量为M，R为气体常数，则n=M/摩尔质量。由理想气体状态方程P₁V₁=nRT，得n=P₁V₁/(RT)。W=P₁V₁ln(V₂/V₁)=2atm×10L×ln(20/10)=13.86atm·L≈1400J。3.理想气体绝热过程的压强和温度：绝热过程满足P₁V₁^γ=P₂V₂^γ，得P₂=P₁(V₁/V₂)^γ=1atm×(10/20)^1.4≈0.35atm。绝热过程满足T₁V₁^(γ-1)=T₂V₂^(γ-1)，得T₂=T₁(V₁/V₂)^(γ-1)=300×(10/2