《第3章 热力学定律》试卷及答案-高中物理选择性必修 第三册-鲁科版-2024-2025学年

《第3章热力学定律》试卷（答案在后面）

一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）

1、题干：一个物体的内能与其以下哪个因素尢关？

A、温度

B、体积

C、物质的多少

D、分子的运动方向

2、题干：一个理想气体的状态变化过程，从状态1到状态2,体积膨胀，同时温

度升高。根据热力学第一定律，以下哪种情况可能发生？

A、外界对气体做功

B、气体对外界做功

C、气体吸收热量

D、气体放出热量

3、在一定条件下，某种理想气体的分子数密度为（〃），每个分子的平均动能为（&）,

则该理想气体的压强S）为：

A、（夕二呜）

B、（夕.呜）

C、（p=2nED

D、（0竹呜）

5、下列关十热力学第一定律的叙述，止确的是：

A、物体的内能增量等于其吸收的热量与对外做的功的和。

B、物体对外作的功等于其内能的减少。

C、物体的内能增量只与吸收的热量有关，与对外做的功无关。

D、物体的内能增量只与对外做的功有关，与吸收的热量无关。

6、根据热力学第二定律，下列说法正确的是：

A、热量可以自发地从低温物体传向高温物体。

B、热量不可能从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。

C、热量可以无条件地从高温物体传到低温物体。

D、以上说法均不正确。

7、一定量的理想气体从初态匕、片经过等温膨胀到终态P2、丫2,根据玻意耳

定律，下列说法正确的是（）

A、内能不变，因为等温过程中温度不变

B、内能增加，因为体积膨胀，气体对外做功

C、内能减少，因为体积膨胀，气体对外做功

D、内能变化无法确定，因为题目没有给出温度变化

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、关于热力学第一定律的陈述，下列哪些是正确的？

A.热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现。

B.在一个封闭系统中，外界对系统做的功和系统吸收的热量等于系统内能的增量。

C.热量只能从温度高的物体传递到温度低的物体。

D.热力学第一定律说明r能量小能被创造或销毁，只能从一种形式转换为另一种

形式。

2、考虑一个理想气体系统，如果外界对该封闭系统做功且系统温度保持不变，则

以下哪些描述是正确的？

A.系统对外界做功。

B.外界对系统做功。

C.系统吸收的热量大于零。

D.系统吸收的热量等于零。

3、热力学第一定律表明，在一个孤立系统中，系统的内能变化等于系统所吸收的

热量减去系统所做的功。以下关于热力学第一定律的陈述中，正确的是：

A、系统吸收热量，内能一定增加。

B、系统做功，内能一定减少。

C、系统内能增加，可能是吸收了热量或对外做功的结果。

D、系统内能减少，可能是对外做了正功或放出了热量。

E、系统内能的变化与系统所吸收的热量成正比。

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）

第一题

一、计算题（15分）

已知一个物体从初温度T1=300K开始，经历两个阶段的热力学过程：

1.在等压过程中，物体吸收了热量Q1=2OOOJ,温度升高到T2=500K。

2.在等容过程中，物体放出了热量Q2=1000J,温度降低到T3=400Ko

绝热过程方程：（*〃二常数），其中（/二3）；

等温过程方程：（*/=常数）。

第五题

【题目】

一容器内储有一定量的理想气体，气体正经历一个膨张过程。设容器体积从（匕）

增加至（七）（即（&＞匕））,容器壁为绝热（不与外界交换热量），但容器外部环境温度恒

定在（七）。在这一过程中，气体的温度从（。）降至（⑸（其中（。＞㈤），并释放了热量（0。

已知（%二0.2,（%=0.25吟,（T产300®,（72=2402,忽略分子间势能变化,求容

器外部环境对气体所做的功。

《第3章热力学定律》试卷及答案

一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）

1、题干：一个物体的内能与其以下哪个因素无关？

A、温度

B、体积

C、物质的多少

D、分子的运动方向

答案：D

解析：内能是指物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和。内能与

温度、体积、物质的多少有关，但与分子的运动方向无关，因为分子的运动方向不会影

响分子的动能和势能。所以，止确答案是D。

2、题干：一个理想气体的状态变化过程，从状态1到状态2,体积膨胀，同时温

度升高。根据热力学第一定律，以下哪种情况可能发生？

A、外界对气体做功

B、气体对外界做功

C、气体吸收热量

D、气体放出热量

答案：AC

解析：热力学第•定律表明，•个系统的内能变化等于该系统吸收的热量减去对外

做的功。在题干描述的情况下，气体体积膨胀，说明气体对外界做功，而温度升高则表

明气体吸收了热量。因此，可能发生的情况是气体吸收热量（C）和气体对外界做功（B）,

但是题目要求选择一个选项，所以正确答案是AC。

3、在一定条件下，某种理想气体的分子数密度为Q?）,每个分子的平均动能为（2）,

则该理想气体的压强（P）为：

A、（〃=〃&）

B、（夕二-呜）

C、（/?=

D、（夕竹鸣）

正确答案：B

解析：根据理想气体热力学的基本关系式，压强（口）与分子数密度（〃）及每个分子的

平均动能（4）的关系为（0二一位。。这是因为对于理想气体，单位体积内的分子数为（万％

每个分子的平均动能为（&）,总的动能为（〃人外）。根据热力学公式，压强（〃=1）倍的

总体积内的平均动能，因此得到（0二（〃均）。

4、两个相互接触的物体A和B,它们之间开始时没有热传递，但当它们接触时产

生了热量交换，这说明：

A、物体A的温度等于物体B的温度

B、物体A和物体B之间存在温度差

C、物体A和物体B之间不存在任何温差

D、物体A和物体B的热容相等

令正确答案：B

解析：热量的传递是由温度差引起的，咨两个物体接触并且有热量交换发生时，意

味着这两个物体之间存在温度差。只有存在温度差，才会发生热传递，使热量从高温物

体传递到低温物体，直到温度达到平衡。因此，正确选项为B。

5、下列关于热力学第一定律的叙述，正确的是：

A、物体的内能增量等于其吸收的热量与对外做的功的和。

B、物体对外作的功等于其内能的减少。

C、物体的内能增量只与吸收的热量有关，与对外做的功无关。

D、物体的内能增量只与对外做的功有关，与吸收的热量无关。

答案：A

解析：热力学第一定律说明，物体的内能增量等于其吸收的热量与对外做的功的和,

即AUnQ-W,其中AU为内能增量，Q为吸收的热量，W为对外做的功。选项A正

确地阐述了这--点。选项B、C和D都与热力学第--定律的表述不符。

6、根据热力学第二定律，下列说法正确的是：

A、热量可以自发地从低温物体传向高温物体。

B、热量小可能从低温物体传到高温物体，而小引起其他变化。

C、热量可以无条件地从高温物体传到低温物体。

D、以上说法均不正确。

答案：B

解析：热力学第二定律表明，热量不能自发地从低温物体传向高温物体，也不能无

条件地从低温物体传到高温物体，除非有外界做功。因此，选项B正确地阐述了热量

传递的基本限制。选项A、C和D都与热力学第二定律的表述不符。

7、一定量的理想气体从初态R、明经过等温膨胀到终态P2、V2,根据玻意耳

定律，下列说法正确的是（）

A、内能不变，因为等温过程中温度不变

B、内能增加，因为体积膨胀，气体对外做功

C、内能减少，因为体积膨胀，气体对外做功

D、内能变化无法确定，因为题目没有给出温度变化

答案：A

解析：在等温过程中，温度保持不变，对于理想气体百言，内能只与温度有关，因

此内能保持不变。根据热力学第一定律，内能变化AU等于对外做功W加上吸收的热量

Q,即AU=W+Q。在等温膨胀过程中，对外做功W为负值（因为气体对外做功），但

由于内能不变（AU=O）,所以Q也必须为零。因此，选项A正确。选项B、C、D都与

热力学第一定律和等温过程的特点不符。

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、关于热力学第一定律的陈述，下列哪些是正确的？

A.热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现。

B.在一个封闭系统中，外界对系统做的功和系统吸收的热量等于系统内能的增量。

C.热量只能从温度高的物体传递到温度低的物体。

D.热力学第一定律说明了能量不能被创造或销毁，只能从一种形式转换为另一种

形式。

答案：A,B,D

解析：

•A选项正确，热力学第一定律体现了能量守恒的基本原理。

•B选项正确，这是热力学第一定律的具体表述，适用于封闭系统。

•C选项不全面，虽然热量通常从高温物体传向低温物体，但在某些特定条件下，

通过技术手段可以把热量从低温物体传递到高温物体。

•D选项正确，也是能量守恒定律的一个重要表述方式。

2、考虑一个理想气体系统，如果外界对该封闭系统做功且系统温度保持不变，则

以下哪些描述是正确的？

A.系统对外界做功。

B.外界对系统做功。

C.系统吸收的热量大于零。

D.系统吸收的热量等于零。

答案：B,C

解析：

•B选项正确，在系统温度保持不变的情况下，外界做了正功，但如果系统不对外

做功，则意味着内部必定吸收了热量来维持温度恒定。

•C选项止确，根据热力学第一定律，外界对系统做的止功加匕系统吸收的热量等

于系统的内能增量，如果系统温度不变，内能也不变，这意味着系统必须从外界

吸收热量。

•A选项错误，如果外界做了正功，而系统温度不变，系统不可能对外做功。

•D选项错误，系统的温度不变，但外界做了正功，系统必须从外界吸收热量以维

持温度不变。

3、热力学第一定律表明，在一个孤立系统中，系统的内能变化等于系统所吸收的

热量减去系统所做的功。以下关于热力学第一定律的陈述中，正确的是：

A、系统吸收热量，内能一定增加。

B、系统做功，内能一定减少。

C、系统内能增加，可能是吸收了热量或对外做功的结果。

D、系统内能减少，可能是对外做了正功或放出了热量。

E、系统内能的变化与系统所吸收的热量成正比。

答案：C、D

解析：

A选项错误。系统吸收热量时，内能的增加并不一定发生，因为内能的变化还取决

于系统是否对外做功。

B选项错误。系统做功时，若为正功（系统对外做功），则系统的内能可能减少；

但如果系统吸收的热量大于所做功，内能仍可能增加。

C选项正确。系统内能增加可以是因为吸收了热量，或者是对外做功，但吸收的热

量大于做功消耗的能量。

D选项正确。系统内能减少可以是因为对外做了正功，消耗了部分内能，或者放出

r热量。

E选项错误。系统内能的变化并不一定与吸收的热量成正比，因为还要考虑系统做

功的情况。

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）

第一题

一、计算题（15分）

已知一个物体从初温度T1=300K开始，经历两个阶段的热力学过程：

1.在等压过程中，物体吸收了热量Q1=2OOOJ,温度升高到T2=500K。

2.在等容过程中，物体放出了热量Q2=1OOOJ,温度降低到T3=400Ko

（1）求物体在等压过程中的做功晅：

（2）求物体在等容过程中的内能变化AU；

（3）求物体从T1到T3的总倒变AS。

答案：

（1）根据理想气体状态方程PV=nRT,等压过程中体积V小变，可得：

P1V1=nRTl,P2V2=nRT2

由题意知，物体在等压过程中吸收了热量Q1,故有：

QI=Wl+AU

由于体积不变，做功W1二0,所以：

AU=QI=2000J

（2）等容过程中，体积V不变，根据热力学第一定律，内能变化AU等于放出的

热量Q2,即:

AU=-Q2=-1000J

(3)物体从T1到T3的总燧变AS可以通过以下公式计算：

AS=AS1+AS2

其中，AS1为等压过程中的烯变，AS2为等容过程中的端变。对于等压过程，焙

变AS1为：

ASI=nCpln(T2/Tl)

对于等容过程，嫡变AS2为：

AS2=nCvln(T3/T2)

由于题目中没有给出物体的物质的量n和比热容Cp、Cv,我们无法直接计算出△

S1和AS2的具体值。但我们可以得出结论：

AS>0,因为物体从高温T2=500K降低到低温T3=400K,发生了不可逆过程,

幅增加。

解析：

(1)由于等压过程中体积V不变，根据理想气体状态方程，可得物体在等压过程

中的做功町为0。

(2)根据热力学第一定律，等容过程中内能变化AU等于放出的热量Q2,即AU二

-Q2=-1000Jo

(3)由于物体从高温T2=500K降低到低温T3=403K,发生了不可逆过程，燃

增加，所以总燃变AS>0。

第二题

题口：一热机从高温热源吸热1000焦耳，对外做功730焦耳。

(1)如果高温热源的温度为400K,低温热源的温度为300K,求热机的效率，并判

断热机是否可逆。

（2）求低温热源吸收的热量，并说明理由。

答案：

（1）首先计算热机的效率，热机效率的定义是热机对外做的功W与从高温热源吸

热Q吸的比例，即:

甲

代入题目中的数值：

八1

1〃二7砌00二S。臼

所以，热机的效率为70%。

关于热机是否可逆的情况，可逆热机的效率为卡诺效率：

〃卡诺=1-国

代入题目中的数值：

300K

/卡诺=1-厮="

可以看出，实际效率0.7大于卡诺效率0.25,所以这台热机不是可逆热机。

解析：

（1）这部分问题的关键是理解热机效率的定义和计算方法。利用给定的吸热量和

对外做的功，可以直接计算出热机的效率。然后，通过卡诺效率的公式，可以对比计算

出的实际效率与卜诺效率，来判断热机的可逆性。

（2）对于这部分问题，关键在于理解热力学第二定律和卡诺循环中的热量传递原

理。热机的效率涉及到吸热、放热和对外做功，因此最终需要计算出低温热源吸收的热

量。通过热机效率的数学表达式和给定的条件，可以得出低温热源吸收的热量。

解析：

（2）由热力学第一定律（能量守恒），有：

[。吸=。放+"]

由题，已知（0吸=/000J）和（/:70OJ）,代入上述公式得：

[1000]=%+700]]

解得：

|。放=300j]

根据热力学第二定律，可知低温热源从热机得到的热量一定是300焦耳。

这样，低温热源吸收的热量就是300焦耳。因此，可以通过热机效率和热力学定律

之间的关系，解决该问题。

第三题

题目：质量为m的气体在一个与外界绝缘的容器中，其体积从VI变为V2,温度从

T1降到T2。已知该气体的初始压强为P0,求此时气体的压强P。

已知条件：

•容器与外界绝缘，所以气体对外不做功，也没有热传递。

•气体满足理想气体状态方程：仍?=/淀7]

其中，P为压强，V为体积，n为物质的量，R为普适气体常数，T为温度。

答案：

•_nRT2\

P^~V2\

解析：

1.根据题意，气体体枳从VI变为V2,温度从T1降到T2,且容器与外界绝缘，所

以气体对外不做功，也没有热传递。由此可知，这是一个等氮（反应量不变）热的等容（体

积不变）过程。

2.根据理想气体状态方程：仍由于n和R为常数，所以若有P、V、T中

任意两个值不变，第三个值也必须随之改变而保持等式成立。

3.在等容过程中，体积V不变，所以压强P与温度T成正比。即当温度由口降低

到T2时，压强也将按相同比例降低。

4.由等比关系可得：

72P0=T2/T1]

5.将P2替换为P,得到：

[/?=POX（T2/Tf）]

6.再次根据理想气体状态方程，将VI和T1代入上式，得到：

[〃XVI=POXT1]

7.由初始条件可知：

8.将P0V1替换为nRTl,PV2替换为nRT2,得到：

9.将V2和T2代入上式，得到:

kxT”—PVor—satzV2\]

10.化简可得：

_nRT2\

因此，气体在体积从VI变为V2,温度从T1降到T2时的压强P为[有。

第四题

某理想气体的初始状态为（修二2OXW）Pa,（勿二4.OX76r＞（）气体先绝

热压缩到（&=20义/。3）减）然后等温膨胀到（&=£OX〃f3）m（3）。求：

（1）气体在压缩过程中所做的功W）;

（2）气体在膨胀过程中外界对气体所做的功（昭卜

（3）气体在整个过程中吸收的热量（0。

已知：

绝热过程方程：（*〃二常数），其中（7二£）；

等温过程方程：（PP二常数）。

答案：

（1）气体在压缩过程中所做的功（必二6。X"）1：

（2）气体在膨胀过程中外界对气体所做的功（收=-6.0X/0，）J；

（3）气体在整个过程中吸收的热量（Q=。。

解析：

（1）绝热过程中，由（P"=常数）可知：

上"困

将已知数值代入得：

便ox）5x（4.ox%x（2oxi（r:{）］

解得（心=4.OX协Pa。由（叼=/〃/-%⑼可得：

%=-{2.0乂1炉乂4.0乂1（T3-4.OY.1停乂2.0乂if=6.0乂1O1}

（2）等温过程中，由（PP二常数）可知：

伊尚二々句

将已知数值代人得:

[2.0X/X40X/夕3=%X6.0X1（T3]

解得嚷省"3=20X/）pa。由（©=V（二小-%⑼可得：

啊=_g（4.0X105义2.0Xl（T3-2.0XIO5X6.OX=-6.0X101]

（3）由热力学第一定律可知；

[〃〃=0+//]

由于整个过程为绝热过程，即（。二4，所以（』〃:小+跟=功。因此，气体在整个

过程中吸收的热量（。=0）.

第五题

【题目】

一容器内储有一定量的理想气体，气体正经历一个膨张过程。设容器体积从（匕）

增加至（阳（即（七〉少），容器壁为绝热（不与外界交换热量），但容器外部环境温度恒

定在（%）。在这一过程中，气体的温度从（。）降至（七）（其中（。＞⑸），并释放了热量（0。

已知（匕=0.八11）（七=0.25|11）（7/=300。（%=2401（）,忽略分子间势能变化，求容

器外部环境对气体所做的功。