《第三章 热力学定律》试卷及答案-高中物理选择性必修第三册-教科版-2024-2025学年 (一)

《第三章热力学定律》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、根据热力学第一定律，以下哪个陈述是正确的？

A.系统的内能变化仅由它吸收或放出的热量决定。

B.系统对外做的功等于系统内能的减少量。

C.当系统从外界吸收热量时，其内能必定增加。

D.内能的变化等于系统吸收的热量加上系统对外界所做的功。

2、关于热力学第二定律，下列说法错误的是：

A.热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。

B.不可能从单一热源吸取热量使之完全变成功，而不产生其他影响。

C.所有的自然过程都是可逆的。

D.孤立系统的嫡总是趋向于增加。

3、一个理想气体在等压过程中，其内能变化AU,温度变化AT,则根据理想气体

状态方程PV二nRT,下列关系正确的是：

A.AU=AT*n*R

B.AU=AT*n*C_v

C.AU=AT*n*C_p

D.AU=AT*（P*V-n*R）

4、一个物体从初温度T1开始，经过一个等温过程，温度升高到T2,然后经过一

个等容过程，温度降低同到T1。在这个过程中，下列说法正确的是:

A.等温过程内能增加，等容过程内能减少

B.等温过程内能减少，等容过程内能增加

C.两个过程中内能变化相同

D.两个过程中内能变化不同

5、关于热力学第一定律，下列说法正确的是：

A.热力学第一定律表明能量可以在一个封闭系统内被创造或摧毁。

B.热力学第一定律指出，系统的内能变化等于它从外界吸收的热量加上对外界做

的功。

C.根据热力学第一定律，热量总是从低温物体自发地传向高温物体。

D.热力学第一定律适用于所有过程，包括非准静态过程和不可逆过程，并且可以

表述为：（4〃二。-/，），其中（［£）是系统内能的变化，（。是系统吸收的热量，（乃是系

统对外做的功。

6、在绝热过程中，如果理想气体被压缩，则下列哪一项描述是正确的？

A.气体温度保持不变，因为没有热量交换。

B.气体温度升高，因为外界对气体做功而无热量散失。

C.气体温度降低，因为体积减小导致分子运动减缓。

D.气体压强减小，以补偿体积的减少，维持温度不变。

7、一个理想气体在等压条件下温度从T1升高到T2,根据宣理定律，其体积V2与

VI的关系为:

A.V2=VI*（T2/T1）

B.V2=VI*（T2-T1）

C.V2=VI*(Tl-T2)

D.V2=VI/(T2/TD

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，以下说法正确的是：

A.热力学第一定律表明热量可以完全转化为功。

B.热力学第一定律指出，能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化

为另一种形式。

C.热力学第一定律适用于所有宏观热力学过程。

D.热力学第一定律不适用于微观粒子的运动。

2、在热力学第二定律的表述中，以下哪个选项与克劳修斯表述一致？

A.不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为功，而不引起其他变化。

B.不可能将热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。

C.不可能将热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化，这个表述与开尔

文-普朗克表述相同。

D.不可能将热量从单一急源传到低温物体，而小引起其他变化。

3、一个理想气体在等压过程中，其内能的变化与以下哪个因素有关？（）

A.气体的温度

B.气体的体积

C.气体的质量

D.气体的摩尔数

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：

热力学第二定律

假设一个理想的气体在等温膨胀过程中，下列说法正丽的是:

A.气体的内能不变，但体积增大，对外做功。

B.气体的内能增加，但体积增大，对外做功。

C.气体的内能减少，但体积增大，对外做功。

D.气体的内能减少，体积减小，对外做功。

第二题：

已知一个理想气体的初始状态为；体积Vl=0.2n）3,压强pl=l.5X105Pa,温度

Tl=300Ko现将气体等温压缩至体积V2=0.In?,求：

（1）气体的压强p2；

（2）气体在压缩过程中对外做功W；

（3）气体在压缩过程中内能的变化量AJ

第三题：

理想气体状态方程的应用

题目内容：

一密闭容器内装有1摩尔理想气体，其初始状态为Pl=2atm,Vl=10Lo现对容器进

夕亍如下操作：

（1）保持温度不变，压缩气体至V'2=5L；

（2）保持体积不变，降低温度至T2=273K：

（3）保持温度不变，膨胀气体至V3=20L。

请回答以下问题:

（1）在操作（1）中，气体的压强P2为多少？

（2）在操作（2）中，气体的压强P3为多少？

（3）在操作（3）中，气体的温度T3为多少？

第四题：

某同学为了探究热机效率与热源温度的关系，设计了以下实验方案：

1.准备一台理想气体热机、一个可调温的热源、一个温度计和一个计时器。

2.将热机与热源连接，使热机工作一段时间。

3.通过温度计记录热机工作过程中热源的温度变化。

4.使用计时器记录热机工作的时间。

5.测量热机在一段时间「对外做的功。

6.根据实验数据，分析热机效率与热源温度的关系。

请回答以下问题：

（1）实验中，如何测量热机在一段时间内对外做的功？

（2）简述如何通过实验数据计算热机的效率。

（3）根据热力学第二定律，解释为什么热机效率与热源温度有关。

第五题：

某气体在绝热容器中做等容变化，初始时温度为T1,压强为P1。如果气体吸收了

热量Q,求气体最终温度T2和压强P2。

《第三章热力学定律》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、根据热力学第一定律，以下哪个陈述是正确的？

A.系统的内能变化仅由它吸收或放出的热量决定。

B.系统对外做的功等于系统内能的减少量。

C.当系统从外界吸收热量时，其内能必定增加。

D.内能的变化等于系统吸收的热量加上系统对外界所做的功。

答案：D

解析：热力学第一定律是一个能量守恒的原则，它表述为内能的变化（AU）等于

系统吸收的热量（Q）加上外界对系统做的功（W）,即AU=Q+W,如果系统对外做

功，则、为负值。选项A忽略了做工的影响；选项B忽略了热量交换的可能性；选项C

忽略了做工可以抵消或者增强热量对内能的影响。因此，正确答案是D。

2、关于热力学第二定律，下列说法错误的是：

A.热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。

B.不可能从单一热源吸取热量使之完全变成功，而不产生其他影响。

C.所有的自然过程都是可逆的。

D.孤立系统的燧总是趋向于增加。

答案：C

解析•：热力学第二定律有多种表述方式，但它们都指出了自然过程中不可逆性的存

在。选项A和B分别是克劳修斯表述和开尔文-普朗克表述的内容，而选项D反映了焰

增原理，这些都是热力学第二定律的重要表达形式。然而，选项C违背了热力学第二定

律的精神，因为自然界中绝大多数的过程都是小可逆的，只有在理想条件下果些过程可

以被认为是可逆的。因此，正确答案是C。

3、一个理想气体在等压过程中，其内能变化AU,温度变化AT,则根据理想气体

状态方程PV=nRT,下列关系正确的是：

A.AU=AT*n*R

B.AU=AT*n*C_v

C.AU=AT*n*C_p

D.AU=AT*(P*V-n*R)

答案：B

解析：对于理想气体，齿能U仅与温度T有关。在等压过程中，压强P保持不变，

根据理想气体状态方程PV=nRT,可以得到内能的变化AU与温度的变化AT成正比，比

例系数为定容热容C_v。因此，正确答案是B。选项A中的nR是理想气体常数，与内能

变化无关；选项C中的C_p是定压热容，不适用于等压过程；选项D中的表达式没有物

理意义。

4、一个物体从初温度T1开始，经过一个等温过程，温度升高到T2,然后经过一

个等容过程，温度降低回到T1。在这个过程中，下列说法正确的是：

A.等温过程内能增加，等容过程内能减少

B.等温过程内能减少，等容过程内能增加

C.两个过程中内能变化相同

D.两个过程中内能变化不同

答案：D

解析：在等温过程中，虽然温度升高，但由于是等温过程，温度T保持不变，根据

理想气体的性质，内能U也保持小变。在等容过程中，体积V保持小变，温度降低，内

能U减少。因此，两个过程中内能变化是不同的。选项A和B都是错误的，因为等温过

程中内能不变；选项C也是错误的，因为两个过程中内能变化不同。正确答案是D。

5、关于热力学第一定律，下列说法正确的是：

A.热力学第一定律表明能量可以在一个封闭系统内被创造或摧毁。

B.热力学第一定律指出，系统的内能变化等于它从外界吸收的热量加上对外界做

的功。

C.根据热力学第一定律，热量总是从低温物体自发地传向高温物体。

D.热力学第一定律适用于所有过程，包括非准静态过程和不可逆过程，并且可以

表述为：（4〃=0-冷，其中（4A）是系统内能的变化，（0是系统吸收的热量，（份是系

统对外做的功。

答案：B,D

解析：选项A错误，因为热力学第一定律（能量守恒定律）说明能量既不会凭空产

生也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式：选项C错误，因为根据热传递

的自然方向，热量总是自发地从高温物体传向低温物体；选项B正确，因为它准确描述

了热力学第一定律对于封闭系统的应用；选项D也正确，它提供了热力学第一定律的一

个普遍适用的数学表达式。

6、在绝热过程中，如果理想气体被压缩，则下列哪一项描述是正确的？

A.气体温度保持不变，因为没有热量交换。

B.气体温度升高，因为外界对气体做功而无热量散失。

C.气体温度降低，因为体积减小导致分子运动减缓。

D.气体压强减小，以补偿体积的减少，维持温度不变。

答案：B

解析：在绝热过程中，与外界没有热量交换（（。二功）。当理想气体被压缩时，外

界对气体做了正功（（/＞。），根据热力学第一定律（4〃=。-刀，因此内能增加（（4〃〉

④），这通常伴随着温度的升高。选项B正确描述了这一现象。选项A错误，因为即使

没有热量交换，温度也可以由于做功而改变；选项C错误，因为压缩实际上会增加分子

间的碰撞频率，可能提高温度；选项D错误，因为在绝热压缩过程中，压强通常会增加

而不是减小。

7、一个理想气体在等压条件下温度从T1升高到T2,根据查理定律，其体积V2与

VI的关系为：

A.V2=VI*（T2/T1）

B.V2=VI*（T2-T1）

C.V2=VI*（Tl-T2）

D.V2=VI/（T2/T1）

答案：A

解析：查理定律表明，在等压条件下，一定量的理想句体的体积与其绝对温度成正

比。数学表达式为V/T=常数。因此，如果温度从T1升高到T2,体积将按照同样的

比例增加,即V2=VI*（T2/TD。

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，以下说法正确的是：

A.热力学第一定律表明然量可以完全转化为功。

B.热力学第一定律指出，能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化

为另一种形式。

C.热力学第一定律适用于所有宏观热力学过程。

D.热力学第一定律不适用于微观粒子的运动。

答案：B

解析•：热力学第一定律，也称为能量守恒定律，表明能量不能被创造或消灭，只能

从一种形式转化为另一种形式。因此，选项B是正确的。选项A错误，因为热量不能完

全转化为功，转化过程中会有部分能量以热的形式散失。选项C正确，热力学第一定律

适用于所有宏观热力学过程。选项D错误，热力学第一定律同样适用于微观粒子的运动,

但表述可能有所不同。

2、在热力学第二定律的表述中，以下哪个选项与克劳修斯表述一致？

A.不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为功，而不引起其他变化。

B.不可能将热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。

C.不可能将热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化，这个表述与开尔

文-普朗克表述相同。

D.不可能将热量从单一热源传到低温物体，而不引起其他变化。

答案：B

解析：热力学第二定律有多个表述，克劳修斯表述为“不可能将热量从低温物体传

到高温物体，而不引起其他变化”。因此，选项B是正确的。选项A是开尔文-普朗克表

述，与克劳修斯表述不同。选项C错误，因为克劳修斯表述与开尔文-普朗克表述不同。

选项D是卡诺循环的热力学第二定律表述，与克劳修斯表述不同。

3、一个理想气体在等压过程中，其内能的变化与以下哪个因素有关？（）

A.气体的温度

B.气体的体积

C.气体的质量

D.气体的摩尔数

答案：A

解析•：在等压过程中，理想气体的内能只与温度有关c根据理想气体的状态方程

（PV=nRT）,在等压过程中（P不变），体积V的变化取决于温度T的变化。内能（功是气

体分子平均动能的体现，而平均动能与温度成正比，因此内能的变化只与温度有关，与

体积、质量或摩尔数无关。

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：

热力学第二定律

假设一个理想的气体在等温膨胀过程中，下列说法.正箫的是：

A.气体的内能不变，但体积增大，对外做功。

B.气体的内能增加，但体积增大，对外做功。

C.气体的内能减少，但体积增大，对外做功。

D.气体的内能减少，体积减小，对外做功。

答案：A

解析：

在等温膨胀过程中，根据理想气体状态方程（Ph〃应），温度（7）保持不变。理想气

体的内能只与温度有关，因此内能保持不变。在等温条件下，气体膨胀时对外做功，因

为气体需要克服外部压力以增加体积。因此，选项A正确。选项B、C、D都与热力学第

-定律和等温膨胀的特性小符。

第二题：

已知一个理想气体的初始状态为：体积VI:0.2M，压强pl=1.5X105Pa,温度

Tl=300Ko现将气体等温压缩至体积Y2=0.In?,求：

（1）气体的压强p2；

（2）气体在压缩过程中对外做功％

（3）气体在压缩过程中内能的变化量AU。

答案：

（1）气体的压强p2=3.0X105Pa；

（2）气体在压缩过程中对外做功W=1.5X104J；

（3）气体在压缩过程中内能的变化量AU=0Jo

解析：

（1）根据玻意耳-马略特定律（等温过程）：plVl=p2V2

代入已知数据得：1.5X105PaX0.2m3=p2X0.1m3

解得：p2=3.0X105Pa

（2）气体在等温压缩过程中对外做功W的计算公式为:W=-plVlln（V2/Vl）

代入已知数据得：、=-1.5X105PaX0.2m3Xln（0.1/0.2）

W=-1.5X105PaX0.2m3Xln（0.5）

W-1.5X104J

注意：由于In（0.5）为负值，所以做功W为负值，表示气体对外做功。

（3）在等温过程中，理想气体的内能只与温度有关，温度不变，内能也不变。因

此，气体在压缩过程中的内能变化量AU=0Jo

第三题：

理想气体状态方程的应用

题目内容：

一密闭容器内装有1摩尔理想气体，其初始状态为Pl=2atm,Vl=10Lo现对容器进

夕亍如下操作：

（1）保持温度不变，压缩气体至V2=5L；

（2）保持体积不变，降低温度至T2=273K；

（3）保持温度不变，膨胀气体至V3=20L。

请回答以下问题：

（1）在操作（1）中，气体的压强P2为多少？

（2）在操作（2）中，气体的压强P3为多少？

（3）在操作（3）中，气体的温度T3为多少？

答案：

（1）P2=4atm

（2）P3=latm

（3）T3=540K

解析：

（1）根据理想气体状态方程PV=nRT,由于温度不变，n=l摩尔，可列出：

P1V1=P2V2

2atmX10L=P2X5L

P2=4atm

（2）同理，由于体积不变，可列出:

P1V1=P3V1

2atmX10L=P3X10L

P3=latm

(3)由于压强不变，可列出：

P2V2=P3V3

4atmX5L=P3X20L

P3=latm

代入理想气体状态方程得：

P2V2=nRT2

4atmX5L=1X8.31J/(mol•K)XT2

T2=210K

由于理想气体的温度变化满足等压变化关系，即T1/T2=P1/P2,代入数据可得:

T3=T2X(P1/P2)=210KX(2atm/latm)=420K

由于理想气体的温度变化满足等容变化关系，即T1/T3=P1/P3,代入数据可得:

T3=T1X(P1/P3)=420KX(2atm/latm)=840K

因此，气体的温度T3为540K。

第四题：

某同学为了探究热机效率与热源温度的关系，设计了以下实验方案：

1.准备一台理想气体热机、一个可调温的热源、一个温度计和一个计时器。

2.将热机与热源连接，使热机工作一段时间。

3.通过温度计记录热机工作过程中热源的温度变化。

4.使用计时器记录热机工作的时间。

5.测量热机在一段时间内对外做的功。

6.根据实验数据，分析热机效率与热源温度的关系。

请回答以下问题：

（1）实验中，如何测量热机在一段时间内对外做的功？

（2）简述如何通过实验数据计算热机的效率。

（3）根据热力学第二定律，解释为什么热机效率与热源温度有关。

答案：

（1）热机在一段时间内对外做的功可以通过测量热机所做的总功与损失的能量之

差来得到。具体方法是：首先记录热机在•个循环过程中所做的总功W,然后记录热机

从热源吸收的热量Q1,以及排出的热量Q2（Q2=Q1-W）,则对外做的功W对外二QI-Q2。

（2）热机的效率n可以通过以下公式计算：

其中，W对外是热机在一个循环中对外做的功，Q1是热机在一个循环中从热源吸收

的热量。

（3）根据热力学第二定律，热机的效率与热源温度有关，因为热机的效率是有用

功与吸收的热量之比，而热源温度越高，理论上从热源吸收的热量Q1越大，但为了