《第十二章 热力学定律》试卷及答案-高中物理选择性必修第三册-沪科版-2024-2025学年 (一)

《第十二章热力学定律》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、下列关于热力学第一定律的描述，哪一项是正确的？

A.系统吸收的热量完全转化为对外做的功。

B.系统内能的变化等于系统吸收的热量与对外做的功之和。

C.在一个过程中，如果系统不对外做功，则系统吸收的热量不会改变系统的内能。

D.热量总是自发地从低温物体流向高温物体。

2、根据热力学第二定律，下列哪一说法正确？

A.机械能可以完全转换成热能，但热能不能完全转换成机械能而不产生其他影响。

B.在一个封闭系统中，总燧会随着时间的推移而减少。

C.能量可以在不同形式之间自由转换，没有任何损失。

D.热量总是从内能高的物体传递到内能低的物体。

3、在热力学过程中，下列哪个选项描述了热力学第一定律的正确形式？

A.AU=Q+W,其中AU是内能变化，Q是热量，、是功

B.AQ=AU+W,其中AQ是热量变化，AU是内能变化，代是功

C.AU=AQ-W,其中4U是内能变化，AQ是热量，W是功

D.AQ=AU-W,其中AQ是热量，AU是内能，TV是功

4、一个封闭系统从外界吸收了热量Q,同时对外做了功也根据热力学第一定律,

系统的内能变化AU将是多少？

A.AU=Q-W

B.AU=Q+W

C.AU=Q+W/2

D.AU=Q-W/2

5、根据热力学第一定律，在一个封闭系统中，如果系统从外界吸收了200焦耳的

热量，并且对外界做了150焦耳的功，那么系统的内能变化量是多少？

A.350焦耳

B.50焦耳

C.-50焦耳

D.-350焦耳

6、考虑一个理想的气体在绝热过程中膨胀，下列哪个陈述是正确的？

A.气体的温度升高，因为气体吸收了热量。

B.气体的温度保持不变，因为没有热量交换。

C.气体的温度降低，因为气体对外做功而没有热量输入。

D.气体的温度和体积都保持不变。

7、下列关于热力学第一定律的描述，正确的是：

A.热力学第一定律表明，热量可以从一个物体传递到另一个物体，但不能自发地

从低温物体传递到高温物体。

B.热力学第一定律说明，热量的传递过程中，能量守恒，但能量可以从一种形式

转化为另一种形式。

C.热力学第一定律揭示了热量与功之间的相互转换关系，但并未说明它们在数值

上的相等。

D.热力学第一定律是关于热力学第二定律的基础，它说明了在封闭系统中，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。

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、以下关于热力学第一定律的描述中，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.热力学第一定律表明功可以完全转化为热量

C.热力学第一定律表明能量既不会凭空产生也不会凭空消失，只会从一种形式转

化为另一种形式

D.热力学第一定律与热机效率有关

2、在等温膨胀过程中，一个理想气体对外做功，以下说法正确的是（）

A.气体的内能不变

B.气体吸收了热量

C.气体温度升高

D.气体体积减小

3、一个理想气体的状态变化过程中，其内能的变化量AU与温度变化量AT的关系

可以用以下哪个公式表示？

A.AU=c_vAT

B.AU=c_pAT

C.AU=AQ-AW

D.AU=c_v（T2-Tl）

E.AU=c_p(T2-Tl)

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：

理想气体在等压膨胀过程中，若其温度升高了50K,求其体积膨胀了多少百分比？

第二题：

题目：一个理想气体的状态变化过程如下：初始状态为体积（%），温度（刀），压强

（2）:经过一个绝热过程后，体积变为（彩），温度变为（7＞）,假设气体遵循理想气体状

态方程（*/=〃/?＞其中（〃）是气体的摩尔数，（份是理想气体常数。

（1）请证明在绝热过程中，理想气体的内能变化（力。与其温度变化（67）成正比。

（2）若初始状态下气体的温度⑺二300K）,体积（1=2X吟，压强（乙=5X

，必汾，在绝热过程中体积变为（七=5X/夕%求气体温度（&）的值。

第三题：

一、计算题

已知一定量的理想气体，在初态下的压强为（匕=25X/乃1匕,体积为（1=0.5nr）

温度为（A=273K）。该气体经历一等温过程，最终压强变为（七二/.OX/〃）Pa,体积变

为（七二1.5m'）。

1.根据玻意耳-马略特定律，求该气体经历一等温过程时的温度（⑸；

2.若该气体在绝热过程中从初态变化到终态，求终态的压强（%）。

第四题：

一、计算题（本大题共1小题，共12分）

已知某理想气体的初始状态为:体积Vl=0.1相，温度Tl=300K,压强pl=1.0X10

5Pao若气体先等温膨胀至体积V2=0.2符，然后等压加热至温度T2=600K,最后等温压

缩至体积V3=0.Im3o

（1）求气体在等温膨胀过程中对外做的功阳:

（2）求气体在等压加热过程中吸收的热量Q2；

（3）求气体在等温压缩过程中对外做的功出3。

第五题：

一、简答题

1.热力学第一定律和热力学第二定律分别是什么？

2.热力学第二定律的两种表述方式是什么？

3.热机效率、热效率、机械效率三者之间的关系是什么？

《第十二章热力学定律》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、下列关于热力学第一定律的描述，哪一项是正确的？

A.系统吸收的热量完全转化为对外做的功。

B.系统内能的变化等于系统吸收的热量与对外做的功之和。

C.在一个过程中，如果系统不对外做功，则系统吸收的热量不会改变系统的内能。

D.热量总是自发地从低温物体流向高温物体。

答案：B

解析：热力学第一定律即能量守恒定律在热力学中的表达形式，它表明在一个热力

学过程中，系统内能的增加等于系统吸收的热量加上外界对系统所做的功。公式表达为

AU=Q-W,其中AU表示内能变化，Q表示吸热，W表示对外界做的功。选项A忽略

了可能存在的内能变化；选项C错误，因为即使系统不对外做功，吸收的热量也会导致

内能增加；选项D描述的是热力学第二定律的内容，而非第一定律。

2、根据热力学第二定律，下列哪一说法正确？

A.机械能可以完全转换成热能，但热能不能完全转换成机械能而不产生其他影响。

B.在一个封闭系统中，总焙会随着时间的推移而减少。

C.能量可以在不同形式之间自由转换，没有任何损失。

D.热量总是从内能高的物体传递到内能低的物体。

答案：A

解析：热力学第二定律指出，在自然过程中，能量转换具有方向性，特别是热量不

能自发地从低温物体传向高温物体，除非有外部做工。此外，它还说明了在一个孤立系

统中，过程总是朝着熠增的方向进行，即系统的总摘不会减小。选项B错误，因为在封

团系统中，如果没有外界影响，总燧不会减少；选项C错误，因为能量转换过程中总会

有一部分以热的形式散失，这体现了能量转换效率的问题；选项D错误，热量传递的方

向取决于温度差，而不是内能的高低。正确的选项A描述了热机效率的限制以及能量转

换的方向性。

3、在热力学过程中，下列哪个选项描述了热力学第一定律的正确形式？

A.AU=Q+W,其中AU是内能变化，Q是热量，、是功

B.AQ=AU+W,其中AQ是热量变化，AU是内能变化，、是功

C.AU=AQ-W,其中AU是内能变化，AQ是热量，W是功

D.AQ=AU-W,其中AQ是热量，AU是内能，口是功

答案：A

解析：热力学第一定律表述为能量守恒定律，在热力学过程中的形式是AU=Q+肌

其中AU代表系统内能的变化，Q代表热量，W代表做功。因此，正确答案是A。

4、一个封闭系统从外界吸收了热量Q,同时对外做r功也根据热力学第一定律，

系统的内能变化AU将是多少？

A.AU=Q-W

B.AU=Q+W

C.AU=Q+W/2

D.AU=Q-W/2

答案：A

解析：根据热力学第一定律，系统的内能变化AU等于系统吸收的热量Q减去对外

做的功W,即AU=Q-W。因此，正确答案是A。

5、根据热力学第一定律，在一个封闭系统中，如果系统从外界吸收了200焦耳的

热量，并且对外界做了150隹耳的功，那么系统的内能变化量是多少？

A.350焦耳

B.50焦耳

C.-50焦耳

D.-350焦耳

答案:B

解析：根据热力学第一定律，能量守恒原则指出在一个封闭系统中，内能的变化（△

U）等于系统吸收的热量（Q）减去系统对外做的功（W）o用公式表示就是AU=Q-Wo

在这个问题中，Q=200焦耳，W=150焦耳。所以内能变化量△U=200焦耳-150焦耳

=50焦耳。因此正确答案是B.50焦耳。

6、考虑一个理想的气体在绝热过程中膨胀，下列哪个陈述是正确的？

A.气体的温度升高，因为气体吸收了热量。

B.气体的温度保持小变，因为没有热量交换。

C.气体的温度降低，因为气体对外做功而没有热量输入。

D.气体的温度和体积都保持不变。

答案：C

解析：在绝热过程中，系统与外界之间没有热量交换（即30）。根据热力学第一

定律当Q=0时，内能的变化只取决于所做的功。对于理想气体来说，内

能主要由温度决定。如果气体膨胀并对外做功，则意味着内能减少，因此温度也会下降。

选项A不正确，因为在绝热过程中气体不会吸收热量。选项B也不正确，因为尽管没有

热量交换，但温度会由于做工而改变。选项D显然是错误的，因为题目已经指出了气体

膨胀，即体积变化。所以正确答案是C.气体的温度降低，因为气体对外做功而没有热

量输入。

7、下列关于热力学第一定律的描述，正确的是：

A.热力学第一定律表明，热量可以从一个物体传递到另一个物体，但不能自发地

从低温物体传递到高温物体。

B.热力学第一定律说明，热量的传递过程中，能量守恒，但能量可以从一种形式

转化为另一种形式。

C.热力学第一定律揭示了热量与功之间的相互转换关系，但并未说明它们在数值

上的相等。

D.热力学第一定律是关于热力学第二定律的基础，它说明了在封闭系统中，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。

答案：B

解析：热力学第一定律，也称为能量守恒定律，它表明在一个封闭系统中，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止确地描述「热力

学第一定律。选项A描述了热力学第二定律中的热传递方向，选项C错误地认为热量和

功在数值上不相等，选项D错误地将热力学第一定律与热力学第二定律混淆。

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、以下关于热力学第一定律的描述中，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.热力学第一定律表明功可以完全转化为热量

C.热力学第一定律表明能量既不会凭空产生也不会凭空消失，只会从一种形式转

化为另一种形式

D.热力学第一定律与热机效率有关

答案：C

解析：热力学第一定律，也称为能量守恒定律，其核心内容是能量守恒。它表明在

一个封闭系统中，能量既不会凭空产生也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种

形式。因此，选项C是正确的。选项A和B错误，因为它们忽略了能量转化过程中的效

率问题。选项D虽然热机效率与热力学第一定律有关，但不是描述热力学第一定律本身

的内容。

2、在等温膨胀过程中，一个理想气体对外做功，以下说法正确的是（）

A.气体的内能不变

B.气体吸收了热量

C.气体温度升高

D.气体体积减小

答案：AB

解析：在等温膨胀过程中，根据理想气体的状态方程（/平二〃彳7）（其中P是压强，V

是体积，n是物质的量，R是气体常数，T是温度），由于温度T保持不变，所以压强P

和体积V成反比。当气体对外做功时，根据热力学第一定律，系统需要吸收热量来提供

做功所需的能量，因此选项B是正确的。

由于是等温过程，气体的温度保持不变，所以内能也不变（对于理想气体，内能只

与温度有关），因此选项A也是正确的。选项C错误，因为气体温度没有升高。选项D

错误，因为气体体积实际上是增大的。

3、一个理想气体的状态变化过程中，其内能的变化量AU与温度变化量AT的关系

可以用以下哪个公式表示？

A.AU=c_vAT

B.AU=c_pAT

C.AU=AQ-AW

D.AU=c_v（T2-Tl）

E.AU=c_p（T2一Tl）

答案：A、D

解析：

根据热力学第一定律，一个理想气体的内能变化量AU等于其吸收的热量△Q减去

对外做的功△肌即AU=AQ-△肌对于理想气体，内能只与温度有关，与体积和

压强无关。因此，选项C是错误的。

选项A和B分别表示等容热容和等压热容与温度变化量的关系，但它们并不直接表

示内能的变化量。因此，选项A和B也是错误的。

选项D和E分别表不内能变化量与初始温度T1和最终温度T2的关系，其中cv

和c_p分别是等容热容和等压热容。根据热力学定律，内能变化量AU确实与温度变化

量AT(T2-T1)有关。因此，正确答案是A和D。

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：

理想气体在等压膨胀过程中，若其温度升高了50K,求其体积膨胀了多少百分比？

答案：

假设初始状态下，理想气体的温度为T1,体积为VI。根据查理定律(等压膨胀定

律)，有；

V1/T1=V2/T2

题目中给出温度升高了50K,即T2=Tl+50Ko要求体积膨胀了多少百分比，即

求(V2-VI)/VI*100%o

将上述公式代入查理定律中，得：

VI/(T1+50)=V2/T2

将V2用(VI+AV)表示，其中AV为体积膨胀量，得：

V1/(T1+50)=(VI+AV)/T2

将T2代入，得：

V1/(T1+50)=(VI+AV)/(T1+50)

化简得：

AV=VI*50/T1

将AV代入体积膨胀百分比公式，得:

（AV/VI）*100%=（50/Tl）*100%

答案为：体积膨胀了（50/T1）*100%。

解析：

本题考查查理定律的应用。查理定律表明，在等压膨胀过程中，理想气体的体积与

温度成正比。通过查理定律，我们可以求出气体膨胀的体积，再计算膨胀百分比。注意，

此题中未给出具体的温度值，因此答案为相对表达式。

第二题：

题目：一个理想气体的状态变化过程如下：初始状态为体积（%），温度（。），压强

（乙）；经过一个绝热过程后，体积变为（%），温度变为（㈤,假设气体遵循理想气体状

态方程（//=切仍，其中（力是气体的摩尔数，（均是理想气体常数。

（1）请证明在绝热过程中，理想气体的内能变化（4。与其温度变化（47）成正比。

（2）若初始状态下气体的温度:3仇队），体积（P/=2X压强（匕:L5义

/晅%）,在绝热过程中体积变为（10=5X1（TV）O求气体温度（7＞）的值。

答案：

（1）解析：

在绝热过程中，气体不与外界交换热量，即二。。根据热力学第一定律，内能的

变化（/4等于系统对外做的功（份加上吸收的热量（0,即（/〃=/"0。由于（。=4，

所以W）。

对于理想气体，内能⑷只与温度（今有关，与体积（卜）无关。因此，内能的变化（4£）

可以表示为（/〃==勿?/7），其中（9是单原子理想气体的摩尔热容与摩尔内能的关系。

这表明在绝热过程中，理想气体的内能变化（4。）与其温度变化（47）成正比。

（2）解析:

根据理想气体状态方程（“二〃，），我们可以写出初始状态和最终状态的关系式:

由于是绝热过程，根据泊松方程（2仪=常数），其中（7=£）是比热容比，时于理

想气体（7二9,我们有:

仍彳=%咚］

将（⑹用（匕）和偿）表示,得至U：

Y

¥

简化后得到：

解出（G）:

将已知数值代入计算：

/

3

-

5Xl（^Pa\J

72=假设的匕）

由于没有给出（2）的具体值，我们无法直接计算出（⑸的具体数值。但如果我们假

设（尸2）是（匕）的某个倍数，比如（七二，5X/））,则可以计算（勿）：

r

人对［［注

T2=300黑嬴＞\T2=T2-300KX1.3d\T2^402

所以，如果（%:0.5X々），贝IJ（乃比402冷。

第三题：

一、计算题

已知一定量的理想气体，在初态下的压强为（G=25XS'）Pa,体积为（1二0.5nr）

温度为"广273K）。该气体经历一等温过程，最终压强变为（2=/.0X/0讲,体积变

为（七二1.5m9o

1.根据玻意耳-马略特定律，求该气体经历一等温过程时的温度（心）;

2.若该气体在绝热过程中从初态变化到终态，求终态的压强（2）。

答案：

1.根据玻意耳-马略特定律伊2V2），代入已知数据得:

2.5义心PaX0.5m3

&———二-----166.67K

WLOX7<^PaX1.5m3

即（7>=/67K）（保留两位有效数字）。

2.在绝热过程中，理想气体的状态方程为（。0=常数），其中（p=号）为绝热指数。

对于理想气体，通常［=3。

根据玻意耳-马略特定律，有：

仍《二吊号］

代入已知数据得:

7

P3==2.5X%1.47X7^Pa

即（心01.5乂I炉Pa）（保留两位有效数字留

解析：

1.本题考查玻意耳-马略特定律，即在一定质量的理隹气体，温度不变的情况下，

压强与体积成反比。根据公式（P//=2与求解温度（7>）。

2.本题考杳绝热过程中理想气体的状态方程，根据公式（P〃=常数）求解终态的压

强（2D。注意，绝热过程中温度变化，而压强与体积的关系不变。

第四题:

一、计算题(本大题共1小题，共12分)

已知某理想气体的初始状态为：体积V1=O.In?,温度Tl=300K,压强pl=1.0X10

5Pao若气体先等温膨胀至体积V2=0.2疗，然后等压加热至温度T2=600K,最后等温压

缩至体积V3=0.Im3o

(1)求气体在等温膨胀过程中对外做的功阳；

(2)求气体在等压加热过程中吸收的热量Q2；

(3)求气体在等温压缩过程中对外做的功W3。

答案：

(1)气体在等温膨胀过程中对外做的功W1Wl=plVlln(V2/Vl)=