第三章 热力学定律（单元测试）解析版-2026高中物理选修二

第三章《热力学定律》单元测试卷（解析版）

注意事项:

1.测试范围：人教版2019选择性必修三第3章。

第I卷选择题

一、选择题：本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第广6题只有一项

符合题目要求，第7~12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得

0分。

1•海底火山活跃的海域，火山附近的海水会受到加热形成水蒸气从而产牛.气泡。当气泡浮上水面的过程中温

度下降，压强减小，体积减小。该过程中水蒸气可视作理想气体。下列关于该过程说法正确的是（）

A.水蒸气上升过程中吸收热量B.水蒸气分子的平均动能增大

C.水蒸气放出的热量大丁其减小的内能D.该过程违反了热力学第二定律

【答案】。

【解析】4根据热力学第一定津4U=W+Q

可知，气体温度下降，故内能减小，即4U<0

体积减小可以判断外界对气体做功，故

因此Q必须为负，即放出热量（：故为错误；

8•水蒸气的温度下降，故分子平均动能减小。故8错误；

右根据热力学第一定律，因外界对气体做功，故水蒸气放出的热量大于其减小的内能。故。正确；

。■该过程不单是从热源吸热并用于做功，同时也引起了海水重:力势能变化，故没有违反热力学第二定律.

故。错误。

故选C

2.下列说法中正确的是（）

A一定质量的理想气体在膨胀的同时吸收热量，气体分子的平均动能一定减小

B.第一类永动机和第二类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律

C一定质量的理想气体在等温膨胀过程中吸收的热量等于对外做的功，并不违反热力学第二定律

D.根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体

【答案】c

【解析】4气体膨胀的过程中对外做功，若一定质量的理想气体在膨胀的同时吸收热量，杈据热力学第

一定律可知，气体的内能不一定减少，温度不•定降低，所以气休分子的平均功能不•定减小。故/错

误；

8•第•类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律，而第二类永动机研制失败的原因并不是违背了

能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，故8错误；

C一定质量的理想气体在等温膨胀过程中吸收的热量等于对外做的功，并不违反热力学第二定律，该过

程中可能引起了其他方面的变化，故。正确；

。・根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在一定的条件下可以从低

温物体传到高温物体，如空调。故。错误。

故选C

3.关于热力学定律，下列说法正确的是（）

A.热量不可能从低温物体传向高温物体

B.从单一热源吸收热量，使之完全变为功是可能的

C机械能转化为内能的实际宏观过程是可逆过程

D.为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量

【答案】D

【解析】4由热力学第二定律可知，热量不能自发从低温物体传向高温物体，若从低温物体传向高温物

体需引起其他变化，/错误；

由热力学第二定律可知，不可能从从单一热源吸收热量，使之完全变为功，而不产生其池影响，8错

误；

C由热力学第二定律可知，宏观热现象具有方向性，即机核能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过

程，。错误；

D.由热力学第一定律可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，。正确。

故选&

（如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③到达状态对此气体，下列说法错

误的是（）

，,।।।a।t»

024677To

A过程①中，气体体积不断增大

B.过程②中，气体从外界吸收热量

C.过程③中，气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数增加

D.状态a的体积大于状态d的体积

【答案】B

【解析】4过程①中，气体温度不变，根据pi%=p2V2可知，压强减小，则气体体积不断增大，力正

确，不符合题意；

笈过程②中，气体体积不变，温度降低，内能减小，根据热力学第一定律可知气体向外界放出热量，8错

误，符合题意；

C过程③中，气体压强不变，体积减小，分子数密度增加，温度降低，分子平均速率减小，则气体分子

在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数增加，。正施，不符合题意；

。・根据《=。，可知在a、d两个状态：学=半，可知状态。的体积大于状态d的体积，。正确，不符合

题意。

故选区

5.一定质量的理想气体被质量为m的绝热活塞封闭在竖直放置的绝热汽缸中，活塞的面积为S,与汽缸底部

相距L，温度为了。。现接通电热丝给气体缓慢加热，活塞缓慢向上移动距离L后停止加热，整个过程中,

气体吸收的热量为Q，大气压强为Po,重力加速度为g。则（）

A.初始时，气体压强pi=po

B.停止加热时,气体的温度T=2To

--该过程中，气体内能增加量/U=Q-mgL

D.该过程中，气体内能增加量4U=Q-poSL

【答案】B

【解析】解：4对处于平衡状态的活塞进行受力分析，受到大气压力、重力和气体向上的压力，则有

mg+p0S—piS=0

解得:Pi=等+Po

故为错误：

夕活塞缓慢上不过程中气体压强不变，根据盖吕萨克定律有

LS_2LS

于〒

解得：T=2T0

故8正确；

CD.气体对外做功

W=piSL=mgL+p0SL

根据热力学第一定律

AU=Q-mgL—p（）SL

故。。错误。

故选：B.

6.根据热力学定律，可知下列说法中正确的是（）

A.外界对物体做功，物体的内能必定增加

B.随着科技的发展，机械效率是100%的热机是可能制成的

C不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化

D.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而

不能从低温物体传递给高温物为

【答案】c

【解析】解：A.根据热力学第一定律：△U=W+Q,外界对物休做功，若物休放出热量，则物休的

内能不一定增大，故/错误；

B、无论科学技术多么发达，机械效率可能提高，但•定小于100%,即物体的机械效率不可能达到100

%»故8错误；

G根据热力学第二定律内容，不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。

故。正确；

久根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但是只要外界提供能量，热量

可以从低温传递到高温，比如冰箱的工作原理，故。错误。

故选：J

7.夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面，湖内水的温度越高，

大气压强没有变化，将气泡内气体看做理想气体。则气泡上升过程中，以下说法正确的是（）

A.气泡内气体对外界做功B.气泡内每个气体分子的动能都变大

C气泡内气体从外界吸收热量D.气泡内气体的压强可能不变

【答案】AC

【解析】4D.气泡内气体压强p=poI,@他气泡升高过程中，其压强减小；越接近水面，湖内水的温

度越高，气体的温度升高，根据理想气体状态方程华=C可知，体枳一定增大，故气泡内气体对外界做

功，故/正确，。错误；

8・温度是分子平均动能的标志，温度升高，泡内气体分子平均动能增大，但每个气体分子的动能不一定

都变大，故8错误；

C若接近水面，湖内水的温度越高，说明气泡内气体的温度升高，气泡内气体内能增大，即Z1U=W+Q>

0,体积增大，即W<0,则Q>0,故气泡内气体从外界吸收热量，故C正确。

故选为C

8.现在骑自行车成为一种流行的运动，而山地自行车更是受到大众的青睐。山地自行车前轮有气压式减震装

置来抵抗颠簸，其原理如图所示，随着骑行时自行车的颠簸，活塞上下振动，在气缸内封闭的气体的作

用下，起到延缓震动的目的，如果路面不平，下列关于该减震装置的说法正确的是（）

气缸

A.活塞迅速卜.压时气缸内的气体温度不变

B.活塞迅速下压时气缸内的气体压强增大

C活塞下压后迅速反弹时气缸内有些气体分子的速率增大

D.活塞下压后迅速反弹时气缸内气体内能增加

【答案】BC

【解析】4活塞迅速卜.压时可看成是绝热过程，则外界对气体做功、气体与外界不发生热交换，根据4U=

Q+W可知气体内能增加、温度升高，故力错误；

8•活塞迅速下压时，体积减小，温度升高，由与=C可知，气体压强增大，故8正确；

CD.活塞下压后迅速反弹时，气体对外界做功、气体与外界不发生热交换，根据AU=Q十”可知气体内

能减小、温度减小，分子的邛•均动能减小，但不是每个分子的动能都减小，有些分子的动能是增大的，

速率是增大的，故。正确，。错误。

9.斯特林循环是一种采用定容下叵热的。热力学理论上最完善的闭式概括性卡诺循环，它包含两个等容变化

过程和两个等温变化过程，如图所示是一定质量的理想气体在该循环下的p-V图像，其中QTb和CTd是

等温过程。关于斯特林循环，下列说法正确的是（）

A.arb的过程中，气体从外界吸收热量

B-bTC过程气体吸收的热量等于dTQ过程气体释放的热量

C.CTd过程中，气体分子在单位时间内与器壁单位面积的碰撞次数增加

D.经历如图所示这一完整的循环过程，气体从外界吸收热量

【答案】BD

【解析】/"Tb的过程等温压缩，外界对气体做功，但内能不变，故气体对外放出热量，收力错误；

AbTC过程和dTQ过程都是等容变化，气体不对外界做功，但温度变化又相同，即内能变化量的大小相

等，因此bTC过程吸收的热等于dT。过程放出的热，故8正确；

C由于体积增大但温度不变，玉强减小，故单位体积内分子数减少，单位时间内与器壁单位面积碰撞的

次数也减少，故。错误；

D.p一P图像图线与横轴所围面积表示做功，QTb过程外界对气体做功小于CTd过程气体对外界所做的

功，由于一个循环结束后气体温度回到初始状态，即内能不变，故一个循环过程需要吸收热量，故。正

确。

故选BD。

10•带有活塞的气缸内封闭一定量的理想气体，其状态变化如图所示。气体开始处于•状态4由过程4TB到

达状态B,其内能减小了E,后乂经过程B-C到达状态C,设气体在状态力时的压强、体积和温度分别为PA、

力和一＞。在状态B时的体积为力，状态。时的温度为九。则下列说法正确的是（）

A.气体在状态B时的温度

B.气体在状态3时的温度Ts=*

二4TB过程中，气体放出的热量Q=PA（匕!-1^）+£

D.4TB过程中，气体放出的热量、=24（0一心）一£

【答案】AC

【解析】48.由题图知，4-8过程为等压变化。

由盖一吕萨克定律得：，斗,解得：78=空，故力正确，8错误;

1A73VA

CD.由ATB过程，气体发生等压变化，气体体积减小，

外界对气体做功：w=pA（yA-vB）,

由热力学第一定律=Qi+W得：Q1=-E-W

气体放出的热量Q=—Q1="（乙一1^）+凡故。正确，。错误。

1L一定质量的理想气体从状态。开始，经历过程ab、be、ca回到原状态，其V—T图像如图所示，p。、pb.

Pc分别表示状态db.。的压强，下列判断正确的是（）

A.状态a、b、c的压强满足Pc=PA=3pa

B.过程a到b中气体对外做功，吸收热量，内能增加

二过程b到c中外界对气体做功，气体内能增加

D.过程c到。中气体吸收的热量等于气体对外做的功

【答案】力。

【解析】根据理想气体状态方程＜=C（常数），由图像可得p0=Pc，渠=?=：，得Pc=P0=3pa，/

正确；过程a到b中，由图像可得，气体的体积不变，说明做功为0,温度升高，说明内能增加，根据热

力学第一定律4U=W+Q可知，此过程中，气体吸收热量，8错误；过程力到c中，由图像可得，气体的

体积减小，说明外界对气体做功，温度降低，说明气体内能减少，。错误；过程c到。中，由图像可得，

温度不变，说明内能不变，即4U=0,体积增大，说明气体对外界做功，根据热力学第一定律4U=W+Q,

可知此过程中气体吸收热量，且气体吸收的热量等于气体对外做的功，。正确.

12在中国共产党成立100周年庆祝大会上释放的气球是充有氨气的可降解气球。释放前工作人员用容积为

50L、压强为2.0xl（）7pa的氮气罐给气球充气，要求充气后气球体积为10L、压强为1.0xl（）5pQ；气球

释放后飘向高空，当气球体积膨胀到15L时就会爆裂落回地面。已知高度每升高1000m,大气温度下降6

°C,高度每升高10m,大气压减小llOPa,庆祝现场地面空气温度为27。0大气压为1.0x105Pa,不计

充气过程的漏气和气球内原有气体，卜列说法正确的是（）

A.用氮气罐给气球充气过程中，氮气向外界释放热量

B.用一个氮气罐可以充出995个符合要求的气球

C.当气球发生爆裂时，气球离地面的高度为34487n

D.要降低气球发生爆裂时的高度，在地面充气时可使充气后的气球体积适当减小

【答案】BC

【解析】4对充入气球内的家气，从软气罐内到气球内的过程，体积增大，对外做功，不计温度变化，

将氮气实为理想气体，则内能不变，根据热力学第一定律=W+Q，AU=Q,W为负诣,则Q为正

值，气体吸热，故力错误：

8•全部充气完毕，罐内气体压强也变为po，设充出的气体总体枳为V,则根据理想气体状态变化规律pi%

=PoV，将pi=2.0xICfPa,Vi=50L,p0=1.0xl()5pa,代入可解得V=10000a设总共充气n

个符合要求的气体，则V=Vl+7lVo，Vo=I。。，代入可得兀=995个，故8正确；

C当气球发生爆裂时，气球体积膨胀到15L,设此时气球离地面高度为九，则爆裂时气体的压强和温度分

别是P2=Po—llh，72=70—儡，代入理想气体状态变化方程*=*，解得九=3448m,故C

1UUU<012

正确；

105

。.由C中分析可以推导出九与V。的函数关系式为/1=匚工(m)，可见，V。越小，h越大，故。错误。

%-is

第II卷

二、计算题：本题共4小题，共52分。解析应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最

后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

13.如图所示，水平放置一个长方体汽缸，总体积为％用活塞将内部封闭的理想气体分为完全相同的从B

两部分。活塞绝热，体积不计，且可在汽缸内无摩擦地自由滑动。初始时两部分气体压强均为p，温度均

为T。若使4部分气体的温度升高AT,8部分气体的温度保持不变，求：

4

(1)/1部分气体的体积变为多少？

(2)B部分气体在该过程中是放热还是吸热？

【答案】(1)设末状态两部分气体压强均为『茄选择4部分气体为研究对象，末状态时体积变为力,则d

二八以

—T+AT

对8部分气体，末状态时体积为外，由玻意耳定律=P^VB

又匕i+VB=V

可得〃=霏袈：

(2)8部分气体温度不变，内能不变，体积减小，外界对B做正功，根据热力学第一定律，B部分气体对外

放热。

14.如图为一定质量的理想气体的体积V随热力学温度『的变化关系图像。由状态4变化到状态B的过程中气

体吸收热量Qi=220/,气体在状态4的压强为po=1.0x105p*求：

(1)气体在状态8时的温度。：

(2)气体由状态3变化到状态C的过程中，气体向外放出的热量Qz。

【答案】解：(1)由题图可知气体从状态4变化到状态B过程的V-T图线为直线，则气体从状态4到状态8

发生等压变化，

根据盖一吕萨克定律有?=,代入数据解得：T2=600K：

(2)4到8过程气体从外界吸热，对外界做功，

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内能增加：皿=Wi+Qi卬1=-p0AV=-lxl0xlx10-7=-100/AUr=-100/+220J

=120/：

气体在C状态与4状态内能相等，8到C过程，气体对外界不做功，则内能减少120/,

且AU2=Q2+W2即-120/=Q2+0所以Q2=-120/气体向外放出热量120人

15.一定质量的理想气体被绝热活塞封闭在绝热汽缸内，活塞的质量m=20*g,横截面积S=100cm2,活

塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，开始使汽缸水平放置如图所示，活塞与汽缸底的距离12cm,

离汽缸口的距离L2=4cm.外界气温为27汽，大气压强为1.0xUpPa,将汽缸缓慢地转到开口向上的竖

直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，已知g=10m/s2,求：

(1)此时气体的温度;

(2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q=390/的热量，则气体增加的内能

4U多大.

5

【答案】解：①当汽缸水平放置时，po=10x10Pa,Vo=LrS,To=300K,当汽缸口向上，

活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析图如图所示，有PiS=poS+mg,则pi=1.2x105Pa,=(

G+L2