2026年广东省北师大版高中物理选修第3章习题解析

2026年广东省北师大版高中物理选修第3章习题解析一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在北师大版高中物理选修第3章中，关于气体分子动理论的基本观点，以下哪项表述最为准确？A.气体分子永不停息地做无规则运动，且分子间存在相互排斥的力B.气体分子的运动轨迹是直线，只有在碰撞时才会改变方向C.气体分子的平均动能与气体的温度成正比，与分子的数量无关D.气体分子的速率分布服从麦克斯韦分布，且高温下所有分子的速率都增大解析：选项A正确。气体分子动理论认为气体分子永不停息地做无规则运动，分子间存在相互作用的引力和斥力，但理想气体模型中通常忽略引力。选项B错误，气体分子运动轨迹受分子间碰撞和重力影响，并非直线运动。选项C错误，气体分子的平均动能仅与温度有关，与分子数量无关，但气体内能包含分子动能和势能。选项D错误，麦克斯韦分布描述分子速率的概率分布，高温下分子速率分布范围增大，但并非所有分子速率都增大。2.北师大版高中物理选修第3章中，关于理想气体状态方程PV=nRT的应用，以下哪项场景最符合该方程的适用条件？A.液体在密闭容器中受热膨胀B.气体在恒定温度下被压缩C.气体在绝热过程中温度升高D.液体在开放环境中沸腾解析：选项B正确。理想气体状态方程PV=nRT适用于理想气体，即分子间作用力可忽略、分子体积不计的气体。选项A错误，液体膨胀需考虑分子间作用力，不适用理想气体模型。选项C错误，绝热过程无热量交换，但理想气体状态方程未考虑分子势能变化。选项D错误，液体沸腾涉及相变，不适用理想气体状态方程。3.在北师大版高中物理选修第3章中，关于热力学第一定律的表述，以下哪项最为完整？A.系统对外做功等于系统内能的增加B.系统吸收的热量等于系统内能的增加C.系统内能的增加等于系统吸收的热量减去对外做功D.系统内能的变化与外界环境无关解析：选项C正确。热力学第一定律表述为ΔU=Q-W，即系统内能的增加等于系统吸收的热量减去对外做功。选项A错误，系统对外做功等于系统内能的减少。选项B错误，系统吸收的热量可能用于内能增加和对外做功。选项D错误，系统内能变化受热量和功的影响。4.北师大版高中物理选修第3章中，关于热力学第二定律的统计意义，以下哪项解释最为准确？A.热量总是自发地从低温物体传到高温物体B.任何宏观过程都存在不可逆性，熵永不减少C.系统自发过程总是趋向于概率更大的状态D.热机效率不可能达到100%解析：选项C正确。热力学第二定律的统计意义表明，系统自发过程总是趋向于概率更大的状态，即熵增加的方向。选项A错误，热量自发传递方向为从高温到低温。选项B错误，熵永不减少适用于孤立系统。选项D错误，热机效率受卡诺定理限制，但并非绝对不可能达到100%。5.在北师大版高中物理选修第3章中，关于卡诺循环的效率，以下哪项表述最为准确？A.卡诺循环的效率仅与高温热源温度有关B.卡诺循环的效率与工作物质种类无关C.卡诺循环的效率等于（高温热源温度-低温热源温度）/高温热源温度D.卡诺循环的效率可以超过100%解析：选项B正确。卡诺循环效率仅与高温热源和低温热源温度有关，与工作物质种类无关。选项A错误，效率还与低温热源温度有关。选项C错误，卡诺循环效率公式为η=1-T₂/T₁，其中T₁为高温热源温度，T₂为低温热源温度。选项D错误，热机效率受热力学第二定律限制，不可能超过100%。6.北师大版高中物理选修第3章中，关于热力学过程的分类，以下哪项描述最为准确？A.等温过程系统内能不变，但温度可能变化B.等压过程系统压强不变，但体积可能变化C.绝热过程系统与外界无热量交换，但内能可能变化D.等体过程系统体积不变，但压强可能变化解析：选项C正确。绝热过程系统与外界无热量交换，但内能可能因做功而变化。选项A错误，等温过程温度不变。选项B错误，等压过程压强不变。选项D错误，等体过程压强与温度成正比。7.在北师大版高中物理选修第3章中，关于气体分子速率分布规律，以下哪项表述最为准确？A.温度升高时，气体分子平均速率增大，但最概然速率不变B.温度升高时，气体分子平均速率和最概然速率都增大C.气体分子速率分布与分子质量无关D.气体分子速率分布服从正态分布解析：选项B正确。温度升高时，气体分子平均速率和最概然速率都增大，且分子速率分布范围更广。选项A错误，最概然速率随温度升高而增大。选项C错误，分子质量影响速率分布曲线形状。选项D错误，气体分子速率分布服从麦克斯韦分布，而非正态分布。8.北师大版高中物理选修第3章中，关于热力学第二类永动机的描述，以下哪项最为准确？A.热力学第二类永动机可以完全将热量转化为功B.热力学第二类永动机违反能量守恒定律C.热力学第二类永动机违反热力学第二定律D.热力学第二类永动机在实际中已被实现解析：选项C正确。热力学第二类永动机可以完全将热量转化为功而不产生其他影响，违反热力学第二定律。选项A错误，热量转化为功必然伴随其他影响。选项B错误，该装置不违反能量守恒定律。选项D错误，该装置无法实现。9.在北师大版高中物理选修第3章中，关于内能和热量的区别，以下哪项表述最为准确？A.内能是系统分子动能和势能的总和，而热量是系统与外界交换的能量B.内能是系统做功的能力，而热量是系统吸热的多少C.内能与温度成正比，而热量与温度变化成正比D.内能和热量是同一概念，只是表述不同解析：选项A正确。内能是系统分子动能和势能的总和，热量是系统与外界交换的能量。选项B错误，内能与温度有关，但热量与温度变化有关。选项C错误，内能与温度有关，但热量与温度变化成正比。选项D错误，内能和热量是不同概念。10.北师大版高中物理选修第3章中，关于熵的概念，以下哪项表述最为准确？A.熵是系统混乱程度的量度，熵增加表示系统更有序B.熵是系统能量密度的量度，熵增加表示系统能量更集中C.熵是系统做功能力的量度，熵增加表示系统做功能力增强D.熵是系统温度的量度，熵增加表示系统温度升高解析：选项A正确。熵是系统混乱程度的量度，熵增加表示系统更无序。选项B错误，熵与能量密度无关。选项C错误，熵增加表示系统做功能力减弱。选项D错误，熵与温度无关。二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.北师大版高中物理选修第3章中，理想气体状态方程PV=nRT中，n表示______，单位为______。解析：n表示物质的量，单位为摩尔（mol）。2.在北师大版高中物理选修第3章中，热力学第一定律ΔU=Q-W中，ΔU表示______，Q表示______。解析：ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量。3.北师大版高中物理选修第3章中，卡诺循环的效率η=1-T₂/T₁中，T₁表示______，T₂表示______。解析：T₁表示高温热源温度，T₂表示低温热源温度。4.在北师大版高中物理选修第3章中，气体分子动理论认为，气体分子的平均动能与______成正比，与______无关。解析：气体分子的平均动能与温度成正比，与分子数量无关。5.北师大版高中物理选修第3章中，热力学第二定律的克劳修斯表述为：______。解析：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。6.在北师大版高中物理选修第3章中，等温过程中，系统内能______，但温度______。解析：等温过程中，系统内能不变，但温度不变。7.北师大版高中物理选修第3章中，绝热过程中，系统与外界______，但内能可能______。解析：绝热过程中，系统与外界无热量交换，但内能可能变化。8.在北师大版高中物理选修第3章中，气体分子速率分布规律表明，温度升高时，气体分子______增大，______增大。解析：气体分子速率分布规律表明，温度升高时，气体分子平均速率增大，最概然速率增大。9.北师大版高中物理选修第3章中，热力学第二类永动机______，因为______。解析：热力学第二类永动机不可能实现，因为违反热力学第二定律。10.在北师大版高中物理选修第3章中，熵是系统______的量度，熵增加表示系统______。解析：熵是系统混乱程度的量度，熵增加表示系统更无序。三、判断题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.北师大版高中物理选修第3章中，理想气体状态方程适用于所有气体状态。解析：错误。理想气体状态方程适用于理想气体，即分子间作用力可忽略、分子体积不计的气体。2.在北师大版高中物理选修第3章中，热力学第一定律表明热量可以完全转化为功。解析：错误。热量转化为功必然伴随其他影响，如系统内能变化。3.北师大版高中物理选修第3章中，卡诺循环的效率与工作物质种类无关。解析：正确。卡诺循环效率仅与高温热源和低温热源温度有关。4.在北师大版高中物理选修第3章中，气体分子动理论认为气体分子间存在相互排斥的力。解析：错误。理想气体模型中忽略分子间作用力，实际气体中分子间存在引力和斥力。5.北师大版高中物理选修第3章中，热力学第二定律的克劳修斯表述为热量可以自发地从低温物体传到高温物体。解析：错误。热力学第二定律的克劳修斯表述为热量不能自发地从低温物体传到高温物体。6.在北师大版高中物理选修第3章中，等压过程中，系统内能不变，但体积可能变化。解析：正确。等压过程中，系统内能随温度变化，但体积可能变化。7.北师大版高中物理选修第3章中，绝热过程中，系统与外界无热量交换，但内能不变。解析：错误。绝热过程中，系统与外界无热量交换，但内能可能变化。8.在北师大版高中物理选修第3章中，气体分子速率分布规律表明，温度升高时，气体分子平均速率和最概然速率都减小。解析：错误。温度升高时，气体分子平均速率和最概然速率都增大。9.北师大版高中物理选修第3章中，热力学第二类永动机可以完全将热量转化为功。解析：错误。热力学第二类永动机不可能实现，因为违反热力学第二定律。10.在北师大版高中物理选修第3章中，熵是系统做功能力的量度，熵增加表示系统做功能力增强。解析：错误。熵增加表示系统做功能力减弱。四、简答题（本大题共8小题，每小题2分，共16分）1.北师大版高中物理选修第3章中，简述气体分子动理论的基本观点。解析：气体分子动理论认为气体分子永不停息地做无规则运动，分子间存在相互作用的引力和斥力，但理想气体模型中通常忽略引力。气体分子的平均动能与气体的温度成正比，气体分子的速率分布服从麦克斯韦分布。2.在北师大版高中物理选修第3章中，解释热力学第一定律的物理意义。解析：热力学第一定律的物理意义是能量守恒在热力学过程中的体现，即系统内能的增加等于系统吸收的热量减去对外做功。该定律表明热量和功可以相互转化，但总量守恒。3.北师大版高中物理选修第3章中，说明卡诺循环的四个过程及其特点。解析：卡诺循环包括等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程。等温膨胀过程中系统吸收热量，内能不变；绝热膨胀过程中系统对外做功，内能减少；等温压缩过程中系统对外放热，内能不变；绝热压缩过程中外界对系统做功，内能增加。4.在北师大版高中物理选修第3章中，解释热力学第二定律的统计意义。解析：热力学第二定律的统计意义表明，系统自发过程总是趋向于概率更大的状态，即熵增加的方向。例如，气体分子自发扩散到整个容器，因为无序状态的概率更大。5.北师大版高中物理选修第3章中，说明等温过程、等压过程和等体过程中的内能变化。解析：等温过程中，系统内能不变，因为温度不变；等压过程中，系统内能随温度变化；等体过程中，系统内能与温度成正比，因为体积不变。6.在北师大版高中物理选修第3章中，解释气体分子速率分布规律。解析：气体分子速率分布规律表明，气体分子速率分布服从麦克斯韦分布，即大多数分子速率接近平均速率，少数分子速率很小或很大。温度升高时，气体分子平均速率和最概然速率都增大，速率分布范围更广。7.北师大版高中物理选修第3章中，说明热力学第二类永动机不可能实现的原因。解析：热力学第二类永动机不可能实现，因为违反热力学第二定律。该装置可以完全将热量转化为功而不产生其他影响，但实际中热量转化为功必然伴随其他影响，如系统内能变化。8.在北师大版高中物理选修第3章中，解释熵的概念及其物理意义。解析：熵是系统混乱程度的量度，熵增加表示系统更无序。熵的物理意义是系统自发过程的方向，即系统总是趋向于熵增加的方向。例如，热量自发地从高温物体传到低温物体，因为该过程熵增加。五、应用题（本大题共8小题，每小题4分，共24分）1.北师大版高中物理选修第3章中，一个密闭容器内装有理想气体，初始温度为300K，压强为1.0×10⁵Pa，体积为10L。若气体温度升高到360K，体积保持不变，求气体的末压强。解析：根据理想气体状态方程PV=nRT，初始状态为P₁=1.0×10⁵Pa，V₁=10L，T₁=300K；末状态为P₂，V₂=10L，T₂=360K。由于体积不变，n和R不变，因此P₁/T₁=P₂/T₂，即P₂=P₁T₂/T₁=1.0×10⁵Pa×360K/300K=1.2×10⁵Pa。2.在北师大版高中物理选修第3章中，一个热机从高温热源吸热1000J，对外做功600J，求该热机的效率。解析：根据热力学第一定律，Q=ΔU+W，其中Q为吸收的热量，ΔU为内能变化，W为对外做功。由于热机循环过程中内能变化为零，因此Q=W，即1000J=600J+ΔU，ΔU=400J。热机效率η=W/Q=600J/1000J=60%。3.北师大版高中物理选修第3章中，一个卡诺循环的高温热源温度为500K，低温热源温度为300K，求该卡诺循环的效率。解析：卡诺循环效率η=1-T₂/T₁，其中T₁=500K，T₂=300K，因此η=1-300K/500K=40%。4.在北师大版高中物理选修第3章中，一个气体系统经历等压过程，初始体积为10L，末体积为20L，温度从300K升高到600K，求气体对外做功。解析：等压过程中，气体对外做功W=PΔV，其中P为压强，ΔV为体积变化。由于温度从300K升高到600K，根据理想气体状态方程PV=nRT，压强P不变，因此W=P(V₂-V₁)=nR(T₂-T₁)/(V₂+V₁)×(V₂-V₁)。由于n和R不变，因此W=nR(T₂-T₁)/(V₂+V₁)×(V₂-V₁)=nR(600K-300K)/(20L+10L)×(20L-10L)=nR×300K/30L×10L=100nR。由于n和R为常数，因此W为常数。5.北师大版高中物理选修第3章中，一个气体系统经历绝热过程，初始温度为300K，末温度为400K，求气体内能的变化。解析：绝热过程中，系统与外界无热量交换，因此Q=0。根据热力学第一定律ΔU=Q-W，ΔU=-W。由于绝热过程内能变化等于对外做功，因此ΔU=nCv(T₂-T₁)，其中Cv为定体比热容。由于温度从300K升高到400K，ΔU=nCv(400K-300K)=100nCv。由于n和Cv为常数，因此ΔU为常数。6.在北师大版高中物理选修第3章中，一个气体系统经历等温过程，初始压强为1.0×10⁵Pa，末压强为0.8×10⁵Pa，求气体的体积变化。解析：等温过程中，温度不变，根据理想气体状态方程PV=nRT，P₁V₁=P₂V₂，即1.0×10⁵Pa×V₁=0.8×10⁵Pa×V₂，V₂=1.25V₁。因此气体体积增大了25%。7.北师大版高中物理选修第3章中，一个热机从高温热源吸热1000J，对外做功400J，求该热机的效率及热量传递到低温热源的热量。解析：热机效率η=W/Q=400J/1000J=40%。根据热力学第一定律Q=ΔU+W，其中Q为吸收的热量，ΔU为内能变化，W为对外做功。由于热机循环过程中内能变化为零，因此Q=W+ΔU，ΔU=Q-W=1000J-400J=600J。热量传递到低温热源的热量为600J。8.在北师大版高中物理选修第3章中，一个气体系统经历等体过程，初始温度为300K，末温度为400K，求气体内能的变化。解析：等体过程中，体积不变，根据理想气体状态方程PV=nRT，压强与温度成正比。内能变化ΔU=nCv(T₂-T₁)，其中Cv为定体比热容。由于温度从300K升高到400K，ΔU=nCv(400K-300K)=100nCv。由于n和Cv为常数，因此ΔU为常数。【标准答案及解析】一、单项选择题1.A2.B3.C4.B5.B6.C7.B8.C9.A10.A二、填空题1.物质的量，摩尔2.系统内能的变化，系统吸收的热量3.高温热源温度，低温热源温度4.温度，分子数量5.热量不能自发地从低温物体传到高温物体6.不变，不变7.无热量交换，变化8.平均速率，最概然速率9.不可能实现，违反热力学第二定律10.混乱程度，更无序三、判断题1.错误2.错误3.正确4.错误5.错误6.正确7.错误8.错误9.错误10.错误四、简答题1.气体分子动理论认为气体分子永不停息地做