2026年河北省部编版高三物理选修3-3第4章习题集

2026年河北省部编版高三物理选修3-3第4章习题集一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在研究气体分子热运动时，下列说法正确的是（）A.气体分子的运动轨迹总是直线，因为气体分子间没有相互作用力B.气体分子的平均速率与温度成正比，但个别分子的速率可能远小于平均速率C.气体分子的碰撞是弹性的，但碰撞过程中会有部分机械能转化为内能D.在相同温度下，不同气体分子的平均动能相同，但平均速率不同参考答案：B解析：气体分子运动是杂乱无章的，其运动轨迹受分子间碰撞影响而不断改变，故A错误；气体分子的平均速率与温度成正比，但分子速率分布符合统计规律，存在远大于或远小于平均速率的分子，故B正确；气体分子碰撞是弹性的，动能守恒，但碰撞过程可能伴随分子势能变化，进而影响内能，故C错误；不同气体分子质量不同，在相同温度下平均动能相同，但平均速率与分子质量成反比，故D错误。2.对于一定质量的理想气体，下列过程不可能发生的是（）A.气体体积增大，同时温度升高，气体对外做功B.气体温度降低，同时压强增大，气体吸收热量C.气体体积不变，同时压强减小，气体放出热量D.气体温度升高，同时压强减小，气体内能增加参考答案：B解析：根据热力学第一定律ΔU=Q+W，A选项中气体体积增大对外做功，温度升高内能增加，可能通过吸热实现；C选项中体积不变不做功，压强减小温度降低内能减少，可能通过放热实现；D选项中温度升高内能增加，压强减小体积增大对外做功，可能通过吸热实现；B选项中温度降低内能减少，压强增大体积减小外界对气体做功，根据热力学第一定律ΔU=Q+W，内能减少量大于外界做功量，气体必然放热，与题意矛盾，故不可能发生。3.在绝热容器中，将温度为T1的气体与温度为T2（T2>T1）的气体混合，最终达到热平衡，下列说法正确的是（）A.混合过程中系统总熵增加B.混合过程中系统总内能不变C.混合后气体温度为（T1+T2）/2D.混合过程中有热量传递参考答案：A解析：绝热容器中无热量传递，但气体分子自由度增加导致混合过程熵增，故A正确；混合过程中分子动能重新分布，内能守恒，故B正确；混合后温度由分子平均动能决定，最终温度为T1和T2的加权平均，非简单算术平均，故C错误；绝热过程无热量传递，故D错误。4.一定质量的理想气体经历等温压缩过程，下列说法正确的是（）A.气体分子平均速率减小B.气体分子数密度增大C.气体压强与体积成反比D.气体内能增加参考答案：B解析：等温过程温度不变，气体分子平均速率不变，故A错误；等温压缩体积减小，分子数密度增大，故B正确；根据理想气体状态方程PV=nRT，等温过程压强与体积成反比，故C正确；等温过程内能不变，故D错误。5.在理想气体等压膨胀过程中，下列说法正确的是（）A.气体分子平均间距减小B.气体分子数密度减小C.气体对外做功量等于吸收的热量D.气体内能增加量等于吸收的热量参考答案：B解析：等压膨胀体积增大，气体分子平均间距增大，故A错误；体积增大分子数密度减小，故B正确；根据热力学第一定律ΔU=Q+W，等压膨胀对外做功W>0，内能增加ΔU>0，必然吸热Q>0，但Q>ΔU，故C错误；内能增加量ΔU等于吸收的热量Q减去对外做功量W，故D错误。6.在理想气体等容升温过程中，下列说法正确的是（）A.气体分子平均速率减小B.气体分子数密度增大C.气体压强增大D.气体内能减少参考答案：C解析：等容过程体积不变，分子数密度不变，故B错误；温度升高分子平均速率增大，故A错误；根据理想气体状态方程PV=nRT，温度升高压强增大，故C正确；等容过程不做功，温度升高内能增加，故D错误。7.在理想气体自由膨胀过程中，下列说法正确的是（）A.气体分子平均速率减小B.气体分子数密度增大C.气体对外做功量等于吸收的热量D.气体内能不变参考答案：D解析：自由膨胀过程温度不变，分子平均速率不变，故A错误；体积增大分子数密度减小，故B错误；自由膨胀绝热无热量传递，且不做功，根据热力学第一定律ΔU=Q+W，内能不变，故C错误，D正确。8.在理想气体等温压缩过程中，气体分子碰撞频率的变化情况是（）A.增大B.减小C.不变D.无法确定参考答案：A解析：等温压缩过程中温度不变分子平均速率不变，但体积减小分子数密度增大，单位时间内分子碰撞频率与分子数密度成正比，故碰撞频率增大，故A正确。9.在理想气体等压膨胀过程中，气体分子平均自由程的变化情况是（）A.增大B.减小C.不变D.无法确定参考答案：A解析：等压膨胀过程中温度升高分子平均速率增大，体积增大分子数密度减小，根据平均自由程公式λ=1/√2πσ²n，温度升高分子直径σ不变，分子数密度n减小，平均自由程增大，故A正确。10.在理想气体等容升温过程中，气体分子碰撞的平均间隔的变化情况是（）A.增大B.减小C.不变D.无法确定参考答案：B解析：等容升温过程中体积不变，但温度升高分子平均速率增大，分子热运动加剧导致分子间平均间隔减小，故B正确。二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.理想气体状态方程为______，其中R为气体常数，其数值为______J/(mol•K)。参考答案：PV=nRT；8.312.一定质量的理想气体，温度从T1升高到T2，其内能变化量为______，与气体体积变化无关。参考答案：ΔU=c_v(T2-T1)，其中c_v为定容比热容3.理想气体分子平均动能公式为______，其中k为玻尔兹曼常数。参考答案：E_k=3kT/24.理想气体分子平均自由程公式为______，其中σ为分子直径。参考答案：λ=1/√2πσ²n5.理想气体等温过程中，气体内能______，但气体对外做功______。参考答案：不变；可能6.理想气体等压过程中，气体体积增大1倍，其温度______。参考答案：增大1倍7.理想气体等容过程中，气体温度升高，其压强______。参考答案：成正比增大8.理想气体自由膨胀过程中，气体对外做功______，内能______。参考答案：0；不变9.理想气体分子碰撞频率公式为______，其中n为分子数密度。参考答案：Z=√2πσ²n²v̄，其中v̄为平均速率10.理想气体分子平均速率公式为______，其中m为分子质量。参考答案：v̄=√8kT/πm三、判断题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.理想气体分子间始终没有相互作用力。（×）解析：理想气体模型假设分子间作用力可忽略，但并非完全为零，实际气体在高压低温下需考虑分子间作用力。2.理想气体等温过程中，气体对外做功量等于吸收的热量。（×）解析：根据热力学第一定律ΔU=Q+W，等温过程内能不变ΔU=0，但对外做功W>0，必然吸热Q>W。3.理想气体等压过程中，气体体积增大，其温度一定升高。（√）解析：根据理想气体状态方程PV=nRT，等压过程压强P不变，体积V增大，温度T必增大。4.理想气体等容过程中，气体温度升高，其内能一定增加。（√）解析：等容过程体积不变不做功，温度升高分子平均动能增加，内能增加。5.理想气体自由膨胀过程中，气体对外做功量为负值。（√）解析：自由膨胀体积增大，气体对外做功W=0，但过程不可逆，需克服内摩擦做负功。6.理想气体分子平均速率与温度成正比。（√）解析：根据v̄=√8kT/πm，分子平均速率v̄与温度T的平方根成正比。7.理想气体分子平均自由程与温度成正比。（×）解析：根据λ=1/√2πσ²n，平均自由程λ与温度T无关，与分子数密度n成反比。8.理想气体等温压缩过程中，气体分子碰撞频率减小。（×）解析：等温压缩过程中温度不变分子平均速率不变，但体积减小分子数密度增大，碰撞频率增大。9.理想气体等压膨胀过程中，气体分子平均自由程减小。（×）解析：等压膨胀过程中温度升高分子平均速率增大，体积增大分子数密度减小，平均自由程增大。10.理想气体等容升温过程中，气体对外做功量为零。（√）解析：等容过程体积不变不做功，温度升高内能增加，必然吸热。四、简答题（本大题共8小题，每小题2分，共16分）1.简述理想气体状态方程的物理意义。答：理想气体状态方程PV=nRT描述了气体压强P、体积V、温度T与分子数n之间的关系，反映了气体分子热运动的统计规律。2.简述热力学第一定律的物理意义。答：热力学第一定律ΔU=Q+W表明系统内能变化等于吸收的热量与外界做功之和，是能量守恒在热力学中的体现。3.简述理想气体分子平均自由程的物理意义。答：理想气体分子平均自由程λ表示分子在两次碰撞间的平均距离，反映了分子热运动的剧烈程度。4.简述理想气体分子平均速率的物理意义。答：理想气体分子平均速率v̄表示分子热运动的平均速度，与温度T的平方根成正比。5.简述理想气体等温过程的特征。答：理想气体等温过程温度T不变，内能ΔU=0，压强P与体积V成反比，气体对外做功量等于吸收的热量。6.简述理想气体等压过程的特征。答：理想气体等压过程压强P不变，体积V与温度T成正比，气体对外做功量与温度变化量有关。7.简述理想气体等容过程的特征。答：理想气体等容过程体积V不变，气体对外做功量W=0，压强P与温度T成正比，内能变化量等于吸收的热量。8.简述理想气体自由膨胀过程的特征。答：理想气体自由膨胀过程绝热Q=0，体积增大对外做功量W=0，内能不变，但过程不可逆。五、应用题（本大题共8小题，每小题4分，共24分）1.一定质量的理想气体，初始状态压强P1=1.0×105Pa，体积V1=10L，温度T1=300K，经等温过程膨胀到体积V2=20L，求气体对外做功量。解：根据等温过程PV=常数，气体对外做功量W=∫PdV=∫(nRT/V)dV=nRT1ln(V2/V1)=1mol×8.31J/(mol•K)×300K×ln(20/10)=1.73×103J。2.一定质量的理想气体，初始状态压强P1=1.0×105Pa，体积V1=10L，温度T1=300K，经等压过程膨胀到体积V2=20L，求气体对外做功量及内能变化量。解：等压过程气体对外做功量W=P1(V2-V1)=1.0×105Pa×(20-10)×10-3m3=1.0×103J；根据理想气体状态方程，温度T2=T1V2/V1=600K，内能变化量ΔU=c_v(T2-T1)=1mol×(3/2)×8.31J/(mol•K)×(600-300)K=3.98×103J。3.一定质量的理想气体，初始状态压强P1=1.0×105Pa，体积V1=10L，温度T1=300K，经等容过程升温到温度T2=600K，求气体压强变化量。解：等容过程气体压强变化量ΔP=nR(T2-T1)/V1=1mol×8.31J/(mol•K)×(600-300)K/10×10-3m3=1.98×105Pa。4.一定质量的理想气体，初始状态压强P1=1.0×105Pa，体积V1=10L，温度T1=300K，经自由膨胀到体积V2=20L，求气体对外做功量及内能变化量。解：自由膨胀过程气体对外做功量W=0，内能变化量ΔU=0，但过程不可逆。5.一定质量的理想气体，初始状态压强P1=1.0×105Pa，体积V1=10L，温度T1=300K，经等温过程压缩到体积V2=5L，求气体对外做功量。解：等温过程气体对外做功量W=∫PdV=nRT1ln(V2/V1)=1mol×8.31J/(mol•K)×300K×ln(5/10)=-1.73×103J（外界对气体做功）。6.一定质量的理想气体，初始状态压强P1=1.0×105Pa，体积V1=10L，温度T1=300K，经等压过程压缩到体积V2=5L，求气体对外做功量及内能变化量。解：等压过程气体对外做功量W=P1(V2-V1)=-5.0×102J（外界对气体做功）；根据理想气体状态方程，温度T2=T1V2/V1=150K，内能变化量ΔU=c_v(T2-T1)=1mol×(3/2)×8.31J/(mol•K)×(150-300)K=-3.98×103J。7.一定质量的理想气体，初始状态压强P1=1.0×105Pa，体积V1=10L，温度T1=300K，经等容过程降温到温度T2=150K，求气体压强变化量。解：等容过程气体压强变化量ΔP=nR(T2-T1)/V1=1mol×8.31J/(mol•K)×(150-300)K/10×10-3m3=-0.98×105Pa。8.一定质量的理想气体，初始状态压强P1=1.0×105Pa，体积V1=10L，温度T1=300K，经自由膨胀到体积V2=20L，求气体对外做功量及内能变化量。解：自由膨胀过程气体对外做功量W=0，内能变化量ΔU=0，但过程不可逆。六、案例分析题（本大题共1小题，共12分）案例：某实验小组研究理想气体等温压缩过程，初始状态气体压强P1=1.0×105Pa，体积V1=10L，温度T1=300K，压缩到体积V2=5L，实验测得气体对外做功量W=-1.0×103J。（1）求气体吸收的热量。解：根据热力学第一定律ΔU=Q+W，等温过程内能变化量ΔU=0，故Q=-W=1.0×103J，气体放出热量。（2）若实验过程中温度变化量ΔT=10K，求气体定容比热容c_v。解：根据理想气体状态方程PV=nRT，气体物质的量n=P1V1/RT1=1mol，内能变化量ΔU=c_vΔT，故c_v=ΔU/ΔT=0J/(mol•K)。（3）若实验过程中温度变化量ΔT=-10K，求气体定容比热容c_v。解：根据理想气体状态方程PV=nRT，气体物质的量n=P1V1/RT1=1mol，内能变化量ΔU=c_vΔT，故c_v=ΔU/ΔT=-0J/(mol•K)。（4）若实验过程中温度变化量ΔT=10K，求气体定压比热容c_p。解：根据理想气体状态方程PV=nRT，气体物质的量n=P1V1/RT1=1mol，定压比热容c_p=c_v+R=8.31J/(mol•K)。（5）若实验过程中温度变化量ΔT=10K，求气体对外做功量。解：根据热力学第一定律ΔU=Q+W，等温过程内能变化量ΔU=0，故W=-Q=-1.0×103J。评分标准：每小题3分，共12分。【标准答案及解析】一、单项选择题1.B2.B3.A4.C5.B6.C7.D8.A9.A10.B二、填空题1.PV=nRT；8.312.ΔU=c_v(T2-T1)3.E_k=3kT/24.λ=1/√2πσ²n5.不变；可能6.增大1倍7.成正比增大8.0；不变9.Z=√2πσ²n²v̄10.v̄=√8kT/πm三、判断题1.×2.×3.√4.√5.√6.√7.×8.×9.×10.√四、简答题1.理想气体状态方程PV=nRT描述了气体压强P、体积V、温度T与分子数n之间的关系，反映了气体分子热运动的统计规律。2.热力学第一定律ΔU=Q+W表明系统内能变化等于吸收的热量与外界做功之和，是能量守恒在热力学中的体现。3.理想气体分子平均自由程λ表示分子在两次碰撞间的平均距离，反映了分子热运动的剧烈