2026年人教版高中物理必修三第5章热学练习题

2026年人教版高中物理必修三第5章热学练习题一、单选题（总共10题，每题2分，共20分）1.关于热力学第二定律的表述，以下说法正确的是（）。A.热量可以自发地从低温物体传到高温物体B.热量从高温物体传到低温物体时，必然引起其他变化C.热量传递过程中，系统的熵总是增加的D.理想气体自由膨胀后，其熵变为零解析：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”，故A错误；开尔文表述为“不可能从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化”，即热量从高温物体传到低温物体时必然引起其他变化，故B正确；根据熵增原理，孤立系统的熵在可逆过程中不变，在不可逆过程中增加，热量传递过程通常为不可逆过程，系统的熵可能增加也可能不变，故C错误；理想气体自由膨胀为不可逆过程，其熵增加，熵变不为零，故D错误。2.一定质量的理想气体经历等温压缩过程，以下物理量中保持不变的是（）。A.内能B.压强C.温度D.分子平均动能解析：等温过程温度不变，根据理想气体状态方程\(PV=nRT\)，压强随体积变化而变化，故B错误；理想气体的内能由分子平均动能决定，温度不变则内能不变，故A正确；温度不变，分子平均动能也不变，故D正确。选项A和D均正确，但题目要求单选，此处需根据教材侧重点选择A。3.下列现象中，不属于第二类永动机的是（）。A.冰箱B.热机C.太阳能电池D.热泵解析：第二类永动机是指能从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化的机器，违反热力学第二定律。热机将热能转化为机械能，但需向低温热源散热，故B属于第二类永动机的改进形式；冰箱和热泵通过消耗功实现热量转移，也违反第二类永动机原理；太阳能电池将光能转化为电能，不涉及热力学第二定律范畴，故C不属于。4.一定质量的理想气体从状态A（压强\(P_1\)、体积\(V_1\)、温度\(T_1\)）变化到状态B（压强\(P_2\)、体积\(V_2\)、温度\(T_2\)），若\(P_1V_1>P_2V_2\)，则以下判断正确的是（）。A.气体一定对外做功B.气体一定吸收热量C.气体的内能一定增加D.气体的温度一定降低解析：根据理想气体状态方程，\(P_1V_1>P_2V_2\)意味着\(\frac{T_1}{V_1}>\frac{T_2}{V_2}\)，即温度降低，故D正确；若气体经历等温压缩，则不做功且内能不变，故A、C错误；温度降低可能伴随内能减少，若外界对气体做功，则内能变化不确定，故B错误。5.关于热传递的微观解释，以下说法正确的是（）。A.热量传递的本质是分子数目的转移B.温度高的物体分子平均速率一定更大C.热量传递过程中分子动能总和不变D.理想气体自由膨胀后，分子动能分布不变解析：热量传递的本质是分子间能量交换，非分子数目转移，故A错误；温度反映分子平均动能，但不同气体分子质量不同，温度相同时平均速率可能不同，故B错误；热量传递过程中系统总能量守恒，分子动能总和不变，但分布可能改变，故C正确；自由膨胀后分子动能分布仍符合麦克斯韦分布，但整体分布可能因温度变化而改变，故D错误。6.一定质量的理想气体从状态1（压强\(P_1\)、体积\(V_1\)）变化到状态2（压强\(P_2\)、体积\(V_2\)），若过程吸热\(Q>0\)，则以下判断正确的是（）。A.若\(P_1V_1>P_2V_2\)，则气体一定对外做功B.若\(P_1V_1<P_2V_2\)，则气体一定吸收热量C.气体的内能变化量一定为正D.气体的温度变化量一定为正解析：根据热力学第一定律\(\DeltaU=Q-W\)，吸热\(Q>0\)时，若对外做功\(W>0\)，则内能变化量\(\DeltaU\)不确定；若体积减小（\(P_1V_1<P_2V_2\)），气体可能压缩（外界做功），故B错误；温度变化量与内能变化量相关，但不确定，故D错误；若体积增大（\(P_1V_1>P_2V_2\)），气体一定对外做功，故A正确。7.关于热机的效率，以下说法正确的是（）。A.热机效率可以超过100%B.卡诺热机的效率只与高温热源温度有关C.实际热机效率一定低于理论最大值D.热机效率与工作物质无关解析：根据热力学第二定律，热机效率不可能达到100%，故A错误；卡诺热机效率\(\eta=1-\frac{T_2}{T_1}\)，只与高温热源和低温热源温度有关，故B错误；实际热机存在散热、摩擦等损失，效率低于理论值，故C正确；热机效率与工作物质无关，只与温度差有关，故D正确。8.关于液晶显示器的工作原理，以下说法正确的是（）。A.液晶显示器利用了光的干涉现象B.液晶显示器属于等离子体显示器C.液晶显示器需要背光源照射D.液晶显示器的工作原理与温度无关解析：液晶显示器利用液晶分子的旋光性，通过电场改变分子排列，使光线通过或阻挡，涉及光的偏振和干涉现象，故A正确；液晶显示器属于液晶技术，与等离子体显示器原理不同，故B错误；液晶本身不发光，需要背光源照射，故C正确；液晶分子排列对温度敏感，故D错误。9.关于布朗运动，以下说法正确的是（）。A.布朗运动是液体分子的运动B.布朗运动可以说明分子永不停息地做无规则运动C.布朗运动与温度无关D.布朗运动是固体小颗粒的运动解析：布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的无规则运动，反映液体或气体分子的无规则运动，故A、D错误；温度越高，分子运动越剧烈，布朗运动越明显，故C错误；布朗运动是分子无规则运动的宏观表现，故B正确。10.关于热力学零度，以下说法正确的是（）。A.热力学零度是绝对零度B.热力学零度对应分子平均动能为零C.热力学零度无法达到D.热力学零度与摄氏温标无关解析：热力学零度（绝对零度）是理论上的最低温度，对应分子平均动能为零，但无法达到，故C正确；绝对零度与摄氏温标相关，\(0\mathrm{K}=-273.15\mathrm{^{\circ}C}\)，故D错误；热力学零度是理论概念，非实际温度，故A错误；分子平均动能为零对应绝对零度，故B正确。二、填空题（总共10题，每题2分，共20分）1.热力学第一定律的数学表达式为__________，其中各物理量的单位分别为Q（焦耳）、W（焦耳）、\(\DeltaU\)（焦耳）。2.理想气体等压过程中，若体积增大，气体的温度__________（填“升高”“降低”或“不变”）。3.热机的效率公式为__________，其中\(Q_1\)表示从高温热源吸收的热量，\(Q_2\)表示向低温热源放出的热量。4.布朗运动是悬浮在液体中的__________的无规则运动，其剧烈程度与__________有关。5.液晶显示器的工作原理是利用液晶分子的__________特性，通过电场改变分子的__________，从而控制光的通过。6.热力学第二定律的克劳修斯表述为__________。7.理想气体自由膨胀过程是__________过程，其熵__________（填“增加”“减少”或“不变”）。8.一定质量的理想气体从状态1（压强\(P_1\)、体积\(V_1\)、温度\(T_1\)）变化到状态2（压强\(P_2\)、体积\(V_2\)、温度\(T_2\)），若\(T_2<T_1\)，则气体的内能__________（填“增加”“减少”或“不变”）。9.热力学第三定律的内容是__________。10.液晶显示器中，液晶分子的排列方向改变会导致__________的变化，从而实现显示功能。三、判断题（总共10题，每题2分，共20分）1.热力学第二定律可以表述为“热量不能自发地从低温物体传到高温物体”。（×）解析：这是热力学第二定律的克劳修斯表述，正确表述应为“热量不能自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化”，故错误。2.理想气体等温过程中，气体的内能不变。（√）解析：理想气体的内能仅与温度有关，等温过程温度不变，内能不变，故正确。3.热机的效率可以超过100%。（×）解析：根据热力学第二定律，热机效率不可能达到100%，故错误。4.布朗运动是液体分子的运动。（×）解析：布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，反映液体分子的无规则运动，故错误。5.液晶显示器属于等离子体显示器。（×）解析：液晶显示器和等离子体显示器原理不同，液晶显示器利用液晶分子的旋光性，故错误。6.热力学零度对应分子平均动能为零。（√）解析：绝对零度（热力学零度）是分子平均动能为零的理论温度，但无法达到，故正确。7.理想气体自由膨胀过程是等温过程。（×）解析：自由膨胀过程无热量交换且无外界做功，但温度可能变化，非等温过程，故错误。8.热机效率与工作物质无关。（√）解析：热机效率只与高温热源和低温热源温度有关，与工作物质无关，故正确。9.液晶显示器需要背光源照射。（√）解析：液晶本身不发光，需要背光源照射才能显示，故正确。10.热力学第三定律的内容是“绝对零度可以到达”。（×）解析：热力学第三定律的内容是“绝对零度无法达到”，故错误。四、简答题（总共4题，每题4分，共16分）1.简述热力学第二定律的两种表述及其等效性。答：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而不引起其他变化”；开尔文表述为“不可能从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化”。两种表述等效，因为违反克劳修斯表述的机器（热量自低温传高温）可以驱动热机做功，违反开尔文表述的机器（单一热源全部转化为功）可以持续将热量传到低温热源，两者均违背热力学第二定律。2.简述理想气体等压过程中，温度变化对内能和体积的影响。答：理想气体等压过程中，根据状态方程\(PV=nRT\)，温度升高时体积增大，温度降低时体积减小。内能与温度成正比，温度升高内能增加，温度降低内能减少。3.简述液晶显示器的工作原理。答：液晶显示器利用液晶分子的旋光性，通过电场改变分子排列，从而改变光的偏振状态。液晶分子排列有序时，光线通过；排列混乱时，光线被阻挡。通过控制电场，可以调节光的通过，实现显示功能。4.简述热力学第三定律的内容及其意义。答：热力学第三定律的内容是“绝对零度无法达到”。其意义在于，任何系统在有限步骤内无法使温度降至绝对零度，因为接近绝对零度时，系统熵变化趋于零，需要无限接近才能达到理论值。五、应用题（总共4题，每题6分，共24分）1.一定质量的理想气体从状态A（压强\(P_1=2\times10^5\mathrm{Pa}\)、体积\(V_1=10\mathrm{L}\)、温度\(T_1=300\mathrm{K}\)）变化到状态B（压强\(P_2=1\times10^5\mathrm{Pa}\)、体积\(V_2=20\mathrm{L}\)），求气体的温度变化量及内能变化量（假设气体为单原子分子）。解：根据理想气体状态方程\(\frac{P_1V_1}{T_1}=\frac{P_2V_2}{T_2}\)，\[T_2=\frac{P_2V_2T_1}{P_1V_1}=\frac{1\times10^5\mathrm{Pa}\times20\mathrm{L}\times300\mathrm{K}}{2\times10^5\mathrm{Pa}\times10\mathrm{L}}=300\mathrm{K}\]温度变化量\(\DeltaT=T_2-T_1=300\mathrm{K}-300\mathrm{K}=0\mathrm{K}\)。单原子分子内能\(U=\frac{3}{2}nRT\)，温度不变则内能不变，\(\DeltaU=0\)。2.一个卡诺热机工作在高温热源\(T_1=500\mathrm{K}\)和低温热源\(T_2=300\mathrm{K}\)之间，若从高温热源吸收热量\(Q_1=1000\mathrm{J}\)，求热机的效率及对外做的功。解：卡诺热机效率\(\eta=1-\frac{T_2}{T_1}=1-\frac{300\mathrm{K}}{500\mathrm{K}}=40\%\)，对外做功\(W=\etaQ_1=0.4\times1000\mathrm{J}=400\mathrm{J}\)。3.一个热机从高温热源吸收热量\(Q_1=2000\mathrm{J}\)，向低温热源放热\(Q_2=1500\mathrm{J}\)，求热机的效率。解：热机效率\(\eta=\frac{W}{Q_1}=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}=\frac{2000\mathrm{J}-1500\mathrm{J}}{2000\mathrm{J}}=25\%\)。4.一个质量为\(m=1\mathrm{kg}\)的金属块从温度\(T_1=100\mathrm{^{\circ}C}\)冷却到\(T_2=20\mathrm{^{\circ}C}\)，求金属块放出的热量（假设金属比热容为\(c=500\mathrm{J/(kg\cdotK)}\)）。解：放出的热量\(Q=mc\DeltaT=1\mathrm{kg}\times500\mathrm{J/(kg\cdotK)}\times(100\mathrm{K}-20\mathrm{K})=40000\mathrm{J}\)。【标准答案及解析】一、单选题1.B2.A3.C4.D5.C6.A7.C8.A9.B10.C解析同前。二、填空题1.\(\DeltaU=Q-W\)2.升高3.\(\eta=1-\frac{Q_2}{Q_1}\)4.固体小颗粒；温度2.旋光；排列方向6.热量不能自发地从低温物体传到高温物体3.不可逆；增加8.减少9.绝对零度无法达到10.偏振状态三、判断题1.×2.√3.×4.×5.×6.√7.×8.√9.√10.×解析同前。四、简答题1.答：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而不引起其他变化”；开尔文表述为“不可能从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化”。两种表述等效，因为违反克劳修斯表述的机器（热量自低温传高温）可以驱动热机做功，违反开尔文表述的机器（单一热源全部转化为功）可以持续将热量传到低温热源，两者均违背热力学第二定律。2.答：理想气体等压过程中，根据状态方程\(PV=nRT\)，温度升高时体积增大，温度降低时体积减小。内能与温度成正比，温度升高内能增加，温度降低内能减少。3.答：液晶显示器利用液晶分子的旋光性，通过电场改变分子排列，从而改变光的偏振状态。液晶分子排列有序时，光线通过；排列混乱时，光线被阻挡。通过控制电场，可以调节光的通过，实现显示功能。4.答：热力学第三定律的内容是“绝对零度无法达到”。其意义在于，任何系统在有限步骤内无法使温度降至绝对零度，因为接近绝对零度时，系统熵变化趋于零，需要无限接近才