第三章《熱力學定律》高分必刷鞏固達標檢測卷（培優卷）

一：單項選擇題：本題共8小題，每小題4分，共32分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求

的。

1．關于分子動理論和內能，下列說法中正確的是（）

A．溫度降低時，每個分子動能都會減小

B．花粉顆粒在水中的無規則運動是一種機械運動

C．只有熱傳遞才可改變物體的內能

D．物體的動能和重力勢能也是其內能的一部分

【答案】B

【詳解】

A．溫度降低時，分子的平均動能降低，不是每個分子的動能都會減小，故A錯誤；

B．花粉顆粒在水中的無規則運動是由于花粉顆粒受到水分子撞擊受力不平衡引起的，是一種機械運動，故B正確；

C．改變內能的方式有做功和熱傳遞，故C錯誤；

D．物體的動能和重力勢能是物體的機械能，不是內能，故D錯誤。

故選B。

2．關于質量一定的理想氣體，下列說法正確的是（）

A．氣體溫度降低，其壓強一定減小

B．氣體體積減小，其壓強一定增大

C．氣體不斷被壓縮的過程中，其溫度一定升高

D．氣體與外界不發生熱量交換的過程中，其內能也可能改變

【答案】D

pV

【詳解】AB．根據題意，由理想氣體狀態方程C可知，若氣體溫度降低，體積也減小，其壓強可能增大，可

T

能不變，可能減小，故AB錯誤；

CD．由熱力學第一定律

UWQ

可知，氣體不斷被壓縮的過程中，外界對氣體做正功，如果氣體同時向外界放熱，氣體的內能可能不會增加，氣體

溫度不一定升高，若氣體與外界不發生熱量交換的過程中，如果外界對氣體做功，氣體內能發生變化，故C錯誤，

D正確。

故選D。

3．下列說法正確的是（）

A．第二類永動機違反能量守恒定律，因此不可能制成

B．第一類永動機違反熱力學第二定律，因此不可能制成

C．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞

D．從單一熱庫吸收熱量，使之完全變為功，是提高機械效率的常用手段

【答案】C

【詳解】A．第二類永動機不可能制成，是因為它違反了熱力學第二定律，故A錯誤；

B．第一類永動機不可能制成，是因為它違反了能量守恒定律，故B錯誤；

C．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，但同時會產生其他影響，故C正確；

D．根據熱力學第二定律可知，從單一熱庫吸收熱量，使之完全變為功而不產生其他影響，是不可能實現的，故D

錯誤。

故選C。

4．關于能源與可持續發展，下列說法正確的是（）

A．籃球從空中落下，最后靜止在地面上，說明機械能消失了

B．大量使用天然氣作燃料符合“低碳生活”理念

C．隨著科技的發展，永動機是可以制成的

D．在火力發電中，燃氣的內能不可能全部轉變為電能

【答案】D

【詳解】A．籃球從空中落下，最后靜止在地面上，說明機械能轉化為了籃球和周圍其它物體的內能，或轉化為其

它形式的能，能量不會消失，故A錯誤；

B．因天然氣主要成分是甲烷，完全燃燒，其燃燒時生成二氧化碳和水；不完全燃燒生成一氧化碳和水，因此大量

使用天然氣作燃料不符合“低碳生活”理念，故B錯誤；

C．不需要任何外界的動力而持續對外做功的機器——永動機，是違背了能量的轉化和守恒定律，永動機是不可以

制成的，故C錯誤；

D．由熱力學第二定律可知，任何機械都有效率的問題，因此燃氣的內能不可能全部轉變為電能，故D正確。

故選D。

5．氣壓式電腦升降桌通過汽缸上下運動來支配桌子升降，其簡易結構如圖所示。圓柱形汽缸與桌面固定連接，柱

狀活塞與底座固定連接。可自由移動的汽缸與活塞之間封閉著一定質量的理想氣體，汽缸導熱性能良好，活塞可在

氣缸內無摩擦活動。設氣體的初始狀態為A，將電腦放在桌面上保持不動，桌子緩慢下降一段距離后達到穩定狀態

B。打開空調一段時間后，室內溫度降低到設定溫度，穩定后氣桌面體狀態為C。則氣體從狀態ABC的過程

中，下列說法正確的是（）

A．從A到B的過程中，氣體等溫壓縮，壓強增大

B．從A到B的過程中，氣體從外界吸熱

C．從B到C的過程中，氣體等壓降溫，體積增大

D．從B到C的過程中，氣體從外界吸熱

【答案】A

【詳解】A．從A到B的過程中，桌子緩慢下降，由于汽缸導熱性能良好，可知氣體等溫壓縮，體積減小，根據玻

意耳定律可知，壓強增大，故A正確；

B．從A到B的過程中，氣體溫度不變，內能不變，體積減小，外界對氣體做功，根據熱力學第一定律可知，氣體

會向外界放熱，故B錯誤；

C．從B到C的過程中，桌面受力不變，氣體壓強一定，根據蓋呂薩克定律可知，溫度降低，體積一定減小，故C

錯誤；

D．從B到C的過程中，氣體溫度降低，內能減小，體積減小，外界對氣體做功，根據熱力學第一定律可知，氣體

會向外界放熱，故D錯誤。

故選A。

＝＝＝＝＝

6．如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態a，先后到達狀態b和c，papbp，TaTc，Vc4Va4V。則（）

A．ab過程氣體分子平均動能減小

B．bc過程氣體分子數密度減小

C．ab過程氣體吸熱比bc過程氣體放熱多3pV

＝＝

D．狀態a、b、c的壓強大小關系為papb3pc

【答案】C

【詳解】A．ab過程中氣體壓強不變，體積增大，根據理想氣體狀態方程

pV

C

T

可知氣體溫度升高，分子平均動能變大，A錯誤；

B．bc過程中，體積不變，分子數密度不變，B錯誤；

C．ab過程中，體積增大，氣體對外界做功，氣體溫度升高，內能增加，氣體吸收熱量，根據熱力學第一定律

有

＝＋

U1W1Q1

其中

＝－

W13pVbc過程中，體積不變，外界對氣體做功

＝

W20

氣體壓強減小，可知氣體溫度降低，內能減少，氣體向外放出熱量，根據熱力學第一定律有

U2＝W2＋Q2＝Q2

由于

＝

TaTc

則

ΔU1＝ΔU2

則

Q1＝3pV－Q2＝3pV＋Q2

即ab過程氣體吸熱比bc過程氣體放熱多3pV，C正確；

D．根據

pV

C

T

狀態a、b、c的壓強大小關系為

＝＝

papb4pc

D錯誤。

故選C。

7．一定量的理想氣體從狀態a開始，經歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態，其p-T圖像如圖所示，其

中對角線ac的延長線過原點O。下列判斷正確的是（）

A．氣體在a、c兩狀態的體積不相等

B．氣體在狀態a時的內能大于它在狀態c時的內能

C．在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功

D．在過程ab中氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功，違背了熱力學第二定律

【答案】B

【詳解】A．由圖示圖象可知，對角線ac的延長線過原點O，氣體從c到a過程壓強與熱力學溫度成正比，由理想

氣體狀態方程可知，氣體體積不變，即a、c兩狀態體積相等，選項A錯誤；

B．一定量的理想氣體內能由溫度決定，由圖示圖象可知，氣體在狀態a時的溫度比在狀態c時的溫度高，因此氣

體在狀態a時的內能大于在狀態c時的內能，選項B正確；

C．由圖示圖象可知，從d到a過程氣體的壓強不變而溫度升高，由理想氣體狀態方程可知，氣體的體積增大，氣

體對外界做功，W<0，氣體溫度升高，內能增大，?U>0，由熱力學第一定律?U=W+Q可知

Q=?U－W>0

氣體從外界吸收熱量，且吸收的熱量大于氣體對外界做的功，選項C錯誤；

D．在過程ab中氣體溫度保持不變，故內能不變。氣體膨脹，對外界做功，根據熱力學第一定律，吸收的熱量和對

外界做的功數值相等。根據開爾文表述：不可能從單一熱庫（源）吸收熱量，使之完全變成功（全部對外做功），

而不產生其他影響（不引起其他變化），因此不違背熱力學第二定律，選項D錯誤。

故選B。

8．如圖所示，導熱性能良好的氣缸豎直放置，氣缸內用輕質活塞封閉了一定質量的理想氣體，活塞可沿氣缸無摩

擦滑動，現往活塞上緩慢增加砂子，當砂子的質量為m1時，活塞下降的高度為h，此過程中氣體向外放出的熱量為

Q1，繼續緩慢添加砂子，當砂子的質量為m2時，活塞又下降了高度h，此過程中氣體向外放出的熱量為Q2，整個

過程中環境的氣壓和溫度均保持不變。關于上述各量的關系，下列說法正確的是（）

A．m22m1B．m22m1C．Q1Q2D．Q12Q2

【答案】B

【詳解】設初始時氣體的壓強與外界大氣壓強為p0，第一次加砂后氣體壓強為p1，活塞橫截面積為S，氣缸初始氣

體高度為H，有

p1Sm1gp0S

該過程是等溫變化，有

p0HSp1HhS

解得

phS

m0

1gHh

根據等溫變化的p-V圖像，面積代表做功可知，該過程氣體的做功為

pp

W10Sh

12

由于理想氣體溫度不變，所以該過程氣體內能不變，由熱力學第一定律有

U1W1Q1

解得

h

Q1p0Sh1

2Hh

設第二次加砂后氣體的壓強為p2，有

p2Sm2gp0S

從第一次加砂到第二次加砂有

p1HhSp2H2hS

解得

2phS

m02m

2gH2h1

該過程氣體的做功為

pp

W12Sh

22

由于理想氣體溫度不變，所以該過程氣體內能不變，由熱力學第一定律有

U2W2Q2

解得

H2h2Hh

Q2p0sh1

2HhH2h

故選B。

二：多項選擇題：本題共4小題，每小題5分，共20分。在每小題給出的四個選項中，有多項符合題目要求。全

部選對的得5分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分。

9．如圖所示，A、B兩裝置均由一支一端封閉、一端開口且帶有玻璃泡的管狀容器和水銀槽組成，除玻璃泡在管上

的位置不同外，其他條件都相同。將兩管抽成真空后，開口向下豎直插入水銀槽中（插入過程沒有空氣進入管內），

水銀柱上升至圖示位置停止。假設這一過程水銀與外界沒有熱交換，則下列說法正確的是（）

A．A中水銀的內能增量大于B中水銀的內能增量

B．A管內水銀的重力勢能大于B管的

C．B中水銀的內能增量大于A中水銀的內能增量

D．A和B中水銀體積保持不變，故內能增量相同

【答案】BC

【詳解】兩種情況下大氣壓對水銀槽內的水銀做相同的功，因為玻璃管內吸進的水銀一樣多，所以水銀槽內的液面

下降相同的高度，外界大氣壓力對水銀做功，使水銀進入試管內，大氣壓力對水銀做的功一部分增加了管內水銀的

重力勢能，另一部分增加了水銀的內能；由于A管中的水銀重心高，故A管中水銀的重力勢能增量大，則A管中

水銀內能的增量小，即B中水銀的內能增量大于A中水銀的內能增量。

故選BC。

10．如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側充有理想氣體，隔板右側與絕熱活塞之間是真空。現將隔板

抽開，氣體會自發擴散至整個汽缸。待氣體達到穩定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積。假設整個系統

不漏氣。下列說法正確的（）

A．氣體自發擴散前后內能不同

B．氣體在被壓縮的過程中內能增大

C．自發擴散過程對比氣體壓縮過程，說明氣體的自由膨脹是不可逆的

D．氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功

【答案】BCD

【詳解】A．抽開隔板時，氣體體積變大，但右方是真空，又沒有熱傳遞，根據

UQW

可知，氣體的內能不變，故A錯誤；

BD．氣體被壓縮過程中，外界對氣體做功，根據

UQW

可知氣體內能增大，故BD正確；

C．熱力學第二定律表明：自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性，是不可逆的，因此空氣向真空的

自由膨脹是不可逆的，故C正確。

故選BCD。

11．如圖，一定質量的理想氣體從狀態A經熱力學過程AB、BC、CA后又回到狀態A。下列說法正確的是（）

A．過程AB氣體分子平均動能增大B．過程BC氣體分子的數密度不變

C．過程CA氣體向外界放熱D．過程CA氣體從外界吸熱

【答案】BD

【詳解】A．過程AB溫度不變，則分子平均動能不變，A錯誤；

B．過程BC氣體體積不變，則分子數密度不變，B正確；

CD．過程CA氣體對外界做功，則W0；溫度升高，則U0；根據

UWQ

可得

Q0

說明氣體從外界放熱吸熱，C錯誤，D正確。

故選BD。

、、

12．如圖，一定質量的理想氣體從狀態ap0V0T0經熱力學過程abca后又回到狀態a，且外界環境為

非真空狀態。則下列說法正確的是（）

A．b、c兩個狀態，氣體的溫度相同

B．ab過程中，每個氣體分子熱運動的速率都增大了一倍

C．bc過程中，氣體的溫度先降低再升高

D．ca過程中，外界對氣體做功p0V0

1

E．abca循環過程中，氣體吸收的熱量比放出的熱量多pV

200

【答案】ADE

【詳解】A．根據理想氣體狀態方程pVnRT，結合圖中數據可知，b、c兩個狀態時，pV的乘積相等，即兩個狀

態氣體的溫度相同，故A正確；

B．a→b過程中，氣體體積不變，壓強增大一倍，氣體熱運動的平均動能增大一倍，則平均速度變為原來的2倍，

并非每個氣體分子速率增大一倍，故B錯誤；

C．由理想氣體狀態方程可得

nRT

p

V

結合圖形和題意可知，氣體的溫度應該先升高后降低，故C錯誤；

D．c→a過程中，氣體壓強不變，體積減小，外界對氣體做功，其做功大小為

Wp02V0V0p0V0

故D正確；

E．根據p-V圖像的面積表示氣體對外所做功的功，結合題意可知，c→a過程中，外界對氣體做功，c→a→b過程

中，向外界釋放熱量，b→c過程中，氣體對外界做功，從外界吸收熱量，結合圖形可知，循環過程中，氣體吸收

1

的熱量比放出的熱量多，其值為三角形abc的面積，即pV，故E錯誤。

200

故選ADE。

三：實驗題:本題共2小題，第一小題小題5分，第二小題7分，共12分。

13．把一個小燒瓶和一根彎成直角的均勻玻璃管用橡皮塞連成如圖甲所示的裝置。在玻璃管內引入一小段油柱，將

一定質量的空氣密封在容器內，被封空氣的壓強跟大氣壓強相等。如果不計大氣壓強的變化，利用此裝置可以研究

燒瓶內空氣的體積隨溫度變化的關系。

（1）關于瓶內氣體，下列說法中正確的有；

A．溫度升高時，瓶內氣體體積增大，壓強不變

B．溫度升高時，瓶內氣體分子的動能都增大

C．溫度升高，瓶內氣體分子單位時間碰撞到容器壁單位面積的次數增多

D．溫度升高，瓶內氣體分子單位時間碰撞到容器壁單位面積的次數減少

（2）改變燒瓶內氣體的溫度，測出幾組體積V與對應溫度T的值，作出VT圖像如圖乙所示。已知大氣壓強

5

p0110Pa，則由狀態a到狀態b的過程中，氣體對外做的功為J，若此過程中氣體吸收熱量60J，則氣體

的內能增加了J。

【答案】AD/DA5010

【詳解】（1）[1]

V

A．根據蓋呂薩克定律可知，當壓強不變時，對于一定質量的理想氣體其不變，所以溫度升高時，被封空氣的壓

T

強跟大氣壓強相等保持不變，可知瓶內氣體體積增大，A正確；

B．溫度升高時，瓶內氣體分子的平均動能增大，而不是每個氣體分子的動能都增大，B錯誤；

CD．溫度升高，瓶內氣體分子的平均動能增大，由于氣體壓強保持不變，根據氣體壓強的微觀意義可得瓶內氣體

分子單位時間碰撞到容器壁單位面積的次數減少，C錯誤，D正確。

故選AD。

（2）[2][3]設水平玻璃管的橫截面積為S，油柱從狀態a到狀態b的過程中移動的長度為L，可得氣體對外做的功

為

53

WFΔLp0SΔLp0ΔV1102.5210J50J

根據熱力學第一定律，氣體的內能增加了

ΔU60J50J10J

14．把一個小燒瓶和一根彎成直角的均勻玻璃管用橡皮塞連成如圖甲所示的裝置。在玻璃管內引入一小段油柱，將

一定質量的空氣密封在容器內，被封空氣的壓強跟大氣壓強相等。如果不計大氣壓強的變化，利用此裝置可以研究

燒瓶內空氣的體積隨溫度變化的關系。

（1）關于瓶內氣體，下列說法中正確的有；

A．溫度升高時，瓶內氣體體積增大，壓強不變

B．溫度升高時，瓶內氣體分子的動能都增大

C．溫度升高，瓶內氣體分子單位時間碰撞到容器壁單位面積的次數增多

D．溫度升高，瓶內氣體分子單位時間碰撞到容器壁單位面積的次數減少

（2）改變燒瓶內氣體的溫度，測出幾組體積V與對應溫度T的值，作出VT圖像如圖乙所示。已知大氣壓強

5

p0110Pa，則由狀態a到狀態b的過程中，氣體對外做的功為J，若此過程中氣體吸收熱量60J，則氣體

的內能增加了J。

【答案】AD/DA5010

【詳解】（1）[1]

V

A．根據蓋呂薩克定律可知，當壓強不變時，對于一定質量的理想氣體其不變，所以溫度升高時，被封空氣的壓

T

強跟大氣壓強相等保持不變，可知瓶內氣體體積增大，A正確；

B．溫度升高時，瓶內氣體分子的平均動能增大，而不是每個氣體分子的動能都增大，B錯誤；

CD．溫度升高，瓶內氣體分子的平均動能增大，由于氣體壓強保持不變，根據氣體壓強的微觀意義可得瓶內氣體

分子單位時間碰撞到容器壁單位面積的次數減少，C錯誤，D正確。

故選AD。

（2）[2][3]設水平玻璃管的橫截面積為S，油柱從狀態a到狀態b的過程中移動的長度為L，可得氣體對外做的功

為

53

WFΔLp0SΔLp0ΔV1102.5210J50J

根據熱力學第一定律，氣體的內能增加了

ΔU60J50J10J

四：解答題:本題共4小題,第一小題小題6分，第二小題8分，第三小題10分，第四小題12分，共36分。

15．一定質量的理想氣體壓強p與熱力學溫度T的關系圖象如圖所示，氣體從狀態C變化到狀態B，再變化到狀態

A，CB線段與T軸平行，BA的延長線過原點，已知該氣體在狀態C時的體積為30m3．求：

（1）該氣體在狀態B時的體積；

（2）該氣體從狀態C到狀態A的過程中，氣體是吸熱還是放熱，氣體與外界交換的熱量Q為多少？

【答案】（1）10m3（2）放熱，2106J

【詳解】（1）氣體從狀態C變化到狀態B為等壓變化，由氣體實驗定律得

VV

BC

TBTC

代入數值可得

3

VB10m

（2）由圖像可知，氣體從狀態B變化到狀態A，為等容變化，則

W10

氣體從狀態C到狀態B，外界對氣體做功為

56

W2pΔV11020J210J

氣體從狀態C到狀態A，溫度不變，可知

U0

由熱力學第一定律可知

6

QΔUW1W2210J

負號表示放熱。

5nRT

16．某種理想氣體A內能公式可表示為E，n表示物質的量，R為氣體常數（R8.3Jmol1K1），T為熱力

2

2

學溫度。如圖所示，帶有閥門的連通器在頂部連接兩個絕熱氣缸，其橫截面積均為S200cm，高度分別為h114cm，

h24cm用一個質量M15kg的絕熱活塞在左側氣缸距底部10cm處封閉n0.1mol，T0250K的氣體A，氣缸底

部有電阻絲可對其進行加熱，活塞運動到氣缸頂部時（圖中虛線位置）被鎖住，右側氣缸初始為真空。現對電阻絲

5

通電一段時間，活塞剛好緩慢移動至氣缸頂部時斷開電源并打開閥門。已知外界大氣壓強為p0110Pa，重力加

速度g10m/s2，不計活塞與氣缸的摩擦及連通器氣柱和電阻絲的體積。求：

（1）上升過程中左側缸內氣體的壓強。

（2）斷開電源時氣體升高的溫度。

（3）穩定后整個過程中氣體吸收的熱量。

【答案】（1）1.075105Pa；（2）100K；（3）293.5J

【詳解】（1）由平衡條件知

pSMgp0S

壓強為

Mg

pp1.075105Pa

0s

（2）氣體做等壓變化，由蓋-呂薩克定律可得

VV

01

T0T1

解得

T1350K

則

TT1T0100K

（3）氣體增加的內能為

5nRT

U207.5J

2

氣體對外界做功為

WpSh86J

根據熱力學第一定律有UWQ

解得

Q293.5J

故氣體吸收的熱量為293.5J。

17．山地車的氣壓避震裝置主要由活塞、氣缸組成。某研究小組將其氣缸和活塞取出進行研究。如圖所示，在傾角

為30的光滑斜面上放置一個帶有活塞A的導熱氣缸B，活塞用勁度系數為k=300N/m的輕彈簧拉住，彈簧的另

一端固定在斜面上端的一塊擋板上，輕彈簧平行于斜面，初始狀態活塞到氣缸底部的距離為L127cm，氣缸底部

到斜面底端的擋板距離為L21cm，氣缸內氣體的初始溫度為T1270K。已知氣缸質量為M=0.4kg，活塞的質量為

m=0.2kg，氣缸容積的橫截面積為S=1cm2，活塞與氣缸間密封一定質量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動，重力加速

25

度為g10m/s，大氣壓為p01.010Pa。

（1）求初始狀態下氣缸內氣體壓強p1；

（2）對氣缸進行加熱，氣缸內氣體的溫度從T1上升到T2，此時氣缸底部恰好接觸到斜面底端的擋板，已知該封閉

氣體的內能U與溫度T之間存在關系UkT，k2103J/K，求該過程中氣體吸收的熱量Q；

（3）若在第（2）題的基礎上繼續對氣缸進行加熱，當溫度達到T3時使得彈簧恰好恢復原長，求T3。

1595

【答案】（1）8104Pa；（2）10102J；（3）K

4

【詳解】（1）對氣缸和活塞整體分析有

F(Mm)gsin

對活塞受力分析有

Fmgsinp1S

代入數據解得

4

p1810Pa

（2）氣缸內氣體的溫度從T1上升到T2，此時氣缸底部恰好接觸到斜面底端的擋板的過程中封閉氣體的壓強不變，

則有

VV

12

T1T2

該過程中內能增大

UkT2kT1

氣體對外做功

Wp1(V2V1)

根據熱力學第一定律有

UWQ

解得

Q10102J

（3）當溫度達到T3時使得彈簧恰好恢復原長，對活塞根據受力平衡有

P0Smgsinp3S

該由理想氣態方程得有

pLSp(LLx)

11312

T1T3

kx(Mm)gsin

代入數據解得

1595

TK

34

18．