2025學(xué)年高中物理必修4模塊測試卷：熱力學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)用題解析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（本題共10小題，每小題4分，共40分。在每小題列出的四個選項中，只有一項是最符合題目要求的。）1.關(guān)于熱力學(xué)第一定律，下列說法正確的是（）A.物體溫度越高，熱量越多B.做功和熱傳遞可以相互轉(zhuǎn)化C.系統(tǒng)內(nèi)能的增加等于外界對系統(tǒng)做的功加上系統(tǒng)吸收的熱量D.熱力學(xué)第一定律實際上就是能量守恒定律的另一種說法2.一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，如圖所示，關(guān)于這個過程，下列說法正確的是（）A.氣體對外界做功B.氣體吸收熱量C.氣體內(nèi)能增加D.氣體放出熱量3.關(guān)于熱力學(xué)第二定律，下列說法正確的是（）A.熱量可以自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體B.熱機(jī)的效率可以達(dá)到100%C.孤立系統(tǒng)的熵總是增加的D.熱力學(xué)第二定律實際上是熱力學(xué)第一定律的推論4.下列哪個過程是可逆過程（）A.熱機(jī)的循環(huán)過程B.氣體的自由膨脹過程C.液體的沸騰過程D.理想氣體的等溫壓縮過程5.關(guān)于熵，下列說法正確的是（）A.熵是描述系統(tǒng)混亂程度的物理量B.熵的單位是焦耳C.熵的增加意味著系統(tǒng)內(nèi)能的增加D.熵總是減少的6.一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，如圖所示，關(guān)于這個過程，下列說法正確的是（）A.氣體對外界做功B.氣體吸收熱量C.氣體內(nèi)能增加D.氣體放出熱量7.關(guān)于熱力學(xué)溫標(biāo)，下列說法正確的是（）A.熱力學(xué)溫標(biāo)是絕對溫標(biāo)B.熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)線性關(guān)系C.熱力學(xué)溫標(biāo)的零點是絕對零度D.熱力學(xué)溫標(biāo)只適用于理想氣體8.關(guān)于熱機(jī)，下列說法正確的是（）A.熱機(jī)的效率越高，做功越多B.熱機(jī)的效率越高，消耗的熱量越多C.熱機(jī)的效率越高，說明它越節(jié)能D.熱機(jī)的效率最高為100%9.關(guān)于熱傳遞，下列說法正確的是（）A.熱傳遞總是從高溫物體傳到低溫物體B.熱傳遞總是通過做功實現(xiàn)C.熱傳遞總是通過傳導(dǎo)實現(xiàn)D.熱傳遞總是通過輻射實現(xiàn)10.關(guān)于熱力學(xué)循環(huán)過程，下列說法正確的是（）A.熱力學(xué)循環(huán)過程系統(tǒng)的內(nèi)能變化為零B.熱力學(xué)循環(huán)過程系統(tǒng)對外界做的功為零C.熱力學(xué)循環(huán)過程系統(tǒng)吸收的熱量與放出的熱量相等D.熱力學(xué)循環(huán)過程系統(tǒng)熵的變化為零二、填空題（本題共5小題，每小題5分，共25分。）11.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式是________，其中各物理量的單位分別是：Q________，W________，ΔU________。12.理想氣體的內(nèi)能只與________有關(guān)，與氣體的體積和壓強(qiáng)無關(guān)。13.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：________。開爾文表述是：________。14.熵增加原理指出，孤立系統(tǒng)的熵總是________，這反映了自然界中一切自發(fā)過程都是________的過程。15.熱機(jī)的工作循環(huán)一般包括________、________、________和________四個過程。三、簡答題（本題共3小題，每小題10分，共30分。）16.簡述熱力學(xué)第一定律的意義，并舉例說明它在生活中的應(yīng)用。17.簡述熱力學(xué)第二定律的兩種表述，并說明它們之間的等效關(guān)系。18.簡述熱力學(xué)循環(huán)過程的特點，并舉例說明一種實際的熱力學(xué)循環(huán)過程，如汽油機(jī)的循環(huán)過程。四、計算題（本題共2小題，每小題15分，共30分。）19.一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A（壓強(qiáng)P1，體積V1，溫度T1）經(jīng)過一等溫過程變化到狀態(tài)B（壓強(qiáng)P2，體積V2，溫度T2），求在這個過程中氣體對外界做的功和吸收的熱量。20.一臺熱機(jī)，從高溫?zé)嵩次鼰酫1，向低溫?zé)嵩捶艧酫2，熱機(jī)對外界做功W。已知熱機(jī)的效率為η，求Q1、Q2和W之間的關(guān)系。三、簡答題（本題共3小題，每小題10分，共30分。）21.什么叫熵？熵增加原理有什么物理意義？請結(jié)合生活中的實例說明熵增加的過程。這道題啊，得先說說啥叫熵。熵啊，說白了，就是衡量一個系統(tǒng)混亂程度的物理量。系統(tǒng)越亂，熵就越大。比如說，你把一把整齊的撲克牌洗亂，這個過程就是熵增加的過程。再比如，你把房間收拾得干干凈凈，這個過程就是熵減小的過程。但是，根據(jù)熵增加原理，孤立系統(tǒng)的熵總是增加的，或者說，自然界中一切自發(fā)過程都是朝著熵增加的方向進(jìn)行的。比如說，你把一杯熱水放在房間里，熱水會逐漸變涼，這個過程就是熵增加的過程。因為熱水的分子本來是很有序的，但是隨著時間的推移，分子會逐漸變得無序，這就是熵增加的過程。22.解釋一下什么是可逆過程和不可逆過程，并舉例說明。在熱力學(xué)中，為什么說理想化的可逆過程只是一種理論上的模型？好的，這題得先區(qū)分一下可逆過程和不可逆過程?？赡孢^程啊，指的是一個系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化后，能夠使系統(tǒng)和外界都恢復(fù)到原來狀態(tài)的過程。這個過程啊，就像你把一個雞蛋捏碎，然后又能把它復(fù)原一樣，當(dāng)然，現(xiàn)實中這是不可能的。但是，理論上，我們可以設(shè)想一個過程，使得雞蛋能夠復(fù)原，這個過程就是可逆過程。而不可逆過程呢，指的是一個系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化后，不能使系統(tǒng)和外界都恢復(fù)到原來狀態(tài)的過程。比如說，你把一個雞蛋捏碎了，它就不能復(fù)原了，這就是不可逆過程。那為啥說理想化的可逆過程只是一種理論上的模型呢？因為現(xiàn)實中，一切自發(fā)過程都是不可逆的。就像你說的，雞蛋碎了就不能復(fù)原了，水灑在地上了也不能自動回到杯子里。所以，可逆過程只是一種理想化的模型，它有助于我們理解熱力學(xué)定律，但是在現(xiàn)實中是不存在的。23.有一個氣缸，里面裝有一定質(zhì)量的理想氣體，氣缸的活塞可以無摩擦地移動。最初，氣體的壓強(qiáng)為P1，體積為V1，溫度為T1?，F(xiàn)在，氣體經(jīng)歷了一個準(zhǔn)靜態(tài)的等溫膨脹過程，膨脹到體積為V2，壓強(qiáng)為P2。請畫出這個過程的P-V圖，并說明在這個過程中氣體的內(nèi)能、對外界做功和吸收的熱量的變化情況。這道題啊，得先畫出P-V圖。等溫過程啊，溫度不變，所以P-V圖上是一條雙曲線。初始狀態(tài)在第一象限的一個點上，膨脹后，狀態(tài)在第一象限的另一個點上，這條曲線就是等溫膨脹過程。那在這個過程中，氣體的內(nèi)能、對外界做功和吸收的熱量的變化情況呢？因為理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，而溫度不變，所以內(nèi)能不變。氣體膨脹，對外界做功，因為W=-∫PdV，而P是減小的，所以W>0。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU=Q+W，因為ΔU=0，所以Q=-W，也就是說，氣體吸收了熱量。所以，在這個過程中，氣體的內(nèi)能不變，對外界做功，吸收了熱量。四、計算題（本題共2小題，每小題15分，共30分。）24.一個熱機(jī)，從高溫?zé)嵩次鼰?000J，向低溫?zé)嵩捶艧?00J。求這個熱機(jī)的效率。如果這個熱機(jī)經(jīng)過一個循環(huán)后，對外界做了200J的功，那么高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g傳遞的熱量分別是多少？這道題啊，得先求出熱機(jī)的效率。效率η=W/Q1，其中W是熱機(jī)對外界做的功，Q1是熱機(jī)從高溫?zé)嵩次盏臒崃?。根?jù)題意，W=200J，Q1=1000J，所以η=200J/1000J=0.2，也就是20%。那么高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g傳遞的熱量分別是多少呢？根據(jù)熱力學(xué)第一定律，Q1=Q2+W，其中Q2是熱機(jī)向低溫?zé)嵩捶艧岬臒崃?。根?jù)題意，Q2=600J，W=200J，所以Q1=600J+200J=800J。但是，這與題意不符，題意中說Q1=1000J，所以這里應(yīng)該是Q2=Q1-W=1000J-200J=800J。也就是說，熱機(jī)向低溫?zé)嵩捶艧?00J。25.一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A（壓強(qiáng)P1=2atm，體積V1=10L，溫度T1=300K）經(jīng)過一個等壓壓縮過程，體積變?yōu)閂2=5L，溫度變?yōu)門2=225K。求在這個過程中氣體對外界做功、吸收的熱量和內(nèi)能的變化量。已知理想氣體的摩爾數(shù)為n=2mol，氣體常數(shù)R=8.31J/(mol·K)。這道題啊，得先求出氣體對外界做功。等壓過程，壓強(qiáng)不變，所以W=-PΔV。根據(jù)題意，P=2atm=2×1.013×105Pa=2.026×105Pa，ΔV=V2-V1=5L-10L=-5L=-5×10-3m3，所以W=-2.026×105Pa×(-5×10-3m3)=1013J。那么吸收的熱量和內(nèi)能的變化量呢？先求出溫度的變化量ΔT=T2-T1=225K-300K=-75K。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，PV=nRT，可以求出氣體的內(nèi)能變化量ΔU=nCvΔT。對于理想氣體，Cv=3R/2，所以ΔU=2mol×(3/2)×8.31J/(mol·K)×(-75K)=-1858.25J。那么吸收的熱量呢？根據(jù)熱力學(xué)第一定律，Q=ΔU+W=-1858.25J+1013J=-845.25J。也就是說，氣體放熱845.25J。五、論述題（本題共1小題，共25分。）26.熱力學(xué)第二定律有哪兩種表述？這兩種表述之間有什么聯(lián)系？請結(jié)合你生活中的實例，說明熱力學(xué)第二定律的意義。好的，這題得先說說熱力學(xué)第二定律的兩種表述。一種是克勞修斯表述，說的是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。另一種是開爾文表述，說的是不可能從單一熱源吸熱并全部用來做功，而不引起其他變化。這兩種表述其實是等價的，就像你說的話，可以從前門進(jìn)，也可以從后門進(jìn)，但都是進(jìn)這個家。那這兩種表述之間有什么聯(lián)系呢？其實，它們都是說自然界中自發(fā)過程的方向性?？藙谛匏贡硎稣f的是熱量傳遞的方向性，開爾文表述說的是熱功轉(zhuǎn)化的方向性。它們都指向一個方向，就是熵增加的方向。請結(jié)合你生活中的實例，說明熱力學(xué)第二定律的意義。比如說，你把一杯熱水放在房間里，熱水會逐漸變涼，這個過程就是熵增加的過程。這是因為熱量自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，這是符合熱力學(xué)第二定律的。再比如，你把一個手機(jī)充電，這個過程就不是自發(fā)的，需要消耗電能，才能把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存起來，這也是符合熱力學(xué)第二定律的。因為根據(jù)熱力學(xué)第二定律，能量轉(zhuǎn)化是有方向性的，不能自發(fā)地從低級能量轉(zhuǎn)化為高級能量。本次試卷答案如下一、選擇題答案及解析1.C解析：熱力學(xué)第一定律表述的是能量守恒，即系統(tǒng)內(nèi)能的增加等于外界對系統(tǒng)做的功加上系統(tǒng)吸收的熱量。A錯誤，熱量是過程量，不能說物體“含有”熱量。B錯誤，做功和熱傳遞是能量轉(zhuǎn)化的兩種方式，不能相互轉(zhuǎn)化。C正確，這是熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。D錯誤，熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)，但不是同一回事。2.C解析：從圖示看，氣體體積V增大，根據(jù)pV圖，壓強(qiáng)P減小。等溫過程內(nèi)能不變。但此圖線不是等溫線，過程內(nèi)能是否變化不能確定。氣體體積增大，對外界做功W>0。根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W，內(nèi)能變化ΔU不確定，Q不確定。D錯誤，氣體內(nèi)能減小，必然放出熱量Q<0。3.C解析：A錯誤，熱量只能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體。B錯誤，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%。C正確，孤立系統(tǒng)的熵總是增加的。D錯誤，熱力學(xué)第二定律與熱力學(xué)第一定律是獨立的。4.A解析：可逆過程是指系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化后，能夠使系統(tǒng)和外界都恢復(fù)到原來狀態(tài)的過程，且過程進(jìn)行得無限緩慢，沒有摩擦等耗散效應(yīng)。B、C、D都是不可逆過程。5.A解析：熵是描述系統(tǒng)混亂程度的物理量。B錯誤，熵的單位是J/K。C錯誤，熵的增加意味著系統(tǒng)混亂程度的增加，不一定內(nèi)能增加。D錯誤，孤立系統(tǒng)的熵總是增加的或不變（平衡態(tài)）。6.C解析：同第2題解析。7.A解析：熱力學(xué)溫標(biāo)是絕對溫標(biāo)，零度是絕對零度。B錯誤，熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)非線性關(guān)系，T/K=T/°C+273.15。C正確。D錯誤，熱力學(xué)溫標(biāo)適用于任何熱力學(xué)系統(tǒng)。8.C解析：熱機(jī)效率η=W/Q1，效率越高，說明在吸收相同熱量Q1的情況下，對外做功W越多，或者說，消耗相同熱量Q1的情況下，對外做功W越多，說明它越節(jié)能。A錯誤，效率高不代表做功多，還與吸收的熱量有關(guān)。B錯誤，效率高說明做功占吸收熱量的比例高，不一定消耗的熱量多。D錯誤，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱機(jī)效率最高為1-Q2/Q1，不可能達(dá)到100%。9.A解析：根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量總是從高溫物體傳到低溫物體。B錯誤，熱傳遞有傳導(dǎo)、對流、輻射三種方式，不一定通過做功。C錯誤，同上。D錯誤，同上。10.A解析：熱力學(xué)循環(huán)過程系統(tǒng)的內(nèi)能變化ΔU=0，因為內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù)。B錯誤，系統(tǒng)對外界做的功W=∑W_i不一定為零，凈功可能為零。C錯誤，循環(huán)過程凈功W=Q1-Q2，Q1為吸收的總熱量，Q2為放出的總熱量，Q1>Q2。D錯誤，孤立系統(tǒng)循環(huán)過程熵的變化不一定為零，除非循環(huán)是可逆的。二、填空題答案及解析11.ΔU=Q+WQ：焦耳(J)W：焦耳(J)ΔU：焦耳(J)解析：這是熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，表達(dá)了系統(tǒng)內(nèi)能的增加等于外界對系統(tǒng)做的功加上系統(tǒng)吸收的熱量。各物理量均為能量，單位為焦耳。12.溫度解析：理想氣體的內(nèi)能只與分子的平均動能有關(guān)，而分子的平均動能又只與氣體的溫度有關(guān)，與氣體的體積和壓強(qiáng)無關(guān)。13.不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化。不可能從單一熱源吸熱并全部用來做功，而不引起其他變化。解析：這是熱力學(xué)第二定律的兩種表述，克勞修斯表述和開爾文表述，它們在實質(zhì)上是等價的。14.增加自發(fā)解析：熵增加原理指出，孤立系統(tǒng)的熵總是增加的，這反映了自然界中一切自發(fā)過程都是朝著熵增加的方向進(jìn)行的。15.等溫膨脹等壓壓縮等溫壓縮等壓膨脹解析：熱機(jī)的工作循環(huán)一般包括四個過程：等溫膨脹（吸收熱量）、等壓壓縮（對外做功）、等溫壓縮（放熱）、等壓膨脹（外界對系統(tǒng)做功），如汽油機(jī)的奧托循環(huán)。三、簡答題答案及解析16.熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)，它指出能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。在生活中，熱力學(xué)第一定律有很多應(yīng)用，例如，空調(diào)就是利用熱力學(xué)第一定律工作的，它通過消耗電能，將室內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到室外，從而降低室內(nèi)的溫度。再比如，汽車發(fā)動機(jī)也是利用熱力學(xué)第一定律工作的，它通過燃燒燃料，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再通過做功，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而推動汽車前進(jìn)。17.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化。開爾文表述是：不可能從單一熱源吸熱并全部用來做功，而不引起其他變化。這兩種表述是等價的，因為如果克勞修斯表述不成立，那么就可以將熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不需要外界做功，這樣就相當(dāng)于可以從單一熱源吸熱并全部用來做功，而不引起其他變化，這與開爾文表述矛盾；反之，如果開爾文表述不成立，那么就可以從單一熱源吸熱并全部用來做功，而不引起其他變化，這樣就相當(dāng)于可以將熱量從低溫物體傳到高溫物體，而不需要外界做功，這與克勞修斯表述矛盾。因此，這兩種表述是等價的，它們都揭示了自然界中自發(fā)過程的方向性。18.熱力學(xué)循環(huán)過程是指系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化后，又回到初始狀態(tài)的過程。在循環(huán)過程中，系統(tǒng)的內(nèi)能不發(fā)生變化，即ΔU=0。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，Q=W，即系統(tǒng)吸收的熱量等于對外界做的功。熱力學(xué)循環(huán)過程的特點是，系統(tǒng)可以持續(xù)地將熱能轉(zhuǎn)化為功。例如，汽油機(jī)的循環(huán)過程就是一個典型的熱力學(xué)循環(huán)過程。在汽油機(jī)的循環(huán)過程中，燃料燃燒產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，燃?xì)馔苿踊钊龉Γ缓髮⒁徊糠譄崃總鬟f給冷卻系統(tǒng)，最后通過排氣系統(tǒng)將剩余的熱量排出，燃?xì)夂突钊蓟氐匠跏紶顟B(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一個循環(huán)。四、計算題答案及解析19.W=-PΔV=-P(V2-V1)=-P(V2-V1)=P(V1-V2)Q=ΔU=0解析：等溫過程溫度不變，內(nèi)能不變，ΔU=0。氣體膨脹，對外界做功，W=-∫PdV。因為是等溫過程，所以P=常數(shù)，W=-P(V2-V1)=-P(V2-V1)=P(V1-V2)。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，Q=ΔU+W=0+W=W=P(V1-V2)。因為是膨脹過程，所以V2>V1，W>0，Q>0，氣體吸收熱量。20.η=W/Q1=1-Q2/Q1Q1=Q2+WQ2=Q1-W解析：熱機(jī)效率η定義為熱機(jī)對外界做的功W與從高溫?zé)嵩次盏臒崃縌1的比值，即η=W/Q1。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，Q1=Q2+W，其中Q2是向低