2025學(xué)年高中物理必修4模塊測(cè)試卷：熱力學(xué)第一定律計(jì)算題解析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（本題共12小題，每小題5分，共60分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。）1.一個(gè)系統(tǒng)從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，吸收了100J的熱量，對(duì)外做了50J的功。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，系統(tǒng)內(nèi)能的變化量可能是（）A.-150JB.-50JC.50JD.150J2.一定量的理想氣體經(jīng)過(guò)等溫壓縮過(guò)程，其內(nèi)能變化為（）A.增加B.減少C.不變D.無(wú)法確定3.下列哪個(gè)過(guò)程是可逆過(guò)程？（）A.氣體自由膨脹B.熱機(jī)做功C.液體蒸發(fā)D.理想氣體等溫壓縮4.熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述是（）A.熱量可以自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體B.熱量可以從高溫物體傳到低溫物體，但不能自發(fā)地傳回去C.熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，只要外界做功D.熱量不能從低溫物體傳到高溫物體5.一定量的理想氣體經(jīng)過(guò)等壓膨脹過(guò)程，其內(nèi)能變化為（）A.增加B.減少C.不變D.無(wú)法確定6.熱機(jī)效率的定義是（）A.熱機(jī)輸出的功與吸收的熱量之比B.熱機(jī)吸收的熱量與對(duì)外做的功之比C.熱機(jī)輸出的功與放出的熱量之比D.熱機(jī)放出的熱量與對(duì)外做的功之比7.熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系是（）A.T=t+273.15B.T=t-273.15C.T=2t+273.15D.T=t/273.158.下列哪個(gè)過(guò)程是等熵過(guò)程？（）A.理想氣體自由膨脹B.理想氣體等溫過(guò)程C.理想氣體等壓過(guò)程D.理想氣體等體過(guò)程9.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是（）A.熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體B.熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，但不能自發(fā)地傳回去C.熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，只要外界做功D.煩惱熱量不能從低溫物體傳到高溫物體10.一定量的理想氣體經(jīng)過(guò)等體過(guò)程，其內(nèi)能變化為（）A.增加B.減少C.不變D.無(wú)法確定11.熱機(jī)效率的最大值是（）A.100%B.50%C.等于卡諾效率D.小于卡諾效率12.下列哪個(gè)過(guò)程是不可逆過(guò)程？（）A.理想氣體等溫膨脹B.理想氣體等壓壓縮C.理想氣體等體過(guò)程D.液體凝固二、填空題（本題共5小題，每小題4分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在答題卡相應(yīng)位置。）13.熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式是__________，其中ΔU表示內(nèi)能的變化量，Q表示吸收的熱量，W表示對(duì)外做的功。14.熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述是：不可能制成一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，只從__________吸收熱量，使之完全變成有用功，而不引起其他變化。15.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：熱量不能自動(dòng)地從__________傳到__________。16.理想氣體等溫過(guò)程的特征是__________，內(nèi)能__________。17.卡諾熱機(jī)的效率公式是__________，其中η表示效率，T1表示高溫?zé)嵩吹臏囟?，T2表示低溫?zé)嵩吹臏囟取Ｈ?、?jì)算題（本題共5小題，每小題6分，共30分。請(qǐng)將計(jì)算過(guò)程和答案填寫在答題卡相應(yīng)位置。）18.一定量的理想氣體從狀態(tài)A（壓強(qiáng)為2atm，體積為10L）經(jīng)過(guò)等壓膨脹過(guò)程變化到狀態(tài)B（體積為20L）。如果氣體在這個(gè)過(guò)程中吸收了500J的熱量，求氣體對(duì)外做的功和內(nèi)能的變化量。已知理想氣體常數(shù)R=8.31J/(mol·K)，氣體的摩爾數(shù)為2mol。19.一定量的理想氣體從狀態(tài)C（溫度為300K，體積為10L）經(jīng)過(guò)等溫壓縮過(guò)程變化到狀態(tài)D（壓強(qiáng)為2atm）。如果氣體在這個(gè)過(guò)程中對(duì)外做了400J的功，求氣體吸收或放出的熱量以及內(nèi)能的變化量。已知理想氣體常數(shù)R=8.31J/(mol·K)，氣體的摩爾數(shù)為2mol。20.一定量的理想氣體從狀態(tài)E（壓強(qiáng)為1atm，溫度為300K）經(jīng)過(guò)等體過(guò)程變化到狀態(tài)F（溫度為600K）。求氣體在這個(gè)過(guò)程中內(nèi)能的變化量。已知理想氣體常數(shù)R=8.31J/(mol·K)，氣體的摩爾數(shù)為2mol。21.一臺(tái)卡諾熱機(jī)工作在高溫?zé)嵩礈囟葹?00K和低溫?zé)嵩礈囟葹?00K之間。如果這臺(tái)熱機(jī)從高溫?zé)嵩次樟?000J的熱量，求這臺(tái)熱機(jī)的效率以及對(duì)外做的功。22.一定量的理想氣體從狀態(tài)G（壓強(qiáng)為1atm，體積為10L，溫度為300K）經(jīng)過(guò)等壓膨脹過(guò)程變化到狀態(tài)H（體積為20L，溫度為400K）。求氣體在這個(gè)過(guò)程中吸收的熱量、對(duì)外做的功以及內(nèi)能的變化量。已知理想氣體常數(shù)R=8.31J/(mol·K)，氣體的摩爾數(shù)為2mol。四、簡(jiǎn)答題（本題共4小題，每小題7分，共28分。請(qǐng)將答案填寫在答題卡相應(yīng)位置。）23.簡(jiǎn)述熱力學(xué)第一定律的物理意義，并舉例說(shuō)明在日常生活中哪些現(xiàn)象符合熱力學(xué)第一定律。24.解釋什么是可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程，并舉例說(shuō)明在熱力學(xué)中常見(jiàn)的可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程。25.簡(jiǎn)述熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述和克勞修斯表述，并解釋為什么熱機(jī)效率不能達(dá)到100%。26.在等溫、等壓、等體和絕熱過(guò)程中，內(nèi)能的變化有何不同？請(qǐng)分別解釋每種過(guò)程中內(nèi)能變化的原因。本次試卷答案如下一、選擇題答案及解析1.答案：C解析：根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q-W，系統(tǒng)內(nèi)能的變化量ΔU=100J-50J=50J。因此，系統(tǒng)內(nèi)能的變化量是50J。2.答案：C解析：理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)。等溫過(guò)程是指溫度不變的過(guò)程，因此理想氣體在等溫過(guò)程中的內(nèi)能不變。3.答案：D解析：可逆過(guò)程是指系統(tǒng)變化后，可以沿著原來(lái)變化的過(guò)程逆向進(jìn)行，使系統(tǒng)和環(huán)境都恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。理想氣體等溫壓縮是可逆過(guò)程，因?yàn)榭梢阅嫦蜻M(jìn)行等溫膨脹，使系統(tǒng)和環(huán)境都恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。4.答案：B解析：熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述是：不可能制成一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，只從單一熱源吸收熱量，使之完全變成有用功，而不引起其他變化。即熱量可以從高溫物體傳到低溫物體，但不能自發(fā)地傳回去。5.答案：A解析：理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)。等壓過(guò)程是指壓強(qiáng)不變的過(guò)程，體積增大意味著溫度升高，因此理想氣體在等壓過(guò)程中的內(nèi)能增加。6.答案：A解析：熱機(jī)效率的定義是熱機(jī)輸出的功與吸收的熱量之比，即η=W/Q。因此，熱機(jī)效率是熱機(jī)輸出的功與吸收的熱量之比。7.答案：A解析：熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系是T=t+273.15K，其中T是熱力學(xué)溫度，t是攝氏溫度。8.答案：B解析：等熵過(guò)程是指系統(tǒng)的熵不變的過(guò)程。理想氣體等溫過(guò)程是等熵過(guò)程，因?yàn)槔硐霘怏w的熵只與溫度和體積有關(guān)，而在等溫過(guò)程中溫度不變，體積也不變，因此熵不變。9.答案：A解析：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳到高溫物體。即熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體。10.答案：C解析：理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)。等體過(guò)程是指體積不變的過(guò)程，溫度不變意味著內(nèi)能不變。11.答案：C解析：卡諾熱機(jī)是理想熱機(jī)，其效率是最大效率。因此，熱機(jī)效率的最大值等于卡諾效率。12.答案：D解析：液體凝固是放熱過(guò)程，是不可逆過(guò)程，因?yàn)槟毯蟮囊后w無(wú)法自發(fā)地變回原來(lái)的狀態(tài)。二、填空題答案及解析13.答案：ΔU=Q-W解析：熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式是ΔU=Q-W，其中ΔU表示內(nèi)能的變化量，Q表示吸收的熱量，W表示對(duì)外做的功。14.答案：?jiǎn)我粺嵩唇馕觯簾崃W(xué)第二定律的開(kāi)爾文表述是：不可能制成一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，只從單一熱源吸收熱量，使之完全變成有用功，而不引起其他變化。15.答案：低溫物體；高溫物體解析：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳到高溫物體。16.答案：溫度不變；不變解析：理想氣體等溫過(guò)程的特征是溫度不變，內(nèi)能也不變。17.答案：η=1-T2/T1解析：卡諾熱機(jī)的效率公式是η=1-T2/T1，其中η表示效率，T1表示高溫?zé)嵩吹臏囟龋琓2表示低溫?zé)嵩吹臏囟?。三、?jì)算題答案及解析18.答案：氣體對(duì)外做的功為200J，內(nèi)能的變化量為300J。解析：根據(jù)等壓過(guò)程的特點(diǎn)，氣體對(duì)外做的功W=PΔV=2atm*(20L-10L)*101.325J/(atm·L)=2026.5J≈200J。根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q-W，內(nèi)能的變化量ΔU=500J-200J=300J。19.答案：氣體放出的熱量為400J，內(nèi)能的變化量為0。解析：根據(jù)等溫過(guò)程的特點(diǎn)，內(nèi)能的變化量ΔU=0。根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q-W，氣體放出的熱量Q=W=400J。20.答案：內(nèi)能的變化量為2513.25J。解析：根據(jù)等體過(guò)程的特點(diǎn)，氣體對(duì)外做的功W=0。根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q-W，內(nèi)能的變化量ΔU=Q=nCvΔT=2mol*12.47J/(mol·K)*(600K-300K)=2513.25J。21.答案：熱機(jī)的效率為40%，對(duì)外做的功為400J。解析：卡諾熱機(jī)的效率η=1-T2/T1=1-300K/500K=40%。根據(jù)效率的定義η=W/Q，對(duì)外做的功W=η*Q=0.4*1000J=400J。22.答案：氣體吸收的熱量為4186.5J，對(duì)外做的功為828.5J，內(nèi)能的變化量為3357.5J。解析：根據(jù)等壓過(guò)程的特點(diǎn)，氣體對(duì)外做的功W=PΔV=1atm*(20L-10L)*101.325J/(atm·L)=1013.25J≈828.5J。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，可以計(jì)算出初態(tài)和末態(tài)的溫度，然后計(jì)算內(nèi)能的變化量ΔU=nCpΔT=2mol*20.78J/(mol·K)*(400K-300K)=3357.5J。根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q-W，氣體吸收的熱量Q=ΔU+W=3357.5J+828.5J=4186.5J。四、簡(jiǎn)答題答案及解析23.答案：熱力學(xué)第一定律的物理意義是能量守恒定律在熱力學(xué)中的體現(xiàn)，即能量不能被創(chuàng)造或消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。在日常生活中，很多現(xiàn)象都符合熱力學(xué)第一定律，例如：摩擦生熱，機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熱水變涼，內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為周圍環(huán)境的能量。24.答案：可逆過(guò)程是指系統(tǒng)變化后，可以沿著原來(lái)變化的過(guò)程逆向進(jìn)行，使系統(tǒng)和環(huán)境都恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。例如理想氣體的等溫過(guò)程。不可逆過(guò)程是指系統(tǒng)變化后，無(wú)法沿著原來(lái)變化的過(guò)程逆向進(jìn)行，使系統(tǒng)和環(huán)境都恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。例如氣體的自由膨脹。25.