2025學(xué)年高中物理必修86模塊測試卷：熱力學(xué)與熱輻射綜合試題考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（本大題共15小題，每小題4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.小明同學(xué)在課堂上做熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)氣體的體積不變，但溫度升高了，這是因?yàn)椋ǎ〢.氣體對(duì)外界做了功B.外界對(duì)氣體做了功C.氣體的內(nèi)能增加了D.氣體的內(nèi)能減少了2.關(guān)于熱機(jī)的效率，下列說法正確的是（）A.熱機(jī)效率可以超過100%B.熱機(jī)效率越高，每次做功消耗的燃料就越多C.熱機(jī)效率越高，說明它將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的本領(lǐng)越強(qiáng)D.熱機(jī)工作時(shí)，不可能不向外界散熱3.某物體吸收了一部分熱量，但溫度卻保持不變，這可能是由于（）A.物體處于熔化或沸騰狀態(tài)B.物體的比熱容很小C.物體周圍的溫度很低D.物體沒有發(fā)生物態(tài)變化4.關(guān)于黑體輻射，下列說法正確的是（）A.黑體輻射的強(qiáng)度只與溫度有關(guān)B.黑體輻射的強(qiáng)度與溫度無關(guān)C.黑體輻射只能向外輻射熱量，不能吸收熱量D.黑體輻射只發(fā)生在高溫物體上5.下列現(xiàn)象中，能說明分子間存在引力的是（）A.水往低處流B.磁鐵能吸引鐵釘C.氣體可以被壓縮D.水結(jié)冰時(shí)體積膨脹6.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.熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體C.熱機(jī)不可能將熱量全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能D.熱力學(xué)第二定律是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律，沒有理論依據(jù)7.某理想氣體經(jīng)歷了一個(gè)等溫過程，下列說法正確的是（）A.氣體的內(nèi)能增加了B.氣體的內(nèi)能減少了C.氣體的內(nèi)能不變D.氣體的壓強(qiáng)增加了8.關(guān)于熱輻射，下列說法正確的是（）A.熱輻射是一種電磁波現(xiàn)象B.熱輻射只能發(fā)生在高溫物體上C.熱輻射的強(qiáng)度與溫度無關(guān)D.熱輻射的波長越短，其能量越大9.某物體溫度升高了，以下說法正確的是（）A.物體內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增加了B.物體內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能減少了C.物體的內(nèi)能一定增加了D.物體的內(nèi)能一定減少了10.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.熵是描述系統(tǒng)有序程度的物理量C.熵總是隨著時(shí)間增加而增加D.熵總是隨著時(shí)間減少而減少11.某熱機(jī)的效率為50%，它每燃燒1焦耳的燃料，能對(duì)外做功（）A.0.5焦耳B.1焦耳C.2焦耳D.0焦耳12.關(guān)于黑體輻射定律，下列說法正確的是（）A.斯蒂芬-玻爾茲曼定律描述了黑體輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系B.維恩定律描述了黑體輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系C.黑體輻射定律只適用于理想黑體D.黑體輻射定律只適用于低溫物體13.某氣體經(jīng)歷了一個(gè)等壓過程，體積增大了，下列說法正確的是（）A.氣體的溫度升高了B.氣體的溫度降低了C.氣體的內(nèi)能增加了D.氣體的內(nèi)能減少了14.關(guān)于熱力學(xué)第一定律，下列說法正確的是（）A.熱量可以憑空產(chǎn)生B.熱量可以憑空消失C.能量守恒定律是熱力學(xué)第一定律的另一種表述D.熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律無關(guān)15.某物體從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，以下說法正確的是（）A.物體的內(nèi)能增加了B.物體的內(nèi)能減少了C.物體的溫度升高了D.物體的溫度降低了二、填空題（本大題共5小題，每小題4分，共20分。將答案寫在答題卡上對(duì)應(yīng)題號(hào)后橫線上。）1.某理想氣體經(jīng)歷了一個(gè)等溫壓縮過程，氣體的壓強(qiáng)增加了，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，氣體的體積將__________（填“增大”、“減小”或“不變”）。在這個(gè)過程中，氣體的內(nèi)能__________（填“增加”、“減少”或“不變”）。2.黑體的溫度從T1升高到T2，其輻射的總能量將__________（填“增加”、“減少”或“不變”）。根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律，輻射的總能量與溫度的四次方成正比，因此T2是T1的__________倍時(shí)，輻射的總能量會(huì)增加16倍。3.某熱機(jī)效率為30%，它每燃燒1千焦耳的燃料，能對(duì)外做功__________千焦耳。如果它每次循環(huán)從高溫?zé)嵩次?000焦耳的熱量，那么它每次循環(huán)向低溫?zé)嵩捶艧醎_________焦耳。4.分子熱運(yùn)動(dòng)理論認(rèn)為，溫度是物體內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的__________的宏觀表現(xiàn)。當(dāng)物體的溫度升高時(shí)，物體內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能將__________（填“增加”、“減少”或“不變”）。5.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：熱量不能__________地從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化。這個(gè)定律揭示了自然界中過程進(jìn)行的__________（填“方向性”或“無方向性”）。三、簡答題（本大題共3小題，每小題6分，共18分。）1.簡述熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容，并用公式表示。2.解釋什么是黑體，并說明黑體輻射的特點(diǎn)。3.為什么說熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律？四、計(jì)算題（本大題共2小題，每小題10分，共20分。）1.一個(gè)理想氣體經(jīng)歷了一個(gè)等溫膨脹過程，氣體的壓強(qiáng)從1.0×105帕降到了0.5×105帕，體積從10升增加到了20升。求在這個(gè)過程中，氣體對(duì)外界做了多少功？（假設(shè)氣體是單原子分子，摩爾氣體常量R=8.31焦耳/摩爾·開）2.一個(gè)熱機(jī)效率為40%，它每次循環(huán)從高溫?zé)嵩次?00焦耳的熱量。求它每次循環(huán)能對(duì)外做多少功？如果它每次循環(huán)向低溫?zé)嵩捶艧?00焦耳，那么高溫?zé)嵩吹臏囟仁嵌嗌?？（假設(shè)熱量傳遞是可逆的）三、簡答題（本大題共3小題，每小題6分，共18分。）1.簡述熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容，并用公式表示。熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容啊，其實(shí)挺有意思的，它就像是能量守恒定律在熱力學(xué)里的具體表現(xiàn)。簡單來說，就是能量不能被憑空創(chuàng)造，也不能被憑空消滅，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而且在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。在熱力學(xué)系統(tǒng)中，這個(gè)定律通常用來描述熱、功和內(nèi)能之間的關(guān)系。具體來說，就是系統(tǒng)吸收的熱量，一部分用來增加系統(tǒng)的內(nèi)能，另一部分則用來對(duì)外做功。用公式表示的話，就是ΔU=Q-W，這里ΔU代表系統(tǒng)內(nèi)能的增加量，Q代表系統(tǒng)吸收的熱量，W代表系統(tǒng)對(duì)外界做的功。如果系統(tǒng)對(duì)外界做了功，那么W就是正值；如果外界對(duì)系統(tǒng)做了功，那么W就是負(fù)值。這個(gè)公式告訴我們，系統(tǒng)的內(nèi)能增加，要么是因?yàn)槲樟藷崃?，要么是因?yàn)橥饨鐚?duì)它做了功；而系統(tǒng)的內(nèi)能減少，要么是因?yàn)榉懦隽藷崃浚词且驗(yàn)樗鼘?duì)外界做了功。這個(gè)定律啊，其實(shí)揭示了能量轉(zhuǎn)化和守恒的普遍規(guī)律，在熱力學(xué)中有著非常重要的地位。2.解釋什么是黑體，并說明黑體輻射的特點(diǎn)。嗯，黑體啊，這個(gè)概念在熱輻射中可是核心角色。想象一下，有一個(gè)特別神奇的物體，它能夠完全吸收所有射向它的電磁輻射，不管是什么波長的光，它都能全部吸收，一點(diǎn)也不會(huì)反射或者透射。而且啊，這個(gè)物體還特別會(huì)輻射熱量，它輻射的電磁波強(qiáng)度只跟它的溫度有關(guān)，跟它的表面情況或者其他任何性質(zhì)都無關(guān)。這個(gè)神奇的物體，就是黑體。在現(xiàn)實(shí)中，我們當(dāng)然找不到完美的黑體，但是我們可以用一些近似的方法來模擬它。比如，在一個(gè)不透明的空心容器上開一個(gè)小孔，這個(gè)小孔就可以看作是一個(gè)近似黑體的輻射源。因?yàn)樯淙胄】椎墓饩€會(huì)在容器內(nèi)壁不斷反射，最終幾乎全部被吸收，而從小孔輻射出的電磁波，就非常接近黑體輻射了。黑體輻射的特點(diǎn)啊，主要有兩個(gè)。第一個(gè)特點(diǎn)，就是黑體輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，而且溫度越高，輻射的強(qiáng)度越大。這個(gè)關(guān)系啊，可以用斯蒂芬-玻爾茲曼定律來描述，它告訴我們，黑體輻射的總能量與其絕對(duì)溫度的四次方成正比。第二個(gè)特點(diǎn)，就是黑體輻射的能量分布與溫度有關(guān)，而且溫度越高，輻射的峰值波長越短。這個(gè)關(guān)系啊，可以用維恩定律來描述，它告訴我們，黑體輻射的峰值波長與絕對(duì)溫度成反比。這兩個(gè)定律啊，對(duì)于理解熱輻射現(xiàn)象至關(guān)重要，而且在現(xiàn)代物理學(xué)中也有廣泛的應(yīng)用。3.為什么說熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律？熱力學(xué)第二定律啊，這個(gè)定律可是揭示了自然界中過程進(jìn)行的方向性的重要規(guī)律。它有幾種不同的表述方式，比如克勞修斯表述，就是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體；開爾文表述，就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。那么，為什么說熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律呢？這是因?yàn)?，這個(gè)定律的本質(zhì)是關(guān)于大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。讓我們以氣體擴(kuò)散為例來說明吧。想象一下，有一堵隔板將一個(gè)容器分成兩個(gè)部分，一部分充滿氣體，另一部分真空。當(dāng)隔板被抽掉后，氣體會(huì)自發(fā)地從有氣體的一部分?jǐn)U散到真空的一部分，最終均勻分布在整個(gè)容器中。這個(gè)過程，就是氣體擴(kuò)散。在擴(kuò)散之前，氣體分子主要集中在容器的一側(cè)，但是呢，這并不意味著所有分子都集中在那一側(cè)。實(shí)際上，總有一些分子會(huì)隨機(jī)地運(yùn)動(dòng)到另一側(cè)去。但是，由于分子數(shù)量極其龐大，比如一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的氣體，每立方厘米就有大約3×1019個(gè)分子，所以，分子自發(fā)地全部回到原來一側(cè)的概率，簡直是微乎其微，小到可以忽略不計(jì)。這就是氣體擴(kuò)散的自發(fā)方向性。熱力學(xué)第二定律的其他現(xiàn)象，比如熱傳導(dǎo)、熱機(jī)循環(huán)等等，都可以用類似的統(tǒng)計(jì)方法來解釋。因此，可以說，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，它描述了大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的宏觀規(guī)律性。這個(gè)定律啊，揭示了自然界中過程進(jìn)行的方向性，對(duì)于理解自然現(xiàn)象有著非常重要的意義。四、計(jì)算題（本大題共2小題，每小題10分，共20分。）1.一個(gè)理想氣體經(jīng)歷了一個(gè)等溫膨脹過程，氣體的壓強(qiáng)從1.0×105帕降到了0.5×105帕，體積從10升增加到了20升。求在這個(gè)過程中，氣體對(duì)外界做了多少功？（假設(shè)氣體是單原子分子，摩爾氣體常量R=8.31焦耳/摩爾·開）這個(gè)問題啊，我們可以利用理想氣體狀態(tài)方程和等溫過程的特點(diǎn)來解答。首先，我們知道，在等溫過程中，氣體的溫度保持不變，所以根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，氣體的壓強(qiáng)和體積的乘積是一個(gè)常數(shù)。也就是說，P1V1=P2V2。在這個(gè)問題中，我們已經(jīng)知道了初始狀態(tài)的壓強(qiáng)P1=1.0×105帕，體積V1=10升，以及末狀態(tài)的體積V2=20升。所以，我們可以先求出末狀態(tài)的壓強(qiáng)P2。根據(jù)P1V1=P2V2，我們可以得到P2=P1V1/V2=1.0×105帕×10升/20升=0.5×105帕。這個(gè)結(jié)果啊，跟題目中給出的末狀態(tài)壓強(qiáng)一致，說明我們的計(jì)算是正確的。接下來，我們需要計(jì)算氣體在這個(gè)過程中對(duì)外界做的功。在等溫過程中，氣體對(duì)外界做的功可以用公式W=nRTln(V2/V1)來計(jì)算。但是，我們還沒有知道氣體的物質(zhì)的量n，所以我們需要先利用理想氣體狀態(tài)方程來求出n。根據(jù)PV=nRT，我們可以得到n=PV/RT。在初始狀態(tài)，氣體的溫度T可以用T1=P1V1/RT來表示。將n代入W的公式中，我們可以得到W=PV1ln(V2/V1)。將題目中給出的數(shù)值代入，我們可以得到W=1.0×105帕×10升×ln(20升/10升)=8.31焦耳/摩爾·開×T1×ln(2)。這里，T1是氣體的絕對(duì)溫度，我們需要將其轉(zhuǎn)換為開爾文。由于氣體是單原子分子，其摩爾定容熱容Cv=3/2R，摩爾定壓熱容Cp=5/2R。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，我們可以得到T1=P1V1/RT=(1.0×105帕×10升)/(8.31焦耳/摩爾·開×T1)，解得T1=249.8開。將T1代入W的公式中，我們可以得到W=8.31焦耳/摩爾·開×249.8開×ln(2)=1749.6焦耳。所以，在這個(gè)過程中，氣體對(duì)外界做了約1749.6焦耳的功。2.一個(gè)熱機(jī)效率為40%，它每次循環(huán)從高溫?zé)嵩次?00焦耳的熱量。求它每次循環(huán)能對(duì)外做多少功？如果它每次循環(huán)向低溫?zé)嵩捶艧?00焦耳，那么高溫?zé)嵩吹臏囟仁嵌嗌?？（假設(shè)熱量傳遞是可逆的）這個(gè)問題啊，我們可以利用熱機(jī)效率和熱力學(xué)第一定律來解答。首先，我們知道，熱機(jī)效率η定義為η=W/QH，其中W是熱機(jī)每次循環(huán)對(duì)外做的功，QH是熱機(jī)每次循環(huán)從高溫?zé)嵩次盏臒崃?。在這個(gè)問題中，我們已經(jīng)知道了熱機(jī)效率η=40%，也就是0.4，以及熱機(jī)每次循環(huán)從高溫?zé)嵩次盏臒崃縌H=500焦耳。所以，我們可以先求出熱機(jī)每次循環(huán)對(duì)外做的功W。根據(jù)η=W/QH，我們可以得到W=ηQH=0.4×500焦耳=200焦耳。所以，熱機(jī)每次循環(huán)能對(duì)外做200焦耳的功。接下來，我們需要求出高溫?zé)嵩吹臏囟取８鶕?jù)熱力學(xué)第一定律，熱機(jī)每次循環(huán)從高溫?zé)嵩次盏臒崃縌H，等于它對(duì)外界做的功W，加上它向低溫?zé)嵩捶艧岬臒崃縌C。即QH=W+QC。在這個(gè)問題中，我們已經(jīng)知道了QH=500焦耳，W=200焦耳，以及QC=300焦耳。將這些數(shù)值代入公式，我們可以得到500焦耳=200焦耳+300焦耳，這個(gè)等式是成立的，說明我們的計(jì)算是正確的。對(duì)于可逆熱機(jī)，我們可以利用卡諾定理來求出高溫?zé)嵩吹臏囟?。卡諾定理告訴我們，可逆熱機(jī)的效率只能達(dá)到其所能工作的兩個(gè)熱源之間的溫度差的極限。即η=1-Tc/Th，其中Tc是低溫?zé)嵩吹慕^對(duì)溫度，Th是高溫?zé)嵩吹慕^對(duì)溫度。在這個(gè)問題中，我們已經(jīng)知道了η=0.4，以及QC/QH=Tc/Th。由于QC=300焦耳，QH=500焦耳，所以Tc/Th=300焦耳/500焦耳=0.6。將這個(gè)結(jié)果代入卡諾定理的公式，我們可以得到0.4=1-0.6，這個(gè)等式也是成立的，說明我們的計(jì)算是正確的。現(xiàn)在，我們可以解出高溫?zé)嵩吹臏囟萒h。根據(jù)Tc/Th=0.6，我們可以得到Th=Tc/0.6。由于Tc=300開，所以Th=300開/0.6=500開。所以，高溫?zé)嵩吹臏囟仁?00開。本次試卷答案如下一、選擇題（本大題共15小題，每小題4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.C解析：體積不變，說明氣體沒有對(duì)外做功，也沒有外界對(duì)氣體做功。根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q-W，由于W=0，所以ΔU=Q。溫度升高，說明氣體的內(nèi)能增加了。因此，氣體一定是吸收了熱量。2.C解析：熱機(jī)效率η定義為η=W/QH，其中W是熱機(jī)每次循環(huán)對(duì)外做的功，QH是熱機(jī)每次循環(huán)從高溫?zé)嵩次盏臒崃?。效率越高，說明在吸收相同熱量QH的情況下，熱機(jī)對(duì)外做的功W越多。這并不意味著每次做功消耗的燃料就越多，而是意味著將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的本領(lǐng)越強(qiáng)。熱機(jī)工作時(shí)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q-W，以及能量守恒，不可能不向外界散熱，即QC=QH-W>0。3.A解析：物體吸收熱量但溫度保持不變，說明物體處于熔化或沸騰狀態(tài)。在熔化過程中，物體吸收熱量用于克服分子間作用力，改變物態(tài)，而分子平均動(dòng)能不變，所以溫度不變。在沸騰過程中，物體吸收熱量用于汽化，同樣分子平均動(dòng)能不變，所以溫度也不變。比熱容是物質(zhì)的一種屬性，與溫度變化無關(guān)。周圍溫度低，并不能阻止物體吸熱或保持溫度不變。沒有發(fā)生物態(tài)變化，物體吸收熱量后溫度也會(huì)升高。4.A解析：黑體是能完全吸收所有射向它的電磁輻射的理想化物體。黑體輻射的強(qiáng)度只與黑體的溫度有關(guān)，與黑體的材料、表面情況等無關(guān)。黑體也能吸收射向它的電磁輻射。黑體輻射發(fā)生在任何溫度的物體上，只是溫度越高，輻射越強(qiáng)，波長越短。5.D解析：水往低處流是重力作用的結(jié)果。磁鐵吸引鐵釘是磁場作用的結(jié)果。氣體可以被壓縮，說明分子間有間隙，體現(xiàn)了分子間存在排斥力。水結(jié)冰時(shí)體積膨脹，說明分子間存在引力。固體和液體難以被壓縮，說明分子間存在強(qiáng)大的斥力。6.C解析：根據(jù)熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體。根據(jù)熱力學(xué)第二定律的開爾文表述，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。熱力學(xué)第二定律是建立在大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上的經(jīng)驗(yàn)定律。7.C解析：理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，與壓強(qiáng)和體積無關(guān)。等溫過程就是溫度不變的過程，所以氣體的內(nèi)能不變。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，溫度不變，壓強(qiáng)增大，體積必然減小。8.A解析：熱輻射是一種電磁波現(xiàn)象，本質(zhì)是物體由于具有溫度而輻射電磁波。任何物體都能進(jìn)行熱輻射，溫度越高，輻射越強(qiáng)。熱輻射的強(qiáng)度與溫度的四次方成正比。熱輻射的波長范圍很廣，包括紅外線、可見光、紫外線等。9.A解析：溫度是物體內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的宏觀表現(xiàn)。溫度升高，說明物體內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增加了。溫度升高，分子平均動(dòng)能增加，但分子勢能可能變化，所以內(nèi)能不一定增加。10.A解析：熵是描述系統(tǒng)混亂程度的物理量。溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，系統(tǒng)越混亂，熵越大。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵總是隨著時(shí)間增加而增加，或者說熵有增加的趨勢。11.A解析：熱機(jī)效率η定義為η=W/QH。η=50%，QH=1焦耳，所以W=ηQH=0.5×1焦耳=0.5焦耳。12.A解析：斯蒂芬-玻爾茲曼定律描述了黑體輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系，即黑體輻射的總功率與其絕對(duì)溫度的四次方成正比。維恩定律描述了黑體輻射強(qiáng)度在某一波長處的峰值與溫度的關(guān)系，即峰值波長與絕對(duì)溫度成反比。黑體輻射定律適用于任何黑體，不僅限于理想黑體。黑體輻射定律適用于所有溫度的物體，不只是低溫物體。13.A解析：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，溫度T=PV/nR。等壓過程，壓強(qiáng)P不變，體積V增大，所以溫度T必然升高。等壓過程，外界對(duì)氣體做功W=P(V2-V1)>0，氣體吸收熱量Q>0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q-W，內(nèi)能增加。14.C解析：根據(jù)能量守恒定律，能量不能被憑空創(chuàng)造，也不能被憑空消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。熱力學(xué)第一定律就是能量守恒定律在熱力學(xué)中的具體表現(xiàn)形式，它表達(dá)了熱、功和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化和守恒關(guān)系。15.A解析：物體從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，需要吸收熱量（熔化熱），用于克服分子間作用力，改變物態(tài)，分子平均動(dòng)能不變，但分子勢能增加，所以內(nèi)能增加。溫度在熔化過程中保持不變。二、填空題（本大題共5小題，每小題4分，共20分。將答案寫在答題卡上對(duì)應(yīng)題號(hào)后橫線上。）1.減小；不變解析：等溫過程，溫度不變，內(nèi)能不變。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，溫度T不變，壓強(qiáng)P增大，體積V必然減小。氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，溫度不變，內(nèi)能不變。2.增加；2解析：黑體輻射的總能量與其絕對(duì)溫度的四次方成正比。溫度從T1升高到T2，輻射的總能量增加為原來的(T2/T1)?倍。要使輻射的總能量增加16倍，即增加為原來的16倍，需要T2/T1=2，即T2是T1的2倍。3.0.3；2000解析：熱機(jī)效率η=40%，QH=1000焦耳，所以W=ηQH=0.4×1000焦耳=400焦耳。根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q-W，QH=W+QC，所以QC=QH-W=1000焦耳-400焦耳=600焦耳。注意題目問的是向低溫?zé)嵩捶艧岬臒崃縌C，而不是吸收的熱量。4.平均動(dòng)能；增加解析：溫度是物體內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的宏觀表現(xiàn)。溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)更劇烈，分子平均動(dòng)能增加。5.自發(fā)；方向性解析：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化。這個(gè)定律揭示了自然界中過程進(jìn)行的方向性，比如熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，而不會(huì)自發(fā)地反向進(jìn)行。三、簡答題（本大題共3小題，每小題6分，共18分。）1.熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容是：能量既不能被憑空創(chuàng)造，也不能被憑空消滅，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而且在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。在熱力學(xué)系統(tǒng)中，這個(gè)定律通常用來描述熱、功和內(nèi)能之間的關(guān)系。具體來說，就是系統(tǒng)吸收的熱量，一部分用來增加系統(tǒng)的內(nèi)能，另一部分則用來對(duì)外做功。用公式表示的話，就是ΔU=Q-W。這里ΔU代表系統(tǒng)內(nèi)能的增加量，Q代表系統(tǒng)吸收的熱量（吸熱為正，放熱為負(fù)），W代表系統(tǒng)對(duì)外界做的功（做功為正，外界對(duì)系統(tǒng)做功為負(fù)）。這個(gè)公式告訴我們，系統(tǒng)的內(nèi)能增加，要么是因?yàn)槲樟藷崃浚≦>0），要么是因?yàn)橥饨鐚?duì)它做了功（W<0）；而系統(tǒng)的內(nèi)能減少，要么是因?yàn)榉懦隽藷崃浚≦<0），要么是因?yàn)樗鼘?duì)外界做了功（W>0）。這個(gè)定律揭示了能量轉(zhuǎn)化和守恒的普遍規(guī)律，在熱力學(xué)中有著非常重要的地位。2.黑體是能完全吸收所有射向它的電磁輻射的理想化物體。在現(xiàn)實(shí)中，我們當(dāng)然找不到完美的黑體，但是我們可以用一些近似的方法來模擬它。比如，在一個(gè)不透明的空心容器上開一個(gè)小孔，這個(gè)小孔就可以看作是一個(gè)近似黑體的輻射源。因?yàn)樯淙胄】椎墓饩€會(huì)在容器內(nèi)壁不斷反射，最終幾乎全部被吸收，而從小孔輻射出的電磁波，就非常接近黑體輻射了。黑體輻射的特點(diǎn)主要有兩個(gè)。第一個(gè)特點(diǎn)，就是黑體輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，而且溫度越高，輻射的強(qiáng)度越大。這個(gè)關(guān)系啊，可以用斯蒂芬-玻爾茲曼定律來描述，它告訴我們，黑體輻射的總能量與其絕對(duì)溫度的四次方成正比。第二個(gè)特點(diǎn)，就是黑體輻射的能量分布與溫度有關(guān)，而且溫度越高，輻射的峰值波長越短。這個(gè)關(guān)系啊，可以用維恩定律來描述，它告訴我們，黑體輻射的峰值波長與絕對(duì)溫度成反比。這兩個(gè)定律啊，對(duì)于理解熱輻射現(xiàn)象至關(guān)重要，而且在現(xiàn)代物理學(xué)中也有廣泛的應(yīng)用。3.熱力學(xué)第二定律啊，這個(gè)定律可是揭示了自然界中過程進(jìn)行的方向性的重要規(guī)律。它有幾種不同的表述方式，比如克勞修斯表述，就是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體；開爾文表述，就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。那么，為什么說熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律呢？這是因?yàn)椋@個(gè)定律的本質(zhì)是關(guān)于大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。讓我們以氣體擴(kuò)散為例來說明吧。想象一下，有一堵隔板將一個(gè)容器分成兩個(gè)部分，一部分充滿氣體，另一部分真空。當(dāng)隔板被抽掉后，氣體會(huì)自發(fā)地從有氣體的一部分?jǐn)U散到真空的一部分，最終均勻分布在整個(gè)容器中。這個(gè)過程，就是氣體擴(kuò)散。在擴(kuò)散之前，氣體分子主要集中在容器的一側(cè)，但是呢，這并不意味著所有分子都集中在那一側(cè)。實(shí)際上，總有一些分子會(huì)隨機(jī)地運(yùn)動(dòng)到另一側(cè)去。但是，由于分子數(shù)量極其龐大，比如一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的氣體，每立方厘米就有大約3×1019個(gè)分子，所以，分子自發(fā)地全部回到原來一側(cè)的概率，簡直是微乎其微，小到可以忽略不計(jì)。這就是氣體擴(kuò)散的自發(fā)方向性。熱力學(xué)第二定律的其他現(xiàn)象，比如熱傳導(dǎo)、熱機(jī)循環(huán)等等，都可以用類似的統(tǒng)計(jì)方法來解釋。因此，可以說，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，它描述了大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的宏觀規(guī)律性。這個(gè)定律啊，揭示了自然界中過程進(jìn)行的方向性，對(duì)于理解自然現(xiàn)象有著非常重要的意義。四、計(jì)算題（本大題共2小題，每小題10分，共20分。）1.這個(gè)問題啊，我們可以利用理想氣體狀態(tài)方程和等溫過程的特點(diǎn)來解答。首先，我們知道，在等溫過程中，氣體的溫度保持不變，所以根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，氣體的壓強(qiáng)和體積的乘積是一個(gè)常數(shù)。也就是說，P1V1=P2V2。在這個(gè)問題中，我們已經(jīng)知道了初始狀態(tài)的壓強(qiáng)P1=1.0×105帕，體積V1=10升，以及末狀態(tài)的體積V2=20升。所以，我們可以先求出末狀態(tài)的壓強(qiáng)P2。根據(jù)P1V1=P2V2，我們可以得到P2=P1V1/V2=1.0×105帕×10升/20升=0.5×105帕。這個(gè)結(jié)果啊，跟題目中給出的末狀態(tài)壓強(qiáng)一致，說明我們的計(jì)算是正確的。接下來，我們需要計(jì)算氣體在這個(gè)過程中對(duì)外界做的功。在等溫過程中，氣體對(duì)外界做的功可以用公式W=nRTln(V2/V1)來計(jì)算。但是，我們還沒有知道氣體的物質(zhì)的量n，所以我們需要先利用理想氣體狀態(tài)方程來求出n。根據(jù)PV=nRT，我們可以得到n=PV/RT。在初始狀態(tài)，氣體的溫度T可以用T1=P1V1/RT來表示。將n代入W的公式中，我們可以得到W=PV1ln(V2/V1)。將題目中給出的數(shù)值代入，我們可以得到W=1.0×105帕×10升×ln(20升/