2025年高中物理熱學理論競賽試題及答案考試時長：120分鐘滿分：100分班級：__________姓名：__________學號：__________得分：__________試卷名稱：2025年高中物理熱學理論競賽試題及答案考核對象：高中物理競賽學生題型分值分布：-判斷題（總共10題，每題2分）總分20分-單選題（總共10題，每題2分）總分20分-多選題（總共10題，每題2分）總分20分-案例分析（總共3題，每題6分）總分18分-論述題（總共2題，每題11分）總分22分總分：100分---一、判斷題（每題2分，共20分）1.熱力學第二定律的克勞修斯表述和開爾文表述是等價的。2.理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，與體積無關(guān)。3.熱機的效率越高，其工作物質(zhì)循環(huán)過程越接近可逆過程。4.絕熱過程中系統(tǒng)的熵不變。5.氣體的壓強是由氣體分子對器壁的持續(xù)碰撞產(chǎn)生的。6.氣體分子的平均速率與溫度成正比。7.熱力學第一定律的數(shù)學表達式為ΔU=Q+W。8.等溫過程中理想氣體的內(nèi)能變化量為零。9.液體的表面張力是由于液體表面分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離造成的。10.熱傳遞的三種方式中，傳導(dǎo)效率最高的是氣體。二、單選題（每題2分，共20分）1.一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A（壓強P?，體積V?）等溫變化到狀態(tài)B（壓強P?，體積V?），若P?>P?，則（）A.氣體對外做功，內(nèi)能增加B.氣體對外做功，內(nèi)能減少C.外界對氣體做功，內(nèi)能增加D.外界對氣體做功，內(nèi)能減少2.下列哪個過程是可逆過程？（）A.熱傳導(dǎo)B.氣體自由膨脹C.氣體準靜態(tài)等溫壓縮D.氣體準靜態(tài)絕熱膨脹3.理想氣體經(jīng)歷等壓膨脹過程，其內(nèi)能變化與外界做功的關(guān)系是（）A.ΔU>0，W>0B.ΔU<0，W<0C.ΔU=0，W=0D.ΔU=0，W>04.熱力學溫標與攝氏溫標的關(guān)系為T=t+273.15，則溫度升高1K對應(yīng)的攝氏溫度變化為（）A.1℃B.274.15℃C.0℃D.無法確定5.一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)1（P?，V?，T?）變化到狀態(tài)2（P?，V?，T?），若ΔU>0，則以下哪個條件一定成立？（）A.P?V?>P?V?B.T?>T?C.Q>0D.W<06.熱機的效率公式為η=1-Q?/Q?，其中Q?表示（）A.系統(tǒng)吸收的熱量B.系統(tǒng)放出的熱量C.系統(tǒng)對外做的功D.系統(tǒng)內(nèi)能的增加量7.氣體分子的平均自由程λ與壓強P的關(guān)系是（）A.λ∝PB.λ∝1/PC.λ∝P2D.λ∝1/P28.等溫壓縮理想氣體，外界對氣體做功W，則氣體的（）A.內(nèi)能增加B.內(nèi)能減少C.熵增加D.熵減少9.下列哪個物理量與氣體分子的速率分布無關(guān)？（）A.平均速率B.方均根速率C.最概然速率D.熵10.熱力學第二定律的統(tǒng)計意義是（）A.孤立系統(tǒng)的熵永不減少B.系統(tǒng)的能量守恒C.熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體D.系統(tǒng)的壓強永不變化三、多選題（每題2分，共20分）1.理想氣體狀態(tài)方程為PV=nRT，其中R的物理意義包括（）A.摩爾氣體常數(shù)B.系統(tǒng)的熵C.系統(tǒng)的內(nèi)能D.單位物質(zhì)的量的氣體在標準狀態(tài)下的壓強2.熱力學第一定律適用于（）A.可逆過程B.不可逆過程C.靜態(tài)過程D.動態(tài)過程3.氣體分子的平均動能與以下哪些因素有關(guān)？（）A.溫度B.壓強C.分子數(shù)D.分子質(zhì)量4.等壓過程中，理想氣體的（）A.壓強不變B.體積與溫度成正比C.內(nèi)能變化量等于吸收的熱量D.熵增加5.熱機的工作循環(huán)包括（）A.等溫過程B.等壓過程C.絕熱過程D.等體過程6.液體的表面張力現(xiàn)象包括（）A.液滴呈球形B.毛細現(xiàn)象C.液體表面分子的動能增加D.液體表面分子間引力增強7.熵增加原理適用于（）A.孤立系統(tǒng)B.封閉系統(tǒng)C.開放系統(tǒng)D.靜態(tài)系統(tǒng)8.理想氣體自由膨脹過程的特點包括（）A.系統(tǒng)對外不做功B.系統(tǒng)內(nèi)能不變C.系統(tǒng)熵增加D.系統(tǒng)溫度降低9.熱力學第二定律的數(shù)學表達式為（）A.ΔS≥0（孤立系統(tǒng)）B.Q=ΔU-WC.η=1-Q?/Q?D.PV=nRT10.氣體分子的速率分布規(guī)律包括（）A.麥克斯韋分布B.玻爾茲曼分布C.能量按自由度均分定理D.熱力學第三定律四、案例分析（每題6分，共18分）1.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷一個準靜態(tài)的等溫壓縮過程，初始狀態(tài)為（P?=1.0×10?Pa，V?=2.0×10?3m3），末狀態(tài)為（V?=1.0×10?3m3）。若氣體溫度T=300K，求：（1）氣體對外做的功；（2）氣體的內(nèi)能變化量；（3）氣體吸收或放出的熱量。2.一個可逆熱機工作在高溫熱源T?=500K和低溫熱源T?=300K之間，每次循環(huán)從高溫熱源吸收熱量Q?=1000J，求：（1）熱機的最大效率；（2）每次循環(huán)對外做的功；（3）向低溫熱源放出的熱量。3.一個容器內(nèi)裝有某種理想氣體，初始壓強P?=1.0×10?Pa，體積V?=1.0×10?3m3，溫度T?=300K。若氣體經(jīng)歷一個等壓膨脹過程，末狀態(tài)體積V?=2.0×10?3m3，求：（1）氣體膨脹后的溫度；（2）氣體對外做的功；（3）氣體的內(nèi)能變化量。五、論述題（每題11分，共22分）1.論述熱力學第二定律的兩種表述及其等效性，并說明其在實際生活中的應(yīng)用。2.解釋理想氣體狀態(tài)方程的物理意義，并說明其在熱力學中的重要性。---標準答案及解析一、判斷題1.√；克勞修斯表述和開爾文表述是等價的，均描述了熱傳遞的方向性。2.√；理想氣體內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，與體積無關(guān)。3.√；可逆過程越接近，效率越高。4.×；絕熱過程熵不變的是可逆絕熱過程，不可逆絕熱過程熵增加。5.√；氣體壓強由分子碰撞產(chǎn)生。6.√；平均速率v∝√T。7.√；熱力學第一定律表達式。8.√；等溫過程ΔU=0。9.√；表面張力源于表面分子間引力。10.×；傳導(dǎo)效率最高的是固體。二、單選題1.B；等溫壓縮，外界對氣體做功，內(nèi)能不變。2.C；準靜態(tài)過程可逆。3.A；等壓膨脹，溫度升高，ΔU>0，W>0。4.A；溫度變化量相同。5.B；ΔU>0說明溫度升高。6.A；Q?表示吸收的熱量。7.B；λ∝1/P。8.B；等溫壓縮，ΔU=0，外界做功。9.D；熵與速率分布無關(guān)。10.A；孤立系統(tǒng)熵永不減少。三、多選題1.A，D；R為摩爾氣體常數(shù)，標準狀態(tài)下壓強為1atm。2.A，B，C，D；適用于所有過程。3.A，D；平均動能與溫度和分子質(zhì)量有關(guān)。4.A，B，D；等壓過程壓強不變，V∝T，熵增加。5.A，C；熱機循環(huán)包括等溫、絕熱過程。6.A，B，D；表面張力導(dǎo)致液滴球形、毛細現(xiàn)象、表面分子引力增強。7.A；熵增加原理適用于孤立系統(tǒng)。8.A，B，C；自由膨脹不做功、內(nèi)能不變、熵增加。9.A，C；ΔS≥0，η=1-Q?/Q?。10.A，C；麥克斯韋分布、能量按自由度均分定理。四、案例分析1.（1）W=-nRTln(V?/V?)=-1.0×10?×2.0×10?3×ln(1.0/2.0)=1.386×10?J；（2）ΔU=0；（3）Q=W=1.386×10?J（放熱）。2.（1）η=1-T?/T?=1-300/500=40%；（2）W=ηQ?=0.4×1000=400J；（3）Q?=Q?-W=1000-400=600J。3.（1）T?=T?(V?/V?)=300×(2.0/1.0)=600K；（2）W=nR(T?-T?)=1.0×8.31×(600-300)=2493J；（3）ΔU=nCv(T?-T?)=1.0×12.58×