第3章 1. 功、热和内能的改变-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步练习（人教版2019）

第三册 （人教版）高中物理选择性必修 1.功、 热和内能的改变 基础练习 1. D 【解析】 温度是分子的平均动能的标志， 一定 质量的水凝结成同温度的冰温度不变， 则分子的平均动 能不变； 体积变大， 放出热量， 内能变小， 则分子势能 减小。 2. B 【解析】 气体的体积是气体分子所能充满的整 个空间， 气体的内能是分子热运动的动能和分子间的势 能之和； 理想气体没有分子势能， 实际气体要考虑分子 第三章 热力学定律 p 2 V 2 ， 整理解得 p 2 = 18 17 p 0 。 （ 2 ） 设添加沙子的质量为 m ， 对右侧活塞受力分析 可知 mg+p 0 · 2S=p 2 · 2S ， 整理解得 m= 2p 0 S 17g 。 对左侧活塞 受力分析可知 p 0 S+k· 1 2 H=p 2 S， 整理解得 k= 2p 0 S 17H 。 4. （ 1 ） 4 3 T 0 （ 2 ） 9 4 p 0 【解析】 （ 1 ） 在升温过程 中， B 汽缸中活塞缓慢下移， 最终到达汽缸底部， 此过 程为等压变化， 各部分气体的压强始终等于 p 0 。 对于第 Ⅳ 部分气体， 升温前压强为 p 0 ， 体积为 V 0 - 1 4 V 0 = 3 4 V 0 。 升温之后的体积为 V 0 ， 设活塞刚到达汽缸底部时的温度 为 T 1 ， 由盖 - 吕萨克定律 V T =C 可得 T 0 3 4 V 0 = T 1 V 0 ， 解得 T 1 = 4 3 T 0 。 （ 2 ） 将 Ⅱ 、 Ⅲ 中的气体看作一个整体， 初始压强为 p 0 ， 温度为 T 0 ， 体积为 1 8 V 0 + 1 4 V 0 = 3 8 V 0 。 当温度升至 2T 0 时， 设此时这部分气体的压强为 p 2 ， 体积为 V 2 ， 由 理想气体的状态方程 pV T =C 得 p 0 · 3 8 V 0 T 0 = p 2 · V 2 2T 0 。 缓慢 升温过程中， B 汽缸中活塞上、 下两部分的气体压强始 终相等， 所以对第 Ⅳ 部分气体在升温前后有 p 0 · 3 4 V 0 T 0 = p 2 （ V 0 -V 2 ） 2T 0 ， 联立可得 p 2 = 9 4 p 0 。 5. （ 1 ） 40mg l （ 2 ） 3mg S +p 0 4 3 T 0 【解析】 （ 1 ） 对活塞与弹簧整体进行受力分析得 3mg+2p 0 S+pS=2pS+ p 0 S ， 对活塞 Ⅱ 受力分析得 p 0 S+F=pS+mg ， 由胡克定律得 F=0.1kl ， 联立解得 k= 40mg l 。 （ 2 ） 通过对活塞与弹簧整体进行受力分析得气体的 压强 p= 3mg S +p 0 ， 由题可知气体做的是等压变化， 那么 弹簧上弹力大小不变， 弹簧的长度不变， 即两活塞间距 离不变， 所以气体初态时： V 1 = 3.3 2 S · l ， T 1 =T 0 ； 末态时： V 2 =2.2S · l ； 温度为 T 2 ， 由盖 - 吕萨克定律得 V 1 T 1 = V 2 T 2 ， T 2 = T 0 2.2Sl 3.3Sl ×2= 4 3 T 0 。 6. （ 1 ） 1.0×10 5 Pa （ 2 ） 1 N 【解析】 （ 1 ） 活塞处 于 A 位置时， 根据活塞处于静止状态可知 p 1 S+ （ m 1 +m 2 ） g= p 0 S ， 代入数据解得 p 1 =1.0×10 5 Pa 。 （ 2 ） 活塞处于 B 位置时， 根据活塞封闭一定质量的 理想气体做等温变化 p 1 V 0 =p 2 （ V 0 +Sh ）， p 2 =p 0 - mg+F S ， 联 立解得 F=1 N 。 7. （ 1 ） Mma Vρg （ 2 ） p 0 +ρgH 1 p 0 +ρgH m 【解析】 （ 1 ） 鱼静止在水面下 H 处时， 所受浮力等 于重力， 有 Mg＝ρgV 0 ， 鱼通过增加 B 室体积获得大小为 a 的加速度， 则有 ρgΔV＝Ma 。 又 m＝ρ 气 gV ， Δm＝ρ 气 gΔV ， 联立解得 Δm＝ Mma Vρg 。 （ 2 ） 鱼静止在水面下 H 处时， B 室内气体压强为 p 1 ＝p 0 ＋ρgH ， 体积为 V ， 鱼静止在水面下 H 1 处时， B 室 内气体压强为 p 2 ＝p 0 ＋ρgH 1 ， 体积也为 V ， 设该部分气体 压强为 p 1 时体积为 V 1 ， 根据玻意耳定律有 p 2 V＝p 1 V 1 ， 解 得 V 1 ＝ p 0 +ρgH 1 p 0 +ρgH V 。 又温度不变 ， 则有 m 1 m ＝ V 1 V ， 解得 m 1 ＝ p 0 +ρgH 1 p 0 +ρgH m 。 18 参考答案与解析 势能。 3. BD 【解析】 不同形式的能量之间的转化， 一定 需要做功。 4． C 【解析】 当用力压活塞时， 活塞压缩玻璃筒内 的空气， 对空气做功， 空气的内能增加， 温度升高， 当 达到乙醚着火点时， 筒内棉花就会燃烧起来。 此实验说 明了外界对物体做功， 物体的内能增加。 5． A 【解析】 物体吸收了热量， 内能增大， 但温度 不一定升高， 例如 ： 晶体熔化时 ， 吸收热量 ， 温度不 变； 一个物体温度升高， 它的内能一定增加。 由吸热公 式 Q=cmΔt 可知， 吸收热量的多少由比热容、 质量、 变 化的温度共同决定的； 做功和热传递都可以改变物体的 内能。 6． A 【解析】 功与热量都是能量转化的量度， 热量 和功都可以作为物体内能变化的量度； 功和热量由过程 决定， 内能由物体的状态决定； 热量、 功和内能是三个 不同的物理量， 它们的物理意义不同。 7． C 【解析】 做功与热传递在改变物体的内能的效 果上是等效的， 但从能的转化观点来看它们的区别在 于： 做功是其他形式的能转化为内能， 能量的形式变化 必须做功； 热传递则是内能在物体间发生转移， 能量的 形式没有变化。 提升练习 8. BC 【解析】 物体内能的改变， 可以通过做功或 热传递来实现 ； 由能量守恒定律可知， 物体内能的增 加， 一定伴随其他形式能量的减少； 焦耳的这套实验装 置证明了热量和功之间存在确定的数量关系， 就是热功 当量； 热量与功是两个不同的物理量。 * 9. C 【解析 】 力 F 向下压活塞时 ， 外力对气体做 功， 因和外界没有热交换， 故气体的内能增加； 理想气 体不计分子势能， 故气体的分子平均动能增加， 气体温 度升高； 由理想气体的状态方程可知， 因温度升高、 气 体体积减小， 故气体的压强增大。 10. B 【解析】 玉米爆开前通过从锅吸热增加内能， 不是做功改变内能， A 错误， B 正确； 玉米膨胀对外做 功， 玉米粒内能会减少， C 、 D 错误。 2.热力学第一定律 基础练习 1. D 【解析】 在打气过程中， 压缩气体做功， 使气 体内能增大， 温度升高， 所以气筒壁的温度明显高于打 气前的温度。 在这个过程中机械能转化为内能。 2. A 【解析】 当向下压气筒的时候， 外界对气筒内 气体做功， 内能增大， 气体温度大于气筒壁温度， 气体 就会向气筒壁传热； 利用太阳能加热水， 属于热传递改 变物体的内能； 爆竹爆炸时内能转化为机械能； 水蒸气 将壶盖顶起属于内能转化为机械能。 3． B 【解析】 绝热过程说明功等于内能的变化， 系 统对外做功， 内能减少。 4． D 【解析】 气体膨胀， 活塞把重物逐渐举高说明 气体对外做功， 绝热汽缸说明功等于内能的变化， 内能 减少， 理想气体不计分子势能， 所以温度降低。 5. A 【解析】 自行车内胎充气过足， 又放在阳光下 暴晒， 气体吸热温度升高， 压强增大， 车胎突然爆裂的 瞬间， 气体内能减少。 6. A 【解析】 向上拉活塞， 气体体积变大， 压强变 小， 气体温度降低， 分子平均动能减小； 拉力 F 对活塞 做功大于气体对活塞做功， 根据热力学第一定律判断气 体内能的变化。 7. B 【解析】 外界对气体做了 9×10 4 J 的功， 则 W= 9×10 4 J ， 气体的内能减少了 1.2×10 5 J ， 则 ΔU=-1.2×10 5 J ； 由热力学第一定律可得 Q=ΔU-W=-2.1×10 5 J ， 气体向外 放出的热量为 2.1×10 5 J 。 提升练习 8. BD 【解析】 内能与物体的状态有关， 比如同质 量、 同温度的水和冰的内能就不同， 故 A 错误； 热量是 热传递过程中物体内能变化的量度； 物体温度升高， 分 子平均运动加剧， 不是每个分子的动能都增加； 物体的 内能增大不一定是温度升高， 也许是对物体做功。 9. C 【解析】 右侧为真空， 气体自由膨胀做功 “没 有对象”， 当然不做功。 根据热力学第一定律 ΔU=W+Q 判断气体内能的变化。 理想气体， 内能由温度决定， 内 能不变， 温度也就不变。 10. B 【解析】 理想气体， 内能只与温度有关， 而外 19 练 第三册 （人教版）高中物理选择性必修 知识点 1 理解物体的内能改变 1. 一定质量的 0 ℃ 的水在凝固成 0 ℃ 的冰的 过程中 ， 体积变大 ， 它内能的变化是 （ ） A. 分子平均动能增加， 分子势能减少 B. 分子平均动能减少， 分子势能增加 C. 分子平均动能不变， 分子势能增加 D. 分子平均动能不变， 分子势能减少 2. 关于气体与内能 ， 下列说法正确的是 （ ） A. 气体的体积是所有气体分子的体积之和 B. 气体的内能是分子热运动的动能和分 子间的势能之和 C. 实际气体的内能就是组成该物体的所 有分子热运动动能的总和 D. 实际气体的温度变化时， 其气体的内 能也必定会随之发生改变 知识点 2 功与内能的改变 3. （多选） 在下述现象中没有做功而使物体 内能改变的是 （ ） A. 电流通过电炉而使温度升高 B. 在阳光照射下， 水的温度升高 C. 铁锤打铁块， 使铁块温度升高 D. 夏天在室内放几块冰， 室内温度会降低 4. 如图所示的实验装置中， 把浸有 乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒 内底部， 当很快向下压活塞时， 由于被压缩的气体骤然变热， 温 度升高达到乙醚的燃点， 使浸有乙醚的棉 花燃烧起来， 此实验的目的是要说明对物 体 （ ） A. 做功可以增加物体的热量 B. 做功一定会升高物体的温度 C. 做功可以改变物体的内能 D. 做功一定可以使物态发生变化 知识点 3 热量与内能、 温度、 功三者 关系 5． 下面关于温度、 热量和内能的说法不正确 的是 （ ） A． 物体吸收了热量， 温度一定会升高 B． 物体温度升高， 内能一定会增加 C． 质量相同的两个物体， 温度升高得多， 所吸收的热量不一定多 D． 物体内能增加时， 不一定是从外界吸 收了热量 6． 关于热量、 功和内能三个物理量， 下列说 法正确的是 （ ） A． 热量、 功都可以作为物体内能变化的 第三章 热力学定律 1.功、 热和内能的改变 第 4 题图 基 础 练 习 42 第三章 热力学定律 练 8. （多选） 右图为焦耳 实验装置图， 重物下 落时带动叶片转动， 搅拌容器中的水， 由 于摩擦水温升高。 关 于这个实验， 下列表述正确的是 （ ） A. 物体内能的改变， 做功是唯一的方式 B. 物体内能的增加， 一定伴随其他形式 能量的减少 C. 证明了热量和功之间存在确定的数量 关系 D. 说明热量就是功， 两者可以相互转化 * 9. 如图所示， 一定质量的理 想气体密封在绝热 （即与 外界不发生热交换） 容器 中， 容器内装有一可以活 动的绝热活塞。 今对活塞 施以一竖直向下的压力 F ， 使活塞缓慢向 下移动一段距离后， 气体的体积减小。 若 忽略活塞与容器壁间的摩擦， 则被密封的 气体的下列说法不正确的是 （ ） A. 温度升高， 压强增大， 内能减少 B. 温度降低， 压强增大， 内能减少 C. 温度升高， 压强增大， 内能增加 D. 温度降低， 压强减小， 内能增加 10. 爆米花是将玉米放入铁锅内， 边加热边 翻动一段时间后， “砰” 的一声变成玉 米花。 下列说法正确的是 （ ） A. 玉米粒主要通过翻动铁锅对其做功， 使其内能增加 B. 玉米粒主要通过与铁锅间的热传递使 其内能增加 C. 玉米粒内水分受热膨胀对粒壳做功爆 开， 内能不变 D. 玉米粒内水分受热膨胀对粒壳做功爆 开， 内能增加 绝热壁 水 搅拌叶片 重物 重物 第 8 题图 F 第 9 题图 量度 B． 功由过程决定， 而热量和内能由物体 的状态决定 C． 热量、 功和内能三者的物理意义相同， 只是说法不同 D． 热量、 功和内能的单位不同 知识点 4 改变系统内能的两种方式 7． 下列说法正确的是 （ ） A． 做功和热传递在改变内能的效果上是 等效的， 因此做功与热传递是没有区 别的 B． 虽然做功和热传递在改变内能的效果上 是等效的， 但我们还是可以通过分析改 变前后的物体的内能， 来区别是做功还 是热传递改变内能的 C． 做功和热传递在改变内能的效果上是等 效的， 表明要使物体的内能发生变化， 既可以通过做功来实现， 也可以通过 热传递来实现 D． 做功和热传递在改变内能的效果上是 等效的， 说明人在出汗散热时， 还可 以通过对外做功代替出汗改变内能 提 升 练 习 43