第三章 2. 热力学第一定律&3. 能量守恒定律-【学霸题中题】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第三册（人教版2019 江苏专用)

第2~3节 热力学第一定律能量守恒定律 第1关练速度 25mn为准，你的时间 气体分子间相互作用，则缸内气体 题型1热力学第一定律的理解 箱器 气休 1.下列说法正确的是 汽缸 A.物体放出热量，其内能一定减小 活塞 B.物体对外做功，其内能一定减小 C.物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能 增加 A.对外做正功，分子的平均动能减小 D.物体放出热量，同时对外做功，其内能可能 B.对外做正功，内能增大 不变 C.对外做负功，分子的平均动能增大 2.一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持 D.对外做负功，内能减小 不变，将气泡内气体视为理想气体，气泡从湖 5.(2023·广东广州期末)用隔板将一绝热汽缸 底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6J的 分成两部分，隔板左侧充有理想气体，右侧与 功，此过程中下列说法正确的是 绝热活塞之间是真空的.现将隔板抽开，气体 A.气泡内气体的内能增加 会自发扩散至整个汽缸，待气体达到稳定后， B.气泡内气体的内能减少 缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积整 C.气泡内气体从外界吸收了0.6J的热量 个过程不漏气，则下列说法正确的是() D.气泡内气体向外界放出了0.6J的热量 肠蔽 绝热 3.(2023·甘肃兰州质检)一定质量的理想气体 理想 活 弃电 气体 在某一过程中，外界对气体做功7.0×10J,气 体内能减少1.3×10J,则此过程 () A.气体被压缩过程中内能增大 A.气体从外界吸收热量2.0x10J B.气体自发扩散过程中内能减小 B.气体向外界放出热量2.0×10J C.气体自发扩散过程中，气体分子的平均速 C.气体从外界吸收热量6.0×10J 率增大 D.气体向外界放出热量6.0×10J D.气体被压缩过程中，温度升高，所有分子的 题型2热力学第一定律的应用 速率都增大 4.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它 6.(2023·江苏苏州三模)如图所示，某同学将 主要由汽缸和活塞组成.开箱时，密闭于汽缸 空的玻璃瓶开口向下缓缓压入水中，设水温 内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示在 均匀且恒定，瓶内空气看作理想气体，下降过 此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略 程中瓶内空气质量不变，则 选择性必修第三册学霸040 A.在1→2过程，每个气体分子动能都增大 空气 ”水 B.在2→3过程中，气体从外界吸热 用 C.在3→1过程中，气体内能不变 D.在1→23→1过程中，外界对气体做正功 A.瓶内气体分子斥力增大 题型3能量守恒定律 B.瓶内气体对外放出热量 C.瓶内气体分子平均动能增大 9.第一类永动机违反了什么而不能制成( D.单位时间与瓶壁碰撞的分子数不变 A.违反了热力学第一定律 7.某班级用于消毒的喷壶示意图如图所示.闭合 B.违反了机械能守恒定律 阀门K,向下压压杆A可向瓶内储气室充气， C.违反了能量守恒定律 多次充气后按下按柄B打开阀门K,消毒液 D.以上说法都不对 会自动经导管从喷嘴处喷出.储气室内气体可 10.如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有 视为理想气体，充气和喷液过程中温度保持 一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体， 不变，则下列说法正确的是 下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计 压杆 阀门K 打气 置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的 宜嘴 按柄 底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后 导 储气望 用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为E,(弹簧 处在自然长度时的弹性势能为零)，现绳突 A.充气过程中，储气室内气体分子数增多且 分子运动剧烈程度增加 然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次 B.充气过程中，储气室内气体分子平均动能 往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经 变大 过此过程 ( C.充气过程中，储气室内气体内能不变 理悬气体 D.喷液过程中，储气室内气体吸收热量，对外 界做功 8.(2023·安徽安庆一中三模)如图所示，一定 A.E。全部转换为气体的内能 质量的理想气体的p-V图像，从状态1出发， B.E。一部分转换成活塞的重力势能，其余 经1→2→3→1过程，其中1→2为等容过程， 部分仍为弹簧的弹性势能 23为等温过程，3→1为等压过程，下列说 法正确的是 C.E。全部转换成活塞的重力势能和气体的 内能 D.E。一部分转换成活塞的重力势能，一部 分转换为气体的内能，其余部分仍为弹 簧的弹性势能 第三章学霸041 第2关练准确率 】准确率>90%，你做对题 D.p-V图像中A→B→D→C→A围成的面积 为9J 11.给旱区送水的消防车停于水平面，在缓缓放 14.(2021·山东高考)如图所示，密封的矿泉水 水的过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度 不变，不计分子势能，则胎内气体 ( 瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向 A.从外界吸热 B.对外界做负功 下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶 C.分子平均动能减少D.内能增加 中封闭一段空气.挤压矿泉水瓶，小瓶下沉 12.(2022·山东濉坊期末)如图所示，两端 到底部：松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程 封闭的细玻璃管竖直放置，用一段水银 中，小瓶内气体 将管内空气分成a、b两部分，玻璃管导 A.内能减少 热良好若缓慢转动玻璃管至水平位置， B.对外界做正功 则转动过程中 A.a气体压强变小，吸收热量 C.增加的内能大于吸收的热量 B.a气体压强变大，放出热量 D.增加的内能等于吸收的热量 C.b气体吸收的热量等于a气体放出的 第3关练思维宽度 】难度领别：☆☆☆ ---------- 热量 15.(2022·山东临沂期末)一定质量的理想气 D.b气体吸收的热量小于a气体放出的 热量 体从状态a开始，经历a→b→c→d→a一次 13.(2023·江西宜春质检)如图所示，一定质量 循环回到原状态，其体积随热力学温度变化 的理想气体从状态A经过等温变化到状态 的图像如图所示，其中ab、dc均垂直于横 D,该变化过程的p-V图像为A→C→D,该 轴，ad、bc的延长线均过原点O.下列表述 过程中气体对外界做的功为15』.该气体也 不正确的是 () 可以经A→B→D过程从状态A变化到状态 D,该过程中气体对外界做的功为24J.下列 说法正确的是 () 3州 A.在过程d→a中气体从外界吸收热量 B.在过程d→a中在单位时间单位面积上碰 A.该气体在A→C→D过程中从外界吸收的 撞容器壁的气体分子数减小 热量小于15J C.在过程b心中外界对气体做的功小于在 B.该气体在A→B→D过程中从外界吸收的 过程d→a中气体对外界做的功 热量为9J D.经历a→bc+d→a一次循环，气体放出 C.该气体在A→B→D过程中内能增加了 9J 热量 选择性必修第三册学霸042和水面下H,处时，B室内的压强分别为P,=PgH+P,P= 解析：(1)气囊中的温度不变，则发生的是等温变化，设气 PgH,+由于鱼静止时，浮力等于重力.则鱼的体积不变 囊内的气体在目标位置的压强为P,由玻意耳定律 由题可知，鱼体积的变化与B室气体体积的变化相等，则 鱼在水下静止时，B室内气体体积不变，由题知开始时鱼 6=A15解得A=子由目标处的内外压强差 静止在H处时，B室内气体体积为V,质量为m,由于鱼额 内气体温度不变，若H,≥H,则在H处时，B室内气体需要 可得pp=6解得p=2%=5.0x10P(2)由胡克定 增加，设吸入的气体体积为△V,根据玻意耳定律有 P,(V+△V)=2V,则此时B室内气体质量m,=(V+△V)= 律F=:可知弹簧的压缩量变为原来的；，则活塞受到 pgH +Po m.若H,<H,则在H处时，B室内气体需要减少，设 PgH+po 弹簧的压力也变为原来的 5,即p=x42 6P%*=15,设 释放的气体体积为△V,根据玻意耳定律有P,(V-△V)= P,则此时B室内气体质量m,=m(A2_心 此时气囊内气体的压强为2，对活塞由压强平衡可得 19 P2=p,+P=P由理想气体状态方程可得工二=了一其 pgH,+Po T。 pgH+po 中V=V。+0.5o× 4名6解得7=1 10.(1)5.0×10Pa(2)266K 55 15070=266K 第三章 热力学定律 第1节功、热和内能的改变 明)=0，忽略气体分子问相互作用，说明内能是所有分子 动能的总和根据热力学第一定律△=W+Q,可知内能增 第1关（练速度） 加量△U<0,故内能减小，分子平均动能减小，温度降低.所 1.C2.C3.A4.D 以只有A正确. 5.B解析：A.达到热平衡时.钨锅的温度和铁的温度相同， 5.A解析：A.根据热力学第一定律△U=Q+W可知，在汽缸 故A错误：B.热传递的过程中，铁从钨锅吸收热量，故 绝热的情况下Q=0,而当缓慢推压活塞，气体被压缩的过 B正确：CD.达到热平衡时，根据能量守恒可知钨锅内能的 程中，外界对气体做功W>0,因此可得△U>0,即缸内气体 减少量等于铁内能的增加量，故CD错误故选B. 的内能增大，故A正确：B.由于隔板右侧为真空，当抽去 第2关（练准确率） 隔板，气体自发扩散，并不对外做功，而汽缸绝热，根据热 6.B7.D8.B9.C 力学第一定律可知W=0,Q=0,由此可知△U=0.即气体自 10.B解析：AB.爆胎前随着气温的升高，车胎体积不变，则 发扩散过程中红内气体内能不变，故B错误：C.对于一定 压强变大，车胎内气体吸收热量，内能增大，故A错误， 量的理想气体而言，内能不变则温度不变，分子的平均速 B正确：C.爆胎前随着气温的升高，气体分子平均动能变 率不变，气体自发扩散过程中，内能不变，则气体分子的平 大，分子平均速率变大：车胎体积不变，气体分子数密度 均速率不变，故C错误：D.根据热力学第一定律可知，该 不变，气体压强变大，车胎内气体分子在单位时间单位面 气体被压缩过程中，外界对气体做功，汽缸绝热，气体内能 积上碰撞车胎的次数增加，C错误：D.爆胎过程中，车胎 增加.温度升高，因此可知气体分子的平均速率增大，但并 内气体体积变大，气体对外做功，来不及与外界进行热交 不是所有分子的速率都增大，故D错误故选A 换，则内能减小，D错误.故选B. 6.B解析：BC.被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体温 第3关（练思维宽度） 度不变，压强变大，可知气体体积减小，外界对气体做正 11.A解析：第一次打开开关，被压缩的气体“迅速”喷出， 功：由于气体温度不变，气体分子平均动能不变，气体内能 筒内空气体积膨胀对外做功则简内空气内能减小，即关 不变，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热，故B正 闭开关时筒内空气温度必然低于外界温度，而压强等于 确，C错误：A.分子间斥力只在分子间距离小于分子平衡 外界大气压：“过一段时间”经过热交换，筒内空气的温度 距离时才会明显增加，距离稍大则分子间引力大于斥力. 升高，由于体积未变，所以筒内空气压强将增大，即大于 气体分子间距远大于分子平衡距离，瓶内气体分子斥力不 大气压，因此再次打开开关，将会有空气逸出.故选A. 会增大，故A错误：D.气体分子平均动能不变，气体体积 第2~3节热力学第一定律能量守恒定律 减小，则气体分子的数密度变大，则单位时间与瓶壁碰撞 的分子数增多，故D错误故选B. 第1关（练速度） 7.D解析：气体分子运动剧烈程度仅由温度决定，充气过程 1.C 中，储气室内气体质量增大，气体分子数增多，但温度不 2.C解析：AB.一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保 变，所以气体分子运动剧烈程度不变，故A错误：温度是分 持不变，则气体内能不变，故AB错误：CD.根据热力学第 子平均动能的标志，由于温度不变，充气过程中，储气室内 一定律得：4U=W+Q.则Q=△U-W=0-(-0.6)J=0.6J,即 气体分子平均动能不变，故B错误：理想气体内能由温度 气泡内气体从外界吸收了0.6」的热量.故C正确，D错误 和质量决定，气体温度不变，充气过程中，储气室内气体质 3.B解析：由热力学第一定律得4U/=W+Q,Q=△/-W= 量增大，气体内能增加，故C错误：喷液过程中，气体膨胀， -1.3×10」-7.0×10」=-2.0×10J,故气体对外放出热 气体对外做功，即W<0,但气体内能不变，即△0=0，根据 量2.0x10J.故选项B正确. 热力学第一定律：△U=Q+W,可知Q>0,则气体一定从外界 4.A解析：密闭于汽缸内的压缩气体膨胀对外做正功，即外 吸收热量，故D正确.故选D, 界对气体做负功.因而W<0,缸内气体与外界无热交换说8.B解析：A.在1→2过程，体积不变，压强增大，根据在理 参考答案学霸11 定律可知温度升高，气体分子平均动能增大，并非每个气 第3关（练思维宽度） 体分子动能都增加，故A错误：B.在2→3过程中，温度不 15.C解析：A.da体积增大，气体对外做功.又因为温度 变，气体内能不变，△=0，根据题可知压强减小.体积增 升高，内能变大，所以气体从外界吸收热量，A正确，不符 大.气体对外界做功W,<0.由热力学第一定律可知△Q>0 合题意：B.由于压强不变，体积变大，故相同时间内碰幢 气体从外界吸热，故B正确：C.在3→1过程中，气体压强 容器壁的气体分子数变少，B正确，不符合题意：C.理想 不变，根据盖-吕萨克定律可知体积减小，温度降低，气体 内能减小.故C错误：D.在1→23→+1过程中，其中1→2 气体状态方程为学=C,在过程一心中为等压变化.故过 过程为等容过程，气体对外不做功.在2→3过程体积增 程6+e中外界对气体做的功为W=P△'。=C(T-T。), 大，外界对气体做负功W,(-V图像面积表示微功大小)， 在过程d→a中也为等压变化.故过程d→a中气体对外 3→1过程外界对气体做正功W,,W,>W,.所以全过程外界 界做的功为W=P么△V=C(T-T),根据图像可知T= 对气体做负功，故D错误故选B. T,T=T,故W=-W,即在过程b→心中外界对气体做 9.C解析：第一类水动机指不消耗任何能量但可以不断输 的功等于在过程d→a中气体对外界做的功，C错误，符 出动力的发动机，例如通过燃烧氢气发电，再用部分电产 合题意：D.由于在过程a→b→e中气体的平均压强大于 生氢气，剩余部分输出.它违反了能量守恒定律故C正确。 过程cd→a的平均压强，则在过程ab→e中外界对气 10.D解析：以活塞为研究对象，设气体压强为P,活塞质量 体做功大于过程c→d→a过程中气体对外做功，则经历 为m,横截面积为S,未态时压强为P,初态F>mg+p,S, a→→→da一次循环，整个过程外界对气体做正功。 由题意可得末态位置必须高于初位置，否则不能平衡，则 回到状态“，温度相同，内能不变，根据热力学第一定律可 △U=W(绝热).W为正，△U必为正，温度升高，内能增加 知整个过程气体放出热量，D正确，不符合题意故选C 活塞重力势能增加，末态时，由力的平衡条件知F=mg+ 专题探究四气体实验定律与热力学 P2S,仍然具有一部分弹性势能，故D正确，ABC错误. 第2关（练准确率） 第一定律综合应用 11.A解析：不计分子间势能，气体的内能只有分子动能，只 1.A解析：AC.气体由状态a经等压变化到状态b,温度升 由温度决定，所以气体内能不变，在缓缓放水的过程中 高，则体积变大，即气体在状态：的体积小于在状态b的 若车胎不稀气，气体膨胀对外做功，所以气体要从外界吸 体积.气体内能不变，对外做功，则气体吸热选项A正确， 热，A正确， 12.B解析：AB.缓慢转动玻璃管，a气体体积减小，根据玻 C错误：R根据p=S1,因a点与0点连线的斜率大于c 意耳定律可知，体积减小，压强增大，根据热力学第一定 点与O点连线的斜率，可知气体在状态a的体积小于在状 律得：△U=W+O.温度不变.△U为零，体积减小，外界对 态c的体积，选项B错误：D.从状态b到状态e的过程，泪 气体做功.W为正，所以O为负，放热，故A错误，B正确： 度不变，压强减小，可知体积变大，则气体对外界做正功， CD.a、b气体体积变化相同，b气体初始压强大，变化过程 外界对气休做负功，选项D错误故选A 中平均力大，做功多，根据热力学第一定律得：△U=W+Q, 气体温度不变，△U为零.所以Q在数值上和W相等，所 2D解析：L根据=C,气体在状态C时压强为： 以Q>Q。,故CD错误故选B. 故A错误：B.从状态A到状态B的过程中，气体体积减 13.D解析：A.由于从状态A经过等温变化到状态D,理想 小，气体分子的数密度增大，故B错误：C.从状态C到状 气体内能不变，体积变大对外做功，所以A→C一→D过程 态A的过程中，温度升高，内能增大，即△U>0,体积增大 中气体对外界做的功为15J,由能量守恒知识可知气体 气体对外做功，即W<0,根据△=O+W,气体吸收热量，故 在A→C→D过程中从外界吸收的热量等于15J,故A错 C错误：D.从状态C到状态A的过程中，体积增大，密度诚 误：BC.由于该气体经A→B→D过程从状态A变化到状 小，压强不变，气体单位时间内单位而积分子撞击次数减 态D,该过程中气休对外界做的功为24J,由理想气体状 少.故D正确.故选D. 态方程可知状态A和状态D的温度相同，内能相同，即内 3.B解析：A.1一2的过程为绝热过程，故Q=0,气体体积减 能增加量为0，由能量守恒知识可知该气体在A→B→D 小，故外界对气体做功W>0,根据△U=W+Q可知气体内能 过程中从外界吸收的热量为24J,故BC错误：D.由于 增大.气体温度升高.故A错误：B.2+3的过程为等温过 A一C→D过程中气体对外界做的功为15J,气体经A→ 程，故△U=0.气体体积减小，故外界对气体做功W>0.根 B一D过程中气体对外界做的功为24J,且A→B一D一 据△U=W+Q可得Q<0.因此气体放热.故B正确：C.3→4 C→A最终回到状态A,P-V图像与横轴围成的面积表示 的过程为绝热过程.故)=0，气体体积增大，故气体对外界 对外做功，所以图像中A一→B一→D一→C→A围成的面积为 做功W<0.根据△U=W+Q可知气体内能减小，故C错误： 9J,故D正确.故选D. D.根据-V图线与横轴围成的面积表示做的功可知，1一 14.B解析：A.由于越接近矿泉水瓶口.水的温度越高，因 2一→3过程气体做负功，3→4→1过程气体做正功，由于 此小瓶上浮的过程中，小瓶内温度升高，内能增加，A错 1→23曲线与横轴围成的面积大于3→4一→1曲线与横轴 误：B.在小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度逐渐升 围成的面积故整个过程气体对外界做负功，故D错误，故 高，压强逐渐减小，根据理想气体软态方程=C,气体体 选B. 积膨胀，对外界做正功，B正确；CD.由AB分析，小瓶上 4C解析：A根据一定质量理想气体状态方程 T=C. 升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根据热力学 第一定律△U=W+Q,由于气体对外做功，因此吸收的热 且V得到=高.所以图像斜幸与温度成正比，所以 量大于增加的内能，CD错误故选B. da过程气体温度升高，A错误：B.根据A选项分析，ab过 选择性必修第三册学霸12