第3.2 3.3节 热力学第一定律 能量守恒定律（分层练习）-【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第三册）

第3.2课 热力学第一定律 第3.3课 能量守恒定律 ID： 一、单选题 1．下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 【答案】D 【详解】AB．根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大；某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，AB正确,不符题意； C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成，C正确，不符题意； D．石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没有消失，D错误，符合题意。 故选D。 2．如图所示，在竖直放置的横截面积为的圆柱形容器内用质量为的活塞密封一部分理想气体，活塞导热良好且能无摩擦地滑动，将整个装置放在大气压强恒为的空气中，开始时气体的温度为，活塞与容器底的距离为，当环境温度变化时，活塞缓慢上升后再次静止，此过程中气体从外界吸收热量。下列判断正确的是（    ）    A．气体对外做功的数值为 B．外界气体的温度升高了 C．单位时间单位面积上撞击器壁的分子数不变 D．此过程中密闭气体的内能增加了 【答案】D 【详解】A．以活塞为研究对象，根据受力平衡可得 解得气体压强为 可知活塞缓慢上升的过程，气体做等压膨胀，气体对外做功为 故A错误； B．以气体为对象，气体做等压膨胀，则有 解得活塞缓慢上升后，气体温度为 则外界气体的温度升高了 故B错误； C．活塞缓慢上升后，气体压强保持不变，温度升高，气体分子平均动能增大，根据压强微观意义可知，单位时间单位面积上撞击器壁的分子数减少，故C错误； D．根据热力学第一定律可得 可知此过程中密闭气体的内能增加了，故D正确。 故选D。 3．“回热式热机”热循环过程可等效为如图所示的曲线，、为等温过程，、为等容过程．对于一定质量的理想气体，在热循环过程中（    ） A．a状态气体温度比c状态低 B．，两过程气体放出、吸收的热量相等 C．整个循环过程，气体对外放出热量 D．d状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比c状态少 【答案】B 【详解】A. 从到为等容变化，则有 ， 可得 又有 因此a状态气体温度比c状态高，A错误； B. ，两过程都发生等容变化，根据热力学第一定律 吸收或放出的热量都用来改变气体的内能，由于 ， 故有 可知，两过程的气体内能变化量大小相等，因此这两过程气体放出、吸收的热量相等，B正确； C. 在图像中，图像与横轴围成的面积等于气体做功的大小，体积增大时，气体对外做功，体积减小时，外界对气体做功，因此整个循环过程，气体对外做功，而气体内能不变，根据热力学第一定律可知，整个循环过程，气体从外界吸收热量，C错误； D. 由图像可知， 又有 根据压强的微观解释，可知d状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比c状态多，D错误。 故选B。 4．如图所示，一定质量的理想气体，从图示A状态开始，经历了B、C状态，最后到D状态，下列判断中正确的是（　　） A．A→B温度升高，压强变大 B．B→C体积不变，压强变大 C．B→C体积不变，压强不变 D．C→D体积变小，压强变大 【答案】D 【详解】A．由题图可知，在A→B的过程中，气体温度升高，体积变大，且体积与温度成正比，气体压强不变，故A错误； BC．由题图可知，在B→C的过程中，体积不变而温度降低，由＝C可知，压强p减小，故BC错误； D．由题图可知，在C→D的过程中，气体温度不变，体积减小，由＝C可知，压强p增大，故D正确。 故选D。 5．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体，气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如图所示，设气体在状态b和状态c的压强分别为和，在过程ab和ac中吸收的热量分别为和，则（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】C 【详解】由图可知Oab是一条过原点的直线，由图像特点可知，Oab直线上各点的压强相等，故 气体从状态a到达状态c是等容变化，根据查理定律可得 故 、状态温度相同，所以过程ab和ac的内能变化量相等，气体从状态到状态，体积增大，气体对外做功，为负值；气体从状态到状态，体积不变，对外不做功，为零，根据热力学第一定律，可知过程吸收的热量多，即 故选C。 6．夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂，如图14所示。若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内气体看作理想气体。则气泡上升过程中，下列说法正确的是（　　） A．气泡内气体不对外界做功 B．气泡内每个气体分子的动能都变大 C．气泡内气体从外界吸收热量 D．气泡内气体的压强可能不变 【答案】C 【详解】AD．气泡内气体压强 气泡上升过程中，其压强减小。越接近水面，湖内水的温度越高，气体的温度升高，根据理想气体状态方程 可知，体积一定增大，故气泡内气体对外界做正功，故AD错误； B．温度是分子平均动能的标志，温度升高，泡内气体分子平均动能增大，但不是每个气体分子的动能都变大，故B错误； C．越接近水面，湖内水的温度越高，说明气泡内气体的温度升高，气泡内气体内能增大，即 体积增大，即 则 故气泡内气体从外界吸收热量，故C正确。 故选C。 二、多选题 7．根据能量转化和转移的方向性，下列判断正确的是（　　） A．电流的电能不可能全部转化为内能 B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能 C．热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能 D．能量不能被创造或被消灭 【答案】BCD 【详解】ABC．根据能量转化和转移的方向性可知，凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的电能可全部转化为内能（由电流热效应中的焦耳定律可知），而内能不可能全部转化为电能而不引起其他变化；机械能可全部转化成内能，而内能不可能全部转化成机械能而不引起其他变化；A错误，BC正确； D．根据能量守恒定律可知，能量不能被创造或被消灭，D正确。 故选BCD。 8．如图所示，将一空的金属易拉罐开口向下压入恒温游泳池的水中，则金属罐在水中缓慢下降的过程中，下列说法正确的是（罐内空气可视为理想气体）（　　） A．罐内空气内能增大 B．罐内空气分子间的平均距离减小 C．罐内空气向外界放热 D．外界对气体做正功 E．罐内空气既不吸热，也不放热 【答案】BCD 【详解】A．由于温度不变，故气体内能不变（理想气体内能取决于温度），故A错误； B．取金属罐中封闭的理想气体为研究对象，金属罐向下压入恒温游泳池中的过程，可视为等温过程，由题意知压强变大，根据玻意耳定律得p1V1＝p2V2，可知体积变小，故分子间的平均距离变小，故B正确； CDE．恒温游泳池，气体的内能不变，ΔU＝0，体积变小，W＞0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＜0，即向外放热，故CD正确，E错误。 故选BCD。 9．景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒。猛推推杆，艾绒即可点燃。对筒内封闭的气体，在此压缩过程中（　　） A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．外界对气体做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 【答案】BC 【详解】由于套筒内封闭着一定质量的气体，当猛推推杆时推杆迅速压缩气体，外界对气体做正功。由于这一过程进行得很快，可以看成是一个近似的绝热过程，即整个系统来不及向外界传递热量，由热力学第一定律公式可知，在瞬间，，所以内能增加，则温度升高，气体体积减小，压强增大。 故选BC。 10．如图所示，一定质量的某种理想气体在状态时的压强为。从状态到状态，该气体从外界吸收的热量为，在图像中图线反向延长线通过坐标原点，从状态到状态温度不变，则（　　）    A．气体在状态的体积为 B．气体在状态的压强为 C．从状态到状态，气体对外界做功为 D．从状态到状态，气体内能的增加量为 【答案】BD 【详解】A．在图像中图线反向延长线通过坐标原点，由a到c为等压过程，有 解得 故A错误； B．从状态到状态温度不变，为等温过程，有 解得 故B正确； C．从状态到状态c，气体对外界做功为 故C错误； D．从状态到状态，由 可知气体内能的增加量为 故D正确。 故选BD。 三、解答题 11．如图所示，一质量的绝热圆柱形容器用绝热轻质活塞密封一定质量的理想气体，轻杆一端固定在地面上，另一端固定在活塞上，整个装置倒立在空中．开始时气体的温度，活塞停在容器的中间位置。通过容器内部的电热丝（未画出）缓慢加热气体，当电热丝产生的热量时活塞刚好停在容器口处。已知容器的厚度不计，横截面积，其深度，活塞（厚度不计）与容器壁间无摩擦，大气压，重力加速度取，求： （1）开始时封闭气体的压强和活塞刚好停在容器口处时封闭气体的温度； （2）整个过程中气体内能增加量。    【答案】（1），；（2） 【详解】（1）初始状态，对容器受力分析，根据受力平衡有 解得 封闭气体发生了等压变化，则有 解得 （2）气体等压膨胀外界对气体做功为 由热力学第一定律 解得 12．“拔火罐”是一种中医的传统疗法，我校某实验小组为了探究“火罐”的“吸力”，设计了如图所示的实验。 圆柱状汽缸（横截面积为S）被固定在铁架台上，轻质活塞通过细线与置于地面上的重物m相连，将一团燃烧的轻质酒精棉球从缸顶的开关K处扔到汽缸内，酒精棉球熄灭时密闭开关K，此时活塞下的细线刚好能拉起重物，而这时活塞距缸顶为L。 汽缸导热性能良好，重物缓慢升高，最后稳定在距地面处。 已知环境温度恒为T0，大气压强恒为p0，重力加速度为g，汽缸内的气体可视为理想气体，求： （1）闭合开关后缸内气体的压强； （2）酒精棉球熄灭时缸内气体的温度T与环境温度T0的比值； （3）若从酒精棉球熄灭到最终稳定的过程中气体放出的热量为Q，求气体内能的变化。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）闭开关K，此时活塞下的细线刚好能拉起重物，则 得 （2）重物缓慢升高过程中，气缸内压强不变，根据 得 （3）外界对气体做功为 气体放出的热量为Q，根据 得 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第3.2课 热力学第一定律 第3.3课 能量守恒定律 ID： 一、单选题 1．下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 2．如图所示，在竖直放置的横截面积为的圆柱形容器内用质量为的活塞密封一部分理想气体，活塞导热良好且能无摩擦地滑动，将整个装置放在大气压强恒为的空气中，开始时气体的温度为，活塞与容器底的距离为，当环境温度变化时，活塞缓慢上升后再次静止，此过程中气体从外界吸收热量。下列判断正确的是（    ）    A．气体对外做功的数值为 B．外界气体的温度升高了 C．单位时间单位面积上撞击器壁的分子数不变 D．此过程中密闭气体的内能增加了 3．“回热式热机”热循环过程可等效为如图所示的曲线，、为等温过程，、为等容过程．对于一定质量的理想气体，在热循环过程中（    ） A．a状态气体温度比c状态低 B．，两过程气体放出、吸收的热量相等 C．整个循环过程，气体对外放出热量 D．d状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比c状态少 4．如图所示，一定质量的理想气体，从图示A状态开始，经历了B、C状态，最后到D状态，下列判断中正确的是（　　） A．A→B温度升高，压强变大 B．B→C体积不变，压强变大 C．B→C体积不变，压强不变 D．C→D体积变小，压强变大 5．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体，气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如图所示，设气体在状态b和状态c的压强分别为和，在过程ab和ac中吸收的热量分别为和，则（　　） A．， B．， C．， D．， 6．夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂，如图14所示。若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内气体看作理想气体。则气泡上升过程中，下列说法正确的是（　　） A．气泡内气体不对外界做功 B．气泡内每个气体分子的动能都变大 C．气泡内气体从外界吸收热量 D．气泡内气体的压强可能不变 二、多选题 7．根据能量转化和转移的方向性，下列判断正确的是（　　） A．电流的电能不可能全部转化为内能 B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部转化为电能 C．热机中，燃气的内能不可能完全转化为机械能 D．能量不能被创造或被消灭 8．如图所示，将一空的金属易拉罐开口向下压入恒温游泳池的水中，则金属罐在水中缓慢下降的过程中，下列说法正确的是（罐内空气可视为理想气体）（　　） A．罐内空气内能增大 B．罐内空气分子间的平均距离减小 C．罐内空气向外界放热 D．外界对气体做正功 E．罐内空气既不吸热，也不放热 9．景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒。猛推推杆，艾绒即可点燃。对筒内封闭的气体，在此压缩过程中（　　） A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．外界对气体做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 10．如图所示，一定质量的某种理想气体在状态时的压强为。从状态到状态，该气体从外界吸收的热量为，在图像中图线反向延长线通过坐标原点，从状态到状态温度不变，则（　　）    A．气体在状态的体积为 B．气体在状态的压强为 C．从状态到状态，气体对外界做功为 D．从状态到状态，气体内能的增加量为 三、解答题 11．如图所示，一质量的绝热圆柱形容器用绝热轻质活塞密封一定质量的理想气体，轻杆一端固定在地面上，另一端固定在活塞上，整个装置倒立在空中．开始时气体的温度，活塞停在容器的中间位置。通过容器内部的电热丝（未画出）缓慢加热气体，当电热丝产生的热量时活塞刚好停在容器口处。已知容器的厚度不计，横截面积，其深度，活塞（厚度不计）与容器壁间无摩擦，大气压，重力加速度取，求： （1）开始时封闭气体的压强和活塞刚好停在容器口处时封闭气体的温度； （2）整个过程中气体内能增加量。    12．“拔火罐”是一种中医的传统疗法，我校某实验小组为了探究“火罐”的“吸力”，设计了如图所示的实验。 圆柱状汽缸（横截面积为S）被固定在铁架台上，轻质活塞通过细线与置于地面上的重物m相连，将一团燃烧的轻质酒精棉球从缸顶的开关K处扔到汽缸内，酒精棉球熄灭时密闭开关K，此时活塞下的细线刚好能拉起重物，而这时活塞距缸顶为L。 汽缸导热性能良好，重物缓慢升高，最后稳定在距地面处。 已知环境温度恒为T0，大气压强恒为p0，重力加速度为g，汽缸内的气体可视为理想气体，求： （1）闭合开关后缸内气体的压强； （2）酒精棉球熄灭时缸内气体的温度T与环境温度T0的比值； （3）若从酒精棉球熄灭到最终稳定的过程中气体放出的热量为Q，求气体内能的变化。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$