3.1 功、热和内能的改变 分层练习 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第3.1课 功、热和内能的改变 ( 基础达标练 ) 01功能和内能 1．古代人们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．气体对外界做正功，气体的内能增加 D．外界对气体做正功，气体的内能减少 答案：B 解析：对封闭气体，猛推推杆压缩的过程中，时间极短，传热不计，故该过程中外界对气体做正功，使其内能增加，故C、D错误；因气体的内能是所有分子动能与分子势能之和，而气体的分子间距很大，分子力可以忽略，故分子势能不计，所以分子的平均动能增加，温度升高，再由理想气体状态方程＝C可知，气体的压强变大，故A错误，B正确。 2．如图所示，在大口的玻璃瓶内装一些水，水的上方有水蒸气。然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶口，并给瓶内打气，当打到某一状态时，瓶塞会跳起来。 当瓶塞跳起时，我们会看到瓶内出现“白雾”。对于“白雾”的形成，下列说法正确的是( ) A．“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠 B．这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气 C．这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾 D．瓶内空气推动瓶塞做功，空气的内能减小，温度降低，使水蒸气液化形成小水滴 答案：D 解析：形成“白雾”的原因是在瓶塞突然跳起时，气体膨胀对外做功，内能减少，温度下降，水蒸气有一部分被液化成小水滴，形成“白雾”，故 D选项正确。 3．用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞冲出试管口的过程中，下列说法正确的是( ) A．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大 B．水蒸气的部分内能转化为软木塞的机械能 C．能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同 D．软木塞的机械能守恒 答案：B 解析：水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能减小，温度降低，故A错误；软木塞冲出的过程是水蒸气的部分内能转化为软木塞机械能的过程，热机压缩冲程是将机械能转化为内能，故B正确，C错误；此过程中软木塞的动能和势能都增大，因此机械能增大，故D错误。 4．金属制成的汽缸中放入浸了少许乙醚的脱脂棉，有可能使其达到燃点而燃烧的过程是( ) A．迅速向里推活塞 B．迅速向外拉活塞 C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞 答案：A 解析：浸了乙醚的脱脂棉较容易燃烧，但在常温或稍高于常温的情况下也不会自燃，因此，想使其达到燃点而燃烧必须使其温度升高到足够高，即使其内能有足够的增加。若向外拉活塞，无论是缓慢拉还是迅速拉，都会因为气体膨胀对外做功而导致汽缸内气体内能减少(温度降低)；当缓慢向里推活塞时，尽管外界对缸内气体做功而使气体温度升高，但由于气体同时要向外散热，此过程气体温度升高不多，也不能达到乙醚燃点；而当迅速向里推活塞时，外界对气体做功的功率很大，由于气体来不及向外散热，因此，气温急剧上升，这样就可以使缸内气体温度达到乙醚燃点而使之燃烧，故A正确，B、C、D错误。 5．如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气。以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向左拉的过程中( ) A．E甲不变，E乙减小 B．E甲不变，E乙增大 C．E甲增大，E乙不变 D．E甲增大，E乙减小 答案：D 解析：由题意可知甲、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决于做功的情况。对甲室内的气体，在拉杆缓慢向左拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室内的气体做功，其内能应增大。对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，乙室内的气体对外界做功，内能应减小，故D正确。 6．如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，面积为0.1 m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少？(p0＝1.01×105 Pa，g取10 m/s2) 答案：1 030 J 解析：由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功等于气体增加的内能，即ΔU＝W外＝(m活塞＋m物体)gΔh＋p0SΔh＝(5＋15)×10×0.1 J＋1.01×105×0.1×0.1 J＝1 030 J。 02热能和内能 7．在以下事例中，通过传热的方式来改变物体内能的是( ) A．两小球碰撞后粘合起来，同时温度升高 B．冬天暖气为房间供暖 C．点燃的爆竹在空中爆炸 D．汽车的车轮与地面相互摩擦发热 答案：B 解析：两小球碰撞后粘在一起，温度升高，是机械能转化为内能，A错误；冬天暖气为房间供暖，是通过传热的方式来改变物体内能的，B正确；点燃的爆竹在空中爆炸，是化学能转化为内能，C错误；车轮与地面摩擦生热，是机械能转化为内能，D错误。 8．(多选)下列有关热现象和内能的说法正确的是( ) A．分子间引力和斥力相等时，分子势能最小 B．分子间引力和斥力相等时，分子势能最大 C．把物体缓慢举高，其机械能增加，内能不变 D．盛有气体的容器做加速运动时，容器中气体的内能必定会随之增大 答案：AC 解析：分子间引力和斥力相等时的位置，为平衡位置，其分子势能最小，故A正确，B错误；把物体缓慢举高，外力做功，其机械能增加，内能与温度、质量、体积、物态有关，物体的温度、质量、物态、体积都不变，故内能不变，故C正确；一定质量的理想气体的内能由温度决定，与物体的宏观速度大小无关，故D错误。 03功、内能、热量和温度的区别与联系 9．(多选)如图所示为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高。关于这个实验，下列说法正确的是( ) A．这个装置可测定热功当量 B．做功增加了水的热量 C．做功增加了水的内能 D．功和热量是完全等价的，无区别 答案：AC 解析：将做功过程和吸热过程在同等条件下比较，可测出热功当量，故A 正确；做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，故B错误，C正确；做功和热传递产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，故D错误。 10．(多选)夏季天气温差比较大，充足的车胎经过正午阳光的暴晒易爆胎。若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短，可看作绝热过程。关于车胎内的气体，下列说法正确的是( ) A．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大 B．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，对外做功，内能不变 C．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小 D．爆胎过程中，车胎内气体体积增大，压强减小，温度升高 答案：AC 解析：爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，温度升高，内能增大，压强增大；爆胎前气体体积不变，没有对外做功，故A正确，B错误；爆胎过程中，车胎内气体体积增大，气体对外做功，内能减小，同时温度降低，压强减小，故C正确，D错误。 11．下列关于热量、功和内能的说法中，错误的是( ) A．热量、功都可以作为物体内能的量度 B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度 C．热量、功、内能的单位相同 D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的 答案：A 解析：热量和功可作为物体内能改变的量度，故A错误，B正确；热量、功、内能的单位都是焦耳，故C正确；热量和功是过程量，内能是状态量，故D正确。 12．关于系统的内能及其变化，下列说法中正确的是( ) A．系统的温度改变时，其内能必定改变 B．系统对外做功，其内能不一定改变；系统向外传递热量，其内能不一定改变 C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热量，其内能必定改变 D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变 答案：B 解析：一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定，物体的温度改变时，其内能不一定改变，故A错误；物体对外做功的同时如果从外界吸收热量或者同时有别的物体还对它做功，那么物体的内能就不一定改变；向物体传递热量的时候，如果物体同时放热或者物体对外做功，那么物体的内能也不一定改变，故C错误，B正确；不发生热传递的话，也可以是物体对外界做功或者外界对物体做功，一样可以改变物体的内能，故D错误。 13．关于内能、温度和热量，下列说法正确的是( ) A．物体的温度升高时，一定吸收热量 B．物体沿斜面下滑时，内能将增大 C．物体沿斜面匀速下滑时，内能可能增大 D．内能总是从高温物体传递给低温物体，当内能相等时传热停止 答案：C 解析：物体的温度升高时，可能是外界对物体做了功，不一定吸收热量，故A错误；物体沿光滑斜面下滑时，没有摩擦力做功，则物体的内能不会增大，故B错误；物体沿斜面匀速下滑时，有摩擦力做功转化为物体的内能，则物体的内能可能增大，故C正确；热量总是从高温物体传递给低温物体，当温度相等时传热停止，故D错误。 ( 能力提升练 ) 14．(多选)下列关于系统的内能的说法正确的是( ) A．系统的内能是由系统的状态决定的 B．分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的 C．做功可以改变系统的内能，但单纯地对系统传热不能改变系统的内能 D．气体在大气中做绝热膨胀时做了功，但气体的内能不变 答案：AB 解析：系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，由系统的状态决定，选项A正确；因为内能是由系统的状态决定的，所以分子动理论中引入的内能和热力学中引入的内能是一致的，选项 B正确；做功和热传递都可以改变系统的内能，选项C错误；气体在大气中做绝热膨胀时对外界做了功，且与外界没有热交换，所以系统的内能要减少，故选项D错误。 15．关于如图所示的实验，下列说法正确的是( ) A．图甲，迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明热传递可以使物体的温度升高 B．图乙，重物下落带动叶片转动，由于叶片向水传递热量而使水的温度升高 C．图丙，降落的重物使发电机发电，电流对液体做功使液体的温度升高 D．由以上实验可知，外界对系统做功可以使系统的内能增加 答案：D 解析：题图甲中迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明做功可以改变气体的内能，进而使温度升高，A错误；题图乙中重物下落带动叶片转动搅拌容器中的水，水由于摩擦生热而温度上升，B错误；题图丙中降落的重物使发电机发电，电流通过电阻丝放热使液体升温，C错误；题图所示的三个实验本质上均是外界对系统做功而使系统的内能增加，D正确。 ( 综合拓展 练 ) 16．(多选)器壁透热的汽缸固定在恒温环境中，如图所示。汽缸内封闭着一定量的气体，气体分子间相互作用的分子力可以忽略不计，当缓慢推动活塞Q向左运动的过程中，下列说法正确的是( ) A．活塞对气体做功，气体的内能增加 B．活塞对气体做功，气体的平均动能不变 C．气体的单位体积内分子数增多，压强增大 D．气体向外放热，内能减少 答案：BC 解析：解决本题的关键是理解缓慢推动活塞Q的物理含义，推动活塞Q使活塞对气体做功，本来气体的温度应升高，但是由于缓慢推动活塞，所以使气体增加的内能又以热量的形式释放到周围环境中，由于环境温度恒定，所以汽缸内气体的温度不变，气体的平均动能不变，内能不变，A、D错误，B正确；由于气体被压缩，气体单位体积内的分子数增多，所以单位面积上，汽缸受到气体分子的碰撞次数增多，因此气体的压强增大，C正确。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第3.1课 功、热和内能的改变 ( 基础达标练 ) 01功能和内能 1．古代人们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．气体对外界做正功，气体的内能增加 D．外界对气体做正功，气体的内能减少 2．如图所示，在大口的玻璃瓶内装一些水，水的上方有水蒸气。然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶口，并给瓶内打气，当打到某一状态时，瓶塞会跳起来。 当瓶塞跳起时，我们会看到瓶内出现“白雾”。对于“白雾”的形成，下列说法正确的是( ) A．“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠 B．这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气 C．这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾 D．瓶内空气推动瓶塞做功，空气的内能减小，温度降低，使水蒸气液化形成小水滴 3．用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞冲出试管口的过程中，下列说法正确的是( ) A．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大 B．水蒸气的部分内能转化为软木塞的机械能 C．能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同 D．软木塞的机械能守恒 4．金属制成的汽缸中放入浸了少许乙醚的脱脂棉，有可能使其达到燃点而燃烧的过程是( ) A．迅速向里推活塞 B．迅速向外拉活塞 C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞 5．如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气。以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向左拉的过程中( ) A．E甲不变，E乙减小 B．E甲不变，E乙增大 C．E甲增大，E乙不变 D．E甲增大，E乙减小 6．如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，面积为0.1 m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少？(p0＝1.01×105 Pa，g取10 m/s2) 02热能和内能 7．在以下事例中，通过传热的方式来改变物体内能的是( ) A．两小球碰撞后粘合起来，同时温度升高 B．冬天暖气为房间供暖 C．点燃的爆竹在空中爆炸 D．汽车的车轮与地面相互摩擦发热 8．(多选)下列有关热现象和内能的说法正确的是( ) A．分子间引力和斥力相等时，分子势能最小 B．分子间引力和斥力相等时，分子势能最大 C．把物体缓慢举高，其机械能增加，内能不变 D．盛有气体的容器做加速运动时，容器中气体的内能必定会随之增大 03功、内能、热量和温度的区别与联系 9．(多选)如图所示为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高。关于这个实验，下列说法正确的是( ) A．这个装置可测定热功当量 B．做功增加了水的热量 C．做功增加了水的内能 D．功和热量是完全等价的，无区别 10．(多选)夏季天气温差比较大，充足的车胎经过正午阳光的暴晒易爆胎。若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短，可看作绝热过程。关于车胎内的气体，下列说法正确的是( ) A．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大 B．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，对外做功，内能不变 C．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小 D．爆胎过程中，车胎内气体体积增大，压强减小，温度升高 11．下列关于热量、功和内能的说法中，错误的是( ) A．热量、功都可以作为物体内能的量度 B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度 C．热量、功、内能的单位相同 D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的 12．关于系统的内能及其变化，下列说法中正确的是( ) A．系统的温度改变时，其内能必定改变 B．系统对外做功，其内能不一定改变；系统向外传递热量，其内能不一定改变 C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热量，其内能必定改变 D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变 13．关于内能、温度和热量，下列说法正确的是( ) A．物体的温度升高时，一定吸收热量 B．物体沿斜面下滑时，内能将增大 C．物体沿斜面匀速下滑时，内能可能增大 D．内能总是从高温物体传递给低温物体，当内能相等时传热停止 ( 能力提升练 ) 14．(多选)下列关于系统的内能的说法正确的是( ) A．系统的内能是由系统的状态决定的 B．分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的 C．做功可以改变系统的内能，但单纯地对系统传热不能改变系统的内能 D．气体在大气中做绝热膨胀时做了功，但气体的内能不变 15．关于如图所示的实验，下列说法正确的是( ) A．图甲，迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明热传递可以使物体的温度升高 B．图乙，重物下落带动叶片转动，由于叶片向水传递热量而使水的温度升高 C．图丙，降落的重物使发电机发电，电流对液体做功使液体的温度升高 D．由以上实验可知，外界对系统做功可以使系统的内能增加 ( 综合拓展 练 ) 16．(多选)器壁透热的汽缸固定在恒温环境中，如图所示。汽缸内封闭着一定量的气体，气体分子间相互作用的分子力可以忽略不计，当缓慢推动活塞Q向左运动的过程中，下列说法正确的是( ) A．活塞对气体做功，气体的内能增加 B．活塞对气体做功，气体的平均动能不变 C．气体的单位体积内分子数增多，压强增大 D．气体向外放热，内能减少 1 学科网（北京）股份有限公司 $$