第3章 2. 热力学第一定律-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步练习册（人教版）

型雅点手册高中物理选择性必修第三册圆 【综合提能练】 甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左 1.D【解析】热量是一个过程量，不能说物体含有多少热 移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大：对 量，故A错误：物休的温度不变，内能不一定不变，例如 乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功， 0℃的冰变为0℃的水，内能增加，B错误：功与热量都 其内能应减小。 是能量转化的量度，热量和功都可以作为物体内能变 第2节热力学第一定律 化的量度，而不是内能的量度，C错误：热量和功是由 【基础过关练】 过程决定的，而内能是由物体的状态决定的，D正确. 1.D【解析】水变成同温度的水蒸气时，分子间距从 2.B【解析】温度是分子平均动能的标志，温度相同，分 增大到约10%，体积要扩大约1000倍，故需克服大气 子的平均动能相同，与分子质量无关，两部分气体温度 压力对外做功，同时克服分子力做功，分子势能增加， 相同，初始时两部分气体分子的平均动能相同，故A错 内能增加，由热力学第一定律△U=Q+W,可知Q= 误：松开固定栓，氢气对氧气做功，内能诚少，氧气内能 △U一W,其中W为负值，Q为正值，一定吸热 增加，故B正确，C错误；因为是绝热汽缸和绝热隔板， 2.A【解析】一定质量的理想气体，从某一状态开始，经 所以没有热量传递，D错误 过一系列变化后又回到开始的状态，说明整个变化过程 3.C【解析孔明灯是利用热空气上升的原理制成的，点 中内能的变化为0，根据热力学第一定律可得U=W 燃后，灯内空气受热后体积膨胀，因而空气的密度变 一W:十Q一Q=0,可得Q一Q=W2一W.因为没有 小，比同体积的冷空气轻，而浮力不变，从而升空，A错 具体的变化过程，所以无法判断W,与W:的大小关系， 误：点燃后，灯内气体的温度升高，灯内空气受热后体 也无法判断Q与Q的大小关系，A正确，B,CD错误. 积膨胀，灯内气体质量减少，减少量不能确定，因此内 3.B【解析】外界对气体做功，故W=9×10J,气体内能 能的变化不能确定，B错误：点燃后升空过程中，由于 减少，故△U=一1.2×10J,根据△U=W十Q,可得 灯内气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，分子 Q=-2.1×10J. 间的平均撞击力增大，C正确：点燃后升空过程中，灯 4.B【解析】由热力学第一定律△1=W1十Q,U= 底部冷空气向上的压力大于灯内热空气向下的压力， W:十Q,若通过压强不变的过程实现体积膨胀，则由 因此灯内气体的压强减小，D错误， 兴=C可知，温度必定升高，对理想气体，内能必定增 4.AD【解析】做功和传热改变物体内能的本质不同，因 大，△U1>0,W<0,Q>0,且Q>W,.若通过温 为做功的过程一定是不同形式的能相互转化的过程， 度不变的过程实现体积膨胀，温度不变，内能不变，则 而传热是同种形式的能量（内能）在不同的物体之间或 :=0,W:<0,Q>0,且|Q1=1W2,则U1> 物体不同的部分之间传递或转移，A正确：物体内能的 △U.由于气体对外做功的过程中，通过温度不变的方 变化取决于做功和传热两种途径，单就一个方面的改 变不足以断定其内能的变化情况，B、C错误，D正确. 式，休积膨账，则由 =C可知，压强必定减小，则平均 5.BC【解析】两种情况下大气压对水银槽内的水银做相 压强比通过压强不变的方式要小，根据W一Fx一pX 同的功，因为玻璃管内吸进的水银一样多，所以水银槽 △V,故W>W,Q>Q 内的液面下降相同的高度，外界大气压力对水银做功， 5.(1)体积达到V:时，对活塞受力平衡有pS十g=pS, 使水银进入试管内，大气压力对水银做的功一部分增 得=警=4XI0P% 加了管内水银的重力势能，另一部分增加了水银的内 能：由于A管中的水银重心高，故A管中水银的重力 (2密御气休微等压变化所以有宁兰得万-长五 势能增量大，则A管中水银内能的增量小，即B管中 600K. 水银的内能增量大于A管中水银的内能增量. (3)由热力学第一定律W+Q-△E,又W=p(V:一V,) 6.C【解析】右侧为真空，对活塞无力的作用，因而当气 80J.得△E=Q-W=220J. 体自由膨胀时，不需要克服外力做功，其内能、温度均 【综合提能练】 不变 1.ACD【解析】初始状态活塞受到左侧气体向右的压力 7.D【解析】本题解题的关键是明确甲、乙两气室内气体 和弹簧向左的弹力处于平衡状态，弹簧处于压缩状态， 都历经绝热过程，其内能的改变取决于做功的情况.对 因活塞密封不严，可知左侧气体向右侧真空漏出，左侧 14 练习册参考答案与解析么 气体压强变小，右侧出现气体，对活塞有向左的压力， 4.0X10,解得Va=8.0×10于m,B错误：从状态A VE 最终左、右两侧气体压强相等，且弹簧恢复原长，故A 正确：由题知活塞初始时静止在汽缸正中间，但由于活 变化到状态B的过程中，气体对外界做功W=p(V: 塞向左移动，左侧气体体积小于右侧气体体积，则左侧 Va)=206J,C错误：从状态A变化到状态B的过程 气体质量小于右侧气体质量，故B错误：密闭的汽缸绝 中，气体的内能增加△U=Q一W=500J一206J 热，与外界没有能量交换，但弹簧弹性势能减少了，可 294J,D正确. 知气体内能增加，故C正确：初始时气体在左侧，最终 5.D【解析】以活塞为研究对象，根据受力平衡可得 气体充满整个汽缸，则初始时左侧单位体积内气体分 pS=S十mg,解得气体压强为p=+学，可知活 子数应该是最终左侧的两倍，故D正确。 塞缓慢上升d的过程，气体做等压膨胀，气体对外做功 2.C【解析】→b过程压强不变，是等压变化且体积增 为W=Sd=(S十mg)d,故A错误；以气体为对象 大，气体对外做功W0,由盖一吕萨克定律可知T> T,即内能增大，△U>0,根据热力学第一定律△U 气体数等压膨张则有气-生5，解得活塞缓慢上 T Q十W可知：→b过程，气体从外界吸收的热量一部分 用于对外做功，另一部分用于增加内能，A错误.方法 升d后，气体温度为T=士，则外界气体的温度 h 一：b·c过程中气体与外界无热量交换，即Q=0,又 升高了4T=T-T=号T,放B错误：活塞级慢上升 由气体体积增大可知W<0,由热力学第一定律Y= Q十W可知气体内能减少，方法二：c→a过程为等温过 d后，气体压强保持不变，温度升高，气体分子平均动 程，所以T=T,结合T>T分析可知T>T,所以 能增大，根据压强的微观意义可，单位时间、单位面 b到c过程气体的内能减少，故B错误.c→a过程为等 积上撞击器壁的分子数减少，故C错误：根据热力学第 温过程，可知T=T,△U=0,根据热力学第一定律 一定律可得U=Q-W=Q-(mg十pS)d,可知此过 可知c过程，气体从外界吸收的热量全部用于 程中密闭气体的内能增加了Q-(g十AS)d,故D正确. 对外做功，C正确.根据热力学第一定律结合上述解析 6.(1)0.3kg的氢完全燃烧放出的热量为Q=gm=1,4× 可知++c+a一整个热力学循环过程△U=0,整个 10J/kg×0.3kg=4.2×10J.则质量为200kg的 过程气体对外做功，因此根据热力学第一定律可得△U 水吸收的热量Q=cm△=4.2×103J/(kg·℃)× =Q一Q一W=0,故a+b过程气体从外界吸收的热 200kg·△=4.2×10J,可得升高的温度△=50℃. 量Qa不等于ca过程放出的热量一Q,D错误. (2)大巴车静止在水平地面上时，对地面的压强p一 3C【解析】根据理想气体状态方程 =C,对a,c两状 G=11.5X10Pa=2.3×10P 0.5 态结合图像，可求得气体在c状态时的温度为T= (3)车的速度v=72km/h=20m/s,匀速行驶10min 工=400K,故A错误：理想气体在a→c过程 的路程s=t=20×10×60m=1.2×10m,电动机所 中，气体体积增大，则气体对外界做功，外界对气体做 做的功W=P1=84×10×600J=5.04×10J 的功为W=一p△V=一2×105×(4一2)×103J= 【强基突破练】 一400J,所以气体对外界做功为400J,故B错误：气体 1(1)设活塞的横截面积为S,则对a气体，初态V= 在a→b一c→：过程中，外界对气体做的功W Sh1,T1=(t1+273)K=300K:末态V2=Sh:,T:=( △2，△Y=100J,根据热力学第一定律0=W+Q, +273)K.阀门K打开，加热过程中a气体做等压变 2 可得Q=一100J,所以放出热量为100J,故C正确：气 化，由蓝目萨克定律得片片联立解得6=7℃因 体在c过程中，气体压强不变，体积变大，则温度升 57℃>56℃，所以a内病毒能被灭活. 高，分子平均动能增大，则单位时间内撞击单位面积器 (2)阀门K闭合，系统绝热，a气体膨胀，对b气体做 咬上的气体分子个数变少，故D错误 功，由热力学第一定律有△U。=Q十W,代人数据解得 4D【解析】在状态A时的压强为P1=,十，解得 W=一1.5×10J,对b气体，由于系统绝热，则Q=0, 气体膨胀，对b气体做功，由热力学第一定律得= m=2kgA错误：根据盖一吕萨克定律有9X0 W=1.5×10J. 15重随手细高中物理选择性必修第三册凡) 第2节 热力学第一定律 A基础过关练 测试时间：15分钟 A.W,>W2,Q1<Q2,△U1>△U2 1.在一个大气压下，对于1kg100℃的水变为 B.W1>W2,Q>Q2,△U1>△U2 1kg100℃的水蒸气的过程，下列说法中正确 C.W1<W2,Q=Q2,△U1>△U 的是(). D.W1<W2,Q>Q2,△U1>△U2 A.内能不变，对外界做功，一定是吸热过程 5.(2025·河北唐山一中高三开学考试)如图所 B.内能增加，吸收的热量等于内能的增加量 示，一端水平悬挂的圆柱形容器用活塞密封体 C.内能不变，吸收的热量等于对外界做的功 积V1=2×10-3m3的理想气体，活塞重力不 D.内能增加，从外界吸热，吸收的热量等于对 计且能无摩擦地滑动，其下端悬挂质量m= 外界做的功和增加的内能之和 60kg的重物，容器的横截面积S=10-m2. 2.(2025·湖北武汉二中阶段练习)一定质量的 整个装置放在大气压p=1.0×10Pa的空 理想气体从某一状态开始经过一系列变化后 气中，开始时气体的温度T1=300K,当气 又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做 体从外界吸收300J的热量，体积变为V2= 的功，W2表示气体对外界做的功，Q表示气 4×103m3时，求： 体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在 (1)密闭气体的压强p. 整个过程中一定有(). (2)密闭气体的温度T2: A.Q-Q2=W2-W B.Qi=Q (3)密闭气体的内能增加量△E. C.W:=W2 D.Q>Q 3.(2025·湖北黄冈中学高二月考)一定量的气 体在某一过程中，外界对气体做了9×10J的 功，气体的内能减少了1.2×105J,由热力学第 一定律△U=W十Q可知( ) A.W=9×10J,U=1.2×105J,Q=3×10J B.W=9×10J,△U=-1.2×105J, Q=-2.1×105J C.W=-9×10J,△U=1.2×105J, Q=2.1×105J D.W=-9×10J,△U=-1.2×105J, Q=-3×104J 4.一定质量的理想气体（分子力不计），体积由V 乃综合提能练 测试时间：25分钟 膨胀到V.如果通过压强不变的过程实现，对 1.(2024·河北卷)（多选）如图所示，水平放置的 外做功大小为W1,传递热量的值为Q,内能变 密闭绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分，左 化为△U1;如果通过温度不变的过程来实现， 侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活 对外做功大小为W2,传递热量的值为Q,内能 塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接. 变化为△U2,则( 汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度， 32 第三章热力学定律 弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不 A.气体在c状态时的温度为600K 计.活塞初始时静止在汽缸正中间，后因活塞密 B.从状态a→b→c的过程中，气体对外界做功 封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后( 200J C.气体在a→b→c◆a过程中放出热量100J 理想气体 真空 wWwWwwwwwWM D.气体在b→c过程中单位时间内撞击单位面 活塞 积器壁上的气体分子个数增多 A.弹簧恢复至自然长度 4.(2025·安徽师大附属中学高二月考)如图甲 B.活塞两侧气体质量相等 所示，在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积 C.与初始时相比，汽缸内气体的内能增加 S=100cm2的质量不计且光滑的活塞密封一 D.与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分 定质量的气体，活塞上静止一质量为m的重 子数减少 物.图乙是密闭气体从状态A变化到状态B的 2.(2024·山东卷)一定质量理想气体经历如图 VT图像，密闭气体在状态A的压强pA= 所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c 1.03×10Pa,从状态A变化到状态B的过程 过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等 中吸收热量Q=500J.已知外界大气压强= 温过程.下列说法正确的是( 1.01×105Pa,g=10m/s2,下列说法正确的是 ). 4V/10m) 60 A.a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用 3.04.0T/10K) 于对外做功 甲 B.b→c过程，气体对外做功，内能增加 A.重物的质量m=1kg C.a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部 B.气体在状态B的体积为7.0×103m 用于对外做功 C.从状态A变化到状态B的过程，气体对外 D.a→b过程，气体从外界吸收的热量等于 界做功202J c→a过程放出的热量 D.从状态A变化到状态B的过程，气体的内 3.如图所示，一定质量的某种理想气体沿p-V图 能增加294J 像中箭头所示方向从状态a开始先后变化到 5.如图所示，在竖直放置的横截面积为S的圆柱 状态b、c,再回到状态a.已知a状态气体温度 形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想 为27℃，则下列说法正确的是( )(绝对零 气体，活塞导热良好且能无摩擦地滑动，将整 度取-273℃). 个装置放在大气压强恒为p,的空气中，开始 p(×10Pa】 时气体的温度为T。,活塞与容器底的距离为 h,当环境温度变化时，活塞缓慢上升d后再次 静止，此过程中气体从外界吸收的热量为Q, V/(×10m) 下列判断正确的是(). 33 重难点手细高中物理选择性必修第三册) ○强基突破练 测试时间：10分钟 1.(2025·湖北华中师大一附中月考)研究表明， 新冠病毒耐寒不耐热，温度超过56℃时，30分 ninnnnn7 A.气体对外做功的数值为pSd 钟就可以灭活.如图所示，含有新冠病毒的气 体被轻质绝热活塞封闭在绝热汽缸下部α内， B外界气体的温度升高了+4T。 h 汽缸顶端有一绝热阀门K,汽缸底部接有电热 C.单位时间单位面积上撞击器壁的分子数 丝E.a缸内被封闭气体的初始温度t1= 不变 27℃，活塞位于汽缸中央，与底部的距离h1= D.此过程中密闭气体的内能增加了Q一(mg 60cm,活塞和汽缸间的摩擦不计. +poS)d (1)若阀门K始终打开，电热丝通电一段时间， 6.(2025·湖南师大附中高二月考)大巴车的总 稳定后活塞与底部的距离h2=66cm,持续 质量为11.5t,轮胎与地面的接触总面积为 30分钟后，试分析说明a内新冠病毒能否 0.5m2.该车利用氢燃料电池驱动电动机工 被灭活？ 作，在平直公路上以72km/h的速度匀速行 (2)若阀门K始终闭合，电热丝通电一段时 驶时，电动机的额定功率为84kW.若水的比 间给a缸内气体传递了Q=1.0×10J 热容为4.2×103J/(kg·℃)，氢气的热值为 的热量，稳定后气体a的内能增加了△U= 1.4×108J/kg,g取10N/kg,求： 8.5×103J,求此过程气体b的内能增加量. (1)质量为200kg的水吸收0.3kg的氢完全 燃烧放出的热量升高的温度. (2)大巴车静止在水平地面上时对地面的 压强。 (3)大巴车匀速行驶10min的路程和电动机所 做的功. 34