3.1 热力学第一定律 同步练习 -2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第三册

第1节　热力学第一定律 一、必备知识基础 1.(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 2.(多选)下列实例属于做功来增加物体内能的是(　　) A.铁棒放在炉子里被烧红 B.锯条锯木头时会发热 C.古时候的人钻木取火 D.冬天在阳光下取暖 3.(2025山西太原模拟)现代喷气式飞机的燃气轮机工作循环简化如下:1→2过程空气被绝热压缩,2→3过程燃料燃烧气体等压膨胀,3→4过程高温气体绝热膨胀推动叶轮转动,4→1过程废气等压压缩至初始状态。若气体始终可看作理想气体,下列说法正确的是(　　) A.1→2过程中,气体温度升高 B.2→3过程中,气体对外做负功 C.3→4过程中,气体内能不变 D.4→1过程中,气体吸收热量 4.学校用如图所示的压缩式喷雾器对教室走廊等场所消毒。给储液罐打足气,打开开关就可以让药液喷洒出来。若罐内气体温度保持不变,随着药液的不断喷出,则罐内气体内能　　　　　　(选填“不断增大”“不断减小”或“保持不变”),气体　　　(选填“吸收”或“放出”)热量。  5.如图所示,一系统由状态a沿acb到达状态b的过程中,有350 J热量传入系统,而系统做功126 J。 (1)若沿adb到达状态b,系统做功42 J,则有多少热量传入系统? (2)若系统由状态b沿曲线ba返回状态a时,外界对系统做功为84 J,则系统是吸热还是放热?热量传递是多少? 6.某充气式座椅简化模型如图所示,质量相等且导热良好的两个气缸C、D,通过活塞a、b封闭质量相等的两部分同种气体A、B,两活塞通过轻弹簧相连。整个装置静置在水平面上,已知C气缸质量为M,封闭气体的初始高度均为L,初始环境温度为T0,大气压强为p0,重力加速度为g,活塞的横截面积为S、质量和厚度不计,活塞光滑且活塞与气缸不漏气。 (1)若环境温度缓慢升至1.2T0,求稳定后A气体的高度。 (2)若环境温度缓慢升至1.2T0,此过程中A气体内能增加量为U,求A气体从外界吸收的热量Q。 7.如图所示,在绝热气缸内,有一绝热活塞封闭一定质量的气体,开始时缸内气体温度为27 ℃,封闭气柱长为9 cm,活塞横截面积S=50 cm2。现通过气缸底部电热丝给气体加热一段时间,此过程中气体吸热22 J,稳定后气体温度变为127 ℃。已知大气压强等于1×105 Pa,活塞与气缸间无摩擦,不计活塞重力。求: (1)加热后活塞到气缸底部的距离; (2)此过程中气体内能的改变量。 二、关键能力提升 8.一定质量的理想气体,从某一状态开始,经过一系列变化后又回到开始的状态,用W1表示外界对气体做的功,W2表示气体对外界做的功,Q1表示气体吸收的热量,Q2表示气体放出的热量,则在整个过程中一定有(　　) A.Q1-Q2=W2-W1 B.Q1=Q2 C.W1=W2 D.Q1>Q2 9.某同学冬季乘火车旅行,在寒冷的站台上从气密性良好的糖果瓶中取出糖果后拧紧瓶盖,将糖果瓶带入温暖的车厢内一段时间后,与刚进入车厢时相比,瓶内气体(　　) A.内能变小 B.压强变大 C.分子的数密度变大 D.每个分子动能都变大 10.(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品,如图所示,充气袋四周被挤压时,假设袋内气体与外界无热交换,则袋内气体(　　) A.体积减小,内能增大 B.体积减小,压强减小 C.对外界做负功,内能增大 D.对外界做正功,压强减小 11.(多选)如图所示,在p-T图像中,一定质量的理想气体经历了从状态A到状态B再到状态C,最后回到状态A的过程,在该过程中,下列说法正确的是(　　) A.从A到B过程中,气体对外做功 B.从B到C过程中,气体放出热量 C.从C到A过程中,气体分子密度减小 D.从A到B过程和从C到A过程,气体做功的绝对值相等 12.如图所示,一定质量的理想气体从状态A经绝热过程到达状态B,再经等容过程到达状态C,此过程的p-V图像如图所示,图中虚线为等温线。在B→C的过程中,气体吸收热量为12 J。 (1)试比较气体在A和B状态的内能EA、EB的大小; (2)求气体从A→B过程中气体对外界做的功。 13.(2023浙江1月选考)某探究小组设计了一个报警装置,其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S=100 cm2、质量m=1 kg的活塞密封一定质量的理想气体,活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA=300 K、活塞与容器底的距离h0=30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热,活塞缓慢上升d=3 cm恰好到达容器内的卡口处,此时气体达到状态B。活塞保持不动,气体被继续加热至温度TC=363 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU=158 J。取大气压p0=0.99×105 Pa,求气体: (1)在状态B的温度; (2)在状态C的压强; (3)由状态A到状态C过程中从外界吸收的热量Q。 参考答案 1.AB　系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量,所以是由系统的状态决定的,A正确。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,B正确。做功和传热都可以改变系统的内能,C错误。气体做绝热膨胀时对外界做了功,又与外界没有发生热交换,所以系统的内能要减小,D错误。 2.BC　A、D属于热传递,锯条锯木头与钻木取火时都是做功,从而使物体的内能增加。 3.A　 1→2过程中,空气被绝热压缩,外界对气体做功,根据热力学第一定律可知,气体内能增大,则气体温度升高,故A正确;2→3过程中,气体体积增大,气体对外做正功,故B错误;3→4过程中,气体绝热膨胀,外界对气体做负功,根据热力学第一定律可知,气体内能减小,故C错误;4→1过程中,气体等压压缩,根据=C可知,气体温度降低,气体内能减小,由于外界对气体做正功,根据热力学第一定律可知,气体向外界放热,故D错误。 4.答案 保持不变　吸收 解析 由于罐内气体温度保持不变,故内能保持不变;随着药液的不断喷出,气体的体积增大,气体对外做功,由于气体内能不变,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,气体吸收热量。 5.答案 (1)266 J　(2)放热　308 J 解析 (1)根据题意,由热力学第一定律可知,系统在状态b和状态a的内能差为ΔE=350 J-126 J=224 J 若沿adb到达状态b,系统做功42 J,由热力学第一定律有ΔU=Q+W 解得传入系统的热量为Q=224 J+42 J=266 J。 (2)若系统由状态b沿曲线ba返回状态a时,内能减小224 J,由热力学第一定律有ΔU=Q+W 解得Q=-308 J 系统放热。 6.答案 (1)1.2L　(2)U+0.2p0LS+0.2MgL 解析 (1)若环境温度缓慢升至1.2T0,根据受力平衡可知,气体发生等压变化,则有 解得L1=1.2L。 (2)若环境温度缓慢升至1.2T0,A气体内能增加量为U,气体膨胀,则气体对外界做功为 W=-×0.2LS=-(0.2p0LS+0.2MgL) 根据热力学第一定律 ΔU=W+Q 可得Q=U+0.2p0LS+0.2MgL。 7.答案 (1)12 cm　(2)7 J 解析 (1)取封闭的气体为研究对象,开始时气体的体积为L1S 温度为T1=(273+27)K=300 K 末状态的体积为L2S,温度为T2=(273+127)K=400 K 气体做等压变化,则 解得L2=12 cm。 (2)在该过程中,气体对活塞做功 W=p0S(L2-L1) 由热力学第一定律有ΔU=Q-W 解得ΔU=7 J。 8.A　因为该气体从某一状态开始,经过一系列变化后又回到开始的状态,所以内能没有变化,ΔU=0。根据热力学第一定律可知W1-W2+Q1-Q2=ΔU=0,即Q1-Q2=W2-W1,故A正确。 9.B　解析 将糖果瓶带入温暖车厢一段时间后,瓶内气体温度升高,内能增大,分子平均动能变大,但不是每个分子动能都变大,故A、D错误;瓶内气体体积V不变,根据查理定律可知,温度升高,压强变大,故B正确;分子数密度n=,分子数N不变,体积V不变,分子数密度不变,故C错误。 10.AC　实际气体在温度不太低、压强不太大时可看作理想气体,充气袋被挤压,气体体积减小,外界对气体做正功,则W>0,即气体对外界做负功,由于袋内气体与外界无热交换,即Q=0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q知,内能增大,选项A、C正确;根据理想气体状态方程=C可判断压强一定增大,选项B、D错误。 11.AB　根据=C可知,从A到B过程中,体积增大,因此气体对外做功,A正确;从B到C过程中,直线通过原点,故体积不变,而温度降低,气体内能减少,根据热力学第一定律可知气体放出热量,B正确;从C到A过程中,气体温度不变,压强增大,根据理想气体状态方程可知,气体体积减小,气体分子密度增大,C错误;从A到B过程和从C到A过程,气体体积变化相等,但两个过程气体压强的平均值不同,因此两个过程气体做功绝对值不相等,D错误。 12.答案 (1)EA>EB　(2)12 J 解析 (1)A→B过程绝热,Q=0,体积V增大,对外做功,由ΔU=W+Q知内能减小,EA>EB。 (2)A→B→C过程中有ΔU=WAB+WBC+QAB+QBC A、C温度相等,内能不变ΔU=0 A、B绝热过程QAB=0 B、C等容变化不做功WBC=0 在B→C的过程中,气体吸收热量为12 J,即QBC=12 J 故WAB=-12 J 即从A→B过程中气体对外做功12 J。 13.答案 (1)330 K　(2)1.1×105 Pa　(3)188 J 解析 (1)根据题意可知,气体由状态A变化到状态B的过程中,封闭气体的压强不变,则有 解得TB=TA=330 K。 (2)从状态A到状态B的过程中,活塞缓慢上升,则pBS=p0S+mg 解得pB=1×105 Pa 根据题意可知,气体由状态B变化到状态C的过程中,气体的体积不变,则有 解得pC=pB=1.1×105 Pa。 (3)根据题意可知,从状态A到状态C的过程中气体对外做功为W0=pBSΔh=30 J 由热力学第一定律有ΔU=W+Q 解得Q=ΔU+W0=188 J。 学科网（北京）股份有限公司 $