3.2 热力学第一定律 同步练习 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

3.2 热力学第一定律 同步练习 2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册 学号： 班级： 姓名： 一、单项选择题 1 (2025泰州模拟预测)取一个透明塑料瓶，向瓶内注入少量的水．将橡胶塞打孔，安装上气门嘴，再用橡胶塞把瓶口塞紧，并向瓶内打气，橡胶塞迅速跳出，瓶内出现白雾．橡胶塞跳出过程中(　　) A. 瓶内气体对外界做负功 B. 瓶内气体向外界放热 C. 瓶内气体温度迅速下降 D. 气体分子单位时间对瓶壁单位面积碰撞的个数增大 2 (2025南通海门期中)两小朋友分别画了一条小鱼，妹妹画的小鱼如图甲所示，哥哥画的小鱼如图乙所示，都画出了小鱼在水中吐泡泡的神韵．若气泡内气体可视为理想气体，忽略温度变化，从物理视角分析，则(　　) 甲 乙 A. 图甲中画的气泡合理，图乙中画的气泡不合理 B. 小鱼吐的气泡上升时，泡内气体从外界吸热 C. 小鱼吐的气泡上升时，泡内气体压强增大 D. 小鱼吐的气泡上升时，液体对气泡做正功 3 (2025南通通州模拟)如图所示，在内壁光滑汽缸内封闭着一定质量的理想气体，用电热丝加热，使其温度升高T，若活塞固定，吸收热量为Q1；若活塞不固定，吸收热量为Q2，则Q1与Q2的大小关系为(　　) A. Q1>Q2 B. Q1<Q2 C. Q1＝Q2 D. 均有可能 4 (2025南通海门抽测)如图所示，密封包装的食品袋从低海拔运送到高海拔地区的过程中，会发生膨胀现象．若此过程中温度不变，袋内空气视为理想气体，下列说法正确的是(　　) A. 袋内空气对外界做功，内能减小 B. 袋内空气分子的平均动能减小 C. 袋内空气压强减小 D. 袋内空气向外界放热 5 (2025南通启东期中)一定质量的理想气体经历如图所示的循环过程，其中a→b过程是等压过程，另外两个中的一个是等温过程，另一个是绝热过程．下列说法正确的是(　　) A. a→b过程，气体分子的速率分布曲线不发生变化 B. b→c过程，速率大的分子所占比例在增加 C. c→a过程，气体放出的热量等于a→b过程吸收的热量 D. a→b→c过程，气体从外界吸收的热量等于气体对外做的功 6 (2024苏州期中)如图所示，绝热隔板K把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分，K与汽缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b.气体分子之间相互作用的势能可忽略．现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡．下列说法中错误的是(　　) A. a的温度升高 B. 加热后a的分子热运动比b更激烈 C. a的体积增大，压强变小 D. a增加的内能大于b增加的内能 7 (2025扬州阶段测试)如图所示为充满了一定质量理想气体的密封气柱袋，主要用于保护易碎、易损坏的物品．当气柱袋受到快速挤压过程中与外界无热量交换，关于快速挤压过程中的气柱袋内的气体，下列说法正确的是(　　) A. 内能不变 B. 压强不变 C. 气体对外做功 D. 分子热运动的平均动能增大 8 (2025南通阶段测试)现利用固定在潜水器体外的一个密闭汽缸做验证性实验：如图所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，轻质导热活塞可自由移动．在潜水器缓慢下潜的过程中，海水温度逐渐降低，则此过程中理论上被封闭的气体(　　) A. 活塞对气体所做的功小于气体向外界放出的热量 B. 单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数减少 C. 体积与潜水器下潜的深度成反比 D. 压强与潜水器下潜的深度成正比 二、解答题 9 (2024南通如皋阶段测试)一定质量的某种理想气体初始温度为T0＝400 K，压强p0＝1×105 Pa，体积为V0.经等容变化放出400 J热量，温度降低到T1＝300 K；若经等压变化，则需要放出600 J的热量才能使温度降低到300 K．求： (1) 等压过程中外界对气体做的功W； (2) 初始状态下气体的体积V0. 10 (2025南通海门期中)如图所示，足够高的绝热汽缸竖直放置，汽缸内有一个卡环，卡环到缸底的距离d＝15 cm，卡环上有一面积为S＝80 cm2、质量为m＝20 kg的绝热活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸内，活塞可在汽缸中无摩擦的滑动．汽缸底部有一阻值为r＝100 Ω的电热丝，外接电路中定值电阻R＝10 Ω，正弦交变电压u的最大值为um＝22 V．初始时，开关断开，汽缸内气体的温度为T1＝300 K，活塞对下方卡环的压力大小为F＝400 N，外界大气压为p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2. (1) 求初始时缸内密封气体的压强； (2) 闭合开关，经过t＝200 s的时间，汽缸内密封气体温度缓慢上升到800 K，若电热丝产生的热量全部被气体吸收，求气体内能的增量． 11 (2024南通阶段测试)一容器内部空腔呈不规则形状，为测量它的容积，在容器上竖直插入一根两端开口且粗细均匀的玻璃管，接口用蜡密封．玻璃管内部横截面积为S，管内用一长为h的水银柱封闭着长为l1的空气柱，如图所示．此时外界的温度为T1.现把容器浸在温度为T2的热水中，水银柱缓慢上升，静止时管内空气柱长度变为l2.已知水银密度为ρ，重力加速度为g，大气压强为p0. (1) 求温度为T1时封闭气体的压强p1； (2) 求容器的容积V； (3) 若该过程封闭气体的内能增加了ΔU，求气体从外界吸收的热量Q. 1. C　橡胶塞迅速跳出，瓶内气体膨胀，推动橡胶塞运动，瓶内气体对外界做功，做的是正功，故A错误；瓶内气体膨胀对外做功，在这个过程中时间很短，可近似认为没有热传递，即Q＝0，并不是向外界放热，故B错误；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，由于Q＝0，气体对外做功W<0，所以气体内能ΔU<0，内能减小，温度迅速下降，故C正确；瓶内气体温度下降，分子平均动能减小，同时气体体积膨胀，分子数密度减小，所以气体分子单位时间对瓶壁单位面积碰撞的个数减小，故D错误． 2. B　根据液体压强公式p＝p0＋ρgh(p0为大气压强，ρ为液体密度，h为深度)，气泡在上升过程中深度h减小，气泡内压强p减小．由玻意耳定律pV＝C，可知压强减小则体积增大，所以气泡应该越往上越大，图乙合理，图甲不合理，故A、C错误；气泡上升过程中，体积增大，气体对外界做功(即液体对气泡做负功)，即W<0，因为忽略温度变化，内能不变(ΔU＝0) ，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可得Q>0，这表明泡内气体从外界吸热，故B正确，D错误． 3. B　对一定量的气体内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相同，气体内能变化量相等，即ΔU1＝ΔU2＝ΔU，第一种情况，汽缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功W1＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q1＝ΔU1－W1＝ΔU1＝ΔU，第二种情况，活塞自由移动，气体受热膨胀，体积增大，气体对外做功W2＜0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q2＝ΔU2－W2＝ΔU－W2＞ΔU＝Q1，故B正确． 4. C　食品包装袋会发生膨胀，气体体积变大，则袋内空气对外界做功，气体膨胀过程中温度不变，内能不变，故A错误；气体膨胀过程中温度不变，所以袋内空气分子的平均动能不变，故B错误；根据 ＝C，袋内空气温度不变，体积变大， 所以压强减小，故C正确；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，温度不变，则ΔU＝0，体积变大，则W<0，所以Q>0，袋内空气一定对外界吸热，故D错误． 5. D　a→b过程是等压过程，由图可知，气体体积变大，根据盖吕萨克定律可知，气体的温度升高，气体分子的速率分布曲线会随之发生变化，A错误；a→b过程压强不变，体积增大，对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知此过程吸收热量，若b→c为等温过程，温度不变，则c→a为绝热过程，Q＝0，而c→a过程体积减小，W>0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知此过程内能增加，温度继续升高，不可能回到a状态，所以c→a为等温过程，内能不变，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知此过程放出热量，b→c为绝热过程，没有吸放热，体积增大，对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知此过程内能减小，温度降低，速率大的分子所占比例在减小，B错误；p-V图像中，图像与横坐标所围几何图形的面积表示功，根据图像可知，a→b→c过程，气体体积增大，气体对外界做功，令面积大小为S1，c→a过程，气体体积减小，外界对气体做功，令面积大小为S2，根据图像可知S1>S2，即该循环过程中，全程是气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，整个过程气体吸收热量，c→a过程，气体放出的热量小于a→b过程吸收的热量，C错误；a→b→c过程，气体的内能不变，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体从外界吸收的热量等于气体对外做的功，D正确． 6. C　由于汽缸和隔板都是绝热的，电热丝加热过程中，气体a的温度升高，a气体膨胀，b气体被压缩，压强增加，外界对b气体做功，根据热力学第一定律得知b的温度升高了，加热过程中气体a和气体b压强始终相等，都变大，A正确，C错误；由于气体a体积膨胀，气体b被压缩，最终气体a体积大于气体b体积，由于初始时刻两个气室内是同种气体，且体积相等，加热过程中气体a和气体b压强相等，由 ＝C可知，加热后气体a的温度高于气体b的温度，即气体a的分子热运动比气体b更激烈，B正确；由于气体a的最终温度较高，所以内能增加较多，D正确．故选C. 7. D　气柱袋受到快速挤压时，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律得知气体的内能增大，故A、C错误；气体的体积变小，内能增大，温度升高，根据理想气体的状态方程 ＝C，可知气体的压强必定增大，故B错误；气体的体积减小，外界对气体做功，内能增大，温度升高，分子热运动的平均动能增大，D正确． 8. A　因为轻质导热活塞可自由移动，所以封闭气体的压强等于外界压强．在潜水器缓慢下潜过程中，外界压强增大，气体压强也增大，根据理想气体状态方程 ＝C，海水温度T逐渐降低，压强p增大，所以气体体积V减小，外界对气体做功，W>0，又因为温度降低，气体内能减小，即ΔU<0，由ΔU＝W＋Q，可知气体系统向外界放热，活塞对气体所做的功小于气体向外界放出的热量，故A正确；气体压强增大，虽然温度降低，分子平均动能减小，但压强增大说明单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多，故B错误；设潜水器下潜深度为h，外界压强p＝p0＋ρgh，由 ＝C，可知当温度降低时，V与潜水器下潜的深度h不成反比，故C错误；由外界压强p＝p0＋ρgh，可知压强p与深度h是一次函数关系，但不是成正比关系，故D错误． 9. (1) 等容过程中，气体做功为零，即 ΔU1＝－Q1＝－400 J， 等压过程，内能减小400 J，放出600 J热量，则ΔU2＝W－Q2， 因为是理想气体，下降相同温度时内能变化相同，即ΔU1＝ΔU2， 联立解得W＝200 J. (2) 根据等压变化可得 ＝，W＝p0(V0－V1)， 联立解得V0＝8×10-3 m3. 10. (1) 设缸内气体的初始压强为p1，对活塞受力分析有p1S＋F＝mg＋p0S， 解得p1＝7.5×104 Pa. (2) 缸内气体的初始体积为 V1＝Sd＝1.2×10-3 m3， 设活塞刚好要离开卡环时，缸内气体温度为T2，压强为p2＝p0＋＝1.25×105 Pa， 气体发生等容变化，有 ＝， 解得T2＝500 K， 继续升温到T3＝800 K，活塞向上移动，气体发生等压变化，则有 ＝， 解得d′＝24 cm， 整个过程中气体对外做功为 W＝p2S(d′－d)＝90 J， 电热丝在时间t内产生热量为 Q＝rt＝800 J， 由热力学第一定律可知，气体内能的增量为 ΔU＝Q－W＝710 J. 11. (1) 对液柱受力分析有 p1S＝p0S＋ρghS， 解得p1＝p0＋ρgh. (2) 设容器的容积为V，对封闭气体，其初态的体积为V1＝V＋l1S， 其末态体积为V2＝V＋l2S， 由于该过程中气体压强不变，即发生等压变化，有 ＝， 解得V＝. (3) 由于该过程中发生等压变化，其体积变化为ΔV＝V2－V1＝(l2－l1)S， 该过程外界对系统做功为 W＝－p1·ΔV， 设吸收热量为Q，由热力学第一定律有 ΔU＝W＋Q， 解得Q＝ΔU＋(p0＋ρgh)(l2－l1)S. 学科网（北京）股份有限公司 $