第三章 第二、三节 热力学第一定律 能量守恒定律-【创新教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册五维课堂课时作业word（人教版）

[基础达标练] 1．对于一个大气压下100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是(　　) A．水的内能增加，对外界做功，一定是吸热 B．水的内能不变，对外界做功，从外界吸热 C．水的内能减少，对外界不做功，向外界放热 D．水的内能增加，对外界做功，向外界放热 解析：A　[水变成水蒸气体积膨胀对外界做功，分子间距增大，分子势能增加，又温度不变所以分子的平均动能不变，所以水的内能增加，再根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，知Q>0，即从外界吸热，综上可知A正确．] 2．关于内能，下列说法正确的是(　　) A．理想气体吸热，温度一定升高 B．物体动能越大，分子动能越大 C．外界对气体做功10 J，同时气体放出20 J的热量，则气体的内能减少10 J D．只有传热可以改变物体的内能 解析：C　[根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得物体的内能与做功和传热有关，则一定质量的理想气体吸热时内能可以不变，温度不一定升高，故A错误；物体运动的速度与分子热运动的速度或动能无关，故B错误；外界对气体做功10 J，同时气体放出20 J的热量，则根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝(10－20) J＝－10 J，可知气体的内能减少10 J，故C正确；物体内能改变与做功和传热有关，故D错误．] 3．某同学用带一进气孔的橡皮塞塞紧饮料瓶，并用打气筒经进气孔向饮料瓶内打气．当瓶内气体压强增大到一定程度时，橡皮塞冲出，发现饮料瓶内壁中有水蒸气凝结，产生这一现象的原因是饮料瓶中气体(　　) A．体积增大，温度升高 B．动能增大，温度升高 C．对外做功，温度降低 D．质量减少，温度降低 解析：C　[压强增大到一定程度时，橡皮塞冲出，此过程时间极短，可以认为是绝热过程，Q＝0，瓶内气体膨胀，对外做功，W<0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知气体内能减小，温度降低，故C选项正确．] 4.如图所示的密闭汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功500 J，同时气体向外界放热100 J，缸内气体的(　　) A．温度升高，内能增加400 J B．温度升高，内能减少400 J C．温度降低，内能增加600 J D．温度降低，内能减少600 J 解析：A　[由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝500 J＋(－100 J)＝400 J，即缸内气体内能增加400 J，气体温度升高，故选项A正确，B、C、D错误．] 5．一定质量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，此过程的末状态与初状态相比(　　) A．气体内能一定增加 B．气体内能一定减小 C．气体内能一定不变 D．气体内能是增是减不能确定 解析：D　[气体吸收热量Q>0，气体对外做功W<0，若|Q|>|W|，根据热力学第一定律知ΔU>0，内能增加；若|Q|<|W|，则ΔU<0，内能减小；若|Q|＝|W|，则ΔU＝0，内能不变．故D正确．] 6.如图所示，A、B表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A变化到状态B时(　　) A．气体内能一定增加 B．气体压强变大 C．气体对外界做功 D．气体对外界放热 解析：C　[由状态A到状态B，气体温度不变，理想气体的内能只与温度有关，可知气体的内能不变，故A错误；由状态A到状态B，气体体积增大，由理想气体状态方程＝C可知，气体的压强减小，故B错误；由状态A到状态B，气体体积增大，则气体对外界做功，C正确；由前面分析知气体内能不变，又气体对外界做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，知气体一定吸热，故D错误．] 7．导热性能良好的汽缸和活塞，密封一定质量的理想气体，汽缸固定不动，保持环境温度不变，现用外力将活塞向下缓慢移动一段距离，则这一过程中(　　) A．外界对缸内气体做功，缸内气体内能不变 B．缸内气体放出热量，内能增大 C．汽缸内每个气体分子的动能都保持不变 D．单位时间内撞击到器壁上单位面积的分子数减小 解析：A　[汽缸和活塞导热性能良好，且环境温度不变，因此在将活塞向下缓慢移动一段距离的过程中，缸内气体温度不变，内能不变，外界对气体做功，且气体内能不变，由ΔU＝W＋Q可知，气体将放出热量，故A正确，B错误；温度不变，说明气体分子平均动能不变，而并非指每个气体分子的动能均保持不变，故C错误；气体温度不变，体积缩小，根据理想气体状态方程可知，其压强增大，单位时间内撞击到器壁上单位面积的分子数增多，故D错误．] 8．(多选)如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p­V图像中从a到b的直线所示．在此过程中(　　) A．气体温度一直降低 B．气体内能一直增加 C．气体一直对外做功 D．气体一直从外界吸热 解析：BCD　[由理想气体的状态方程＝C知，从a到b气体温度一直升高，故A错误．一定质量的理想气体的内能由温度决定，可知气体内能一直增加，故B正确．气体体积逐渐膨胀，一直对外做功，故C正确．根据热力学第一定律可知，气体一直从外界吸热，吸收的热量一部分用来对外做功，一部分用来增加气体的内能，故D正确．] [能力提升练] 9.冲击摆实验装置如图所示，一水平飞行的子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，在此过程中有关能量转化的说法正确的是(　　) A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能 B．子弹的动能转变成沙箱和子弹的重力势能 C．子弹的动能转变成沙箱和子弹的动能 D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变为沙箱和子弹的机械能 解析：D　[子弹在射入沙箱的过程中，要克服摩擦阻力做功，有一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，一部分动能变成沙箱和子弹的机械能，故D正确．] 10．(多选)如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e.对此气体，下列说法正确的是(　　) A．过程①中气体的压强逐渐减小 B．过程②中气体对外界做正功 C．过程④中气体从外界吸收了热量 D．状态c、d的内能相等 解析：BD　[过程①中，气体体积V不变、温度T升高，则压强增大，故A错误．过程②中，气体体积V变大，对外界做功，故B正确．过程④中，气体温度T降低，内能减小，体积V不变，气体不做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得Q＜0，即气体放出热量，故C错误．状态c、d温度相同，所以内能相等，故D正确．] 11.如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B.此过程中，气体压强p＝1.0×105 Pa，吸收的热量Q＝7.0×102 J，求此过程中气体内能的增加量． 解析：一定质量的理想气体发生等压变化，由盖—吕萨克定律得＝，则VB＝＝8.0×10－3 m3， 气体对外做的功W＝－p(VB－VA)＝－2.0×102 J， 根据热力学第一定律得ΔU＝Q＋W， 解得ΔU＝5.0×102 J. 答案：5.0×102 J 12.如图所示，圆柱形汽缸竖直放置，质量m＝3.0 kg，横截面积S＝1.0×10－3 m2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁封闭良好，不计摩擦，不计活塞和汽缸的厚度，开始时活塞距汽缸底距离h1＝0.50 m，此时温度T1＝300 K．给汽缸缓慢加热至T2，活塞上升到距离汽缸底h2＝0.80 m处，同时缸内气体内能增加250 J，已知外界大气压p0＝1.0×105 Pa，取g＝10 m/s2.求： (1)缸内气体加热后的温度T2； (2)此过程中缸内气体吸收的热量Q. 解析：(1)根据盖—吕萨克定律，有＝ 代入数据可得T2＝480 K； (2)缸内气体压强p＝p0＋ 根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q 其中W＝－pΔV 代入数据解得Q＝289 J. 答案：(1)480 K　(2)289 J [创新应用练] 13．如图所示，有人设计了这样一台“永动机”：距地面一定高度架设一个水槽，水从槽底的管中流出，冲击一个水轮机，水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮．他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去，这样循环不已，机器不停地转动，就可以永久地用砂轮磨制工件做功了．请你分析一下，高处水槽中水的势能转变成哪几种形式的能，说明这个机器是否能够永远运转下去． 解析：取顶部水槽中流出的水为研究对象，在其从顶部水槽中流出至底部水槽的过程中，它的重力势能一部分转化为自身的动能，一部分转化为水轮机、抽水机、砂轮的动能，一部分转化为砂轮和工件的内能，还有一部分转化为抽水机抽上去的水的重力势能．由能的转化和守恒定律知，抽水机抽上去的水的重力势能必然小于流下的水的重力势能，如果上抽的水管的横截面积大于或等于下流的水管的横截面积，则根本不可能将底部水槽中的水抽至顶部水槽，即使上抽水管的横截面积小于下流水管的横截面积也不一定能将水抽上去，如果上抽水管比下流水管细很多且能够将底部水槽中的水抽至顶部水槽，则相等时间里抽上去的水也要比流下的水的质量小得多，最后顶部水槽中的水很快就会流光． 答案：见解析 14．新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图甲所示．壶的容积为1.5 L，内含1.0 L的消毒液．闭合阀门K，缓慢向下压压杆A，每次可向瓶内储气室充入0.05 L的1.0 atm的空气，多次下压后，壶内气体压强变为2.0 atm时，按下按柄B，阀门K打开，消毒液从喷嘴处喷出．储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度保持不变，1.0 atm＝1.0×105 Pa. (1)求充气过程向下压压杆A的次数和打开阀门K后最多可喷出液体的体积； (2)喷液全过程，气体状态变化的等温线近似看成一段倾斜直线，如图乙所示，估算全过程壶内气体从外界吸收的热量． 解析：(1)壶中原来空气的体积V1＝0.5 L 由玻意尔定律p1(nV0＋V1)＝p2V1 解得n＝10次 最多喷射的液体ΔV＝nV0＝0.5 L (2)外界对气体做功W＝－ΔV＝－75 J 由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝0 解得Q＝75 J 答案：(1)10次；0.5 L；(2)75 J 学科网（北京）股份有限公司 $