课时测评14 热力学第一定律 能量守恒定律-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套练习（人教版）

课时测评14　热力学第一定律　能量守恒定律 (时间：30分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－13题，每题4分，共52分) 1.压力锅结构如图所示，盖好锅盖，将压力阀套在出气孔上，对压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起。假定在压力阀被顶起时，停止加热。若在一次放气过程中，锅内气体外界做功为1.5 J，并向外界释放了2.5 J的热量，则下列说法正确的是(　　) A.锅内原有气体的内能没有发生变化 B.锅内原有气体的内能增加了3 J C.锅内原有气体的内能减少了3 J D.锅内原有气体的内能减少了4 J 答案：D 解析：根据热力学第一定律可知ΔU＝Q＋W＝－2.5 J＋(－1.5 J)＝－4 J，即锅内原有气体的内能减少了4 J，故D正确。 2.如图所示，现用活塞压缩封闭在汽缸内的空气，活塞对空气做了90 J的功，汽缸内空气的内能增加了69 J。关于汽缸内空气与外界热量交换的情况，下列说法正确的是(　　) A.汽缸内的空气向外界散热159 J B.汽缸内的空气向外界散热21 J C.汽缸内的空气从外界吸热159 J D.汽缸内的空气从外界吸热21 J 答案：B 解析：根据题意，由热力学第一定律可得Q＝ΔU－W＝69 J－90 J＝－21 J，即汽缸内的空气向外界散热21 J。故选B。 3.(多选)下列说法正确的是(　　) A.随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的 B.在低速运动时，宏观物体的运动遵从牛顿运动定律 C.“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生 答案：BC 解析：第一类永动机违反了能量守恒定律，不可能制成，A错误；牛顿运动定律适用于宏观、低速的运动，B正确；“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的，C正确；由能量守恒定律可知，能量是不会凭空产生的，D错误。 4.如图所示，密闭导热汽缸被活塞分成左、右两室，起初左室气体压强小于右室，现让活塞缓慢移动直至两室理想气体压强相等，期间环境温度始终不变，则此过程中(　　) A.左室气体吸热，右室气体放热 B.左室气体放热，右室气体吸热 C.左、右室气体均吸热 D.左、右室气体均放热 答案：B 解析：左室气体压强变大，体积减小，W左＞0；右室气体压强变小，体积增大，W右＜0。环境温度始终不变，ΔU＝0，根据热力学第一定律可得ΔU＝Q左＋W左，ΔU＝Q右＋W右，可得Q左＜0，Q右＞0，即左室气体放热，右室气体吸热。故选B。 5.(2025·北京通州高二期末)一定质量的理想气体等压膨胀，下列说法正确的是(　　) A.气体的温度降低 B.气体从外界吸热 C.气体的内能减少 D.外界对气体做功 答案：B 解析：根据盖－吕萨克定律可知，一定质量的理想气体等压膨胀过程中温度一定升高，则气体内能增大，即ΔU＞0；由于体积增大，则气体对外界做功，即W＜0；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得Q＞0，故气体从外界吸热。故选B。 6.夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面， 湖水的温度越高，大气压没有变化，将气泡内的气体看作理想气体。则上升过程中，以下说法正确的是(　　) A.气泡内气体的内能可能不变 B.气泡上升过程中可能会放热 C.气泡内气体的压强增大 D.气泡内分子对气泡壁单位面积的撞击力变小 答案：D 解析：根据题意可知，越往上温度越高，故气泡温度升高，内能变大，故A错误；气泡内气体的压强p＝p0＋ρgh，深度h减小，气泡内气体压强减小，气泡体积变大，外界对气体做负功，W＜0，气泡内气体内能增大，ΔU＞0，根据ΔU＝Q＋W可知Q＞0，故气泡内气体吸热，故B、C错误；气泡内气体压强减小，根据F＝pS可知，气泡内分子对气泡壁单位面积的撞击力减小，故D正确。 7.如图所示为某品牌的气压式椅子，其主要构造由汽缸、活塞及汽缸内的封闭气体组成，汽缸及活塞为导热材料制成。人坐下时，向下压活塞，使气体体积减小；人离开椅子后，汽缸内的气体体积增大将椅子顶起。假设汽缸内的气体可视为理想气体，周围环境温度及大气压恒定，则下列说法正确的是(　　) A.人迅速坐下时，汽缸内气体的温度一定不变 B.人坐在椅子上不动，当环境温度降低，气体的压强将减小 C.人离开椅子后，足够长时间内，汽缸内的气体对外做的功的大小一定等于气体吸收的热量 D.人离开椅子后，汽缸内气体吸收的热量一定比对外做的功少，否则违背了热力学第一定律 答案：C 解析：人迅速坐下时，外界对气体做功，气体还没来得及与外界进行充分的热交换，所以汽缸内气体的温度升高，故A错误；人坐在椅子上不动，由于人处于平衡状态，所以气体的压强不发生变化，故B错误；人离开椅子后，经过足够长时间，汽缸内气体的温度和外界温度相等，可知气体的内能变化量为0，气体体积增大，则气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，汽缸内的气体对外界做功的大小一定等于气体吸收的热量，故C正确，D错误。 8.如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在原长时的弹性势能为零)。现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡状态。经过此过程(　　) A.Ep全部转化为气体的内能 B.Ep一部分转化成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 C.Ep全部转化成活塞的重力势能和气体的内能 D.Ep一部分转化成活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 答案：D 解析：当绳子突然断开时，活塞受弹簧的弹力F、重力G、封闭气体对活塞向下的压力F'共同作用，合力方向向上，经多次往复运动后活塞静止时，活塞处于平衡状态，气体体积必定减小，外力对气体做功，由于容器绝热，则气体的内能增加，而活塞最终的静止位置比初始位置高，其重力势能增加，弹力与另外两个力的合力平衡，弹簧仍有形变量。设最终弹簧的弹性势能为Ep'，由能量守恒定律得Ep＝Ep'＋ΔEp(活塞增加的重力势能)＋ΔE(气体增加的内能)，故D正确。 9.如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高。则在移动P的过程中(　　) A.外力对乙做功，甲的内能不变 B.外力对乙做功，乙的内能不变 C.乙给甲传递热量，乙的内能增加 D.乙的内能增加，甲的内能不变 答案：C 解析：将活塞P缓慢地向B移动的过程中，外力对乙做功，乙的内能增加，温度升高，由于固定隔板B导热，所以乙将给甲传递热量，甲、乙两部分气体的温度最终相同，均高于初态温度，所以甲、乙的内能均增加，故C正确。 10.(多选)(2025·山西太原高二期末)用活塞压缩密封在汽缸里的空气(视为理想气体)，对空气做了900 J的功，同时汽缸向外散热210 J。对于汽缸里压缩后的空气，下列选项正确的是(　　) A.空气的分子势能增大 B.每个空气分子的动能都变大 C.空气温度升高，内能增加690 J D.空气分子单位时间内与汽缸壁单位面积上的碰撞次数增加 答案：CD 解析：汽缸内的空气视为理想气体，则分子势能为零，故A错误；外界对空气做了900 J的功，同时汽缸向外散热210 J，根据热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q＝900 J－210 J＝690 J，内能增加，温度升高，分子平均动能增加，但不是每个空气分子的动能都变大，故B错误，C正确；温度升高，空气分子平均速率增加，气体体积减小，分子数密度增加，气体压强变大，则空气分子单位时间内与汽缸壁单位面积上的碰撞次数增加，故D正确。 11.(多选)如图为一消毒水简易喷洒装置，内部装有一定量的水，水上部是密封的空气，喷洒口管径细小。现保持阀门紧闭，通过打气筒再充入一些空气。设所有过程温度保持不变，下列说法正确的有(空气视为理想气体)(　　) A.充气后，密封气体分子单位时间内撞击器壁的次数增多 B.充气后，密封气体的分子平均动能增大 C.打开阀门后，密封气体对外界做正功 D.打开阀门后，密封气体从外界吸热 答案：ACD 解析：充气后，温度不变，密封气体的分子平均动能不变，分子数增多，体积不变，密封气体分子单位时间内撞击器壁的次数增多，气体压强增大，大于外界大气压；打开阀门后，密封气体对外界做正功，又温度不变，故内能不变，由热力学第一定律可知，密封气体从外界吸热，故A、C、D正确，B错误。 12.如图所示，容器A、B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定。A、B的底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。起初，A中水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐流向B中，最后达到平衡。在这个过程中，下列说法正确的是(　　) A.大气压力对水做功，水的内能减小 B.水克服大气压力做功，水的内能减小 C.大气压力对水不做功，水的内能不变 D.大气压力对水不做功，水的内能增加 答案：D 解析：平衡前，A容器中的活塞向下移动，设A中活塞横截面积为S1，移动距离为l1，大气压力推动A中活塞向下移动时对水做的功WA＝p0S1l1；平衡前，B容器中的活塞向上移动，设B中活塞横截面积为S2，移动距离为l2，水通过活塞对外界做功，WB＝－p0S2l2，由于水的总体积不变，则有S1l1＝S2l2，即A容器中大气压力对水做的功与B容器中水克服大气压力做的功相等，在整个过程中，大气压力对水做的功是上述两个功(正功WA、负功WB)的代数和，即WA＋WB＝p0S1l1－p0S2l2＝0，A、B错误；大气压力对水不做功，同时整个装置与外界绝热，在水从容器A流向容器B的过程中，水的重心下降，水的重力做正功，水的重力势能减小，根据能量守恒定律可知，减少的水的重力势能转化为水的内能，水的内能增加，C错误，D正确。 13.(多选)如图所示，一足够长薄壁导热汽缸开口向下用轻绳悬挂在天花板上，汽缸的横截面积为S，不计厚度的活塞与汽缸之间无摩擦，活塞和汽缸之间封闭一定质量的理想气体，环境温度不变。活塞稳定时距汽缸底部的距离为l，在活塞的底部中心悬挂一个轻质小桶，往小桶中缓慢加细沙，当所加细沙质量为m时，活塞距汽缸底部的距离为2l，下列说法正确的是(　　) A.外界对气体做功 B.气体对外界做功 C.气体放出热量 D.气体吸收热量 答案：BD 解析：根据题意可知，气体体积变大，气体对外界做功，又汽缸导热，温度不变，气体的内能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量。故选BD。 14.(8分)一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，则： (1)气体的内能改变了多少？ (2)气体分子势能是增加还是减少？ (3)气体分子的平均动能是增加还是减少？ 答案：(1)减少了1.8×105 J　(2)增加　(3)减少 解析：(1)气体从外界吸热，则Q＝4.2×105 J 气体对外做功，则W＝－6×105 J 由热力学第一定律可得ΔU＝Q＋W＝4.2×105 J＋(－6×105 J)＝－1.8×105 J 所以，气体的内能减少了1.8×105 J。 (2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子间作用力做负功，气体分子势能增加了。 (3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能减少了。 学科网（北京）股份有限公司 $