课时测评9 热力学第一定律 能量的转化与守恒-【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（鲁科版）

课时测评9　热力学第一定律　能量的转化与守恒 (时间：45分钟　满分：70分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－11题，每题4分，共44分) 1．一木块在一不光滑的V形槽内来回滑动的过程中，下列说法正确的是(　　) A．机械能守恒 B．能量正在消失 C．只有动能和重力势能的相互转化 D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒 答案：D 解析：木块在滑动过程中要克服摩擦阻力做功，机械能转化为内能，但总能量守恒。故选D。 2．有人设计了如图所示的永动机，靠磁铁的吸引使车辆获得行驶的能量。但是这类永动机没有制成，是因为(　　) A．不符合机械能守恒定律 B．违背了能量守恒定律 C．做功产生的热不符合热功当量 D．找不到合适的材料和合理的设计方案 答案：B 解析：第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律，故B正确。 3．在如图所示的柱形容器内封有一定质量的密闭气体。光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热材料制成。另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止。在这一过程中，密闭气体内能的改变量ΔU、外界对密闭气体所做的功W与物体和活塞的重力势能的变化关系是(　　) A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋W B．ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔh C．ΔU＝W，W<Mgh＋mgΔh D．ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh 答案：C 解析：因活塞和容器用良好的隔热材料制成，容器内的密闭气体与外界无热交换。Q＝0，所以ΔU＝W；但由于物体和活塞碰撞时损失一部分机械能，因此有W<Mgh＋mgΔh，C正确。虽然W<Mgh＋mgΔh，但仍遵循能量守恒定律，只不过减少的机械能不是全部转化为密闭气体的内能，而是有一部分在碰撞时转化为活塞和物体的内能了，能的总量并未减少，A、B、D错误。 4．如图所示，将一只气球放到绝热密闭的升温箱中缓慢加热，随温度的升高，气球缓慢膨胀，将气体视为理想气体，且气球不漏气，下列说法正确的是(　　) A．气球内气体对外做功，内能减少 B．气球内气体温度升高，所有分子的动能均增大 C．气球内的气体分子对气球壁单位面积的平均撞击力增大 D．箱内气体及气球内气体总内能增加量等于从加热器上吸收的热量 答案：C 解析：气球内气体温度升高，内能增加，故A错误；温度升高，分子的平均动能增大，但不是所有分子的动能均增大，故B错误；气球内气体压强增大，气球内的气体分子对气球壁单位面积的平均撞击力增大，故C正确；箱内气体及气球内气体从加热器中吸收的热量等于总内能增加量和气球弹性势能增加量的总和，故D错误。故选C。 5．下列说法正确的是(　　) A．随着科技的发展，第一类永动机是可能制成的 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 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，说明能量是可能凭空产生的 答案：C 解析：第一类永动机违背了能量守恒定律，故无法制成，A错误；太阳照射到宇宙空间的能量没有消失，B错误；马儿奔跑时需要消耗能量，“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；不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动的“全自动”手表是不存在的，它违背了能量守恒定律，D错误。 6．如图所示，用隔板将一绝热气缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个气缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法错误的是(　　) A．气体自发扩散前后内能相同 B．气体在被压缩的过程中内能增大 C．在自发扩散过程中，气体对外界做功 D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 答案：C 解析：因为气缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功。根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，C错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，选项B、D正确。 7．某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体(　　) A．对外做正功，分子的平均动能减小 B．对外做正功，内能增大 C．对外做负功，分子的平均动能增大 D．对外做负功，内能减小 答案：A 解析：开箱时气缸内气体膨胀，对外做正功，气体与外界无热交换，即Q＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，知ΔU<0，内能减少；气体分子间相互作用不计，无分子势能，所以气体温度降低，平均动能减小，故A正确。 8．如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂。现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则(　　) A．QA＝QB B．QA<QB C．QA>QB D．无法确定 答案：C 解析：A、B升高相同的温度，根据Q＝cmΔt可知，升温需要的能量是相同的。由于受热膨胀，A的重心升高，重力势能增加，吸收的热量QA一部分用于升温，剩余部分用于增加重力势能ΔEpA，即QA＝Q＋ΔEpA；B受热膨胀重心降低，重力势能减小，吸收的热量QB和减少的重力势能ΔEpB共同用于升温，即Q＝QB＋ΔEpB，显然QA>QB。C正确。 9．在恒温环境下，将形状相同的导热气缸A和绝热气缸B放置于水平地面，A、B中装有温度、体积和压强均相等的同种理想气体，A、B的活塞的横截面积和质量均相同，活塞与气缸之间均无摩擦。现将两个完全相同的小物块分别轻放在A和B的活塞上，当活塞都停止运动时，下列说法正确的是(　　) A．A中气体压强小于B中气体压强 B．A中气体体积大于B中气体体积 C．A中气体温度小于B中气体温度 D．A中气体内能大于B中气体内能 答案：C 解析：以活塞为研究对象，根据受力平衡可得两气缸中气体的压强相等，故A错误。A是导热气缸，所以A中气体温度不变，内能不变；B是绝热气缸，活塞对气体做功，气体的内能增加，温度升高，故C正确，D错误。根据理想气体状态方程可知，A中气体体积小于B中气体体积，故B错误。故选C。 10．健身球是一种内部充气的健身辅助器材，如图所示，球内的气体可视为理想气体，当球内气体被快速挤压时来不及与外界热交换，而缓慢变化时可认为能发生充分的热交换。则下列说法正确的是(　　) A．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体对外放热 B．人体缓慢离开健身球过程中，球内表面单位时间单位面积上撞击的分子数不变 C．人体快速挤压健身球过程中，球内气体压强减小 D．人体快速挤压健身球过程中，球内气体分子热运动的平均动能增大 答案：D 解析：人体缓慢离开健身球过程中，球内气体能与外界发生充分的热交换，则球内气体的温度不变，体积变大，压强变小，气体分子数密度减小，而分子的平均速率不变，则球内表面单位时间单位面积上撞击的分子数减小；气体对外做功，内能不变，根据热力学第一定律可知，球内气体从外界吸热，故A、B错误。人体快速挤压健身球过程中，来不及与外界热交换，球内气体体积减小，外界对气体做功，气体温度升高，则压强变大，球内气体分子热运动的平均动能增大，故C错误，D正确。故选D。 11．(多选)如图所示是一定质量的理想气体的体积V和摄氏温度t变化关系的V-t图像，气体由状态A变化到状态B的过程中，下列说法正确的是(　　) A．气体对外做功，同时从外界吸收热量 B．气体的内能不变 C．气体的压强减小 D．气体的压强不变 答案：AC 解析：从状态A到状态B，体积增大，气体对外做功，W<0，温度升高，内能增大，ΔU>0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，即气体从外界吸收热量，故A正确；由题图可知，理想气体从状态A到状态B的过程中，温度升高，内能增大，故B错误；在V-t图像中等压线是延长线过－273.15 ℃的直线，斜率越大，压强越小，如图所示，气体从状态A到状态B的过程中，压强减小，故C正确，D错误。 12．(12分)如图甲所示为一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为0.1 m，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2×103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功(图乙)。内燃机工作时气缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传递给气缸的热量为25 J。 (1)求上述压缩过程中气体内能的改变量。 (2)燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动0.1 m，其做的功相当于9×103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功(图丙)，该做功过程气体传递给气缸的热量为30 J。求此做功过程气体内能的改变量。 答案：(1)175 J　(2)－930 J 解析：(1)压缩过程活塞对气体做的功 W1＝F1l1＝2×103×0.1 J＝200 J。 气体内能的改变量 ΔU1＝W1－Q1＝200 J－25 J＝175 J。 (2)气体膨胀过程中气体对外界所做的功 W2＝F2l2＝9×103×0.1 J＝900 J 气体内能的改变量 ΔU2＝－W2－Q2＝－900 J－30 J＝－930 J。 13．(14分)爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食。如图所示为高压爆米花的装置原理图，玉米粒在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，“砰”一声气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花。设当地温度为t1＝27 ℃，大气压强为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0。(T＝t＋273 K) (1)将容器内的气体看作理想气体，求密闭容器打开前容器内气体的温度。 (2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功1.5×104 J，并向外释放了2.0×104 J的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？ 答案：(1)927 ℃　(2)减少　3.5×104 J 解析：(1)根据查理定律＝及p1＝p0，T1＝300 K，p2＝4p0，解得T2＝1 200 K，则密闭容器打开前容器内气体的温度t2＝927 ℃。 (2)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得ΔU＝－2.0×104 J－1.5×104 J＝－3.5×104 J，故内能减少3.5×104 J。 学生用书第51页 学科网（北京）股份有限公司 $