3.1 热力学第一定律 3.2 能量守恒定律（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（教科版）

第三章　热力学定律 1　热力学第一定律　2　能量守恒定律 基础过关练 题组一　焦耳的实验 1.如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验,从焦耳的这两个实验中可得出的结论是(　　) A.系统状态的改变只能通过传热来实现 B.机械能守恒 C.各种不同的绝热过程中,系统状态改变与做功方式无关,仅与做功数量有关 D.各种不同的绝热过程中,系统状态改变不仅与做功方式有关,还与做功数量有关 题组二　做功、热量和内能的关系 2.(多选题)(2024四川眉山期末)关于物体的内能,下列说法中正确的是(　　) A.物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的总和 B.一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气,其分子平均动能不变 C.一定量的0 ℃的水结成0 ℃的冰,内能减小 D.一定质量的理想气体从外界吸收热量后,其内能一定增加 3.(2024山西临汾期中)如图所示,物流运输过程中常用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品。假设袋内气体与外界无热交换,当充气袋四周被瞬间挤压时,袋内气体(　　) A.压强减小,内能增大 B.压强减小,内能减小 C.压强增大,内能增大 D.压强增大,内能减小 题组三　热力学第一定律的应用 4.(多选题)(2025四川遂宁开学考试)如图,固定汽缸内由活塞封闭一定质量的理想气体,开始时活塞处于静止状态,用电热丝对气体加热,活塞缓慢向左移动,移动过程中活塞与汽缸的摩擦忽略不计,且气体与外界环境没有热交换。下列说法正确的是(　　) A.缸内气体对外界做功 B.缸内气体内能增加 C.电热丝放出的热量等于气体对外所做的功 D.单位时间内撞击单位面积容器壁的分子数目不变 5.(2024四川攀枝花期末)一定质量的理想气体在某一过程中,从外界吸收热量3×106 J,对外界做功1.2×106 J,则该理想气体的(　　) A.温度升高,密度减小 B.温度降低,密度减小 C.温度升高,密度增大 D.温度降低,密度增大 6.(2025四川成都开学考试)常见的气压式水枪玩具内部原理如图所示,从储水罐充气口充入气体,达到一定压强后,关闭充气口,再将阀门M打开,水立即从枪口喷出。若在水快速喷出的过程中,罐内气体来不及与外界进行热交换,气体可视为理想气体,则喷水时(　　) A.气体压强变大　　　　B.外界对气体做正功 C.气体内能不变　　　　D.气体内能减少 7.(2025四川成都期中)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮,将气泡内的气体视为理想气体,且气体分子个数不变,外界大气压不变。在水面下,上浮过程中气泡内气体(　　) A.内能变小　　　　B.压强不变 C.体积不变　　　　D.从水中吸热 8.膨化食品包装袋内通常会封闭少量空气,包装袋不漏气,且该部分气体可视为理想气体。下列说法中正确的是(　　) A.用手轻捂包装袋,一段时间后,袋内气体膨胀且吸收热量 B.将包装袋放入冷藏室,一段时间后,所有分子动能减小且内能减小 C.用筷子缓慢拍打包装袋,袋内气压变大且从外界吸热 D.用筷子快速拍打包装袋,单位体积内气体分子数变多,内能增大 9.(2024四川成都期末)如图所示,一定质量的理想气体,由状态a经状态b变化到状态c,下列说法正确的是(　　) A.状态a的温度低于状态b的温度 B.由状态a到状态b的过程,外界对气体做正功 C.由状态b到状态c的过程,气体放出热量 D.由状态b到状态c的过程,气体分子的平均动能减小 10.(多选题)(2024四川绵阳三模)如图所示,绝热的汽缸固定在水平地面上,用活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸中,汽缸内壁光滑。现在用外力F作用于活塞,使活塞缓慢向上移动,则此过程中理想气体(　　) A.温度不变 B.单位时间内撞到器壁单位面积上的分子数增多 C.分子平均动能减小 D.内能减小 E.分子作用在汽缸内壁单位面积的平均作用力减小 题组四　能量守恒定律的理解和应用 11.(多选题)下列关于第一类永动机的说法正确的是　(　　) A.永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器 B.永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律 C.永动机不能制成的原因是技术问题 D.永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律 12.一种冷暖两用型空调在制热时,每消耗1 J电能,放出约3 J的热量。下列说法正确的是(　　) A.空调制热过程产生了新能量 B.空调制热时放出的热量全部是由电能转化而来的 C.此过程违反了能量守恒定律 D.空调制热时放出的热量,一部分是由电能转化而来,另一部分则是从外界吸收而来 能力提升练 题组一　热力学第一定律的应用 1.(2025重庆南开中学期中)如图为小开同学利用汽缸设计的汽车加速度传感器示意图,开口向后的汽缸内壁光滑且水平固定在汽车上,缸内用活塞密闭一定质量的理想气体,通过活塞的移动可判断汽车的运动状态,当汽车匀速运动时活塞位于图示位置。若汽缸和活塞均绝热,在汽车匀减速前进且活塞再次稳定时,缸内气体(　　) A.体积变大 B.压强不变 C.分子的平均动能变小 D.单位时间内分子撞击活塞的次数增多 2.(2025天津武清月考)如图所示,汽缸内封闭一定质量的理想气体。现缓慢地向活塞上倒一定质量的细沙,忽略环境的温度变化,在此过程中,关于汽缸内气体的状态变化,下列说法正确的是(　　) A.如果汽缸、活塞导热良好,汽缸内气体的内能必增大 B.如果汽缸、活塞导热良好,汽缸内气体向外放热 C.如果汽缸、活塞绝热良好,汽缸内气体分子的平均动能不变 D.如果汽缸、活塞绝热良好,汽缸内所有气体分子的运动速率都变大 题组二　热力学第一定律的图像问题 3.(2025四川成都武侯高级中学月考)一定质量的理想气体由状态a开始,经历ab、bc、ca三个过程回到原状态,其p-T图像如图所示,气体在三个状态的体积分别为Va、Vb、Vc,压强分别为pa、pb、pc。已知pb=p0,pc=4p0,则下列说法正确的是(　　) A.pa =3p0 B.Vb =3Vc C.从状态a到状态b,气体对外做功 D.从状态b到状态c,气体向外界放热 4.(2025四川眉山开学考试)如图所示,一定质量的理想气体经历了A→B→C的状态变化,下列说法正确的是(　　) A.A→B过程中,气体对外界做正功600 J B.A→B→C过程中,气体吸收热量 C.A→B过程中,气体放出热量与外界对气体做功相等 D.B→C过程中,气体吸收热量与气体对外界做功相等 5.(多选题)(2024山东省实验中学月考)如图所示,一定质量的某种理想气体在状态a时的压强为p0。从状态a到状态c,该气体从外界吸收的热量为Q,在V-T图像中ac的反向延长线过坐标原点O,从状态c到状态b温度不变,则(　　) A.气体在状态c的体积为1.5V0 B.气体在状态b的压强为p0 C.从状态a到状态c,气体对外界做功为-p0V0 D.从状态a到状态b,气体内能的增加量为Q-p0V0 题组三　热力学第一定律与气体实验定律的综合 6.(2024四川凉山宁南中学期末)家用小烤箱的简化模型如图所示。若烤箱内密封有一定质量的可视为理想气体的空气,气体初始压强p0=1.0×105 Pa,温度T0=300 K。现通电加热使气体温度升高到540 K,该过程中气体吸收的热量为9 300 J。下列关于烤箱内气体的说法正确的是(　　) A.气体内能的增加量为9 300 J B.所有气体分子的速率均变大 C.气体的压强变为p=×104 Pa D.该过程气体对外做功 7.(多选题)(2024安徽省十联考期末)如图甲所示,一高度为H的汽缸直立在水平地面上,汽缸壁和活塞都是绝热的,活塞横截面积为S,在缸的正中间和缸口处有固定卡环,活塞可以在两个卡环之间无摩擦运动。活塞下方封闭有一定质量的理想气体,已知理想气体的内能U与温度T的关系为U=αT,α为正且为常量,重力加速度为g。开始时封闭气体的温度为T0,压强等于外界大气压强p0。现通过电热丝缓慢加热,封闭气体先后经历了如图乙所示的三个状态变化过程,则(　　) 甲 乙 A.活塞质量为 B.从b→c过程,气体对外做功p0SH C.从a→d全过程,气体内能增加3αT0 D.从a→d全过程,气体吸收的热量小于其内能的增量 8.(2025四川乐山三模)一定质量的理想气体,由状态A经状态B变为状态C,其中A到B过程为等压变化,B到C过程为等容变化。已知VA=0.3 m3,TA=TC=300 K,TB=400 K。求: (1)气体在状态B时的体积; (2)设A→B过程气体吸收热量为Q1,B→C过程气体放出热量为Q2,求A→B过程中气体对外所做的功。(用Q1、Q2表示) 答案与分层梯度式解析 基础过关练 1.C 2.BC 3.C 4.AB 5.A 6.D 7.D 8.A 9.B 10.CDE 11.ABD 12.D 1.C　焦耳通过多次实验,最后得到的结论是:在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与做功数量有关,故C正确。 2.BC　物体的内能是组成该物体的所有分子的热运动的动能和分子势能的总和,A错误;一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气,要吸收热量,由于温度不变,分子平均动能不变,吸收的热量转化为分子势能,其分子之间的势能增加,B正确;一定量的0 ℃的水结成0 ℃的冰,温度不变,分子的平均动能不变,但对外放热,分子势能减小,则内能一定减小,C正确;一定质量的理想气体从外界吸收热量后,其内能不一定增加,还与做功情况有关,D错误。故选B、C。 3.C　当充气袋四周被瞬间挤压时,袋内气体体积减小,外界对气体做功,由于袋内气体与外界无热交换,根据热力学第一定律可知,气体内能增大,则气体温度升高,根据=C,可知气体压强增大,故选C。 4.AB　活塞向左移动,气体体积增大,气体对外界做功,故A正确;对气体加热,气体温度升高,内能增加,故B正确;气体内能增加,由热力学第一定律可知,电热丝放出的热量一定大于气体对外所做的功,故C错误;气体做等压变化,气体温度升高,气体分子平均动能增大,单位时间内碰撞单位面积容器壁的分子数目变小,故D错误。故选A、B。 5.A　外界对气体做功W=-1.2×106 J,气体从外界吸收热量Q=3×106 J,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可得ΔU=1.8×106 J>0,说明气体内能增大,温度升高;气体对外界做功,体积V增大,而气体的质量一定,由ρ=知,气体密度减小。故选A。 6.D　阀门M打开,水立即从枪口喷出,罐内气体膨胀,则外界对气体做负功,即W<0,故B错误;水快速喷出的过程中,罐内气体来不及与外界进行热交换,即Q=0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q结合上述可知ΔU<0,即气体内能减少,故C错误,D正确;理想气体内能减少,则气体温度降低,根据理想气体状态方程=C,由于V增大,T减小,可知压强减小,故A错误。故选D。 7.D　上浮过程中气泡内气体的温度不变,则内能不变,A错误;气泡内气体压强p=p0+ρ水gh,故上浮过程中气泡内气体的压强减小,B错误;由玻意耳定律pV=C知,气体的体积变大,C错误;上浮过程中气体体积变大,气体对外做功,由热力学第一定律ΔU=Q+W知,气体从水中吸热,D正确。 8.A　用手轻捂包装袋,一段时间后,袋内气体温度升高,内能增加,压强增大,袋内气体膨胀,对外做功,根据热力学第一定律可知,袋内气体吸收热量,A正确;将包装袋放入冷藏室,一段时间后,袋内气体温度降低,分子的平均动能减小,内能减小,但并不是每个气体分子动能都减小,B错误;用筷子缓慢拍打包装袋,外界对袋内气体做功,但由于过程缓慢,气体温度始终与外界相同,故内能不变,根据热力学第一定律可知,袋内气体对外界放热,C错误;用筷子快速拍打包装袋,导致袋内气体温度升高,内能增大,气体压强增大,包装袋膨胀,则单位体积内的气体分子数变少,D错误。 9.B　由状态a到状态b的过程,气体压强不变,体积减小,根据=C可知温度降低,即状态a的温度高于状态b的温度,故A错误;由状态a到状态b的过程,气体体积减小,外界对气体做正功,故B正确;由状态b到状态c的过程,气体体积不变,外界对气体不做功,压强增大,根据=C可知温度升高,内能增大,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可知气体吸收热量,故C错误;由状态b到状态c的过程,气体温度升高,气体分子的平均动能增大,故D错误。故选B。 10.CDE　汽缸绝热,则Q=0,活塞缓慢向上移动,气体对外做功,W<0,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知ΔU<0,故气体内能减小,温度降低,A错误,D正确;气体温度降低,分子平均动能减小,体积增大,分子数密度减小,故单位时间内撞到器壁单位面积上的分子数减少,B错误,C正确;体积增大,温度降低,由理想气体状态方程=C可知压强减小,故分子作用在汽缸内壁单位面积的平均作用力减小,E正确。 11.ABD　第一类永动机是指不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器,这是人们的美好愿望,但它违背了热力学第一定律和能量守恒定律,这也是它不能制成的原因,故A、B、D正确,C错误。 12.D　空调制热时放出的热量,一部分是通过电流做功,消耗电能转化而来,另一部分则是从外界吸收而来,因此并不违反能量守恒定律,D正确,A、B、C错误。 能力提升练 1.D 2.B 3.D 4.D 5.BD 6.A 7.AC 1.D　在汽车匀减速前进时,加速度方向向左,活塞所受合外力方向向左,则活塞相对汽缸向右运动,缸内气体体积减小,压强变大,A、B错误;外界对气体做功,因活塞和汽缸绝热,由热力学第一定律可知气体内能增加,温度升高,则气体分子平均动能增加,气体分子数密度增加,可知单位时间内分子撞击活塞的次数增多,C错误,D正确。 2.B　若汽缸、活塞导热良好,缓慢加入细沙,气体在被压缩的过程中,与环境进行充分热交换,温度保持不变,则其内能不变;压缩气体,外界对气体做功,由热力学第一定律可知,气体将放出热量,A错误,B正确。若汽缸、活塞绝热良好,与外界没有热交换,压缩气体时,外界对气体做功,气体的内能增加,温度升高,气体分子的平均动能增大,但并不是所有分子速率都增大,C、D错误。 3.D　ab为等容过程,有=,得pa=2p0,A错误;bc为等温过程,有p0Vb=4p0Vc,得Vb=4Vc,B错误;从状态a到状态b,气体体积不变,对外不做功,C错误;从状态b到状态c,气体温度不变,则内能不变,由于压强增大,则气体体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律可知,气体向外界放热,D正确。 4.D　由图像可知, A→B过程中,气体压强不变,体积减小,外界对气体做正功,为W=pΔV=15×104×(6-2)×10-3 J=600 J,故A错误;A→B过程中,气体压强不变,体积减小,根据理想气体状态方程=C可知,气体温度降低,内能减小,根据热力学第一定律可知,气体放出热量大于外界对气体做功,故C错误;根据图像可知pBVB=pCVC,根据理想气体状态方程可知,TB=TC,则B→C过程中,气体内能不变,气体体积增大,气体对外界做功,根据热力学第一定律可知,气体吸收热量与气体对外界做功相等,故D正确;根据图像可知VA=VC,pA>pC,可得TA>TC,则A→B→C过程中,气体内能减小,根据p-V图线与横轴围成的面积表示做功,可知整个过程,外界对气体做正功,根据热力学第一定律可知,气体向外放热,故B错误。故选D。 方法技巧 处理热力学第一定律与 气体图像的综合问题的思路 　　(1)根据气体图像的特点判断气体的温度、体积的变化情况,从而判断气体与外界的吸、放热关系及做功关系。 　　(2)在p-V图像中,图线与V轴围成的面积表示气体对外界或外界对气体做的功。 　　(3)结合热力学第一定律判断有关问题。 5.BD　在V-T图像中,由于ac反向延长线过坐标原点O,可知a到c为等压过程,有=,解得Vc=2V0,A错误;从状态c到状态b为等温过程,有pb·3V0=p0·2V0,解得pb=p0,B正确;从状态a到状态c,气体对外界做功为W=p0·2V0-p0V0=p0V0,C错误;由题意知,从状态a到状态c,该气体从外界吸收的热量为Q,可知内能增加量为ΔU=Q-W,而从状态c到状态b为等温过程,内能不变,故从状态a到状态b的气体内能的增加量等于从状态a到状态c的内能增加量,为ΔU=Q-p0V0,D正确。 6.A　该过程中气体的体积不变,则气体对外不做功,即W=0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,则有ΔU=Q=9 300 J,A正确,D错误;气体温度升高,则气体分子的平均动能增大,分子平均速率增大,但不是所有气体分子的速率均变大,B错误;气体发生等容变化,则有=,解得p=1.8×105 Pa,C错误。故选A。 7.AC　在b→c过程中,气体等压升温膨胀,活塞受力平衡,有1.5p0S=p0S+Mg,解得活塞质量为M=,A正确;根据理想气体状态方程=C得p=T,p-T图线斜率不变时,体积不变,可知只有在b→c过程中气体对外做功,W=1.5p0S·=p0SH,B错误;在a→d全过程中,由理想气体状态方程有=,解得Td=4T0,可知气体内能的变化量ΔU=α(Td-T0)=3αT0,C正确;从a→d全过程,气体对外做功,根据热力学第一定律可知,气体吸收的热量大于其内能的增加量,D错误。 8.答案　(1)0.4 m3　(2)Q1-Q2 解析　(1)A→B过程中,根据气体等压变化规律,有 = 解得VB=0.4 m3 (2)因为TA=TC,故A→B过程气体增加的内能与B→C过程减少的内能相同,即ΔUAB=ΔUBC,设A→B过程中气体对外做功为W,根据热力学第一定律,A→B过程有ΔUAB=Q1-W B→C过程有ΔUBC=Q2 解得W=Q1-Q2 学科网（北京）股份有限公司 $