第3章 第1～2节 热力学第一定律 能量守恒定律-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（教科版）

第三章 热力学定律 第1~2节 热力学第 白题 基础过关续 题型1热力学第一定律的理解 1.下列说法正确的是 ( A.物体放出热量，其内能一定减小 B.物体对外做功，其内能一定减小 C.物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能 增加 D.物体放出热量，同时对外做功，其内能可能 不变 2.一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持 不变，将气泡内气体视为理想气体，气泡从湖 底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6J的 功，此过程中下列说法正确的是 A.气泡内气体的内能增加 B.气泡内气体的内能减少 C.气泡内气体从外界吸收了0.6J的热量 D.气泡内气体向外界放出了0.6J的热量 3.(2023·甘肃兰州质检)一定质量的理想气体 在某一过程中，外界对气体做功7.0×104J,气 体内能减少1.3×105J,则此过程 A.气体从外界吸收热量2.0×10J B.气体向外界放出热量2.0×10J C.气体从外界吸收热量6.0×104J D.气体向外界放出热量6.0×104J 题型2热力学第一定律的应用 4.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主 要由汽缸和活塞组成.开箱时，密闭于汽缸内 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 选择性必修第三册·JK 定律 能量守恒定律 限时：20min 体分子间相互作用，则缸内气体 ( 箱盖 气体 汽缸 活塞 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 5.(2023·广东广州期末)用隔板将一绝热汽 缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，右侧 与绝热活塞之间是真空的.现将隔板抽开，气 体会自发扩散至整个汽缸，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 整个过程不漏气，则下列说法正确的是() 隔板 绝热 活寒 理想 气体 真空 A.气体被压缩过程中内能增大 B.气体自发扩散过程中内能减小 C.气体自发扩散过程中，气体分子的平均速 率增大 D.气体被压缩过程中，温度升高，所有分子的 速率都增大 6.(2023·江苏苏州三模)如图所示，某同学将 空的玻璃瓶开口向下缓缓压人水中，设水温 均匀且恒定，瓶内空气看作理想气体，下降过 黑白题38 程中瓶内空气质量不变，则 空气 水 A.瓶内气体分子斥力增大 B.瓶内气体对外放出热量 C.瓶内气体分子平均动能增大 D.单位时间与瓶壁碰撞的分子数不变 7.某班级用于消毒的喷壶示意图如图所示闭合 阀门K,向下压压杆A可向瓶内储气室充气， 多次充气后按下按柄B打开阀门K,消毒液会 自动经导管从喷嘴处喷出.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，则下列说法正确的是 压杆A 阀门K 打气筒 喷嘴、 按柄B 导管 储气室 A.充气过程中，储气室内气体分子数增多 且分子运动剧烈程度增加 B.充气过程中，储气室内气体分子平均动能 变大 C.充气过程中，储气室内气体内能不变 D.喷液过程中，储气室内气体吸收热量，对外 界做功 8.(2023·安徽安庆一中三模)如图所示，一定 质量的理想气体的p-V图像，从状态1出发， 经12→3→1过程，其中12为等容过程， 2→3为等温过程，3→1为等压过程，下列说法 正确的是 第三章 A.在1→2过程，每个气体分子动能都增大 B.在23过程中，气体从外界吸热 C.在3→1过程中，气体内能不变 D.在1→23→1过程中，外界对气体做正功 题型3能量守恒定律 9.第一类永动机违反了什么而不能制成( A.违反了热力学第一定律 B.违反了机械能守恒定律 C.违反了能量守恒定律 D.以上说法都不对 10.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，活塞与器壁的摩擦忽略不计.置 于真空中的轻弹簧的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E,（弹簧处 在自然长度时的弹性势能为零).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，气体达到平衡态，经过此 过程 ( 理想气体 A.E。全部转换为气体的内能 B.E。一部分转换成活塞的重力势能，其余 部分仍为弹簧的弹性势能 C.E。全部转换成活塞的重力势能和气体的 内能 D.E。一部分转换成活塞的重力势能，一 部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹 簧的弹性势能 黑白题39 黑题应用提优绣 1.给旱区送水的消防车停于水平面，在缓缓放水 的过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变， 不计分子势能，则胎内气体 ( A.从外界吸热 B.对外界做负功 C.分子平均动能减少D.内能增加 2.(2022·山东潍坊期末)如图所示，两端封闭 的细玻璃管竖直放置，用一段水银将管内空 气分成a、b两部分，玻璃管导热良好.若缓慢 转动玻璃管至水平位置，则转动过程中 ( A.a气体压强变小，吸收热量 B.a气体压强变大，放出热量 C.b气体吸收的热量等于a气体放出的热量 D.b气体吸收的热量小于a气体放出的热量 3.(2023·江西宜春质检)如图所示，一定质量 的理想气体从状态A经过等温变化到状态D, 该变化过程的p-V图像为A→C→D,该过程 中气体对外界做的功为15J.该气体也可以经 A→B→D过程从状态A变化到状态D,该过 程中气体对外界做的功为24J.下列说法正确 的是 0 3V A.该气体在A→C→D过程中从外界吸收的 热量小于15J B.该气体在A→B→D过程中从外界吸收的 热量为9J 选择性必修第三册·JK 限时：l5min C.该气体在A→B→D过程中内能增加了9J D.p-V图像中A→B→D→C→A围成的面积 为9J 4.（2021·山东高考)如图所示，密封的矿泉水 瓶中，距瓶口越近水的温度越高.一开口向下、 导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封 闭一段空气挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部； 松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内 气体 ) A.内能减少 B.对外界做正功 C.增加的内能大于吸收的热量 D.增加的内能等于吸收的热量 压轴挑战 5.(2022·山东临沂期末)一定质量的理想气 体从状态a开始，经历a→b→c→d→a一次 循环回到原状态，其体积随热力学温度变 化的图像如图所示，其中ab、dc均垂直于 横轴，ad、bc的延长线均过原点O.下列表述 不正确的是 T A.在过程da中气体从外界吸收热量 B.在过程d→a中在单位时间单位面积上 碰撞容器壁的气体分子数减小 C.在过程b→c中外界对气体做的功小于 在过程da中气体对外界做的功 D.经历a→b→c→da一次循环，气体放 出热量 进阶突破拔高练PO8 黑白题40第三章 第1~2节热力学第一定律 能量守恒定律 白题基础过关练 1.C解析：做功和热传递都能改变内能：物体内能的增量等 于外界对物体做的功和物体吸收热量的和，即：△U=0+W. A.物体放出热量，若外界对物体做的功大于放出的热量，内 能可能增加，故A错误；B.物体对外做功，如同时从外界吸 收的热量大于做功的数值，则内能增加，故B错误；C.物体 吸收热量，同时对外做功W,若二者相等，则内能可能不变， 若Q>W,则内能增加，若W>Q,则内能减少，故C正确；D.物 体放出热量，Q<0,同时对外做功，W<0,则△U<0,故内能一 定减少，故D错误.故选C 2.C解析：AB.一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持 不变，则气体内能不变，故AB错误：CD.根据热力学第一定 律得：△U=W+0.则0=△U-W=0-(-0.6)J=0.6J,即气泡内 气体从外界吸收了0.6J的热量，故C正确，D错误 3.B解析：由热力学第一定律得△U=W+Q,Q=△U-W=-1.3× 105J-7.0×104J=-2.0×105J.故气体对外放出热量2.0× 10J.故选项B正确. 4.A解析：密闭于汽缸内的压缩气体膨胀对外做正功，即外 界对气体做负功，因而W<0,缸内气体与外界无热交换说明 Q=0,忽略气体分子间相互作用，说明内能是所有分子动能 的总和根据热力学第一定律△U=W+Q,可知内能增加量 △U<0,故内能减小，分子平均动能减小，温度降低.所以只 有A正确. 5.A解析：A.根据热力学第一定律△U=Q+W可知，在汽缸绝 热的情况下Q=0,而当缓慢推压活塞，气体被压缩的过程 中，外界对气体做功W>0,因此可得△U>0,即缸内气体的内 能增大，故A正确；B.由于隔板右侧为真空，当抽去隔板，气 体自发扩散，并不对外做功，而汽缸绝热，根据热力学第一定 律可知W=0,Q=0,由此可知△U=0,即气体自发扩散过程 中缸内气体内能不变，故B错误：C.对于一定量的理想气体 而言，内能不变则温度不变，分子的平均速率不变，气体自发 扩散过程中，内能不变，则气体分子的平均速率不变，故C错 误；D.根据热力学第一定律可知，该气体被压缩过程中，外 界对气体做功，汽缸绝热，气体内能增加，温度升高，因此可 知气体分子的平均速率增大，但并不是所有分子的速率都增 大，故D错误故选A 6.B解析：BC.被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体温度 不变，压强变大，可知气体体积减小，外界对气体做正功：由 于气体温度不变，气体分子平均动能不变，气体内能不变，根 据热力学第一定律可知，气体向外界放热，故B正确，C错 误：A.分子间斥力只在分子间距离小于分子平衡距离时才 会明显增加，距离稍大则分子间引力大于斥力，气体分子间 距远大于分子平衡距离，瓶内气体分子斥力不会增大， 故A错误；D.气体分子平均动能不变，气体体积减小，则气 体分子的数密度变大，则单位时间与瓶壁碰撞的分子数增 多，故D错误故选B. 7.D解析：气体分子运动剧烈程度仅由温度决定，充气过程 中，储气室内气体质量增大，气体分子数增多，但温度不变 所以气体分子运动剧烈程度不变，故A错误：温度是分子平 均动能的标志，由于温度不变，充气过程中，储气室内气体分 子平均动能不变，故B错误：理想气体内能由温度和质量决 选择性必修第三册·JK 热力学定律 定，气体温度不变，充气过程中，储气室内气体质量增大，气 体内能增加，故C错误；喷液过程中，气体膨胀，气体对外做 功，即W<0,但气体内能不变，即△U=0,根据热力学第一定 律：△U=Q+W,可知Q>0,则气体一定从外界吸收热量，故 D正确.故选D. 8.B解析：A.在1→2过程，体积不变，压强增大，根据查理定 律可知温度升高，气体分子平均动能增大，并非每个气体分 子动能都增加，故A错误；B.在2→3过程中，温度不变，气 体内能不变，△U=0,根据题图可知压强减小，体积增大，气 体对外界做功W1<0,由热力学第一定律可知△Q>0,气体从 外界吸热，故B正确：C.在3→1过程中，气体压强不变，根 据盖-吕萨克定律可知体积减小，温度降低，气体内能减小， 故C错误；D.在1→2→3→1过程中，其中1→2过程为等容 过程，气体对外不做功，在23过程，体积增大，外界对气体 做负功W(p-V图像面积表示做功大小)，3→1过程外界对 气体做正功W2,W>W2,所以全过程外界对气体做负功，故 D错误故选B. 9.C解析：第一类永动机指不消耗任何能量但可以不断输出 动力的发动机，例如通过燃烧氢气发电，再用部分电产生氢 气，剩余部分输出.它违反了能量守恒定律.故C正确 10.D解析：以活塞为研究对象，设气体压强为P1,活塞质量 为m,横截面积为S,末态时压强为p2,初态F>mg+p1S,由 题意可得末态位置必须高于初位置，否则不能平衡，则 △U=W(绝热).W为正，△U必为正，温度升高，内能增加，活 塞重力势能增加，末态时，由力的平衡条件知F=mg+p2S, 仍然具有一部分弹性势能，故D正确，ABC错误 黑题应用提优练 1.A解析：不计分子间势能，气体的内能只有分子动能，只由 温度决定，所以气体内能不变，在缓缓放水的过程中，若车胎 不漏气，气体膨胀对外做功，所以气体要从外界吸热，A 正确. 2.B解析：AB.缓慢转动玻璃管，α气体体积减小，根据玻意耳 定律可知，体积减小，压强增大，根据热力学第一定律得： △U=W+0,温度不变，△U为零，体积减小，外界对气体做功， W为正，所以0为负，放热，故A错误，B正确：CD.a、b气体 体积变化相同，b气体初始压强大，变化过程中平均力大，做 功多，根据热力学第一定律得：△U=W+Q,气体温度不变，△U 为零，所以Q在数值上和W相等，所以Q>Q.,故CD错误 故选B. 3.D解析：A.由于从状态A经过等温变化到状态D,理想气 体内能不变，体积变大对外做功，所以A→C→D过程中气体 对外界做的功为15J,由能量守恒知识可知气体在A→CD 过程中从外界吸收的热量等于15J,故A错误；BC.由于该 气体经A→B→D过程从状态A变化到状态D,该过程中气 体对外界做的功为24J,由理想气体状态方程可知状态A和 状态D的温度相同，内能相同，即内能增加量为0，由能量守 恒知识可知该气体在A→B一→D过程中从外界吸收的热量 为24J.故BC错误：D.由于A→C→D过程中气体对外界做 的功为15J,气体经A→B→D过程中气体对外界做的功 为24J,且A→B→D→C→A最终回到状态A,P-V图像与横 轴围成的面积表示对外做功，所以图像中A→B→D→C→A 围成的面积为9J,故D正确.故选D. 4.B解析：A.由于越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小 黑白题14 瓶上浮的过程中，小瓶内温度升高，内能增加，A错误：B.在 小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度逐渐升高，压强逐渐 减小，根据理想气体状态方程=C,气体体积膨胀，对外界 做正功，B正确：CD.由AB分析，小瓶上升时，小瓶内气体内 能增加，气体对外做功，根据热力学第一定律△U=W+Q,由 于气体对外做功，因此吸收的热量大于增加的内能，CD错 误故选B. 压轴挑战 5.C解析：A.d→a体积增大，气体对外做功，又因为温度升 高，内能变大，所以气体从外界吸收热量，A正确，不符合题 意：B.由于压强不变，体积变大，故相同时间内碰撞容器壁 的气体分子数变少，B正确，不符合题意：C.理想气体状态 方程为=C,在过程一c中为等压变化，故过程6一中外 界对气体做的功为W=p△Ve=C(T。-Tb),在过程d→a中 也为等压变化，故过程d→a中气体对外界做的功为W= P△Va=C(T。-Ta),根据图像可知T。=T6,T=T,故W= -W,即在过程b→c中外界对气体做的功等于在过程d→a 中气体对外界做的功，C错误，符合题意；D.由于在过程a→ b→c中气体的平均压强大于过程c→d+a的平均压强，则在 过程a→b+c中外界对气体做功大于过程c→d→a过程中 气体对外做功，则经历a→b→c→d+a一次循环，整个过程 外界对气体做正功，回到状态α，温度相同，内能不变，根据 热力学第一定律可知整个过程气体放出热量，D正确，不符 合题意.故选C. 专题探究四气体实验定律与热力学 第一定律综合应用 黑题专题强化练 1.A解析：AC.气体由状态a经等压变化到状态b,温度升高， 则体积变大，即气体在状态α的体积小于在状态b的体积， 气体内能不变，对外做功，则气体吸热，选项A正确，C错误： B根据p=S1,因a点与0点连线的斜率大于c点与0点 连线的斜率，可知气体在状态a的体积小于在状态c的体 积，选项B错误；D.从状态b到状态c的过程，温度不变，压 强减小，可知体积变大，则气体对外界做正功，外界对气体做 负功，选项D错误故选A. 2D解析：A根据%-C,气体在状态C时压强为，故A错 误；B.从状态A到状态B的过程中，气体体积减小，气体分 子的数密度增大，故B错误；C.从状态C到状态A的过程 中，温度升高，内能增大，即△U>0,体积增大，气体对外做 功，即W<0,根据△U=Q+W,气体吸收热量，故C错误：D.从 状态C到状态A的过程中，体积增大，密度减小，压强不变， 气体单位时间内单位面积分子撞击次数减少，故D正确.故 选D. 3.B解析：A.1→2的过程为绝热过程，故Q=0,气体体积减 小，故外界对气体做功W>0,根据△U=W+Q可知气体内能 增大，气体温度升高，故A错误；B.23的过程为等温过程， 故△U=0,气体体积减小，故外界对气体做功W>0,根据 △U=W+Q可得Q<0,因此气体放热，故B正确：C.3→4的过 程为绝热过程，故Q=0,气体体积增大，故气体对外界做功 W<0,根据△U=W+Q可知气体内能减小，故C错误：D.根据 p-V图线与横轴围成的面积表示做的功可知，1→2→3过程 参考答案与解析 气体做负功，3→4→1过程气体做正功，由于1→2→3曲线 与横轴围成的面积大于3+4→1曲线与横轴围成的面积，故 整个过程气体对外界做负功，故D错误.故选B. 4C解析：A.根据一定质量理想气体状态方程 7=C,且v= CT 得到p=,所以图像斜率与温度成正比，所以d血过程 p 气体温度变大，A错误：B.根据A选项分析，αb过程斜率变 小，温度降低，而理想气体内能只与温度有关，内能减小：密 度变大，则说明体积减小，所以外界对气体做功，根据热力学 第一定律△U=Q+W,得Q<0,所以气体放热，B错误：C.bc过 程斜率变小，温度降低，内能减小，密度不变，体积不变，W 0,结合△U=O+W得到Q<0,所以气体放热，C正确：D.cd过 程斜率不变，气体温度不变，分子平均动能不变，但气体压强 减小，根据气体压强微观解释，气体分子单位时间内对器壁 单位面积碰撞次数减少，D错误.故选C 5.(1)600K(2)放热150J 解析：(1)理想气体从A状态到B状态的过程中，压强保持 不变，根据盖吕萨克定律有-之代人数据解得7， 三600K:2理想气体从A状态到B状态的过程中，外 界对气体做功W,=-P(V。-Va),解得W,=-100J,气体从B 状态到C状态的过程中，体积保持不变，根据查理定律有 P-,解得pc=2.5x105Pa,从C状态到D状态的过程中， Ta To 外界对气体做功W2=Pc(Vc-V),解得W2=250J,一次循环 过程中外界对气体所做的总功W=W,+W2=150J,理想气体 从A状态完成一次循环，回到A状态，始末温度不变，所以内 能不变.根据热力学第一定律有△U=W+Q,解得Q=-150J, 故完成一次循环，气体向外界放热150J. 6.(1)2(2)2红+(mg*ws)L 解析：(1)气体为等压变化，则有 元=，即有乙。 T。 (Lo+h) 1 ，解得h=2(2)外界对汽缸内气体做的功V= 2 -(mg+poS)h,由热力学第一定律有△U=W+Q,解得Q= 1 2k7,+2（mg+PoS)L, 7.(1)450K(2)76J 解析：(1)当活塞刚要离开卡槽时，根据受力分析则有P2S= poS+Mg,解得P2=1.2×105Pa.气体加热至活塞刚要离开卡 ,气体经历等容变化，根据查理定律有片联立解得溶 塞刚要离开卡槽时，气体的热力学温度T,=450K.(2)活塞 离开卡槽上升过程中，是等压变化，故气体对外做功，则有 W=-P,Sh.由热力学第一定律得△U=Q+W,代入数据解得此 过程中气体内能的变化量△U=76J. 第3节热力学第二定律 白题基础过关练 1.AD解析：AB.热力学第二定律揭示了与热现象有关的物 理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机 械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须 黑白题15