3.2 热力学第一定律 分层作业-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

3.2 热力学第一定律 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．食品包装袋被带到海拔较高的地区后，会发生明显鼓包现象。假设在从低海拔地区到高海拔地区的过程中，该食品包装袋处于恒温环境且密封完好，则该过程中（　　） A．袋内气体压强减小 B．大气压强增大 C．袋内气体放出热量 D．袋内气体分子平均动能增大 2．如图所示，内有理想气体的绝热刚性容器处于真空中，器壁上开有小孔，当孔径远小于气体分子间碰撞的平均距离时，高速分子更易从小孔逃逸，发生“泻流”现象。一段时间后，下列说法正确的是（　　） A．容器内气体温度降低 B．容器内气体温度不变 C．由于容器绝热，容器内气体内能不变 D．由于气体对外做功，容器内气体内能减少 3．（多选）一定质量的理想气体经历的状态变化过程，压强和温度的变化情况如图所示。下列说法正确的是（　　） A．状态与状态体积相同 B．过程外界对气体做功 C．过程气体放出热量 D．过程，容器单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力增大 4．（多选）在庆典活动中，五彩缤纷的气球在空中缓慢上升，其体积逐渐变大。已知环境温度随高度增加而降低，球内气体可视为理想气体，且气球不漏气。关于上升过程中球内气体的状态变化，下列说法正确的是（　　） A．气体的内能减少 B．气体对外界做正功 C．单位时间内撞到气球壁单位面积上的气体分子数逐渐减小 D．气体分子的平均动能增大 5．如图所示，在一个配有活塞的厚壁有机玻璃筒底放入一小团蘸了乙醚的硝化棉，用力迅速压下活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。为什么筒底的硝化棉会被点燃呢？ 6．2025年暑假，某市持续38℃以上高温天气，这样的天气如果在车内放置液体打火机，它极易受热爆裂。若汽车内初始温度为27℃，车内一打火机内封闭了质量为m的气体（可视为理想气体），且其压强为（为大气压强）。 (1)求长时间暴晒后打火机内气体压强增大到时，汽车内的温度上升到多少？ (2)当打火机破裂漏气时，气体膨胀过程中对外做功5J、内能减少了15J，则气体在膨胀过程中是吸热还是放热？对应的热量Q多大？ B层 7．如图所示，内径均匀的倾斜玻璃管下端开口，上部用水银柱封闭一定长度的理想气体。现将玻璃管顺时针缓慢转动至竖直，环境温度恒定，则管内气体（　　） A．体积减小 B．单个分子撞击管壁的平均作用力减小 C．单位时间单位面积撞击管壁的分子个数减少 D．放出热量 8．（多选）烧瓶通过橡胶塞连接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱，使烧瓶内封闭一定质量的气体。用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向左移动。将瓶内的气体视为理想气体，在这一过程中瓶内气体（　　） A．气体的温度升高，每个气体分子的动能都增大 B．气体的温度升高，分子的数密度减小，压强不变 C．气体的体积增大，其内能一定减小 D．气体从外界吸收热量，其内能一定增加 9．如图1所示，一质量为 、容积的导热性能良好的汽缸放置在光滑水平地面上，右端开口，汽缸壁内设有卡口，用一质量、面积为的活塞，密封一定质量的理想气体，活塞厚度可忽略且能无摩擦滑动。开始时气体温度、体积的状态A。用水平向左的恒力F拉动汽缸，达到稳定状态B，如图2所示，此时活塞恰好到达卡口处且与其无相互作用力。撤去外力，待气体恢复到A状态时，将汽缸内气体缓慢加热至温度的状态C，从状态A到状态C的过程中气体内能增加了 。大气压取 ，求： (1)由状态A到状态B的过程中，汽缸器壁单位面积所受气体分子的平均作用力________（选填“变大“变小”或“不变”），气体的内能________（选填“变大”“变小”或“不变”）； (2)汽缸所施加的恒力F大小； C层 10．1mol的氦气的温度随体积变化如图所示，其中ab为经过原点的抛物线，cb为过原点的直线，在a点时气体的体积为V0，温度为T0，压强为p0。则下列说法正确的是（　　） A．c点的压强为 B．从a到b过程中气体在对外放热 C．从a到b过程中气体对外做功为 D．从a经b到c再回到a过程中，气体放出热量为 11．（多选）科技小组用容积2.0L的可乐瓶制作水火箭，箭身及配重物总质量M=0.1kg。瓶内装入0.5L水后密封，初始气体压强为1atm。用打气筒每次打入0.5L、1atm的空气，当瓶内气压达5atm时橡胶塞脱落，水高速喷出，火箭起飞。已知水的密度忽略空气阻力，重力加速度g取下列说法正确的是（　　） A．打气时筒内气体温度升高是因为摩擦生热 B．水喷出的过程中，水火箭内的气体对外做功 C．至少打气12次水火箭的橡胶塞才脱落 D．若橡胶塞脱落后水以v=10m/s全部喷出，火箭最多能升到125m高处 12．取一个容积、瓶口截面积的透明塑料瓶（忽略可能的体积变化），向瓶内注入少量的水（质量、体积忽略不计），将橡胶塞打孔，安装上气门嘴，再用橡胶塞把瓶口塞紧，已知橡胶塞与瓶口的最大静摩擦力为。初始状态瓶中气体的压强与大气压相同，缓慢向瓶内打气，当瓶内压强达到某一值时，橡胶塞跳出瓶口，气体在极短的时间内喷出瓶口，气体喷出过程中与外界的热交换忽略不计。整个过程中环境的温度保持不变，大气压为，此状态下空气的密度为，瓶内气体可看作理想气体。 (1)瓶塞跳出过程中，气体分子的平均速率______（选填“变大”、“变小”或“不变”），气体分子对器壁单位面积的作用力______（选填“变大”、“变小”或“不变”）； (2)求瓶塞跳出时，打入气体的质量； (3)已知气体喷出过程中对外界做功，空气的内能，，求喷出气体过程中瓶内温度的减少量。 参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 A A AC ABC C BD D BCD 1．A 【详解】A．一定质量的理想气体温度不变时，由玻意耳定律，得（为恒量） 包装袋鼓包说明袋内气体体积增大，因此压强减小，故A正确； B．海拔越高大气压强越小，高海拔地区大气压强低于低海拔地区，故B错误； C．理想气体内能仅与温度有关，恒温下袋内气体内能 气体体积膨胀对外做功，外界对气体做功 根据热力学第一定律，可得 即袋内气体吸收热量，故C错误； D．分子平均动能仅由温度决定，恒温环境温度不变，袋内气体分子平均动能不变，故D错误。 故选A。 2．A 【详解】AB．由题知，高速分子更易从小孔逃逸，因此容器内剩余气体的平均速率会降低，即容器内剩余气体的平均动能会减小，故容器内气体温度降低，故A正确，B错误； C．理想气体的内能只与温度和分子数有关，由于容器内的温度降低且分子数减少，所以容器内气体内能减小，故C错误； D．由于绝热刚性容器处于真空中，故气体逃逸时不对外做功，故D错误。 故选A。 3．AC 【详解】A．根据可知 图像为过原点直线，所以状态与状态体积相同，故A正确； B．过程，等压升温，根据可知，体积变大，外界对气体做负功，故B错误； C．过程，等温升压，根据可知，体积减小，内能不变，外界对气体做功，结合热力学第一定律可知，气体放出热量，故C正确； D．过程，等容降温，平均动能减小，容器单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力减小，故D错误。 故选AC。 4．ABC 【详解】A．气球上升过程中环境温度降低，球内气体的温度也降低，故气体的内能减少，故A正确； B．气球的体积变大，气体膨胀，对外界做正功，故B正确； CD．在上升过程，温度降低，分子的平均动能减小，则分子的平均速率减小，同时气体体积增大，分子数密度减小，单位时间内撞到气球壁单位面积上的分子数逐渐减小，故C正确，D错误。 故选ABC。 5．见解析 【详解】迅速压下活塞时，外界对筒内空气绝热压缩（时间极短，热量来不及散失），导致气体内能增加，温度急剧升高。乙醚和硝化棉的混合物燃点较低，当压缩后的气体温度超过其燃点时，硝化棉被点燃，产生火苗。 6．(1)57℃ (2)放热，10J 【详解】（1）设汽车内的温度上升到t，打火机内气体发生等容变化，根据查理定律有 即 解得 （2）根据热力学第一定律有 其中，，代入数据得 该过程为放热。 7．C 【详解】A．设玻璃管与水平方向的夹角为，对水银柱受力分析可知，管内气体压强满足 可得 现将玻璃管顺时针缓慢转动至竖直，可得变大，气体压强变小，根据等温变化可知气体体积变大，故A错误； B．温度是分子平均动能的标志，环境温度恒定，则气体温度不变，分子的平均动能不变，单个分子撞击管壁的平均作用力不变，故B错误； C．气体压强从微观角度看，取决于分子的平均动能和单位体积内的分子数（分子数密度），温度不变，分子平均动能不变；压强减小，单位体积内的分子数减少，因此单位时间单位面积撞击管壁的分子个数减少，故C正确； D．理想气体内能只与温度有关，温度不变，内能不变，即 气体体积增大，对外做功，即 可得，即气体吸收热量，故D错误。 故选C。 8．BD 【详解】A．用手捂住烧瓶，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，不是每个气体分子的动能都增大，部分分子动能可能减小，A错误； B．对液柱进行分析，由于液柱处于水平玻璃管，大气对液柱的压力与烧瓶内气体对液柱的压力平衡，可知气体压强等于大气压强，即气体的压强不变，水柱缓慢向左移动，气体体积增大，分子的数密度减小，B正确； C．理想气体内能只和温度有关，用手捂住烧瓶，烧瓶内的气体温度升高，内能一定增大，C错误； D．液柱缓慢向外移动，气体体积增大，气体对外做功，气体温度升高，内能增大，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，D正确。 故选BD。 9．(1) 变小 不变 (2)400N 【详解】（1）[1][2]气体从状态A到状态B过程，气体温度不变，内能不变；体积增大，压强减小，则分子平均动能不变，器壁单位面积所受气体分子的平均作用力变小。 （2）根据等温变化过程 其中 对活塞有 对整体有 联立解得。 10．D 【详解】A．因cb为过原点的直线，故T与V成正比，b到c为等压变化，由 故c点的温度为 又c到a为等容变化 解得，故A错误； 因ab为经过原点的抛物线，故令 B．从a到b过程中，气体一方面膨胀对外做功，另一方面温度升高，内能增加，故对研究的氦气而言， 由热力学第一定律 得，故从a到b过程中气体一定从外界吸热，故B错误； C D．从a（体积为V0，温度为T0，压强为p0）到b（体积为2V0，温度为4T0，压强为2p0）过程中，猜测压强与温度成正比，下面验证由理想气体状态方程 压强与温度成正比 联立有与ab为经过原点的抛物线一致，故a到b过程压强与温度成正比 画出从a经b到c再回到a过程中的p-V图像 a到b过程中气体对外做功为下面梯形的面积 从a经b到c再回到a过程中外界对气体做功为上面三角形的面积 又一个循环，由热力学第一定律 得，故气体放出热量为，故C错误，D正确。 故选D。 11．BCD 【详解】A．根据热力学第一定律，打气时，活塞对筒内气体做功，气体内能增加，温度升高，故而筒壁发热，故A错误； B．由热力学第一定律，当水喷出时，水火箭内气体体积急剧膨胀，气体对外做功，故而气体吸热，B正确； C．以水火箭内密封气体为分析对象，由气体等温变化规律 解得，故C正确； D．水火箭竖直放置时，能上升的高度最高，水以v=10m/s全部喷出，由动量守恒 水的质量为，代入数据可得水火箭的初速度 由竖直上抛运动规律得 解得最大高度为，故D正确。 故选BCD。 12．(1) 变小 变小 (2) (3) 【详解】（1）[1]瓶塞跳出过程中，气体对外做功且与外界没有热交换，故内能减小，温度降低，气体分子的平均速率变小。 [2]根据理想气体状态方程 可知，若减小，增大，则减小，故气体分子对器壁单位面积的作用力变小。 （2）以瓶塞跳出瞬间瓶内气体为研究对象，看作体积为，压强为的气体等温压缩到体积、压强，有 瓶塞跳出瞬间 等温过程 代入得 打入气体的质量 （3）研究对象为喷出前所有的气体，故其总质量 由热力学第一定律 其中 故 由已知条件，（的单位用） 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $