3.1～3.3 热力学第一定律与内能的改变 专题训练 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 围绕热力学第一定律与内能改变，构建“概念辨析-定律理解-应用拓展”三级训练体系，强化能量观念与科学推理能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |功、热和内能的改变|6题（如第1题内能比较）|概念辨析为主，涉及内能影响因素、热传递方式|从微观分子动能到宏观内能改变，建立功与热的区别联系| |热力学第一定律的表述和表达式|6题（如第8题内能变化判断）|定律理解题，结合汽缸模型（第9题）|通过表达式ΔU=Q+W，衔接功热概念与内能变化| |热力学第一定律的应用|10题（如第13题篮球挤压问题）|情境应用题，含P-V图分析（第14题）|从理想气体状态变化切入，强化定律在不同过程中的定量计算| |能量守恒定律及应用|17题（含永动机、科技应用）|综合应用题（如第38题太阳能热水器计算）|以热力学第一定律为基础，拓展至能量守恒普适性及科技实践|

3.1~3.3与内能的改变（专题训练） 一．功、热和内能的改变（共6小题） 二．理解热力学第一定律的表述和表达式（共6小题） 三．（共10小题） 四．（共6小题） 五．第一类永动机不可制成（共5小题） 六．能量守恒定律在科技中的应用（共5小题） 一．功、热和内能的改变（共6小题） 1．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　） A．热水的内能不一定比冷水的大 B．当温度等于0℃时，分子动能为零 C．绝热密闭容器突然减速停止，容器里的气体内能不会发生改变 D．温度相等的水和冰，它们的内能一定相等 【答案】A 【详解】A．内能由温度、质量、体积共同决定，若热水质量远小于冷水，则总内能可能更小，故A正确； B．温度是分子平均动能的标志，0℃时分子动能不为零（绝对零度时分子动能才趋近于零），故B错误； C．绝热容器减速时，气体因惯性碰撞容器壁，机械能转化为内能（做功改变内能），内能增加，故C错误； D．水和冰的分子势能不同，且内能还与质量有关，温度相同但内能不一定相等，故D错误。 故选A。 2．指出下面例子中通过热传递改变物体内能的是（　　） A．感到手冷时，搓搓手就会觉得暖和些 B．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点，火柴燃烧起来 C．物体在阳光照射下温度升高 D．反复弯折一根铁丝，弯折的部分温度升高 【答案】C 【详解】物体在阳光照射下温度升高是通过热传递的方式来改变物体内能，搓手取暖、擦火柴以及反复弯折铁丝均是通过做功改变物体的内能。 故选C。 3．图为利用钨锅炼铁的场景。若铁的质量大于钨锅的质量，起始时铁的温度比钨锅的温度低，当它们接触在一起时，忽略它们和外界交换的能量，下列说法正确的是（　　） A．达到热平衡时，钨锅的温度比铁的低 B．热传递的过程中，铁块从钨锅吸收热量 C．达到热平衡时，钨锅内能的减少量小于铁内能的增加量 D．达到热平衡时，由于铁的质量大于钨锅的质量，钨锅内能的减少量大于铁内能的增加量 【答案】B 【详解】A．达到热平衡时，钨锅的温度和铁的温度相同，故A错误； B．热传递的过程中，铁块从钨锅吸收热量，故B正确； CD．达到热平衡时，根据能量守恒可知钨锅内能的减少量等于铁内能的增加量，故CD错误。 故选B。 4．（多选）下列关于热现象的说法，正确的是（　　） A．布朗运动是液体分子无规则的运动 B．分子间同时存在引力和斥力，引力比斥力变化得快 C．若两个系统之间达到热平衡，则它们的温度一定相等 D．一定质量的理想气体体积膨胀，不一定对外界做功 【答案】CD 【详解】A．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，是液体分子无规则热运动的间接反映，并非液体分子本身的运动，故A错误； B．分子间同时存在引力和斥力，二者都随分子间距变化而变化，但斥力比引力变化得更快，故B错误； C．根据热力学第零定律，温度是判断系统热平衡的标志，两个系统达到热平衡时，没有热交换，温度一定相等，故C正确； D．气体对外做功的公式为，若理想气体向真空自由膨胀，外界压强，则气体对外做功为0，因此体积膨胀时不一定对外界做功，故D正确。 故选CD。 5．（多选）关于温度和内能的理解，下列说法正确的是（　　） A．温度是分子平均动能的标志，物体温度高，则物体的分子平均动能大 B．系统的内能是由系统的状态决定的 C．做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能 D．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能 【答案】AB 【详解】A．温度是分子平均动能的标志，选项A正确； B．系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，选项B正确； C．做功和热传递都可以改变系统的内能，选项C错误； D．质量和温度相同的氢气和氧气的平均动能相同，但它们的物质的量不同，内能不同，选项D错误。 故选AB。 6．改变物体的内能有两种方式，冬天为了取暖，可以双手不停地搓擦，也可以向手上呵气，前者是靠___________方式改变手的内能，后者是靠___________方式改变手的内能。 【答案】 做功 热传递 【详解】[1]双手不停地搓擦，克服摩擦力做功，机械能转化为手的内能，此过程是靠做功改变手的内能。 [2]向手上呵气，热量会从口中转移到手上，是通过热传递的方式改变手的内能。 二．理解热力学第一定律的表述和表达式（共6小题） 7．下列关于热量的描述中，正确的是（　　） A．热量就是指物体具有多少的内能 B．温度越高的物体，具有的热量越大 C．热量是指物体在热传递过程中内能的改变量 D．热量是从内能大的物体传给内能小的物体 【答案】C 【详解】AB．热量是在热传递过程中，能量改变的多少，只能用“吸收”和“放出”来描述。故AB错误； C．热量是指物体在热传递过程中内能的改变量。故C正确； D．热量是从温度高的物体传给温度低的物体。故D错误。 故选C。 8．关于系统的内能及其变化，下列说法中正确的是（　　） A．系统的温度改变时，其内能必定改变 B．系统对外做功，其内能不一定改变；向系统传递热量，其内能不一定改变 C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热量，其内能必定改变 D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变 【答案】B 【详解】A．系统的温度改变时，其内能不一定改变，故A错误； BC．根据热力学第一定律可知，系统对外做功，其内能不一定改变；向系统传递热量或系统向外传出一定热量，其内能不一定改变，故B正确，C错误； D．若系统与外界不发生热交换，如果存在系统与外界做功，则系统的内能发生变化，故D错误。 故选B。 9．如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动过程中，缸内气体（　　）    A．内能增加，外界对气体做正功 B．内能减小，气体压强增加 C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少 D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加 【答案】C 【详解】初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则有 汽缸在缓慢转动的过程中，汽缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸内气体缓慢的将活塞往外推，最后汽缸水平，缸内气压等于大气压。 A B．汽缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，汽缸内气体压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一定律 得：气体内能减小，气体压强减小，AB错误； CD．气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，故速率大的分子数占总分子数的比例减小，C正确，D错误。 故选C。 10．（多选）下列说法正确的是（　　） A．空调在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 B．在完全失重的情况下气体对容器壁的压强会明显减小 C．红色的恒星温度高于蓝色的恒星 D．在有些核反应堆里要让中子与原子核碰撞，以便把中子的速率降下来，则应该选用质量较小的原子核 【答案】AD 【详解】A．空调在制冷过程中，消耗电能，由能量守恒可知从室内吸收的热量小于向室外放出的热量，故A正确； B．在完全失重的情况下，气体分子永不停息做无规则运动，撞击器壁，气体对器壁的压强不为零，被封闭气体的压强与超重、失重无关，故B错误； C．恒星温度越高，发出的频率越大，则红色的恒星温度小于蓝色的恒星，故C错误； D．设中子和作减速剂的物质的原子核A的质量分别为和，碰撞后速度分别为和，碰撞前后的总动量和总能量守恒，以中子的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得 由机械能守恒定律得 解得 从上式可以看出，减速剂的质量越小，减少效果越好，因此要用质量小的原子核作为减速剂，故D正确； 故选AD。 11．（多选）对分子动理论以及热力学定律的理解，下列说法正确的是（　　） A．物体的内能与物体的温度以及物体的体积有关 B．给足球打气时，越来越费力的原因是分子斥力的作用 C．对于一定质量的理想气体，温度升高其内能可能不变 D．一定质量的理想气体，从外界吸收热量的同时体积增加，气体内能可能不变 【答案】AD 【详解】A．物体的内能是物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，分子的平均动能与温度有关、物体的分子势能与物体的体积有关，因此物体的内能与物体的温度以及物体的体积有关，故A正确； B．给足球打气时，越来越费力，是因为足球内气体压强增大，故B错误； C．理想气体温度升高，气体的内能一定增加，故C错误； D．一定质量的理想气体从外界吸收热量的同时对外界做功，由热力学第一定律有 当，且时，气体的内能保持不变，故D正确。 故选AD。 12．如图所示，在竖直放置的导热圆柱形容器内用质量为m的活塞密封了一部分气体，活塞能无摩擦地在容器内滑动，活塞的横截面积为S，初始时容器内气体温度为T0，活塞距离容器底部h0的距离，容器周围环境大气压恒为p0。由于环境温度缓慢升高，经过一段时间，发现活塞缓慢移动到了距离容器底部距离为d的位置。容器内气体可视为理想气体，求： (1)此过程中，环境温度的改变量ΔT； (2)在此过程中气体从外界吸收的热量为Q，则容器内气体的内能的改变量ΔU。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）气体进行等压变化，则根据盖吕萨克定律可知 解得 （2）在此过程中气体对外做功 气体从外界吸收的热量为Q，则容器内气体的内能的增量 三．（共10小题） 13．篮球内部充入一定质量的空气，可视为理想气体，一同学用力拍篮球，篮球快速撞击地面被挤压体积减小，快速撞击地面挤压篮球时球内气体来不及与外界发生热交换，关于快速挤压篮球的过程，下列说法正确的是（　　） A．篮球内气体对外界做正功 B．篮球内气体的内能不变 C．篮球内气体的压强增大 D．篮球内每个气体分子热运动的动能均增大 【答案】C 【详解】A．气体体积减小，是外界对气体做正功，气体对外界做负功，故A错误； B．根据热力学第一定律，、，因此，气体内能增大，故B错误； C．理想气体内能仅与温度有关，内能增大则温度升高，结合理想气体状态方程，减小、升高，可得压强一定增大，故C正确； D．温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高仅代表分子平均动能增大，是统计规律，不代表每个分子的热运动动能都增大，故D错误。 故选C。 14．一定质量的理想气体从状态开始，沿图示路径先后到达状态、后回到状态。下列说法正确的是（　　） A．从到，气体体积减小 B．从到，气体内能不变 C．从到，气体对外界做功 D．从到，气体对外界放热 【答案】D 【详解】A．过程温度不变，压强减小，由理想气体状态方程，可得体积增大，故A错误； B．过程压强不变，温度升高，理想气体内能仅由温度决定，因此气体内能增大，故B错误； C．图中，某点与原点连线的斜率 斜率越大体积越小。过程斜率逐渐增大，体积逐渐减小，是外界对气体做功，故C错误； D．过程温度降低，内能减小，则 体积减小，外界对气体做功，则 根据热力学第一定律，得 即气体对外界放热，故D正确。 故选D。 15．如图甲所示，内壁光滑的绝热汽缸，用质量为的绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向下被锁定在光滑足够长的斜面上，活塞处于静止状态，现将汽缸解除锁定，最终活塞相对于汽缸静止，气体达到稳定状态。下列关于汽缸内气体说法正确的是（　　） A．内能增大，所有分子的动能都增大 B．分子速率分布曲线由如图乙所示实线向虚线转变 C．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加 D．图乙中实线与横轴围成的面积比虚线的更大 【答案】C 【详解】 A．汽缸解除锁定后，汽缸和活塞沿斜面加速下滑，加速度 对活塞受力分析，由牛顿第二定律得 解得此时气体压强 初始时活塞静止，有 即，可见气体压强增大，气体被压缩，体积减小，外界对气体做功，由于绝热，； 根据热力学第一定律 ，气体内能增大，温度升高，分子平均动能增大，但不是所有分子的动能都增大，故A错误； B．温度升高，分子速率分布曲线的峰值向速率大的方向移动，且峰值降低。图乙中实线峰值较低且靠右，对应高温；虚线峰值较高且靠左，对应低温。气体温度升高，应由虚线向实线转变，故B错误； C．温度升高，分子热运动加剧，速率大的分子数占总分子数比例增加，故C正确； D．图乙中曲线与横轴围成的面积表示分子速率在所有区间内的概率之和，为100%，所以实线与虚线围成的面积相等，故D错误。 故选C。 16．如图所示，一定质量的理想气体由状态经状态变为状态，已知图线平行轴，图线垂直轴，气体在状态、和的温度分别为、和，则（　　） A．过程外界对气体做功 B．过程气体吸收热量 C． D． 【答案】D 【详解】AD．过程，气体压强不变，气体体积增大，气体对外界做功；根据，可知气体温度升高，则有，故A错误，D正确； BC．过程，气体体积不变，外界对气体不做功；根据，由于气体压强减小，则气体温度降低，则有，气体内能减小，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，故BC错误。 故选D。 17．一物理实验爱好者利用如图所示的装置研究气体压强、体积、温度三量间的变化关系。导热良好的气缸开口向下，内有理想气体，气缸固定不动，缸内活塞可自由滑动且不漏气。一温度计通过缸底小孔插入缸内，插口处密封良好，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞恰好静止。现给沙桶底部钻一个小洞，细沙慢慢漏出，外部环境温度恒定，则（　　） A．绳拉力对沙桶做正功，所以气体对外界做功 B．外界对气体做功，温度计示数不变 C．气体体积减小，同时从外界吸热 D．外界对气体做功，温度计示数增加 【答案】B 【详解】ABD．根据力平衡可知气缸内气体的压强 由于减小，则p增大，即气体压强增大，根据可知，气体体积减小，外界对气体做功，由于气缸是导热的，气体的温度与环境相等，保持不变，故AD错误，B正确； C．根据知，温度不变，气体内能不变，活塞上移，外界对气体做功，即，则，故气体放热，故C错误； 故选B。 18．（多选）如图，一定质量的理想气体从状态变化到状态。在此过程中（　　） A．气体压强增大 B．外界对气体做功 C．气体吸收热量 D．气体内能减少 【答案】AC 【详解】A．由理想气体状态方程 可知 由图线可知，状态到状态过程中，点到原点的斜率越来越小，则气体压强越来越大，故A正确； BCD．由图线可知，从状态到状态过程中，气体体积增大，则气体对外界做功，故B错误； 气体温度增加，则气体内能增加，故D错误； 由热力学第一定律 可知，则气体吸收热量，故C正确； 故选AC。 19．（多选）“海琴”号是我国于2025年投入使用的新型6000米级深海电动潜水器，某次深海作业过程中，其内部封闭的理想气体经历了a→b→c→a一个完整循环过程，其p→V图如图所示，已知a→b过程图线为反比例曲线。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态b时的压强为 B．a→b过程中气体对外界做的功等于c→a过程中外界对气体做的功 C．a→b过程中，气体从外界吸收的热量等于气体对外界做的功 D．一个完整循环过程气体从外界吸收热量 【答案】AC 【详解】A．过程为等温变化，根据玻意耳定律有 解得，故A正确； B．图像中，图像与V轴所围几何图形的面积表示功，可知a→b过程中气体对外界做的功小于c→a过程中外界对气体做的功，故B错误； C．过程为等温变化，温度不变，则气体内能不变，体积增大，气体对外界做功，气体从外界吸收热量，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收的热量等于气体对外界做的功，故C正确； D．由于图像中，图像与V轴所围几何图形的面积表示功，根据图像可知，过程中，气体体积增大，气体对外界做功，过程中，气体体积减小，外界对气体做功，且气体对外界做功小于外界对气体做功，即一个完整循环过程中，外界对气体做功，由于一个完整循环过程中，气体内能不变，则一个完整循环过程中，气体向外界放热，故D错误。 故选AC。 20．（多选）如图是一种导热材料做成的“强力吸盘挂钩”，图甲、乙是它的工作原理图。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图甲所示），吸盘中的空气（可视为理想气体）被挤出一部分。然后把锁扣缓慢扳下（如图乙所示），让锁扣以盘盖为依托把吸盘向外拉出。在拉起吸盘的同时，锁扣对盘盖施加压力，致使盘盖以很大的压力压住吸盘，保持吸盘内气体密闭，环境温度保持不变。下列说法正确的是（　　） A．锁扣扳下后，吸盘与墙壁间的摩擦力不变 B．锁扣扳下过程中，锁扣对吸盘中的气体做正功，气体内能增加 C．锁扣扳下后吸盘内气体分子数密度减小，气体压强减小 D．锁扣扳下后吸盘内气体分子单位时间撞击单位面积吸盘内表面的次数减少 【答案】ACD 【详解】A．由于吸盘的质量不变，由二力平衡得吸盘与墙壁间的摩擦力不变，A正确； B．锁扣扳下后，由于吸盘内气体的温度不变，所以气体内能不变，B错误； C．锁扣扳下后吸盘内气体的分子数不变，而气体体积变大，则吸盘内气体分子数密度减小；又温度不变，根据可得体积变大，则气体压强减小，C正确； D．锁扣扳下后吸盘内气体的压强减小，则气体分子单位时间撞击单位面积吸盘内表面的次数减少，D正确。 故选ACD。 21．气泡从湖底缓慢上升到湖面的过程中体积增大。假设湖水温度保持不变，气泡内气体可视为理想气体。 (1)气泡上升过程中气泡内气体的平均动能________ ，内能 ________ 。（填“增加”“减少”或“保持不变”） (2)若气泡上升过程中，对湖水做功0.3J，则该过程中的气泡 _____ （填“吸收”或“放出”）的热量为 _____J。 【答案】(1) 保持不变 保持不变 (2) 吸收 0.3 【详解】（1）[1][2]气泡内气体可视为理想气体，气泡上升过程中，气体温度保持不变，平均动能保持不变，则气泡内气体的内能保持不变； （2）[1][2]气泡上升过程中，气泡内气体体积增大，气体对外界做功，则 由于气体内能不变，则 根据热力学第一定律 可知 即该过程中的气泡吸收的热量为0.3J。 22．如图所示是汽车轮胎的简化模型，轮胎内封闭了一定质量的理想气体。初始时，轮胎内气体的温度，压强，容积。汽车行驶一段时间后，因摩擦生热，轮胎内气体温度升高至，轮胎容积膨胀为。已知大气压强，理想气体内能满足，其中。 (1)求温度升高后轮胎内气体的压强； (2)若该过程中轮胎内气体对外界做功，求轮胎内气体与外界热交换的热量，并说明吸放热的情况。 【详解】（1）根据理想气体状态方程 解得温度升高后轮胎内气体的压强 （2）由 可得 由热力学第一定律 代入数据得 因为，说明气体吸热。 四．（共6小题） 23．重10N的物体从一个高3m、长5m的斜面上滑下，已知物体与斜面之间的动摩擦因数是0.25，在物体从斜面顶端滑至底端的过程中，内能的增量是（　　） A．10J B．20J C．30J D．40J 【答案】A 【详解】根据功能关系，滑动摩擦力在相对位移上的功等于内能的转化，故物体从斜面顶端滑至底端的过程中，内能的增量是 ΔU=μmgcosθ·l=0.25×10××5J=10J 故选A。 24．以下说法正确的是（　　） A．当分子间距离增大时，分子间作用力减小，分子势能增大 B．某物体温度升高，则该物体分子热运动的总动能一定增大 C．液晶显示屏是应用液晶的光学各向同性制成的 D．自然界发生的一切过程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生 【答案】B 【详解】A．当r＜r0时，当分子间距增大时，分子力减小，分子势能减小；当r＞r0时，当分子间距增大时，分子力先增加后减小，分子势能增加，故A错误； B．某物体温度升高，则分子的平均动能增大，该物体分子热运动的总动能一定增大，故B正确； C．液晶显示屏是应用液晶的光学各向异性制成的，故C错误； D．自然界发生的一切过程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏观过程不一定都能自然发生，例如水能由高处自然的流向低处，但是不能自发的由低处流向高处，故D错误。 故选B。 25．关于能量的转化，下列说法中正确的是（　　） A．克服重力做功，重力势能增加 B．因为能量守恒，所以“永动机”是存在的 C．我们要节约能源的根本原因是能量在数量上减少了。 D．由于能的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机 【答案】A 【详解】A．克服重力做功，说明重力做负功，重力势能增加，故A正确； B．能量是守恒的，但能量转换过程中有损耗，所以“永动机”是不存在的，故B错误； C．我们要节约能源的根本原因是可利用能源在数量上不断减少，总量不变，故C错误； D．虽然能量守恒，但能量转化具有方向性，可利用能能源逐渐减少，故D错误。 故选A。 26．（多选）下列关于能量的说法中正确的是（　　） A．地面上滚动的足球最终停下来，说明能量消失了 B．能量有不同的表现形式，并可以相互转化，但总量不变 C．伽利略的斜面实验表明了小球在运动过程中某个量是守恒的 D．人类对太阳能的利用说明能量可以凭空产生 【答案】BC 【详解】ABD．根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变，AD错误，B正确； C．伽利略的斜面实验表明了小球在运动过程中某个量是守恒的，C正确。 故选BC。 27．（多选）如图所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。汽缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电流。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比（　　） A．左边气体分子单位时间内撞击活塞的次数增加 B．左右两边气体温度都升高 C．左边气体压强增大 D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量 【答案】ABC 【详解】ABC.当电热丝通电后，右侧的气体吸收电热丝放出的热量，温度升高，同时绝热膨胀，向左推动活塞，从而对左边气体做功，由题意并根据热力学第一定律可知，左边气体内能增加，温度升高；根据理想气体状态方程可知左边气体压强增大，所以左边气体分子单位时间内撞击活塞的次数增加，故ABC正确； D．根据能量守恒定律可知，两边气体内能的总增加量等于电热丝放出的热量，故D错误。 故选ABC。 28．如图所示，一个小铁块沿半径为的半球内壁自上端由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为，设此过程中损失的机械能全部变为内能，并有被铁块吸收，已知铁的比热容，重力加速度g取。求铁块升高的温度。 【答案】 【详解】根据题意，设小铁块质量为，铁块滑到底部时产生的内能为 则铁块升高的温度为 五．第一类永动机不可制成（共5小题） 29．关于能量，下列说法中正确的是（　　） A．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源 B．因为能量守恒，所以“永动机”是存在的 C．我们要节约能源的根本原因是能量在数量上减少了 D．由于能量转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机 【答案】A 【详解】A．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源，A正确； B．因为能量守恒，所以不消耗能量而对外做功的“永动机”是不存在的，B错误； C．我们要节约能源的根本原因是可利用能源的数量在不断减少，能量的总量是不变的，C错误； D．虽然能量守恒，但是能量转化具有方向性，同时可利用能源在逐渐减少，D错误。 故选A。 30．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（　　） A．它不符合机械能守恒定律 B．它违背了能量守恒定律 C．它做功产生的热不符合热功当量 D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料 【答案】B 【详解】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，ACD错误。 故选B。 31．17世纪70年代，英国赛斯特城的约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔处又掉下。下列关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　） A．满足能量守恒定律，所以可能实现 B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现 C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现 D．违背能量转化和守恒定律，不可能实现 【答案】D 【详解】维尔金斯“永动机”不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。铁球上升过程中，磁场力对铁球做正功，使铁球增加了机械能；但铁球下落时，同样也受到磁场力，而且磁场力做负功，这个负功与上升过程的正功相互抵消，可见，维尔金斯“永动机”不可能源源不断向外提供能量，所以，维尔金斯“永动机”不可能实现。 故选D。 32．（多选）下列关于第一类永动机的说法正确的是（　　） A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器 B．随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的 C．第一类永动机不可能制成的原因是技术问题 D．第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律 【答案】AD 【详解】A．第一类永动机的定义就是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，，A正确； B．第一类永动机违背了能量守恒定律，是不可能制成的，无论科技如何发展都无法实现，B错误； C．第一类永动机不可能制成的原因不是技术问题，而是违背了能量守恒定律，C错误； D．能量守恒定律表明能量既不会凭空产生也不会凭空消失，第一类永动机试图无中生有地产生能量对外做功，违背了这一定律，故D正确。 故选AD。 33．（多选）下列说法正确的是（    ） A．液晶显示屏是利用液晶光学性质具有各向同性的特点制成的 B．可以利用永久磁铁间的作用力造一台永动机 C．草叶上的露珠呈球形的现象是由表面张力引起的 D．在合适的条件下，某些晶体可以转变成非晶体，某些非晶体也可以转变成晶体 【答案】CD 【详解】A．液晶显示屏是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的，故A错误； B．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械，不消耗能量而不停地转动，不符合能量守恒定律，故B错误； C．草叶上的露珠呈球形的现象是是因为液体表面存在表面张力，故C正确； D．在合适的条件下，某些晶体可以转变成非晶体，某些非晶体也可以转变成晶体，故D正确。 故选CD。 六．能量守恒定律在科技中的应用（共6小题） 34．下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 【答案】D 【详解】AB．根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大；某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，AB正确,不符题意； C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成，C正确，不符题意； D．石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没有消失，D错误，符合题意。 故选D。 35．物理学的发展丰富了人类对动物世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是（　　） A．牛顿发现了万有引力定律，并通过实验证实了万有引力定律 B．能量耗散说明能量在不停地减少，能量不守恒 C．相对论的创立表明经典力学在一定范围内不再适用 D．能量守恒说明人类不用担心能源的减少，不必节约能源 【答案】C 【详解】A．牛顿发现了万有引力定律，并通过月地检验证实了万有引力定律，故A错误； B．能量耗散是指能量的可利用率越来越少，但是仍然遵守能量守恒定律，故B错误； C．相对论并没有否定经典力学，而是在其基础上发展起来的，有各自成立范围，故C正确； D．能量守恒，但是随着可利用能源的使用，能量的可利用率越来越少，故要节约能源，故D错误。 故选C。 36．（多选）在最近几年的空调市场上出现一个新宠——变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5~7倍。空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动。这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机。而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，探究以下说法中合理的是（　　） A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律 B．变频空调运行中做功少，转化能量多 C．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电 D．变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能 【答案】CD 【详解】A．自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错误； BD．功是能量转化的量度，做同样功，消耗同样电能，B错误，D正确； D．由变频空调的工作特点可知省电的原理是效率高，C正确。 故选CD。 37．在墙壁与外界无热传递的封闭房间内，同时开动电冰箱和电风扇，工作一段时间后，房间内的温度_______（选填“升高”、“降低”或“不变”），这是因为___________。 【答案】 升高 消耗的电能最终转化为内能 【详解】[1][2]在墙壁与外界无热传递的封闭房间内，同时开动电冰箱和电风扇，工作一段时间后，房间内的温度会升高，这是因为消耗的电能最终转化为内能，由能量守恒定律可得。 38．太阳能的光热转化是目前技术最为成熟、应用最广泛的太阳能利用形式，从有关资料获悉，在晴天时，垂直于阳光的地球表面接收到的光辐射为。如图所示，有一台太阳能热水器，可将接收到的光辐射的50%用来升高水温，如果该热水器接受阳光垂直照射的有效面积始终是2m2，晴天晒1h，其水箱中50kg水的温度能升高多少摄氏度？[水的比热容] 【答案】20.6 【详解】依题意，可求得1h太阳能热水器可以接受的太阳能为 水吸收的热量为 则水箱中50kg水升高的温度为 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.1~3.3与内能的改变（专题训练） 一．功、热和内能的改变（共6小题） 二．理解热力学第一定律的表述和表达式（共6小题） 三．（共10小题） 四．（共6小题） 五．第一类永动机不可制成（共5小题） 六．能量守恒定律在科技中的应用（共5小题） 一．功、热和内能的改变（共6小题） 1．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　） A．热水的内能不一定比冷水的大 B．当温度等于0℃时，分子动能为零 C．绝热密闭容器突然减速停止，容器里的气体内能不会发生改变 D．温度相等的水和冰，它们的内能一定相等 2．指出下面例子中通过热传递改变物体内能的是（　　） A．感到手冷时，搓搓手就会觉得暖和些 B．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点，火柴燃烧起来 C．物体在阳光照射下温度升高 D．反复弯折一根铁丝，弯折的部分温度升高 3．图为利用钨锅炼铁的场景。若铁的质量大于钨锅的质量，起始时铁的温度比钨锅的温度低，当它们接触在一起时，忽略它们和外界交换的能量，下列说法正确的是（　　） A．达到热平衡时，钨锅的温度比铁的低 B．热传递的过程中，铁块从钨锅吸收热量 C．达到热平衡时，钨锅内能的减少量小于铁内能的增加量 D．达到热平衡时，由于铁的质量大于钨锅的质量，钨锅内能的减少量大于铁内能的增加量 4．（多选）下列关于热现象的说法，正确的是（　　） A．布朗运动是液体分子无规则的运动 B．分子间同时存在引力和斥力，引力比斥力变化得快 C．若两个系统之间达到热平衡，则它们的温度一定相等 D．一定质量的理想气体体积膨胀，不一定对外界做功 5．（多选）关于温度和内能的理解，下列说法正确的是（　　） A．温度是分子平均动能的标志，物体温度高，则物体的分子平均动能大 B．系统的内能是由系统的状态决定的 C．做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能 D．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能 6．改变物体的内能有两种方式，冬天为了取暖，可以双手不停地搓擦，也可以向手上呵气，前者是靠___________方式改变手的内能，后者是靠___________方式改变手的内能。 二．理解热力学第一定律的表述和表达式（共6小题） 7．下列关于热量的描述中，正确的是（　　） A．热量就是指物体具有多少的内能 B．温度越高的物体，具有的热量越大 C．热量是指物体在热传递过程中内能的改变量 D．热量是从内能大的物体传给内能小的物体 8．关于系统的内能及其变化，下列说法中正确的是（　　） A．系统的温度改变时，其内能必定改变 B．系统对外做功，其内能不一定改变；向系统传递热量，其内能不一定改变 C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热量，其内能必定改变 D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变 9．如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动过程中，缸内气体（　　）    A．内能增加，外界对气体做正功 B．内能减小，气体压强增加 C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少 D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加 10．（多选）下列说法正确的是（　　） A．空调在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 B．在完全失重的情况下气体对容器壁的压强会明显减小 C．红色的恒星温度高于蓝色的恒星 D．在有些核反应堆里要让中子与原子核碰撞，以便把中子的速率降下来，则应该选用质量较小的原子核 11．（多选）对分子动理论以及热力学定律的理解，下列说法正确的是（　　） A．物体的内能与物体的温度以及物体的体积有关 B．给足球打气时，越来越费力的原因是分子斥力的作用 C．对于一定质量的理想气体，温度升高其内能可能不变 D．一定质量的理想气体，从外界吸收热量的同时体积增加，气体内能可能不变 12．如图所示，在竖直放置的导热圆柱形容器内用质量为m的活塞密封了一部分气体，活塞能无摩擦地在容器内滑动，活塞的横截面积为S，初始时容器内气体温度为T0，活塞距离容器底部h0的距离，容器周围环境大气压恒为p0。由于环境温度缓慢升高，经过一段时间，发现活塞缓慢移动到了距离容器底部距离为d的位置。容器内气体可视为理想气体，求： (1)此过程中，环境温度的改变量ΔT； (2)在此过程中气体从外界吸收的热量为Q，则容器内气体的内能的改变量ΔU。 三．（共10小题） 13．篮球内部充入一定质量的空气，可视为理想气体，一同学用力拍篮球，篮球快速撞击地面被挤压体积减小，快速撞击地面挤压篮球时球内气体来不及与外界发生热交换，关于快速挤压篮球的过程，下列说法正确的是（　　） A．篮球内气体对外界做正功 B．篮球内气体的内能不变 C．篮球内气体的压强增大 D．篮球内每个气体分子热运动的动能均增大 14．一定质量的理想气体从状态开始，沿图示路径先后到达状态、后回到状态。下列说法正确的是（　　） A．从到，气体体积减小 B．从到，气体内能不变 C．从到，气体对外界做功 D．从到，气体对外界放热 15．如图甲所示，内壁光滑的绝热汽缸，用质量为的绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向下被锁定在光滑足够长的斜面上，活塞处于静止状态，现将汽缸解除锁定，最终活塞相对于汽缸静止，气体达到稳定状态。下列关于汽缸内气体说法正确的是（　　） A．内能增大，所有分子的动能都增大 B．分子速率分布曲线由如图乙所示实线向虚线转变 C．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加 D．图乙中实线与横轴围成的面积比虚线的更大 16．如图所示，一定质量的理想气体由状态经状态变为状态，已知图线平行轴，图线垂直轴，气体在状态、和的温度分别为、和，则（　　） A．过程外界对气体做功 B．过程气体吸收热量 C． D． 17．一物理实验爱好者利用如图所示的装置研究气体压强、体积、温度三量间的变化关系。导热良好的气缸开口向下，内有理想气体，气缸固定不动，缸内活塞可自由滑动且不漏气。一温度计通过缸底小孔插入缸内，插口处密封良好，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞恰好静止。现给沙桶底部钻一个小洞，细沙慢慢漏出，外部环境温度恒定，则（　　） A．绳拉力对沙桶做正功，所以气体对外界做功 B．外界对气体做功，温度计示数不变 C．气体体积减小，同时从外界吸热 D．外界对气体做功，温度计示数增加 18．（多选）如图，一定质量的理想气体从状态变化到状态。在此过程中（　　） A．气体压强增大 B．外界对气体做功 C．气体吸收热量 D．气体内能减少 19．（多选）“海琴”号是我国于2025年投入使用的新型6000米级深海电动潜水器，某次深海作业过程中，其内部封闭的理想气体经历了a→b→c→a一个完整循环过程，其p→V图如图所示，已知a→b过程图线为反比例曲线。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态b时的压强为 B．a→b过程中气体对外界做的功等于c→a过程中外界对气体做的功 C．a→b过程中，气体从外界吸收的热量等于气体对外界做的功 D．一个完整循环过程气体从外界吸收热量 20．（多选）如图是一种导热材料做成的“强力吸盘挂钩”，图甲、乙是它的工作原理图。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图甲所示），吸盘中的空气（可视为理想气体）被挤出一部分。然后把锁扣缓慢扳下（如图乙所示），让锁扣以盘盖为依托把吸盘向外拉出。在拉起吸盘的同时，锁扣对盘盖施加压力，致使盘盖以很大的压力压住吸盘，保持吸盘内气体密闭，环境温度保持不变。下列说法正确的是（　　） A．锁扣扳下后，吸盘与墙壁间的摩擦力不变 B．锁扣扳下过程中，锁扣对吸盘中的气体做正功，气体内能增加 C．锁扣扳下后吸盘内气体分子数密度减小，气体压强减小 D．锁扣扳下后吸盘内气体分子单位时间撞击单位面积吸盘内表面的次数减少 21．气泡从湖底缓慢上升到湖面的过程中体积增大。假设湖水温度保持不变，气泡内气体可视为理想气体。 (1)气泡上升过程中气泡内气体的平均动能________ ，内能 ________ 。（填“增加”“减少”或“保持不变”） (2)若气泡上升过程中，对湖水做功0.3J，则该过程中的气泡 _____ （填“吸收”或“放出”）的热量为 _____J。 22．如图所示是汽车轮胎的简化模型，轮胎内封闭了一定质量的理想气体。初始时，轮胎内气体的温度，压强，容积。汽车行驶一段时间后，因摩擦生热，轮胎内气体温度升高至，轮胎容积膨胀为。已知大气压强，理想气体内能满足，其中。 (1)求温度升高后轮胎内气体的压强； (2)若该过程中轮胎内气体对外界做功，求轮胎内气体与外界热交换的热量，并说明吸放热的情况。 四．（共6小题） 23．重10N的物体从一个高3m、长5m的斜面上滑下，已知物体与斜面之间的动摩擦因数是0.25，在物体从斜面顶端滑至底端的过程中，内能的增量是（　　） A．10J B．20J C．30J D．40J 24．以下说法正确的是（　　） A．当分子间距离增大时，分子间作用力减小，分子势能增大 B．某物体温度升高，则该物体分子热运动的总动能一定增大 C．液晶显示屏是应用液晶的光学各向同性制成的 D．自然界发生的一切过程能量都守恒，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生 25．关于能量的转化，下列说法中正确的是（　　） A．克服重力做功，重力势能增加 B．因为能量守恒，所以“永动机”是存在的 C．我们要节约能源的根本原因是能量在数量上减少了。 D．由于能的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机 26．（多选）下列关于能量的说法中正确的是（　　） A．地面上滚动的足球最终停下来，说明能量消失了 B．能量有不同的表现形式，并可以相互转化，但总量不变 C．伽利略的斜面实验表明了小球在运动过程中某个量是守恒的 D．人类对太阳能的利用说明能量可以凭空产生 27．（多选）如图所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。汽缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电流。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比（　　） A．左边气体分子单位时间内撞击活塞的次数增加 B．左右两边气体温度都升高 C．左边气体压强增大 D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量 28．如图所示，一个小铁块沿半径为的半球内壁自上端由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为，设此过程中损失的机械能全部变为内能，并有被铁块吸收，已知铁的比热容，重力加速度g取。求铁块升高的温度。 五．第一类永动机不可制成（共5小题） 29．关于能量，下列说法中正确的是（　　） A．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源 B．因为能量守恒，所以“永动机”是存在的 C．我们要节约能源的根本原因是能量在数量上减少了 D．由于能量转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机 30．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（　　） A．它不符合机械能守恒定律 B．它违背了能量守恒定律 C．它做功产生的热不符合热功当量 D．暂时找不到合理的设计方案和理想材料 31．17世纪70年代，英国赛斯特城的约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔处又掉下。下列关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　） A．满足能量守恒定律，所以可能实现 B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现 C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现 D．违背能量转化和守恒定律，不可能实现 32．（多选）下列关于第一类永动机的说法正确的是（　　） A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器 B．随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的 C．第一类永动机不可能制成的原因是技术问题 D．第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律 33．（多选）下列说法正确的是（    ） A．液晶显示屏是利用液晶光学性质具有各向同性的特点制成的 B．可以利用永久磁铁间的作用力造一台永动机 C．草叶上的露珠呈球形的现象是由表面张力引起的 D．在合适的条件下，某些晶体可以转变成非晶体，某些非晶体也可以转变成晶体 六．能量守恒定律在科技中的应用（共6小题） 34．下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的 D．石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了 35．物理学的发展丰富了人类对动物世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步，下列表述正确的是（　　） A．牛顿发现了万有引力定律，并通过实验证实了万有引力定律 B．能量耗散说明能量在不停地减少，能量不守恒 C．相对论的创立表明经典力学在一定范围内不再适用 D．能量守恒说明人类不用担心能源的减少，不必节约能源 36．（多选）在最近几年的空调市场上出现一个新宠——变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5~7倍。空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动。这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机。而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，探究以下说法中合理的是（　　） A．变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律 B．变频空调运行中做功少，转化能量多 C．变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电 D．变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能 37．在墙壁与外界无热传递的封闭房间内，同时开动电冰箱和电风扇，工作一段时间后，房间内的温度_______（选填“升高”、“降低”或“不变”），这是因为___________。 38．太阳能的光热转化是目前技术最为成熟、应用最广泛的太阳能利用形式，从有关资料获悉，在晴天时，垂直于阳光的地球表面接收到的光辐射为。如图所示，有一台太阳能热水器，可将接收到的光辐射的50%用来升高水温，如果该热水器接受阳光垂直照射的有效面积始终是2m2，晴天晒1h，其水箱中50kg水的温度能升高多少摄氏度？[水的比热容] 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $