3.1 功、热和内能的改变 分层作业 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 分层设计清晰，从基础概念到综合应用再到实验探究，梯度递进，适配新授课知识巩固与核心素养培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A层|功、内能、热量的基本概念及关系|以选择题为主，结合香槟瓶白雾等生活现象，强化物理观念| |B层|气体实验定律、热力学第一定律综合应用|情境应用题（孔明灯、车胎爆胎）与计算题结合，提升科学推理能力| |C层|实验探究（焦耳实验、电流热效应）|实验分析题与综合论述题，突出科学探究与质疑创新|

3.1 功、热和内能的改变 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．关于香槟瓶被打开的瞬间瓶口附近突然出现一团“白雾”的现象，下列说法正确的是（   ） A．这是瓶内香槟的扩散现象 B．瓶内气体温度升高，蒸发加剧形成的蒸汽 C．瓶内气体对外做功，内能减小，水蒸气凝结为小水珠 D．瓶内气体对外做功等于从周围环境吸收的热量 2．下列关于功、内能、热量的描述正确的是（　　） A．机械能为零的物体，内能也一定为零 B．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 C．做功和热传递都能改变物体的内能 D．物体的内能增大，温度一定升高 3．（多选）下列有关物体的内能、温度、热量的说法中，正确的是（　　） A．只要两物体的质量、温度和体积相等，两物体内能一定相等 B．只要温度升高，每个分子的动能就都增加 C．热量是热传递过程中物体内能变化的量度 D．做功和热传递都能改变物体的内能，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同 4．（多选）某同学做了如下实验：先把空烧瓶放入冰箱冷冻，取出后迅速用一个气球紧套在烧瓶颈上，再将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球膨胀起来，如图所示，与烧瓶放进热水前相比，放进热水后密闭气体的（　　） A．内能减小 B．分子平均动能增大 C．分子对烧瓶底的平均作用力变大 D．体积是所有气体分子的体积之和 5．一个开有带阀门小口的绝热容器中充满气体。打开阀门，会有一部分气体从容器中泄漏出来，从而导致容器内气体的温度降低。用分子动理论的观点对此现象作出简要解释。 6．根据下图，简述焦耳的实验过程和原理。 B层 7． 孔明灯俗称许愿灯，祈天灯，古代多用于军事通讯，而现代人多用于祈福。在灯底部的支架上绑上一块沾有煤油的粗布，点燃后灯内的热空气膨胀，放手后，整个灯冉冉升空，当底部的煤油烧完后又会自动下降。关于孔明灯，下列说法正确的是（　　） A．点燃后，孔明灯所受浮力增大从而升空 B．点燃后，灯内气体的温度升高，内能增大 C．点燃后升空过程中，灯内气体分子间的平均撞击力增大 D．点燃后升空过程中，灯内气体的压强不变 8．（多选）夏季天气温差比较大，充足气的车胎经过正午阳光的曝晒易爆胎。若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短，可看作绝热过程。关于车胎内的气体，下列说法正确的是（　　） A．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大 B．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，对外做功，内能不变 C．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小 D．爆胎过程中，车胎内气体体积增大，压强减小，温度升高 9．如图所示，是某老师制作的简易“喷气枪”，其主体是一个质量为50g，容积为0.5L的饮料瓶，安装在手持式打气筒上，通过打气筒的转换头直接向瓶内充气，打气筒每次能将体积50mL、压强为p0的外界空气压入瓶内，当瓶内气体压强达到1.5p0时，饮料瓶可发射出去。已知大气压强为，整个装置气密性良好，忽略饮料瓶内、外空气温度的变化，气体可视为理想气体。 (1)为了使饮料瓶能够发射，求需要打气的次数。 (2)若饮料瓶发射过程共喷出0.25L气体，平均气压为1.2p0，求饮料瓶发射过程中对喷出的气体做的功。 C层 10．如图是探究电流通过导体时产生热的多少与哪些因素有关的实验装置．两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化．下列说法正确的是（    ） A．甲实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系 B．甲实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量更多 C．乙实验是为了研究电流产生的热量与电流的关系 D．乙实验通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的小 11．（多选）有关热现象，下列说法中正确的是（   ） A．组成物质的分子之间存在引力和斥力 B．在热传递过程中，吸收热量的物体温度一定同时升高 C．在四冲程内燃机中，做功冲程的作用是将内能转化为机械能 D．温度低于0℃的室外，仍有水蒸气存在 12． (1)在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性：一个实验是重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升；另一个实验是通过电流的热效应给液体加热。焦耳的这两个实验说明了什么问题？ (2)如图，在有机玻璃筒底放少量的硝化棉（燃点较低），迅速压下活塞，观察硝化棉的变化。 ①你能看到什么现象？实验现象说明了什么？ ②图中用力按压活塞时为什么一定要迅速？ 参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 C C CD BC C AC B ACD 1．C 【详解】A．“白雾”是水蒸气凝结形成的小液滴，为液化现象，并非分子扩散现象（扩散指物质自发从高浓度向低浓度迁移），故A错误； B．瓶内气体在膨胀过程中对外做功，温度降低，而非升高，故蒸发加剧的说法不符合事实，故B错误； C．瓶内高压气体迅速膨胀对外做功，内能减小，温度降低，导致瓶口附近水蒸气凝结成小水珠，形成“白雾”，故C正确； D．此过程为快速膨胀，近似绝热（Q ≈ 0），根据热力学第一定律ΔU = Q－W，内能减小（ΔU < 0），对外做功（W > 0），故W ≠ Q，故D错误。 故选C。 2．C 【详解】A．机械能是物体的动能和势能之和与宏观运动、位置相关；内能是物体内部分子热运动的动能和分子势能之和与微观分子运动相关。机械能为零时，分子仍在永不停息地做无规则热运动，内能不可能为零，A错误； B．热量传递方向由温度差决定，而非内能大小。例如高温小物体可能传热给低温大物体，后者内能更大，B错误； C．做功（如摩擦生热）和热传递（如加热）均可改变内能，二者等效，C正确； D．内能增大时，温度可能不变，例如冰吸热融化，内能增加，变为冰水混合物，但温度仍保持为，温度没有升高，D错误。 故选C。 3．CD 【详解】A．物体的内能由物体中的分子数、温度和体积共同决定，两物体的质量相等，而分子数不一定相同， A错误； B．温度升高，分子的平均动能增加，每个分子的动能不一定都增加，故选项B错误； C．热量是热传递过程中物体内能变化的量度，C正确； D．做功和热传递都能改变物体的内能，做功是能量转化的过程，热传递是能量转移的过程，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同，D正确。 故选CD。 4．BC 【详解】A．由于热水的温度较高，将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，烧瓶和气球内气体吸收热量，温度升高，内能增大，故A错误； B．由于温度升高，所以分子的平均动能增大，故B正确； C．由于外界压强不变，气球膨胀，内部气体对气球膜的压力增大，内部气体压强增大，分子对烧瓶底的平均作用力增大，故C正确； D．气体分子体积很小，对应的气体体积大于所有分子体积之和，故D错误。 故选BC。 5．见解析 【详解】一部分气体从容器中泄漏出来，气体对外做功，绝热环境下，导致温度降低。 6．详见解析 【详解】盛在绝热容器内的水，由于重物的下落带动叶片旋转，使水温升高。如果重物下落所作的功为ΔW，使容器中质量为m的水升高温度为ΔT，那么与ΔW相当的热量ΔQ应为 ΔQ=CmΔT 式中C是水的比热，根据实验测得的ΔT，可将ΔQ计算出来；ΔW可以根据砝码的质量和下落的距离算出。根据实验所得数据，计算所得结果，这就是测热功当量的焦耳实验。 7．C 【详解】A．孔明灯是利用热空气上升的原理制成的，点燃后，灯内空气受热体积膨胀，因而空气的密度变小，比同体积的冷空气轻，而浮力不变，从而升空，A错误； B．点燃后，灯内气体的温度升高，灯内空气受热后体积膨胀，灯内气体质量减少，减少量不能确定，因此内能的变化不能确定，B错误； C．点燃后升空过程中，由于灯内气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，分子间的平均撞击力增大，C正确； D．点燃后升空过程中，灯内外相通，灯内气体的压强与外界相同，但随着高度的升高，外界气体压强会变小，D错误。 故选C。 8．AC 【详解】AB．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，温度升高，内能增大，压强增大；爆胎前气体体积不变，没有对外做功，故A正确、B错误； CD．爆胎过程中，车胎内气体体积增大，气体对外做功，内能减小，同时温度降低，压强减小，故C正确、D错误。 故选AC。 9．(1)5 (2)30J 【详解】（1）设至少需要打气n次，根据玻意耳定律可得 解得 （2）发射过程中气体对饮料瓶做的功为 解得 10．B 【详解】A、B、装置甲中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即I右=I左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I右=I1+I2，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，I1=I2，所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系，由Q=I2Rt可知，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；因此通电一段时间后，玻璃管左侧液面高度差更大，故A错误，B正确．C、D、在乙装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电流I与通电时间t相同，左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，即是探究电流产生的热量与电阻大小的关系；故由Q=I2Rt可知，右边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快，这表明：在相同时间内，电流相同的情况下，电阻越大，电流通过导体时产生的热量越多；故C、D错误．故选B． 【点睛】此题主要考查的是学生对“电流通过导体产生的热量与电阻、电流的关系”实验的理解和掌握，注意控制变量法和转换法的运用是解决该题的关键． 11．ACD 【详解】A．分子与分子之间存在范德华力，范德华力包括引力和斥力，故A项正确； B．物体内能增加，温度不一定上升，比如冰水混合物，受热不会升温，故B项错误； C．往复式活塞内燃机的做功冲程是爆炸气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，故C项正确； D．零度以下空气中含水量依旧不为0，依旧有水蒸气存在，故D项正确。 故选ACD。 12．(1)见解析 (2)见解析 【详解】（1）两个实验都能使液体的温度升高，一种是做功的方式，另一种是热传递方式，说明绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的始末状态决定，与做功的具体过程和方式无关。 （2）①可以看到硝化棉燃烧。实验现象说明压缩空气做功，使空气内能增大，达到硝化棉的燃点后引起硝化棉燃烧。 ②迅速按下活塞是为了减少向外界的传热，尽量创造一个绝热条件。 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 $