3.2 热力学第一定律 同步练习-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 分层递进式同步练习，通过A级基础巩固、B级能力提升、C级素养培优三级设计，实现从概念辨析到实际应用的知识深化路径，适配新授课分层教学需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A级|热力学第一定律基本概念及初步综合应用|基础选择题，聚焦核心概念辨析（如内能变化条件判断），夯实物理观念| |B级|气体实验定律与热力学第一定律的复杂综合|情境化选择与计算题，强化科学推理（如p-T图像过程分析、等压变化计算）| |C级|实际问题中的热力学规律应用|探究性综合题，提升科学探究与模型建构（如压水井气体状态分析）|

2　热力学第一定律 A级 必备知识基础 一、热力学第一定律 1.下列说法正确的是(　　) A.物体放出热量,其内能一定减少 B.物体对外做功,其内能一定减少 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.关于内能,下列说法不正确的是(　　) A.若把氢气和氧气看成理想气体,则具有相同体积、相同质量和相同温度的氢气和氧气的内能不相等 B.相同质量的0 ℃水的分子势能比0 ℃冰的分子势能大 C.物体吸收热量后,内能一定增加 D.一定质量的100 ℃的水吸收热量后变成100 ℃的水蒸气,则吸收的热量大于增加的内能 二、气体实验定律与热力学第一定律的综合应用 3.一定量的理想气体从状态a开始,经历三个过程a→b、b→c、c→a回到原状态,其p-T图像如图所示,下列判断正确的是(　　) A.气体在状态a的体积大于在状态b的体积 B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 C.在过程c→a中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D.在过程a→b中气体从外界吸收的热量小于气体内能的增加量 4.一定质量的理想气体状态变化过程如图所示,则从A到B的过程中,气体(　　) A.体积不变 B.内能一定增加 C.一定吸收热量 D.单位时间内撞击容器壁单位面积上的分子数可能减少 5.(2025南京二模)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,可看作理想气体,达到一定压强后,关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开,水立即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中,罐内温度始终保持不变,则罐内气体(　　) A.压强变大 B.内能减少 C.对外做功 D.对外放热 B级 关键能力提升 6.(2025南京一模)如图所示,一定质量的理想气体经历了a→b、b→c、c→a三个过程,已知b→c为等容过程,另外两个一个是等温过程,一个是绝热过程。下列说法正确的是(　　) A.a→b过程,气体压强和体积的乘积变大 B.a→b过程,气体压强和体积的乘积变小 C.c→a过程,气体压强和体积的乘积变大 D.c→a过程,气体压强和体积的乘积变小 7.(2025泰州模拟)取一个透明塑料瓶,向瓶内注入少量的水。将橡胶塞打孔,安装上气门嘴,再用橡胶塞把瓶口塞紧,并向瓶内打气,橡胶塞迅速跳出,瓶内出现白雾。橡胶塞跳出过程中(　　) A.瓶内气体对外界做负功 B.瓶内气体向外界放热 C.瓶内气体温度迅速下降 D.气体分子单位时间对瓶壁单位面积碰撞的个数增多 8.现利用固定在潜水器体外的一个密闭汽缸做验证性实验:如图,汽缸内封闭一定质量的理想气体,轻质导热活塞可自由移动。在潜水器缓慢下潜的过程中,海水温度逐渐降低,下列说法正确的是(　　) A.活塞对气体所做的功小于气体向外界放出的热量 B.单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数减少 C.体积与潜水器下潜的深度成反比 D.压强与潜水器下潜的深度成正比 9.(2025南京、盐城一模)如图所示,在水平固定的圆柱形导热容器内用活塞密封一部分气体,活塞能无摩擦地滑动,容器的横截面积为S,将整个装置放在大气压恒为p0的空气中,开始时气体的温度为T0,活塞与容器底部的距离为L0,当活塞缓慢向左移动d后再次平衡,气体向外放出热量Q0。求: (1)外界空气的温度T; (2)此过程中气体内能的变化量ΔU。 C级 学科素养培优 10.(2026南京阶段检测)一种能汲取地下水的压水井结构如图所示,取水时先按下手柄同时带动皮碗向上运动,此时上单向阀门关闭。皮碗向上运动到某个位置时,下单向阀门被顶开,水流进入腔体内。设某次下压手柄前,腔体只有空气,空气的压强和体积分别为p0和V0。现缓慢下压手柄,直至下单向阀门刚被顶开的瞬间,下单向阀门到水面距离为h。已知大气压强为p0,水的密度为ρ,下单向阀门质量为m(阀门的重力不可忽略),横截面积为S,重力加速度为g。 (1)简要说明缓慢下压手柄过程,腔内气体是吸热还是放热。 (2)求下单向阀门刚被顶开时,腔体内气体的体积。 参考答案 1.C　 解析 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项错误;物体对外做功,若同时从外界吸收的热量大于对外做的功,则内能增加,故B项错误;物体吸收热量,Q>0,同时对外做功,W<0,则其内能可能不变,可能增加,也可能减少,故C项正确;物体放出热量,Q<0,同时对外做功,W<0,则ΔU=W+Q<0,内能一定减少,故D项错误。 2.C　 解析 具有相同体积、相同质量和相同温度的氢气和氧气,分子的平均动能相等,氢气分子数较多,内能较大,故A不符合题意;相同质量的0 ℃的水和0 ℃的冰的温度相同,分子平均动能相同,由于0 ℃的冰需要吸收热量才能融化为0 ℃的水,根据能量守恒定律,一定质量的0 ℃的水的分子势能比0 ℃的冰的分子势能大,故B不符合题意;根据热力学第一定律,物体吸收热量,若同时对外做功,其内能不一定增加,故C符合题意;一定质量的100 ℃的水吸收热量后变成100 ℃的水蒸气,由于体积增大,对外做功,根据热力学第一定律,吸收的热量等于气体对外做的功和增加的内能,所以吸收的热量大于增加的内能,故D不符合题意。 3.C　 解析 由图可得,依据=C,可知Va=Vb,A项错误;一定量理想气体的内能取决于温度,气体在状态a时的内能小于它在状态c时的内能,B项错误;c→a为等压过程,温度下降,体积减小,内能减少,即ΔU<0,外界对气体做功,W>0,根据W+Q=ΔU,得|Q|>|W|,气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功,C项正确;a→b为等容过程,温度升高,压强增大,内能增加,即ΔU>0,气体不做功,W=0,气体从外界吸收的热量等于内能的增加量,D项错误。 4.B　 解析 作出T1温度下的等温线,交B状态的p-T图线于C点,如图所示,根据理想气体状态方程可知,从A到C,温度不变,压强增大,气体的体积减小,而从C到B可以看成等容变化,故从A到B气体体积减小,A项错误;一定质量理想气体的内能只与温度有关,温度升高,内能增大,B项正确;该过程外界对气体做正功,气体温度升高,内能增加,根据热力学第一定律可知从A到B不一定是吸收热量,C项错误;从A到B气体的体积减小,分子数密度增大,温度升高,平均动能增大,故单位时间内撞击容器壁单位面积上的分子数增加,D项错误。 5.C　 解析 喷水过程中,气体体积增大,根据等温变化pV=C,罐内气体压强减小,故A项错误;温度不变,内能不变,故B项错误;气体体积增大,气体对外做功,故C项正确;根据热力学第一定律ΔU=Q+W,内能不变,气体对外做功,则气体吸收热量,故D项错误。 6.A　 解析 假设c→a过程为绝热过程,根据ΔU=W+Q,绝热过程Q=0,c→a过程体积增大,则W<0,所以ΔU<0,因此c→a过程温度降低,即Tc>Ta,a→b过程为等温过程,则Tb=Ta;b→c过程等容变化,由,可得Tc<Tb,这与假设结果Tc>Ta=Tb矛盾,因此c→a过程为等温过程,a→b过程为绝热过程。a→b过程为绝热过程,该过程体积减小,理想气体内能增大,因此温度升高,即Tb>Ta,所以a→b过程气体压强和体积的乘积变大,故B项错误,A项正确。c→a过程为等温过程,该过程温度始终保持不变,所以气体压强和体积的乘积不变,故C、D项错误。 7.C　 解析 橡胶塞迅速跳出,瓶内气体膨胀,推动橡胶塞运动,瓶内气体对外界做正功,故A项错误;瓶内气体膨胀对外做功,这个过程时间很短,可近似认为没有传热,即Q=0,并不是向外界放热,故B项错误;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,由于Q=0,气体对外做功W<0,所以气体内能ΔU<0,内能减小,温度迅速下降,故C项正确;瓶内气体温度下降,分子平均动能减小,同时气体体积膨胀,分子数密度减少,所以气体分子单位时间对瓶壁单位面积碰撞的个数减少,故D项错误。 8.A　 解析 因为轻质导热活塞可自由移动,所以封闭气体的压强等于外界压强。在潜水器缓慢下潜过程中,外界压强增大,气体压强也增大,根据理想气体状态方程=C,海水温度T逐渐降低,压强p增大,所以气体体积V减小,外界对气体做功,W>0,又因为温度降低,气体内能减小,即ΔU<0,由ΔU=W+Q知气体系统向外界放热,活塞对气体所做的功小于气体向外界放出的热量,故A项正确;气体压强增大,虽然温度降低,分子平均动能减小,但压强增大,说明单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多,故B项错误;设潜水器下潜深度为h,外界压强p=p0+ρgh,由=C知当温度降低时,V与潜水器下潜的深度h不成反比,故C项错误;由外界压强p=p0+ρgh可知压强p与深度h是一次函数关系,但不是成正比关系,故D项错误。 9.(1)T0　(2)p0dS-Q0 解析 (1)由等压变化规律可得 解得T=T0。 (2)由热力学第一定律得 ΔU=W-Q0 W=p0dS ΔU=p0dS-Q0。 10.(1)吸热　(2) 解析 (1)下压手柄带动皮碗向上运动,气体体积变大对外做功。缓慢移动过程中,气体内能不变,根据热力学第一定律,则气体应吸热。 (2)设下单向阀门恰好要被顶开时,腔内气体压强为p1,体积为V1,根据受力平衡有p0=p1++ρgh,根据玻意耳定律有p0V0=p1V1,联立得V1=。 学科网（北京）股份有限公司 $