3.1 功、热和内能的改变 五种题型 提高卷-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

3.1 功、热和内能的改变五种题型（提高卷） 题型一　内能与热量的概念辨析 题型二　做功与热传递改变内能 题型三　图像与气体状态变化分析 题型四　焦耳实验与绝热过程 题型五　综合应用与计算 题型一　内能与热量的概念辨析 【解题技巧】（内能是物体内所有分子热运动动能与分子势能之和，一切物体都有内能；温度升高内能不一定增大，还与质量、体积、物态有关。热量是热传递过程中转移的能量，只能说吸收或放出，不能说含有；温度相同的不同物体接触时不发生热传递。理想气体分子势能可忽略，其内能只由温度和物质的量决定。判断说法类小题时紧扣内能、温度、热量三个量的含义与区别。） 1．关于内能，有以下四个观点，你认为正确的是（　　） ①热机在做功冲程中内能转化为机械能 ②物体温度越低，内能越小，所以的物体没有内能 ③两物体相互接触时，热量总是从内能大的物体转移到内能小的物体 ④改变物体内能的方法有很多，但本质上只有做功和热传递两种方式 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 2．下列对于内能的实例的判断，正确的是（　　） A．0℃的冰块熔化成0℃的水，内能不变 B．手机连续使用较长时间后发烫，内能增大 C．被举高的杠铃由于高度增大，内能也增大 D．自由下落的小球速度越来越大，内能随之增大 3．在研究气体性质时，若分子间距离足够大，可以不计分子大小和分子间相互作用力，我们把它叫做理想气体。对于一定质量的某种理想气体，下列说法正确的是（   ） A．气体温度升高，每一个分子的动能都增大 B．气体温度升高，气体分子的平均动能增大 C．外界对气体做功，气体内能一定增大 D．气体对外界放热，气体内能一定减小 4．下列关于热现象的描述正确的是 A．气体从外界吸热，其内能一定增加 B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变物体内能的 C．气体温度升高，气体中每个分子的热运动速率都增大 D．生活中常见的扩散现象说明分子在永不停息的做无规则运动 5．下列关于热量、功和内能的说法中，错误的是（　　） A．热量、功都可以作为物体内能的量度 B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度 C．热量、功、内能的单位相同 D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的 6．（多选）关于内能和机械能，下列说法正确的是（     ） A．物体的机械能损失时，内能却可能增加 B．物体的内能损失时，机械能必然会减少 C．物体内能为0时，机械能可以不为0 D．物体的机械能为0时，内能不为0 7．（多选）下列说法正确的是（　　） A．扩散现象和布朗运动都证明分子在做永不停息的无规则运动 B．同一个物体，内能的大小与物体的体积和温度无关 C．物体中的分子势能总和与物体体积大小无关 D．物体放出了热量，物体的内能可能不变 题型二　做功与热传递改变内能 【解题技巧】（改变内能两种途径：做功是其他形式的能与内能之间的转化，热传递是内能在物体间的转移，两者在改变内能上等效。压缩气体、摩擦生热、迅速放气降温都属于做功；传导、对流、辐射属于热传递，发生条件是存在温度差。判断实例先看能量形式是否发生转化：机械能、电能变成内能的是做功，内能直接转移的是热传递；气体膨胀对外做功内能减小，温度降低。） 8．礼花喷射器原理如图。通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中，罐内气体（　　） A．温度保持不变 B．内能减少 C．分子热运动加剧 D．通过热传递方式改变自身的内能 9．如图所示的实验装置中，把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当很快向下压活塞时，由于被压缩的气体骤然变热，温度升高达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明对物体（　　） A．做功可以增加物体的热量 B．做功可以改变物体的内能 C．做功一定会升高物体的温度 D．做功一定可以使物态发生变化 10．关于热传递，下列说法正确的是（　　） A．热传递的实质是温度的传递 B．物体间存在温度差，才能发生热传递 C．热传递可以在任何情况下进行 D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量 11．下面的例子中，通过热传递改变物体内能的是（　　） A．擦火柴，使火柴开始燃烧 B．阳光照在湖面上，使湖水升温 C．用锯条锯木头，使锯条变热 D．搓搓手，会感觉暖和些 12．如图所示，对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（   ） A．图甲，厚玻璃内的空气被压缩，空气的内能减少 B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起，空气的内能增大 C．图丙，试管内的水蒸气推动了塞子冲出去，水蒸气的内能减少 D．图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大 13．如果铁丝的温度升高了，则 （   ） A．铁丝一定吸收了热量 B．铁丝一定放出了热量 C．外界可能对铁丝做了功 D．外界一定对铁丝做了功 14．在一个完全真空的绝热容器中放入两个物体，它们之间没有发生热传递，这是因为（　　） A．两物体没有接触 B．两物体的温度相同 C．真空容器不能发生热对流 D．两物体具有相同的内能 15．如图所示的四个实例中，用热传递的方式来改变物体内能的是（　　） A．锯木板时，钢锯条温度升高 B．来回快速拉动皮条，金属管的温度升高 C．酒精灯加热试管中的水，水的温度升高 D．迅速下压活塞，管内气体的温度升高 16．做功和热传递都可以改变物体的内能，有下列物理过程： ①汽缸内雾化柴油的压缩点燃    ②太阳灶煮饭    ③擦火柴    ④钻木取火    ⑤进入大气层的人造卫星被烧毁 下列判断正确的是（    ） A．属于热传递的只有①②⑤ B．属于热传递的只有② C．属于做功过程的只有③④ D．属于做功过程的只有③④⑤ 17．（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 题型三　图像与气体状态变化分析 【解题技巧】（图线题先看坐标轴与单位：p-V图中图线下的面积表示气体做的功，等温线是双曲线的一支；V-T图中过原点的直线表示等压变化；p-T图中过原点的直线表示等容变化。分子力图线中引力与斥力相等处对应平衡位置，分子势能最低。分析状态变化抓住理想气体状态方程，逐段确定等温、等压或等容过程，再由图线走向判断做功与吸放热情况。） 18．下列四幅图的有关说法中，不正确的是（　　） A．分子间距离为时，分子势能最小 B．估测油酸分子直径d时，可把油酸分子简化为球形处理 C．食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性 D．猛推活塞，密闭的气体温度升高，压强变大，气体对外界做正功 19．质量相等、初温相同的水和煤油，分别用两个相同的电加热器加热（不计热损失），加热过程中温度变化如图所示，则下列判断正确的是 （　　） A．甲的比热容大，是水 B．甲的比热容大，是煤油 C．乙的比热容大，是水 D．乙的比热容大，是煤油 20．（多选）如图所示，内壁光滑、导热良好的汽缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体。当环境温度升高时，缸内气体（     ） A．内能增加 B．对外做功 C．压强增大 D．分子数密度不变 21．（多选）如图所示，水平面上有一个导热汽缸，用一定质量的活塞密封一定质量的理想气体，不计活塞与气缸的摩擦，当环境温度缓慢升高时，下列说法正确的是（　　） A．气缸内的气体压强增大 B．理想气体对外做功 C．理想气体的内能减小 D．气缸壁上单位面积单位时间撞击的分子数减少 22．（多选）将一端封闭的玻璃管迅速插入水银槽中某一深度，玻璃管内气体可看作理想气体，外界大气压和温度均保持不变。下列说法中正确的是（　　） A．插入过程中玻璃管中单位体积中气体分子的个数增加 B．插入过程中玻璃管中每个气体分子热运动的动能都增加 C．插入过程中玻璃管内气体的内能增大 D．插入过程中玻璃管内气体内能的增加，是通过热传递的方式实现的 23．（多选）在外力作用下两分子间的距离达到不能再靠近时，固定甲分子不动，乙分子可自由移动，去掉外力后，当乙分子运动到很远时，速度为v，则在乙分子的运动过程中（乙分子的质量为m）（　　） A．乙分子的动能变化量为mv2 B．分子力表现为引力时比表现为斥力时多做的功为mv2 C．分子力表现为斥力时比表现为引力时多做的功为mv2 D．乙分子克服分子力做的功为mv2 题型四　焦耳实验与绝热过程 【解题技巧】（焦耳实验证明：系统从状态1到状态2，做功的数量由始末状态决定，与做功方式无关，据此引入内能这个状态量。绝热过程中系统不吸热也不放热，外界对系统做功，内能增加；系统对外做功，内能减少。气体向真空自由膨胀不做功、内能不变。简答与填空类小题围绕绝热过程定义与内能函数两个要点作答：只由状态决定、与过程路径无关。） 24．绝热过程：系统不从外界______，也不向外界______。 25．代表性实验 （1）实验1：让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温______。 （2）实验2：通过电流的______给水加热。 26．实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与做功的______无关。 题型五　综合应用与计算 【解题技巧】（综合题一般按四步走：确定研究对象与过程，用受力分析或能量关系求压强等状态参量，选择合适的实验定律列方程，最后代回检验。涉及内能变化时，先判断是外界对气体做功还是气体对外做功、气体是吸热还是放热，再从做功和热传递两条途径分析内能增大或减小的原因。比热类计算抓住热量等于比热容乘质量乘温升；摇晃、锤击、压缩类问题把机械功折算成内能增量，注意单位统一为焦耳。） 27．某校研究性学习小组为估测太阳对地面的辐射功率，制作了一个半径为、温度的冰球，在环境温度为时，用黑布把冰球包裹后悬吊在弹簧测力计下，并放在太阳光下。经过后弹簧测力计的示数减少了。已知冰的熔化热（冰的熔化热是指在标准大气压下的冰熔化成水所吸收的热量）。设冰熔化成水后，全部滴离黑布包着的冰球。取。请帮助这个小组估算太阳光垂直照射在每平方米面积上的辐射功率。（结果保留两位有效数字） 28．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p0=1.0×105Pa，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。 29．锅炉中盛有1500kg的水，当对其加热使其内能增加时，温度将上升多少？水的比热容。（假设加热过程中水始终为液态，无汽化等相变发生。） 30．某温度报警装置的核心部件是一竖直放置、导热良好、壁厚可忽略的密闭圆柱形容器，容器静止于水平面上。如图所示，容器内部用横截面积为S、质量为m的光滑薄活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞可自由上下移动且不漏气。初始时活塞与容器底端相距L。当外界气温下降时，活塞将缓缓下移；若活塞下降至警戒位置，便可触发低温预警系统。实验表明，当气体热力学温度变为初始值的一半时，刚好达到报警条件。已知当地大气压强恒为，其中g为重力加速度大小。 (1)求预警区域的高度h； (2)活塞缓缓下移、气体内能减小的过程中，外界对气体做功的情况如何？除做功外，气体与外界之间还存在哪种改变内能的方式？请判断并简要说明理由。 《3.1 功、热和内能的改变五种题型》参考答案 答题卡 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C B B D A AD AD B B B 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 B C C B C B BC D C AB 题号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 答案 BD AC AC 题型一　内能与热量的概念辨析 1．C 【详解】①热机在做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故①正确； ②内能是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，任何温度的物体都有内能，0℃的物体仍有内能，故②错误； ③热量传递的方向由温度差决定，总是从高温物体传递到低温物体，而非内能大的物体传递到内能小的物体，故③错误； ④改变内能的方式本质只有做功和热传递，其他方法（如摩擦生热）属于做功的范畴，故④正确。 故选C。 2．B 【详解】A．0℃的冰块熔化成0℃的水，温度不变，但吸收热量，内能增大，故A错误； B．手机连续使用较长时间后发烫，温度升高，内能增大，故B正确； CD．内能与物体宏观的机械能无关，故CD错误。 故选B。 3．B 【详解】A．气体温度升高，绝大多数气体分子的动能都增大，但个别分子的动能也可能减小，A错误； B．温度是分子平均动能的标志，因此温度升高，气体分子的平均动能一定增大，B正确； C．物体内能的变化与做功和热传递两个因素有关。外界对气体做功，同时物体有可能向外界放出热量，内能有可能不变甚至减小，C错误； D．物体内能的变化与做功和热传递两个因素有关。气体对外界放热，同时也有可能外界对气体做功，气体的内能不一定减小，D错误。 故选B。 4．D 【详解】A、改变内能的方式有做功和热传递，气体从外界吸热，其内能不一定增加，A错误； B、做功是通过能量转化的方式改变物体内能的，热传递是能量的转移，B错误； C、气体温度升高，分子的平均动能增大，气体中每个分子的热运动速率不一定增大，C错误； D、生活中常见的扩散现象说明分子在永不停息的做无规则运动，D正确； 故选D 5．A 【详解】AB．热量和功可作为物体内能改变的量度，选项A错误，B正确； C．热量、功、内能的单位都是焦耳，选项C正确； D．其中热量和功是过程量，内能是状态量，选项D正确。 此题选择不正确的选项，故选A。 6．AD 【详解】A．在空中下降的物体由于克服空气阻力做功，机械能损失，因为与空气摩擦，物体的温度升高，内能增加，故A正确； B．物体静止时，温度降低，内能减少，而机械能不变，故B错误； CD．分子运动永不停息、而且分子间有相互作用力，故物体内能不可能为0，但机械能可以为0，故C错误，D正确。 故选AD 。 7．AD 【详解】A．扩散现象和布朗运动都证明分子在做永不停息的无规则运动，A正确； B．同一个物体，内能的大小与物体的体积和温度有关，B错误； C．物体中的分子势能总和与物体体积大小有关，C错误； D．物体放出了热量，如过外界对物体做功，物体的内能可能不变。D正确。 故选AD。 题型二　做功与热传递改变内能 8．B 【详解】ABC．高压气体膨胀对外做功，气体内能转化为礼花的机械能，气体内能减少，温度降低，分子热运动减慢，故AC错误，B正确； D．气体对外做功，内能减少，这是过做功的方式改变自身的内能，故D错误。 故选B。 9．B 【详解】当用力压活塞时，活塞压缩玻璃筒内的空气，对空气做功，空气的内能增加，温度升高，当达到乙醚着火点时，筒内棉花就会燃烧起来，此实验说明了：外界对物体做功，物体的内能增加。 故选B。 10．B 【详解】A．热传递的实质是物体间能量的转移，故A错误； BC．热传递的条件是物体间存在温度差，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间便不会发生热传递，故B正确，C错误； D．吸收或放出热量，内能会发生变化，但内能变化不一定是热传递引起的，也可能是做功引起的，故D错误。 故选B。 11．B 【详解】ACD．擦火柴，用锯条锯木头，搓搓手，都是通过克服摩擦力做了功来改变物体内能，故ACD错误； B．通过太阳辐射，也就是热传递使湖水温度升高，所以湖水内能增大，故B正确。 故选B。 12．C 【详解】A．图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，活塞对空气做功，瓶内空气温度升高，空气的内能增加，故A错误； B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气对活塞做功，空气的内能减小，故B错误；C．图丙，试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减少，故C正确； D．图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时（即做功冲程），内能转化为机械能，汽缸内气体的内能减少，故D错误。 故选C。 13．C 【详解】AB ．一个物体温度升高，内能增加了，可以是对物体做了功，也可以是物体吸收了热量，故AB错误； C．外界可能对铁丝做了功，使物体的内能增大，温度升高，故C正确； D．热传递也可以使物体的内能增加，温度升高，故D错误。 故选C。 14．B 【详解】B．物体间发生热传递的前提是温度不同，故B符合题意； AC．不直接接触，真空不发生对流热量也能传递，故AC不符合题意； D．两物体具有相同的内能，温度不同时也能发生热传递，故D不符合题意。 故选B。 15．C 【详解】A．锯木板时，克服摩擦做功，钢锯条温度升高，属于通过做功改变物体的内能，故A错误； B．来回快速拉动皮条，克服摩擦做功，金属管温度升高，属于通过做功改变物体的内能，故B错误； C．用酒精灯给水加热，水从酒精灯火焰吸收热量，属于通过热传递改变物体的内能，故C正确； D．迅速下压活塞时，活塞压缩筒内气体做功，机械能转化为内能，使筒内气体温度升高，属于通过做功改变物体的内能，故D错误。 故选C。 16．B 【详解】热传递是指热量从高温物体传到低温物体的过程，所以属于热传递的只有②；做功是指通过外力做功或物体对外做功来改变内能，所以属于做功过程的有①③④⑤。 故选B。 17．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。 题型三　图像与气体状态变化分析 18．D 【详解】A．如图所示，分子间距离为时，分子势能最小，A正确，不符合题意； B．估测油酸分子直径d时，可把油酸分子简化为球形处理，B正确，不符合题意； C．食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，C正确，不符合题意； D．猛推活塞，密闭的气体温度升高，压强变大，外界对气体做正功，D错误，符合题意。 故选D。 19．C 【详解】如图所示，在某一定时间时，甲的温度的变化量比乙的温度变化量大；利用热量的计算公式Q=cm△t分析，甲的比热容小；乙的比热容大，由于常见物质中水的比热容最大，故甲是煤油，乙是水；故C正确，ABD错误。 故选C。 20．AB 【详解】AB．汽缸内壁光滑，活塞可以移动；环境温度升高时，气体温度升高。理想气体的内能只由温度决定，所以内能增加；气体膨胀推动活塞向外移动，对外做功，故AB正确； CD．活塞平衡时，缸内气体压强等于外界压强，外界压强不变，所以气体压强不变；气体质量和分子数不变，而膨胀后体积增大，单位体积内的分子数减小，故CD错误。 故选AB。 21．BD 【详解】A．环境温度缓慢升高且不计活塞与气缸的摩擦，对活塞受力分析可知，气体压强不变，故A错误； B．压强不变，温度升高，体积增加，气体对外做功，故B正确； C．一定质量的理想气体的内能只跟温度有关，温度升高，内能增加，故C错误； D．温度升高，气体分子的平均动能增加，每个分子撞击器壁的平均力增大，而压强不变，根据压强的微观解释可知单位面积单位时间撞击器壁的分子数减少，故D正确。 故选BD。 22．AC 【详解】A．将玻璃管迅速插入水银槽的过程中，气体体积减小，外界对玻璃管内的气体做功，而玻璃管来不及放热，所以玻璃管内封闭气体内能增加，气体温度升高，此后一段时间玻璃管内气体向外散热，封闭气体最终与外界大气温度相同，因为封闭气体的体积减小，所以单位体积内气体分子的个数增加，故A正确； BC．插入过程中封闭气体的内能增大，温度升高，封闭气体的内能增大，封闭气体的平均动能增大，但不一定每个气体分子热运动的动能都增大，故B错误，C正确； D．将玻璃管迅速插入水银槽的过程中，管内气体被迅速压缩、体积减小，外界对气体做正功，这是通过做功的方式使气体的内能增加，与热传递无关，故D错误。 故选AC。 23．AC 【详解】A．当甲、乙两分子间距离最小时，两者都处于静止状态，当乙分子运动到分子力的作用范围之外时，乙分子不再受力，此时速度为v，故在此过程中乙分子的动能变化量为mv2，故A正确； BC.在此过程中，分子斥力做正功，分子引力做负功，即 W合=W斥-W引=△Ek 由动能定理得 W斥-W引=mv2 故分子力表现为斥力时比表现为引力时多做的功为mv2，故B错误，C正确； D.分子力对乙分子做的功等于乙分子动能的变化量，即 W=mv2 故D错误。 故选AC。 题型四　焦耳实验与绝热过程 24． 吸热 放热 【详解】70．[1][2]绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热； 25．[1][2]代表性实验 实验1：让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升； 实验2：通过电流的热效应给水加热； 26．实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与做功的方式无关； 题型五　综合应用与计算 27． 【详解】太阳光垂直照射时间，面积，冰减少的质量，冰吸收的热量 冰球接收的太阳辐射总能量等于冰熔化吸收的热量，由热平衡方程 解得 28．(1)5 (2)30J 【详解】（1）设至少需要打气n次，忽略瓶内、外空气温度的变化，根据玻意耳定律可得 代入数据， 解得 （2）发射过程中对喷出的气体做的功为， 得 29．2℃ 【详解】水吸收的热量全部用来增加它的内能，则 水的质量，水的比热容。根据 可得温度将上升 30．(1) (2)外界对气体做正功，气体同时向外界放热 【详解】（1）该过程封闭气体的压强不变，设初始时气体的温度为，有 解得 （2）活塞缓缓下移，容器内气体体积减小，外界对气体做正功；容器导热良好，外界气温下降时气体温度高于外界，气体通过热传递向外界放热。可见该过程中气体内能的减小是做功与热传递共同作用的结果。 第 页 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $