高中物理人教版3第十章熱力學(xué)定律2熱和內(nèi)能 課時訓(xùn)練15熱力學(xué)第一定律能量守恒定律

課時訓(xùn)練15熱力學(xué)第一定律能量守恒定律題組一熱力學(xué)第一定律1.今有一導(dǎo)熱性能良好的汽缸,用導(dǎo)熱活塞封閉有一定質(zhì)量的理想氣體。開始時汽缸水平放置如圖甲所示,后將汽缸按如圖乙方式懸掛并保持靜止,汽缸光滑不漏氣且大氣壓及環(huán)境溫度不變。下列說法正確的是()A.氣體對外做功,內(nèi)能減小B.氣體對外做功,氣體溫度不變C.氣體體積增大,氣體溫度減小D.氣體體積不變,溫度不變解析:從題圖甲到題圖乙的過程,由于汽缸要平衡,因此內(nèi)部氣體的壓強(qiáng)變小,體積增大,對外界做功,由于汽缸導(dǎo)熱性能良好,且環(huán)境溫度不變,因此內(nèi)部氣體的溫度不變,內(nèi)能不變,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,內(nèi)部氣體通過缸壁從外界吸熱,可見選項(xiàng)B正確,其余選項(xiàng)均錯誤。答案:B2.在熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式ΔU=W+Q中,關(guān)于ΔU、W、Q各個物理量的正、負(fù),下列說法中正確的是()A.外界對物體做功時W為正,吸熱時Q為負(fù),內(nèi)能增加時ΔU為正B.物體對外界做功時W為負(fù),吸熱時Q為正,內(nèi)能增加時ΔU為負(fù)C.物體對外界做功時W為負(fù),吸熱時Q為正,內(nèi)能增加時ΔU為正D.外界對物體做功時W為負(fù),吸熱時Q為負(fù),內(nèi)能增加時ΔU為負(fù)解析:根據(jù)公式ΔU=W+Q中的符號法則知選項(xiàng)C正確。答案:C3.氣體膨脹對外做功100J,同時從外界吸收了120J的熱量,它的內(nèi)能的變化是()A.減小20JB.增大20JC.減小220J D.增大220J解析:研究對象為氣體,依符號規(guī)則,對外做的功W=-100J,吸收熱量Q=+120J。由熱力學(xué)第一定律有:ΔU=W+Q=-100J+120J=20J。ΔU>0,說明氣體的內(nèi)能增加,故正確選項(xiàng)為B。答案:B4.一定量的氣體吸收熱量,體積膨脹并對外做功,則此過程的末態(tài)與初態(tài)相比()A.氣體內(nèi)能一定增加B.氣體內(nèi)能一定減小C.氣體內(nèi)能一定不變D.氣體內(nèi)能的增減不能確定解析:由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,氣體吸收熱量Q>0,體積膨脹對外做功W<0,但不能確定Q與W值的大小,所以不能判斷ΔU的正負(fù),則氣體內(nèi)能的增減也就不能確定,選項(xiàng)D正確。答案:D5.重慶出租車常以天然氣作為燃料。加氣站儲氣罐中天然氣的溫度隨氣溫升高的過程中,若儲氣罐內(nèi)氣體體積及質(zhì)量均不變,則罐內(nèi)氣體(可視為理想氣體)()A.壓強(qiáng)增大,內(nèi)能減小B.吸收熱量,內(nèi)能增大C.壓強(qiáng)減小,分子平均動能增大D.對外做功,分子平均動能減小解析:氣體發(fā)生等容變化,根據(jù)查理定律可知,溫度升高,則壓強(qiáng)增大;氣體體積不變,則對外不做功;溫度升高,內(nèi)能增加,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,從外界吸收熱量,B項(xiàng)正確。答案:B6.對一定質(zhì)量的理想氣體,自狀態(tài)A變化到狀態(tài)B再變化到狀態(tài)C,這一整個變化過程在V-T圖中如圖所示,則下列說法正確的是()A.在過程AB中,氣體壓強(qiáng)不斷變大B.在過程BC中,氣體密度不斷變大C.在過程AB中,氣體對外界做功D.在過程BC中,氣體對外界放熱解析:在過程AB中,體積不變,根據(jù)pV=nRT,溫度變大,所以氣體壓強(qiáng)不斷變大,故選項(xiàng)A正確。同理在過程BC中,T不變,V減小,所以p增加,但氣體密度等于質(zhì)量除以體積,所以不斷變大,選項(xiàng)B正確。在過程AB中,體積不變(W=0),溫度變高,說明內(nèi)能變大(ΔU>0),由ΔU=Q+W知是氣體從外界吸熱而沒有做功,故選項(xiàng)C錯誤。在過程BC中,T不變(ΔU=0),V減小(W>0),外界對氣體做正功,所以氣體對外界放熱,故選項(xiàng)D正確。答案:ABD7.如圖所示,由導(dǎo)熱材料制成的汽缸和活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸內(nèi),活塞與汽缸壁之間無摩擦,活塞上方存有少量液體。將一根細(xì)管插入液體,由于虹吸現(xiàn)象,活塞上方液體逐漸流出。在此過程中,大氣壓強(qiáng)與外界的溫度保持不變。關(guān)于這一過程,下列說法正確的是()A.氣體分子的平均動能逐漸增大B.單位時間氣體分子對活塞撞擊的次數(shù)增多C.單位時間氣體分子對活塞的沖量保持不變D.氣體對外界做的功等于氣體從外界吸收的熱量解析:當(dāng)活塞上方液體逐漸流出時,氣體的壓強(qiáng)逐漸減小,由于是虹吸現(xiàn)象,水流出過程緩慢,所以氣體狀態(tài)變化為等溫變化,因此氣體分子的平均動能不變,選項(xiàng)A錯誤;由于壓強(qiáng)減小,所以單位時間內(nèi)氣體分子對活塞撞擊的次數(shù)減小,單位時間內(nèi)氣體分子對活塞的沖量減小,選項(xiàng)B、C錯誤。根據(jù)玻意耳定律有p1V1=p2V2,由于氣體壓強(qiáng)減小,所以體積增大,氣體對外做功,又因?yàn)闅怏w溫度不變、內(nèi)能不變,所以氣體從外界吸熱,選項(xiàng)D正確。答案:D8.爆米花酥脆可口、老少皆宜,是許多人喜愛的休閑零食。如圖為高壓爆米花的裝置原理圖,玉米在鐵質(zhì)的密閉容器內(nèi)被加熱,封閉氣體被加熱成高溫高壓氣體,當(dāng)打開容器蓋后,“嘭”的一聲氣體迅速膨脹,壓強(qiáng)急劇減小,玉米粒就“爆炸”成了爆米花。設(shè)當(dāng)?shù)販囟葹閠1=27℃,大氣壓為p0,已知密閉容器打開前的氣體壓強(qiáng)達(dá)到4p0。(1)若把容器內(nèi)的氣體看作理想氣體,求容器內(nèi)氣體的溫度。(2)假定在一次打開的過程中,容器內(nèi)氣體膨脹對外界做功15kJ,并向外釋放了20kJ的熱量,容器內(nèi)原有氣體的內(nèi)能如何變化?變化了多少?解析:(1)根據(jù)查理定律:p1T1=p2T2,p1=p0,T1=300整理得T2=1200K,t2=927℃。(2)由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W得ΔU=-20kJ-15kJ=-35kJ,故內(nèi)能減少35kJ。答案:(1)927℃(2)減少35kJ題組二能量守恒定律與第一類永動機(jī)9.斷定第一類永動機(jī)不可能制成的依據(jù)是()A.牛頓第二定律B.動量守恒定律C.機(jī)械能守恒定律 D.能量守恒定律解析:能量守恒定律的確立,給予了第一類永動機(jī)不能制成的科學(xué)解釋。答案:D10.下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的說法中,正確的是()A.用太陽灶燒水是太陽能轉(zhuǎn)化為電能B.電燈發(fā)光是電能轉(zhuǎn)化為光能C.核電站發(fā)電是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.生石灰放入盛有涼水的燒杯里,水溫升高是動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能解析:A選項(xiàng)中是光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,C選項(xiàng)中是核能轉(zhuǎn)化為電能,D選項(xiàng)中是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故B選項(xiàng)正確。答案:B(建議用時:30分鐘)1.下列對能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認(rèn)識正確的是()A.某種形式的能量減少,一定存在其他形式能量的增加B.某個物體的能量減少,必然有其他物體的能量增加C.不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機(jī)器——永動機(jī)是不可能制成的D.石子從空中落下,最后停止在地面上,說明機(jī)械能消失了解析:A選項(xiàng)是指不同形式的能量間的轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化過程中能量是守恒的。B選項(xiàng)是指能量在不同的物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移過程中是守恒的。任何永動機(jī)都是不可能制成的,它違背了能量守恒定律。所以A、B、C正確;D選項(xiàng)中石子的機(jī)械能在變化,比如受空氣阻力作用,機(jī)械能可能減少,但機(jī)械能并沒有消失,能量守恒定律表明能量既不會創(chuàng)生,也不會消失,故D是錯的。答案:ABC2.如圖所示,固定容器及可動活塞P都是絕熱的,中間有一導(dǎo)熱的固定隔板B,B的兩邊分別盛有氣體甲和乙?，F(xiàn)將活塞P緩慢地向B移動一段距離,已知?dú)怏w的溫度隨其內(nèi)能的增加而升高。則在移動P的過程中()A.外力對乙做功;甲的內(nèi)能不變B.外力對乙做功;乙的內(nèi)能不變C.乙傳遞熱量給甲;乙的內(nèi)能增加D.乙的內(nèi)能增加;甲的內(nèi)能不變解析:將活塞P緩慢地向B移動的過程中,外力對乙做功,乙的內(nèi)能增加,溫度升高,由于固定隔板B導(dǎo)熱,所以乙將傳遞熱量給甲,甲、乙兩部分氣體的溫度最終相同,均高于初態(tài)溫度,所以甲、乙內(nèi)能均增加,故選C項(xiàng)。答案:C3.對于一個大氣壓下100℃的水變成100℃的水蒸氣的過程中,下列說法中正確的是()A.內(nèi)能增加,對外界做功,一定是吸熱B.內(nèi)能不變,對外界做功,從外界吸熱C.內(nèi)能減少,不對外界做功,向外界放熱D.內(nèi)能增加,對外界做功,向外界放熱解析:水變成同溫度的水蒸氣的過程中,分子的平均動能不變,克服分子力做功,分子勢能增加,故內(nèi)能增加,一定是從外界吸收熱量,A正確。答案:A4.如圖,水平放置的密封汽缸內(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分,隔板可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動,右側(cè)汽缸內(nèi)有一電熱絲。汽缸壁和隔板均絕熱。初始時隔板靜止,左右兩邊氣體溫度相等?，F(xiàn)給電熱絲提供一微弱電流,通電一段時間后切斷電源。當(dāng)缸內(nèi)氣體再次達(dá)到平衡時,與初始狀態(tài)相比()A.右邊氣體溫度升高,左邊氣體溫度不變B.左右兩邊氣體溫度都升高C.左邊氣體壓強(qiáng)增大D.右邊氣體內(nèi)能的增加量等于電熱絲放出的熱量解析:當(dāng)電熱絲通電后,右邊的氣體溫度升高,體積膨脹,將隔板向左推,對左邊的氣體做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,左邊氣體內(nèi)能增加,氣體的溫度升高,根據(jù)氣體定律左邊的氣體壓強(qiáng)增大,B、C正確;右邊氣體內(nèi)能的增加值為電熱絲發(fā)出的熱量減去對左邊的氣體所做的功,D錯誤。答案:BC5.某汽車后備箱內(nèi)安裝有撐起箱蓋的裝置,它主要由汽缸和活塞組成。開箱時,密閉于汽缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹,將箱蓋頂起,如圖所示。在此過程中,若缸內(nèi)氣體與外界無熱交換,忽略氣體分子間相互作用,則缸內(nèi)氣體()A.對外做正功,分子的平均動能減小B.對外做正功,內(nèi)能增大C.對外做負(fù)功,分子的平均動能增大D.對外做負(fù)功,內(nèi)能減小解析:缸內(nèi)氣體膨脹,對外做正功,即W<0,缸內(nèi)氣體與外界無熱交換,即Q=0,由熱力學(xué)第一定律W+Q=ΔU可知,ΔU<0,即缸內(nèi)氣體的內(nèi)能減小,溫度降低,分子的平均動能減小,故選項(xiàng)B、C、D錯誤,選項(xiàng)A正確。答案:A6.一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)Ⅰ(p1,V1,T1)被壓縮至狀態(tài)Ⅱ(p2,V2,T2),已知T2>T1,則該過程中()A.氣體的內(nèi)能一定是增加的B.氣體可能向外界放熱C.氣體一定從外界吸收熱量D.氣體對外界做正功解析:理想氣體內(nèi)能只考慮分子動能,T2>T1,故分子動能增加,內(nèi)能一定是增加的,ΔU取正值。根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,理想氣體被壓縮,外界對氣體做功,W取正值,但不知W與ΔU數(shù)值,Q可正可負(fù)。答案:AB7.一定量的氣體從外界吸收熱量×105J,內(nèi)能增加×105J,是氣體對外界做功還是外界對氣體做功?做了多少功?解析:由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q得W=ΔU-Q=×105×105J=×105J。W取正值,說明是外界對氣體做功,做了×105J的功。答案:外界對氣體做功×105J8.如圖所示是用導(dǎo)熱性能良好的材料制成的氣體實(shí)驗(yàn)裝置,開始時封閉的空氣柱長度為22cm,現(xiàn)在用豎直向下的外力F壓縮氣體,使封閉空氣柱長度變?yōu)?cm,人對活塞做功100J,大氣壓強(qiáng)為p0=1×105Pa,不計(jì)活塞重力。問:(1)若用足夠長的時間緩慢壓縮氣體,求壓縮后氣體的壓強(qiáng)為多大?(2)若以適當(dāng)?shù)乃俣葔嚎s氣體,向外散失的