10-3熱力學(xué)第一定律能量守恒定律

基礎(chǔ)夯實(shí)1．至今為止，第一類永動(dòng)機(jī)從來(lái)沒(méi)有成功過(guò)，其原因是()A．機(jī)械制造的技術(shù)沒(méi)有過(guò)關(guān)B．違反了牛頓運(yùn)動(dòng)定律C．違反了電荷守恒定律D．違反了能量守恒定律答案：D解析：第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。2．行駛中的汽車制動(dòng)后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過(guò)程中穿過(guò)閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流。上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過(guò)程是()A．物體克服阻力做功B．物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量C．物體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量D．物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量答案：AD解析：這四個(gè)現(xiàn)象中，物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程都受到阻力，汽車主要是制動(dòng)阻力，流星降落是空氣阻力，條形磁鐵下落過(guò)程受到磁場(chǎng)阻力。因而物體都克服阻力做功。A選項(xiàng)對(duì)。四個(gè)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，汽車是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，流星、降落傘、條形磁鐵是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能或其他形式的能，總之是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。D選項(xiàng)正確。3．在一個(gè)與外界沒(méi)有熱交換的房間內(nèi)打開冰箱門，冰箱正常工作，過(guò)一段時(shí)間房間內(nèi)的溫度將()A．降低B．升高C．不變D．無(wú)法確定答案：B解析：取房間內(nèi)氣體及電冰箱(有散熱裝置)為系統(tǒng)，外界消耗電能，對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)總內(nèi)能增加。4．(2012·南通市高三期末)如圖為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動(dòng)，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動(dòng)的過(guò)程中()A．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增大B．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能減小C．氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能增大D．氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能減小答案：A解析：本題考查了熱力學(xué)第一定律，理解做功和熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能。筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，M向下滑的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w內(nèi)能增大，A正確。5．(2012·青島模擬)(1)為了將空氣裝入氣瓶?jī)?nèi)，現(xiàn)將一定質(zhì)量的空氣等溫壓縮，空氣可視為理想氣體。下列圖象能正確表示該過(guò)程中空氣的壓強(qiáng)p和體積V關(guān)系的是________。(2)在將空氣壓縮裝入氣瓶的過(guò)程中，溫度保持不變，外界做了24kJ的功。現(xiàn)潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底，若在此過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)空氣的質(zhì)量保持不變，且放出了5kJ的熱量。在上述兩個(gè)過(guò)程中，空氣的內(nèi)能共減小________kJ，空氣________(選填“吸收”或“放出”)的總熱量為________kJ。答案：(1)B(2)5放出29解析：(1)根據(jù)玻意耳定律pV＝C，故選項(xiàng)B正確。(2)將空氣壓縮裝入氣瓶的過(guò)程中，溫度不變，所以內(nèi)能不變，潛水員背著氣瓶潛入海底的過(guò)程中，放出5kJ的熱量，則ΔU＝－5kJ。故兩過(guò)程減小的空氣內(nèi)能為5kJ，在這兩個(gè)過(guò)程中，由熱力學(xué)第一定律得ΔU＝W＋Q，Q＝ΔU－W＝(－5－24)kJ＝－29kJ，“－”說(shuō)明放出熱量。點(diǎn)評(píng)：本題考查了玻意耳定律，熱力學(xué)第一定律，主要考查學(xué)生的理解能力和推理能力。6．(江蘇新海中學(xué)高二期中)噴霧器內(nèi)有10L水，上部封閉有1atm的空氣2L。關(guān)閉噴霧閥門，用打氣筒向噴霧器內(nèi)再充入1atm的空氣3L(設(shè)外界環(huán)境溫度一定，空氣可看作理想氣體)。(1)當(dāng)水面上方氣體溫度與外界溫度相等時(shí)，求氣體壓強(qiáng)，并從微觀上解釋氣體壓強(qiáng)變化的原因。(2)打開噴霧閥門，噴霧過(guò)程中封閉氣體可以看成等溫膨脹，此過(guò)程氣體是吸熱還是放熱？簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。答案：(1)2.5atm(2)吸熱解析：(1)設(shè)氣體初態(tài)壓強(qiáng)為p1，體積為V1；末態(tài)壓強(qiáng)為p2，體積為V2，由玻意耳定律p1V1＝p2V2①代入數(shù)據(jù)得p2②微觀解釋：溫度不變，分子平均動(dòng)能不變，單位體積內(nèi)分子數(shù)增加，所以壓強(qiáng)增加。(2)吸熱。氣體對(duì)外做功而內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w吸熱。能力提升1.(南通市高二檢測(cè))如圖所示，某容器內(nèi)部有被隔板隔開的A、B兩部分氣體，A的密度小，B的密度大，抽出隔板并加熱氣體，使兩氣體混合均勻，設(shè)在此過(guò)程A、B兩部分氣體吸熱為Q，內(nèi)能的增量為E，則()A．E<QB．E＝QC．E>QD．無(wú)法比較答案：A2．(2012·淄博市高二質(zhì)檢)給旱區(qū)送水的消防車停于水平地面。在緩慢放水過(guò)程中，若車胎不漏氣，胎內(nèi)氣體溫度不變，不計(jì)分子間勢(shì)能，則胎內(nèi)氣體()A．從外界吸熱B．對(duì)外界做負(fù)功C．分子平均動(dòng)能減小D．內(nèi)能增加答案：A解析：緩慢放水過(guò)程中，胎內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，氣體膨脹對(duì)外界做正功，選項(xiàng)B錯(cuò)；胎內(nèi)氣體溫度不變，故分子平均動(dòng)能不變，選項(xiàng)C錯(cuò)；由于不計(jì)分子間勢(shì)能，氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)，溫度不變，內(nèi)能不變，選項(xiàng)D錯(cuò)；由ΔU＝W＋Q知ΔU＝0，W<0，故Q>0，氣體從外界吸熱，選項(xiàng)A正確。3．如圖所示容器中，A，B各有一個(gè)可自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下是水，上為空氣，大氣壓恒定。A、B底部由帶有閥門K的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱。原先A中水面比B中高，打開閥門，使A中的水逐漸向B中流，最后達(dá)到平衡。在這個(gè)過(guò)程中，下面說(shuō)法正確的是()A．大氣壓力對(duì)水做功，水的內(nèi)能增加B．水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減少C．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能不變D．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能增加答案：D解析：由W＝P·S·Δh＝P·ΔV可知大氣壓力對(duì)A、B兩管中水做功代數(shù)和為零，但由于水的重心下降，重力勢(shì)能減小，由能量守恒定律可知水的內(nèi)能增加，D對(duì)。4．如圖所示，活塞將一定質(zhì)量的氣體封閉在直立圓筒形導(dǎo)熱的汽缸中，活塞上堆放細(xì)沙，活塞處于靜止，現(xiàn)逐漸取走細(xì)沙，使活塞緩慢上升，直到細(xì)沙全部取走。若活塞與汽缸之間的摩擦可忽略，則在此過(guò)程中()A．氣體對(duì)外做功，氣體溫度可能不變B．氣體對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少C．氣體壓強(qiáng)可能增大，內(nèi)能可能不變D．氣體從外界吸熱，內(nèi)能一定增加答案：A解析：由于汽缸為導(dǎo)熱的，則可與外界進(jìn)行熱交換，細(xì)沙減少時(shí)，氣體膨脹對(duì)外做功，可能由于與外界進(jìn)行熱交換吸熱使內(nèi)能不變。5．帶有活塞的汽缸內(nèi)封閉一定量的理想氣體。氣體開始處于狀態(tài)a，然后經(jīng)過(guò)過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b或經(jīng)過(guò)過(guò)程ac到狀態(tài)c，b、c狀態(tài)溫度相同，如V－T圖所示。設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的壓強(qiáng)分別為Pb和Pc，在過(guò)程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac，則(填入選項(xiàng)前的字母，有填錯(cuò)的不得分)()A．Pb>Pc，Qab>QacB．Pb>Pc，Qab<QacC．Pb<Pc，Qab>QacD．Pb<Pc，Qab<Qac答案：C6．在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水在沸騰時(shí)，1g的水由液態(tài)變成同溫度的水汽，其體積由3變?yōu)?676cm3。已知水的汽化熱為2263.8J/g。求：(1)體積膨脹時(shí)氣體對(duì)外界做的功W；(2)氣體吸收的熱量Q；(3)氣體增加的內(nèi)能ΔU。答案：(1)169.7J(2)2263解析：取1g水為研究系統(tǒng)，1g沸騰的水變成同溫度的水汽需要吸收熱量，同時(shí)由于體積膨脹，系統(tǒng)要對(duì)外做功，所以有ΔU<Q吸。(1)氣體在等壓(大氣壓)下膨脹做功：W＝p(V2－V1×105×(1676－1.043)×10－6J＝169.7J。(2)氣體吸熱：Q＝mL＝1×2263.8J＝2263.8J。(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律：ΔU＝Q＋W7．如圖是用導(dǎo)熱性能良好的材料制成的氣體實(shí)驗(yàn)裝置，開始時(shí)封閉的空氣柱長(zhǎng)度為3cm，此時(shí)氣壓表顯示容器內(nèi)壓強(qiáng)為p1×105Pa，現(xiàn)在將活塞緩慢向下推動(dòng)，直到封閉空氣柱長(zhǎng)度變?yōu)?cm。g