“四翼”檢測評(píng)價(jià)（七） 熱力學(xué)第一定律 能量的轉(zhuǎn)化與守恒

“四翼”檢測評(píng)價(jià)（七）熱力學(xué)第一定律能量的轉(zhuǎn)化與守恒eq\a\vs4\al(A)組—重基礎(chǔ)·體現(xiàn)綜合1．汽車關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后恰能沿斜坡勻速運(yùn)動(dòng)，在這一過程中()A．汽車的機(jī)械能守恒B．汽車的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化C．機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量逐漸減少D．機(jī)械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量不變解析：選D汽車在關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后能勻速運(yùn)動(dòng)，說明汽車和斜坡之間一定有摩擦力作用，所以汽車的機(jī)械能不守恒，一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但能的總量保持不變，故D正確。2．(2023·全國甲卷改編)(多選)在一汽缸中用活塞封閉著一定量的理想氣體，發(fā)生下列緩慢變化過程，氣體一定與外界有熱量交換的過程是()A．氣體的體積不變，溫度升高B．氣體的體積減小，溫度降低C．氣體的體積減小，溫度升高D．氣體的體積增大，溫度不變解析：選ABD氣體的溫度升高，則氣體的內(nèi)能升高，體積不變，則氣體做功為零，因此氣體吸收熱量，A正確；氣體的溫度降低，則氣體的內(nèi)能降低，體積減小，則外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知?dú)怏w對(duì)外放熱，B正確；氣體的溫度升高，則氣體的內(nèi)能升高，體積減小，則外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q可能等于零，即可能沒有熱量交換，C錯(cuò)誤；氣體的溫度不變，則氣體的內(nèi)能不變，體積增大，則氣體對(duì)外界做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，即氣體吸收熱量，D正確。3.(2022·山東等級(jí)考)如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸內(nèi)用絕熱活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，初始時(shí)汽缸開口向上放置，活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，將汽缸緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)90°過程中，缸內(nèi)氣體()A．內(nèi)能增加，外界對(duì)氣體做正功B．內(nèi)能減小，所有分子熱運(yùn)動(dòng)速率都減小C．溫度降低，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少D．溫度升高，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加解析：選C初始時(shí)汽缸開口向上，活塞處于平衡狀態(tài)，汽缸內(nèi)外氣體對(duì)活塞的壓力差與活塞的重力平衡，則有(p1－p0)S＝mg，汽缸在緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，汽缸內(nèi)外氣體對(duì)活塞的壓力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸內(nèi)氣體緩慢地將活塞往外推，最后汽缸水平，缸內(nèi)氣壓等于大氣壓。汽缸、活塞都是絕熱的，故缸內(nèi)氣體與外界沒有發(fā)生熱傳遞，汽缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)作用將活塞往外推，氣體對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W得：氣體內(nèi)能減小，故缸內(nèi)理想氣體的溫度降低，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率減小，并不是所有分子熱運(yùn)動(dòng)的速率都減小，A、B錯(cuò)誤；氣體內(nèi)能減小，缸內(nèi)理想氣體的溫度降低，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率減小，故速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)的比例減小，C正確，D錯(cuò)誤。4.學(xué)校用如圖所示的壓縮式噴霧器對(duì)教室、走廊等場所進(jìn)行消殺工作。給儲(chǔ)液罐打足氣，打開開關(guān)就可以讓藥液噴灑出來。若罐內(nèi)氣體可視為理想氣體且溫度保持不變，隨著藥液的不斷噴出，則罐內(nèi)氣體()A．內(nèi)能不斷減小 B．壓強(qiáng)不斷減小C．外界對(duì)氣體做功 D．氣體對(duì)外放熱解析：選B由于罐內(nèi)氣體溫度保持不變，所以氣體的內(nèi)能保持不變，A錯(cuò)誤；隨著藥液噴出，罐內(nèi)氣體的體積增大，由玻意耳定律可知，氣體體積增大，壓強(qiáng)減小，B正確；氣體的體積增大，讓藥液噴出，所以氣體對(duì)外界做功，C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，ΔU＝0，W<0，則Q>0，即氣體要從外界吸熱，D錯(cuò)誤。5．某同學(xué)用導(dǎo)熱性能良好的汽缸和活塞將一定質(zhì)量的空氣(視為理想氣體)封閉在汽缸內(nèi)(活塞與缸壁間的摩擦不計(jì))，待活塞靜止后，將小石子緩慢地加在活塞上，如圖所示。在此過程中，若大氣壓強(qiáng)與室內(nèi)的溫度均保持不變，下列說法正確的是()A．由于汽缸導(dǎo)熱，故缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)保持不變B．缸內(nèi)氣體溫度不變，缸內(nèi)氣體對(duì)活塞的壓力保持不變C．外界對(duì)缸內(nèi)氣體做的功大小等于缸內(nèi)氣體向外界釋放的熱量D．外界對(duì)缸內(nèi)氣體做功，缸內(nèi)氣體內(nèi)能增加解析：選C將小石子緩慢地加在活塞上，由平衡條件可知?dú)怏w對(duì)活塞的壓力變大，則氣體壓強(qiáng)變大；汽缸導(dǎo)熱性能良好，缸內(nèi)氣體溫度不變，故A、B錯(cuò)誤；溫度不變時(shí)，理想氣體內(nèi)能不變，體積減小，外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律知，外界對(duì)氣體做的功與氣體放出的熱量相等，故C正確，D錯(cuò)誤。6.如圖所示，內(nèi)壁光滑的汽缸水平放置，一定質(zhì)量的理想氣體被活塞密封在汽缸內(nèi)，外界大氣壓強(qiáng)為p0?，F(xiàn)對(duì)汽缸緩慢加熱，氣體吸收熱量Q后，體積由V1增大為V2。則在此過程中()A．氣體分子平均動(dòng)能增大B．氣體分子平均動(dòng)能不變C．氣體分子平均動(dòng)能減小D．氣體內(nèi)能變化了Q＋p0(V2－V1)解析：選A氣體等壓膨脹，由eq\f(pV,T)＝C，體積V增大，故溫度T升高；溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度升高，氣體分子平均動(dòng)能增大，故選項(xiàng)A正確，B、C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律得：ΔU＝Q＋W，而W＝－p0SΔL＝－p0ΔV＝－p0(V2－V1)，所以氣體內(nèi)能變化了ΔU＝Q－p0(V2－V1)，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7．(2022·遼寧高考)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其體積V和熱力學(xué)溫度T變化圖像如圖所示，此過程中該系統(tǒng)()A．對(duì)外界做正功B．壓強(qiáng)保持不變C．向外界放熱D．內(nèi)能減少解析：選A根據(jù)題意，氣體體積增加，因此對(duì)外做正功，故A正確；題目中圖像延長線沒有過原點(diǎn)，因此不是等壓線，故B錯(cuò)誤；溫度升高且對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，該過程需要吸熱，故C錯(cuò)誤；溫度升高，內(nèi)能增加，故D錯(cuò)誤。8.如圖所示，有人設(shè)計(jì)了這樣一臺(tái)“永動(dòng)機(jī)”：距地面一定高度架設(shè)一個(gè)水槽，水從槽底的管中流出，沖擊一個(gè)水輪機(jī)，水輪機(jī)的軸上安裝一個(gè)抽水機(jī)和一個(gè)砂輪。他指望抽水機(jī)把地面水槽里的水抽上去，這樣循環(huán)不已，機(jī)器不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以永久地用砂輪磨制工件做功了。請(qǐng)你分析一下，高處水槽中水的勢(shì)能轉(zhuǎn)變成哪幾種形式的能，說明這個(gè)機(jī)器是否能夠永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。解析：取頂部水槽中流出的水為研究對(duì)象，在其從頂部水槽中流出至底部水槽的過程中，它的重力勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)化為自身的動(dòng)能，一部分轉(zhuǎn)化為水輪機(jī)、抽水機(jī)、砂輪的動(dòng)能，一部分轉(zhuǎn)化為砂輪和工件的內(nèi)能，還有一部分轉(zhuǎn)化為抽水機(jī)抽上的水的重力勢(shì)能。由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律知，抽水機(jī)抽上的水的重力勢(shì)能必然小于流下的水的重力勢(shì)能，如果上抽的水管的橫截面積大于或等于下流的水管的橫截面積，則根本不可能將底部水槽中的水抽至頂部水槽，即使上抽水管的橫截面積小于下流水管的橫截面積也不一定能將水抽上去，如果上抽水管比下流水管細(xì)很多且能夠?qū)⒌撞克壑械乃橹另敳克?，則相等時(shí)間里抽上去的水也要比流下的水的質(zhì)量小得多，最后頂部水槽中的水很快就會(huì)流光。答案：見解析eq\a\vs4\al(B)組—重應(yīng)用·體現(xiàn)創(chuàng)新9.(多選)車輪的輪胎在正常情況下是充滿氣體的，但在維修車輪時(shí)有時(shí)要將輪胎內(nèi)的氣體放掉。若迅速拔掉輪胎的氣門芯，如圖所示，輪胎里面的氣體會(huì)在一瞬間釋放出來，此時(shí)用手立即去觸摸充氣嘴處，會(huì)感覺到充氣嘴的溫度降低，這種現(xiàn)象在夏天比較明顯。將輪胎內(nèi)的氣體視為理想氣體。噴氣時(shí)間極短，視輪胎為絕熱材料，下列說法正確的是()A．輪胎內(nèi)氣體在噴出過程中其內(nèi)能迅速減小B．輪胎內(nèi)部氣體壓強(qiáng)迅速減小C．輪胎內(nèi)的氣體迅速向外噴出是由于分子做擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)引起的D．氣體噴完后瞬間充氣嘴有較涼的感覺，是由輪胎內(nèi)氣體迅速膨脹對(duì)外做功而溫度下降導(dǎo)致的解析：選ABD輪胎為絕熱材料，Q＝0，向外噴射氣體，氣體體積增大，對(duì)外做功，W<0，則ΔU<0，所以輪胎內(nèi)氣體在噴出過程中其內(nèi)能迅速減小，故A正確；理想氣體的內(nèi)能由分子動(dòng)能決定，輪胎放氣時(shí)，胎內(nèi)氣體迅速膨脹對(duì)外做功，內(nèi)能減小時(shí)，分子的平均動(dòng)能減小，由于溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，所以溫度會(huì)下降，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，體積變大，溫度下降，壓強(qiáng)會(huì)迅速減小，故B、D正確；輪胎內(nèi)的氣體迅速向外噴出是由于輪胎內(nèi)外壓強(qiáng)差引起的，不是分子擴(kuò)散的原因，故C錯(cuò)誤。10．(多選)如圖，兩端開口、下端連通的導(dǎo)熱汽缸，用兩個(gè)輕質(zhì)絕熱活塞(截面積分別為S1和S2)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦。在左端活塞上緩慢加細(xì)沙，活塞從A下降h高度到B位置時(shí)，活塞上細(xì)沙的總質(zhì)量為m。在此過程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始終不變。整個(gè)過程環(huán)境溫度和大氣壓強(qiáng)p0保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)，重力加速度為g。下列說法正確的是()A．整個(gè)過程，外力F做功大于0，小于mghB．整個(gè)過程，理想氣體的分子平均動(dòng)能保持不變C．整個(gè)過程，理想氣體的內(nèi)能增大D．整個(gè)過程，理想氣體向外界釋放的熱量小于(p0S1h＋mgh)解析：選BD整個(gè)過程中右邊活塞的位置始終不變，外力F不做功，A錯(cuò)誤；整個(gè)過程中系統(tǒng)的溫度不變，所以一定質(zhì)量的理想氣體的分子平均動(dòng)能不變，內(nèi)能不變，B正確，C錯(cuò)誤；當(dāng)左邊活塞到達(dá)B位置時(shí)汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)最大，最大壓強(qiáng)p＝eq\f(mg,S1)＋p0，所以外界對(duì)氣體做的功小于p0S1h＋mgh，由于內(nèi)能不變，故理想氣體向外界釋放的熱量小于(p0S1h＋mgh)，D正確。11．(2022·湖北高考)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a變?yōu)闋顟B(tài)c，其過程如p-V圖中a→c直線段所示，狀態(tài)b對(duì)應(yīng)該線段的中點(diǎn)。下列說法正確的是()A．a(chǎn)→b是等溫過程B．a(chǎn)→b過程中氣體吸熱C．a(chǎn)→c過程中狀態(tài)b的溫度最低D．a(chǎn)→c過程中外界對(duì)氣體做正功解析：選B根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，可知a→b氣體溫度升高，內(nèi)能增加，且體積增大，氣體對(duì)外界做功，則W<0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知a→b過程中氣體吸熱，A錯(cuò)誤，B正確；p-V圖像的坐標(biāo)值的乘積反映氣體溫度，a狀態(tài)和c狀態(tài)的坐標(biāo)值的乘積相等，而中間狀態(tài)的坐標(biāo)值乘積更大，a→c過程的溫度先升高后降低，且狀態(tài)b的溫度最高，C錯(cuò)誤；a→c過程氣體體積增大，外界對(duì)氣體做負(fù)功，D錯(cuò)誤。12.如圖所示，一定質(zhì)量理想氣體被活塞封閉在汽缸中，活塞的面積為S，與汽缸底部相距L，汽缸和活塞絕熱性能良好，氣體的壓強(qiáng)、溫度與外界大氣相同，分別為p0和t0?，F(xiàn)接通電熱絲加熱氣體，一段時(shí)間后斷開，活塞緩慢向右移動(dòng)距離L后停止，活塞與汽缸間的滑動(dòng)摩擦力為f，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，整個(gè)過程中氣體吸收的熱量為Q，求該過程中(1)內(nèi)能的增加量ΔU；(2)最終溫度T。解析：(1)活塞移動(dòng)時(shí)受力平衡，有p1S＝p0S＋f，氣體對(duì)外界做功W＝p1SL，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q－W，解得ΔU＝Q－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0S＋f))L。(2)活塞發(fā)生移動(dòng)前為等容變化