2019-2020年高中物理 第10章 第3節(jié) 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律同步練習(xí) 新人教版選修3-3.doc

2019-2020年高中物理 第10章 第3節(jié) 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律同步練習(xí) 新人教版選修3-3一、選擇題(14題為單選題，5、6題為多選題)1在熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式UWQ中，關(guān)于U、W、Q各個(gè)物理量的正、負(fù)，下列說(shuō)法中正確的是()A外界對(duì)物體做功時(shí)W為正，吸熱時(shí)Q為負(fù)，內(nèi)能增加時(shí)，U為正B物體對(duì)外界做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為正，內(nèi)能增加時(shí)，U為負(fù)C物體對(duì)外界做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為正，內(nèi)能增加時(shí)，U為正D外界對(duì)物體做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為負(fù)，內(nèi)能增加時(shí)，U為負(fù)答案：C解析：外界對(duì)物體做功時(shí)W為正，反之為負(fù)；吸熱時(shí)Q為正，反之為負(fù)；內(nèi)能增加時(shí)U為正，反之為負(fù)。故選項(xiàng)C正確。2在一個(gè)與外界沒(méi)有熱交換的房間內(nèi)打開(kāi)冰箱門(mén)，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。3(湛江市xxxx學(xué)年高二下學(xué)期期末)空氣壓縮機(jī)在一次壓縮過(guò)程中，活塞對(duì)空氣做了2.0105J的功，同時(shí)空氣的內(nèi)能增加了1.5105J。下列說(shuō)法正確的是()A空氣從外界吸收的熱量是0.5105JB空氣對(duì)外界放出的熱量是0.5105JC空氣從外界吸收的熱量是3.5105JD空氣對(duì)外界放出的熱量是3.5105J答案：B解析：由題意知，W2.0105J，U1.5105J，由熱力學(xué)第一定律UWQ，得Q0.5105J，負(fù)號(hào)表示放熱，故選項(xiàng)B正確。4.如圖所示，某同學(xué)將空的薄金屬筒開(kāi)口向下壓入水中。設(shè)水溫均勻且恒定，筒內(nèi)空氣無(wú)泄漏，不計(jì)氣體分子間相互作用，則被淹沒(méi)的金屬筒在緩慢下降過(guò)程中，筒內(nèi)空氣體積減小()A從外界吸熱B內(nèi)能增大C向外界放熱D內(nèi)能減小答案：C解析：金屬筒緩慢下降過(guò)程中，外界對(duì)筒內(nèi)氣體做功，而筒與水有熱交換、水溫恒定，所以筒內(nèi)空氣要向外界放熱，溫度保持不變，從而內(nèi)能不變。5.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)熱的氣缸中，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。若活塞與氣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)減小，內(nèi)能可能不變D氣體從外界吸熱，內(nèi)能一定增加答案：AC解析：由于氣缸為導(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。6(南陽(yáng)市xxxx學(xué)年高二下學(xué)期期中)一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)變化過(guò)程表示在如圖所示的pV圖上，氣體先由a狀態(tài)沿雙曲線經(jīng)等溫過(guò)程變化到b狀態(tài)，再沿與橫軸平行的直線變化到c狀態(tài)， a、c兩點(diǎn)位于與縱軸平行的直線上，以下說(shuō)法中正確的是()A由a狀態(tài)至b狀態(tài)過(guò)程中，氣體放出熱量，內(nèi)能不變B由b狀態(tài)至c狀態(tài)過(guò)程中，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減少Cc狀態(tài)與a狀態(tài)相比，c狀態(tài)分子平均距離較大，分子平均動(dòng)能較大Db狀態(tài)與a狀態(tài)相比，b狀態(tài)分子平均距離較小，分子平均動(dòng)能相等答案：AD解析：由題意，ab是一條雙曲線，說(shuō)明氣體由a狀態(tài)至b狀態(tài)過(guò)程中發(fā)生了等溫變化，內(nèi)能不變，氣體的體積減小，外界對(duì)氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體放出熱量，故A正確。由b狀態(tài)至c狀過(guò)程中，氣體的體積增大，對(duì)外做功，溫度升高，內(nèi)能增大，故B錯(cuò)誤。c狀態(tài)與a狀態(tài)相比，體積相同，分子平均距離相等，故C錯(cuò)誤。b狀態(tài)與a狀態(tài)相比，b狀態(tài)體積小，分子平均距離較小，溫度相等，則分子平均動(dòng)能相等，故D正確。二、非選擇題7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(mén)，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(kāi)噴霧閥門(mén)，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p1V1p2V2代入數(shù)據(jù)得p22.5atm微觀解釋?zhuān)簻囟炔蛔?，分子平均?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。能力提升一、選擇題(單選題)1一定量的理想氣體在某一過(guò)程中，從外界吸收熱量2.5104J，氣體對(duì)外界做功1.0104J，則該理想氣體的()A溫度降低，密度增大B溫度降低，密度減小C溫度升高，密度增大D溫度升高，密度減小答案：D解析：由熱力學(xué)第一定律UWQ，Q2.5104J，W1.0104J可知U大于零，氣體內(nèi)能增加，溫度升高，A、B錯(cuò)；氣體對(duì)外做功，體積增大，密度減小，C錯(cuò)，D對(duì)。2給旱區(qū)送水的消防車(chē)停于水平地面。在緩慢放水過(guò)程中，若車(chē)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UWQ知U0，W<0，故Q>0，氣體從外界吸熱，選項(xiàng)A正確。3.如圖所示，密閉絕熱容器內(nèi)有一絕熱的具有一定質(zhì)量活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁間的摩擦忽略不計(jì)。置于真空中的輕彈簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep(彈簧處在自然長(zhǎng)度時(shí)的彈性勢(shì)能為零)?，F(xiàn)繩突然斷開(kāi)，彈簧推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止，氣體達(dá)到平衡狀態(tài)。經(jīng)過(guò)此過(guò)程()AEp全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能BEp一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能CEp全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能和氣體的內(nèi)能DEp一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能， 其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能答案：D解析：當(dāng)繩子突然斷開(kāi)時(shí)，活塞受彈簧的彈力F、活塞的重力G、封閉氣體對(duì)活塞向下的壓力F共同作用，如圖所示，其合力向上，經(jīng)多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止時(shí)， 活塞處于三力平衡狀態(tài)，氣體體積必減小，外力對(duì)氣體做正功，由于絕熱，氣體的內(nèi)能增加，而活塞最終的靜止位置比初始位置高，其重力勢(shì)能增加，最終彈力與另外兩個(gè)力的合力平衡，彈簧仍有形變。設(shè)最終彈簧的彈性勢(shì)能為Ep，由能量守恒定律得EpEp活塞增加的重力勢(shì)能氣體增加的內(nèi)能，所以D選項(xiàng)正確。二、非選擇題4(揚(yáng)州市xxxx學(xué)年高二下學(xué)期期末)一定量的理想氣體的pV圖象如圖所示，氣體狀態(tài)經(jīng)歷了ABC變化過(guò)程，A、B、C三個(gè)狀態(tài)的有關(guān)參量如圖所示，則氣體在狀態(tài)C的內(nèi)能_氣體在狀態(tài)A的內(nèi)能(填“>”、“<”或“”)，在上述過(guò)程中，氣體需_(填“吸熱”或“放熱”)，它與外界交換的熱量的絕對(duì)值為_(kāi)J。答案：放熱300解析：對(duì)于理想氣體，得TATC，理想氣體內(nèi)能只由溫度決定，所以氣體在狀態(tài)C的內(nèi)能等于氣體在狀態(tài)A的內(nèi)能。AC過(guò)程外界對(duì)氣體做功WpV300J，由UWQ，得Q300J。5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1.043cm3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U。答案：(1)169.7J(2)2263.8J(3)2094.1J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U<Q吸。(1)氣體在等壓(大氣壓)下膨脹做功：Wp(V2V1)1.013105(16761.043)106J169.7J。(2)氣體吸熱：QmL12263.8J2263.8J。(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律：UQW2263.8J(169.7)J2094.1J6.爆米花酥脆可口、老少皆宜，是許多人喜愛(ài)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(kāi)容器蓋后，“砰”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127，大氣壓為p0，已知密閉容器打開(kāi)前的氣體壓強(qiáng)達(dá)到4p0。試分析：(1)將容器內(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(kāi)的過(guò)程中，容器內(nèi)氣體膨脹對(duì)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？答案：(1)927(2)減少35kJ解析：(1)根據(jù)查理定律：p1p0，T1300K，p24p0。解得：T21200K，則t2927。(2)由熱力學(xué)第一定律UQW得U20kJ15kJ35kJ，故內(nèi)能減少35kJ。