2019-2020學(xué)年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 3 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律練習(xí)（含解析）新人教版選修3-3.docx

3熱力學(xué)第一定律能量守恒定律課后篇鞏固提升基礎(chǔ)鞏固1.(多選)下列設(shè)想符合能的轉(zhuǎn)化和守恒的有()A.利用永磁鐵和軟鐵的作用,做一架永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去的機(jī)器B.制造一架飛機(jī),不帶燃料,利用太陽能就能飛行 C.做成一只船,利用水的流動(dòng),逆水行駛,不用其他力D.制造一架火箭,利用核動(dòng)力駛離太陽系解析根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律可知B、D兩項(xiàng)正確。答案BD2.一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)能一定減少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U=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U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D3.下列說法正確的是()A.物體放出熱量,其內(nèi)能一定減小B.物體對外做功,其內(nèi)能一定減小C.物體吸收熱量,同時(shí)對外做功,其內(nèi)能可能增加D.物體放出熱量,同時(shí)對外做功,其內(nèi)能可能不變解析據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,改變物體內(nèi)能有兩種方法:做功和熱傳遞,僅僅根據(jù)單一做功或熱傳遞均無法判斷內(nèi)能的變化情況,故A、B錯(cuò)誤;物體吸收熱量,內(nèi)能增加,對外做功,內(nèi)能減少;如果吸收熱量比對外做功更多,則物體內(nèi)能增加,故選項(xiàng)C正確;物體放出熱量和對外做功均會使內(nèi)能減少,故內(nèi)能一定減少,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案C4.一定質(zhì)量的氣體,從狀態(tài)A變化到另一個(gè)狀態(tài)B的過程中,內(nèi)能增加了160 J,則下列關(guān)于內(nèi)能變化的可能原因的說法中不可能的是()A.從A到B的絕熱過程中,外界對氣體做功160 JB.從A到B的單純熱傳遞過程中,外界對氣體傳遞了160 J的熱量C.從A到B過程中吸熱280 J,并對外做功120 JD.從A到B過程中放熱280 J,外界對氣體做功120 J解析由熱力學(xué)第一定律U=W+Q可知,A、B、C對,D錯(cuò)。答案D5.(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷三個(gè)過程ab、bc、ca回到原狀態(tài),其p-T圖象如圖所示。下列判斷正確的是()A.過程ab中氣體一定吸熱B.過程bc中氣體既不吸熱也不放熱C.過程ca中外界對氣體所做的功等于氣體所放的熱D.a、b和c三個(gè)狀態(tài)中,狀態(tài)a分子的平均動(dòng)能最小E.b和c兩個(gè)狀態(tài)中,容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同解析由p-T圖象可知過程ab是等容變化,溫度升高,內(nèi)能增加,體積不變,由熱力學(xué)第一定律可知過程ab一定吸熱,選項(xiàng)A正確;過程bc溫度不變,即內(nèi)能不變,由于過程bc體積增大,所以氣體對外做功,由熱力學(xué)第一定律可知,氣體一定吸收熱量,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;過程ca壓強(qiáng)不變,溫度降低,內(nèi)能減少,體積減小,外界對氣體做功,由熱力學(xué)第一定律可知,放出的熱量一定大于外界對氣體做的功,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,由p-T圖象可知,a狀態(tài)氣體溫度最低,則平均動(dòng)能最小,選項(xiàng)D正確;b、c兩狀態(tài)溫度相等,分子平均動(dòng)能相等,由于壓強(qiáng)不相等,所以單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同,選項(xiàng)E正確。答案ADE6.如圖所示,A、B是兩個(gè)完全相同熱脹冷縮明顯的金屬球,初溫相同。A放在絕熱板上,B用絕熱繩懸掛。現(xiàn)只讓它們吸熱,當(dāng)它們升高相同的溫度時(shí),吸熱分別為QA、QB,則()A.QA=QBB.QA<QBC.QA>QBD.無法確定解析A、B升高相同的溫度,根據(jù)Q=cmt可知,升溫需要的能量是相同的。由于受熱膨脹,A的重心升高,重力勢能增加,吸熱QA一部分用于升溫,一部分用于增加重力勢能Ep,即QA=Q+Ep;B的重心降低,重力勢能減小,吸熱QB和減少的重力勢能Ep共同用于升溫,即Q=QB+Ep;顯然QA>QB。故選項(xiàng)C正確。答案C7.(1)空氣壓縮機(jī)在一次壓縮過程中,活塞對汽缸中的氣體做功為2.0105 J,同時(shí)氣體的內(nèi)能增加了1.5105 J。試問:此壓縮過程中,氣體(選填“吸收”或“放出”)的熱量等于J。(2)若一定質(zhì)量的理想氣體分別按如圖所示的三種不同過程變化,其中表示等壓變化的是(選填“A”“B”或“C”)。該過程中氣體的內(nèi)能(選填“增加”“減少”或“不變”)。解析(1)由熱力學(xué)第一定律W+Q=U得Q=U-W=-5104 J,說明氣體放出熱量5104 J。(2)由氣態(tài)方程pVT=C(常量)易判斷出C過程是等壓變化,該過程溫度升高,理想氣體的內(nèi)能增加。答案(1)放出5104(2)C增加能力提升1.(多選)如圖,A、B兩點(diǎn)表示一定質(zhì)量的某種理想氣體的兩個(gè)狀態(tài),當(dāng)氣體自狀態(tài)A變化到狀態(tài)B時(shí)()A.體積必然變大B.有可能經(jīng)過體積減小的過程C.外界必然對氣體做功D.氣體必然從外界吸熱解析根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pVT=C(常數(shù)),得p=CVT,如圖所示可知A、B與O點(diǎn)的連線表示等容變化,直線AO的斜率大,CV大,則其體積小。所以圖象中狀態(tài)A的體積小于狀態(tài)B的體積,所以氣體自狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中,體積必然變大,故選項(xiàng)A正確。由于氣體變化的過程未知,可能經(jīng)過體積減小的過程,故選項(xiàng)B正確。根據(jù)熱力學(xué)第一定律U=W+Q,氣體體積增大,所以氣體對外做正功,W為負(fù)值,從題圖中看出氣體溫度升高,即U為正數(shù),所以Q必須為正數(shù),即氣體必須從外界吸熱。故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。答案ABD2.如圖所示,給旱區(qū)送水的消防車停于水平地面。在緩慢放水過程中,若車胎不漏氣,胎內(nèi)氣體溫度不變,不計(jì)分子間勢能,則胎內(nèi)氣體()A.從外界吸熱B.對外界做負(fù)功C.分子平均動(dòng)能減小D.內(nèi)能增加解析緩慢放水過程中,胎內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小,氣體膨脹對外界做正功,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U=W+Q知,U=0,W<0,故Q>0,氣體從外界吸熱,選項(xiàng)A正確。答案A3.固定的水平汽缸內(nèi)由活塞B封閉著一定量的理想氣體,氣體分子之間的相互作用可以忽略。假設(shè)汽缸的導(dǎo)熱性能很好,環(huán)境的溫度保持不變。若用外力F將活塞B緩慢地向右拉動(dòng),如圖所示,則在拉動(dòng)活塞的過程中,關(guān)于汽缸內(nèi)氣體的下列結(jié)論,其中正確的是()A.氣體對外做功,氣體內(nèi)能減小B.氣體對外做功,氣體內(nèi)能不變C.外界對氣體做功,氣體內(nèi)能不變D.氣體向外界放熱,氣體內(nèi)能不變解析用力F緩慢拉活塞時(shí),氣體膨脹,對外做功,但由于汽缸的導(dǎo)熱性能很好,環(huán)境溫度又不變,汽缸會從外界吸收熱量而保持與環(huán)境溫度相同,因而氣體的內(nèi)能不變,故B選項(xiàng)正確。答案B4.如圖,活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉于導(dǎo)熱汽缸中,活塞可沿汽缸內(nèi)壁無摩擦滑動(dòng)。通過加熱使氣體溫度從T1升高到T2,此過程中氣體吸熱12 J,氣體膨脹對外做功8 J,則氣體的內(nèi)能增加了 J;若將活塞固定,仍使氣體溫度從T1升高到T2,則氣體吸收的熱量為 J。解析根據(jù)U=W+Q,則U=(-8+12) J=4 J;若將活塞固定,仍使氣體溫度從T1升高到T2,則氣體既不對外做功,外界也不對氣體做功,則氣體吸收的熱量為Q=U=4 J。答案445.(1)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過圖示中的B、C、D狀態(tài)回到狀態(tài)A,則由A變化到B,氣體內(nèi)能(選填“增加”“減少”或“不變”);由D到A的過程中,氣體(選填“吸收”或“放出”)熱量。(2)在(1)中若氣體狀態(tài)C的體積VC=44.8 L,狀態(tài)D的體積VD=22.4 L,狀態(tài)D的溫度t0=0 。求氣體在狀態(tài)C的溫度。若狀態(tài)D時(shí)的壓強(qiáng)為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,則狀態(tài)D時(shí)氣體分子間的平均距離是多少?(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)解析(1)從A到B,溫度升高,內(nèi)能增加。從D到A,是等容降溫,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,W=0,U<0,所以Q<0。(2)因?yàn)镃到D的過程是一個(gè)等壓變化,因此VCTC=VDtD+273代入數(shù)據(jù)得TC=546 K(或273 也對)因?yàn)镈狀態(tài)是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),1 mol理想氣體的體積是22.4 L,因此每一個(gè)氣體分子占據(jù)的空間為VDNA=22.410-36.021023 m3=d3,解得d310-9 m。答案(1)增加放出(2)546 K310-9 m6.如圖所示,倒懸的導(dǎo)熱汽缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體。輕質(zhì)活塞可無摩擦地上下移動(dòng),活塞的橫截面積為S,活塞的下面吊著一個(gè)重力為G的物體,大氣壓強(qiáng)恒為p0。起初環(huán)境的熱力學(xué)溫度為T0時(shí),活塞到汽缸底面的距離為L。當(dāng)環(huán)境溫度逐漸升高,導(dǎo)致活塞緩慢下降,該過程中活塞下降了0.1L,汽缸中的氣體吸收的熱量為Q。求:(1)汽缸內(nèi)部氣體內(nèi)能的增量U;(2)最終的環(huán)境溫度T。解析(1)密封氣體的壓強(qiáng)p=p0-GS密封氣體對外做功W=pS0.1L由熱力學(xué)第一定律得U=Q-W得U=Q-0.1p0SL+0.1LG。(2)該過程是等壓變化,由蓋呂薩克定律有LST0=(L+0.1L)ST解得T=1.1T0。答案(1)Q-0.1p0SL+0.1LG(2)1.1T07.某同學(xué)估測室溫的裝置如圖所示,用絕熱的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體,氣缸導(dǎo)熱性能良好。室溫時(shí)氣體的體積V1=66 mL,將氣缸豎直放置于冰水混合物中,穩(wěn)定后封閉氣體的體積V2=60 mL。不計(jì)活塞重力及活塞與缸壁間的摩擦,室內(nèi)大氣壓p0=1.0105 Pa,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.01023 mol-1。(取T=t+273 K)(1)求室溫是多少;(2)若已知該氣體在1.0105 Pa、0 時(shí)的摩爾體積為22.4 L/mol,求氣缸內(nèi)氣體分子數(shù)目N;(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)若已知該氣體內(nèi)能U與溫度T滿足U=0.03T(J),求在上述過程中該氣體向外釋放的熱量Q。解析(1)由等壓變化得,V1T1=V2T2,即66T1=60273解得T1=300.3 K或t=27.3 (2)N=VVmolNA=0.0622.46.010231.61021(3)根據(jù)關(guān)系式U=0.03T得,初狀態(tài)的氣體的內(nèi)能為U1=0.03T1=0.03300.3=9.009 J末狀態(tài)氣體的內(nèi)能為U2=0.03T2=0.03273=8.19 J內(nèi)能變化量U=-0.819 J氣體經(jīng)歷等壓變化,外界對氣體做功W=p(V1-V2)=1105610-6 J=0.6 J由熱力學(xué)第一定律,得:Q=U-W=-0.819-0.6=-1.419 J即氣體向外界釋放的熱量為1.419 J答案(1)300.3 K(或27.3 )(2)1.61021(3)1.419 J