2018-2019學年高中物理 第5章 熱力學定律 5.1 熱力學第一定律 5.2 能量的轉(zhuǎn)化與守恒題組訓練 魯科版選修3-3.doc

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第1節(jié)　熱力學第一定律 第2節(jié)　能量的轉(zhuǎn)化與守恒 (時間：60分鐘) 題組一　熱力學第一定律的應用 1．關于物體內(nèi)能的變化情況，下列說法中正確的是 (　　) A．吸熱的物體，其內(nèi)能一定增加 B．體積膨脹的物體，其內(nèi)能一定減少 C．放熱的物體，其內(nèi)能也可能增加 D．絕熱壓縮的物體，其內(nèi)能一定增加 答案　CD 解析　做功和傳熱都可以改變物體的內(nèi)能，不能依據(jù)一種方式的變化就判斷內(nèi)能的變化． 2．下列過程可能發(fā)生的是 (　　) A．物體吸收熱量，對外做功，同時內(nèi)能增加 B．物體吸收熱量，對外做功，同時內(nèi)能減少 C．外界對物體做功，同時物體吸熱，內(nèi)能減少 D．外界對物體做功，同時物體放熱，內(nèi)能增加 答案　ABD 解析　當物體吸收的熱量多于對外做的功時，物體的內(nèi)能就增加，A正確；當物體吸收的熱量少于對外做的功時，物體的內(nèi)能就減少，B正確；外界對物體做功，同時物體吸熱，則物體的內(nèi)能必增加，C錯誤；當物體放出的熱量少于外界對物體做的功時，物體的內(nèi)能增加，D正確． 3．如圖5－1、2－4所示是密閉的汽缸，外力推動活塞P壓縮氣體，對缸內(nèi)氣體做功800 J，同時氣體向外界放熱200 J，缸內(nèi)氣體的 (　　) 圖5－1、2－4 A．溫度升高，內(nèi)能增加600 J B．溫度升高，內(nèi)能減少200 J C．溫度降低，內(nèi)能增加600 J D．溫度降低，內(nèi)能減少200 J 答案　A 解析　對一定質(zhì)量的氣體，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU為正表示內(nèi)能增加了600 J，對氣體來說，分子間距較大，分子勢能為零，內(nèi)能等于所有分子動能的和，內(nèi)能增加，氣體分子的平均動能增加，溫度升高，選項A正確． 4．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，不計分子間勢能，則胎內(nèi)氣體 (　　) A．從外界吸熱 B．對外界做負功 C．分子平均動能減小 D．內(nèi)能增加 答案　A 解析　胎內(nèi)氣體經(jīng)歷了一個溫度不變、壓強減小、體積增大的過程．溫度不變，分子平均動能和內(nèi)能不變．體積增大氣體對外界做正功．根據(jù)熱力學第一定律氣體一定從外界吸熱． 題組二　氣體實驗定律與熱力學第一定律的結(jié)合 5．如圖5－1、2－5所示，某同學將空的薄金屬筒開口向下壓入水中．設水溫均勻且恒定，筒內(nèi)空氣無泄漏，不計氣體分子間的相互作用，則被淹沒的金屬筒在緩緩下降過程中，筒內(nèi)空氣體積減小，空氣一定 (　　) 圖5－1、2－5 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　本題考查氣體性質(zhì)和熱力學第一定律，由于不計氣體分子之間的相互作用，且整個過程緩慢進行，所以可看成溫度不變，即氣體內(nèi)能不變，選項B、D均錯；熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，因為在這個過程中氣體體積減小，外界對氣體做了功，式中W取正號，ΔU＝0，所以Q為負，即氣體向外放熱，故選項A錯、C對．正確答案為C. 6．(2014廣東理綜)用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖5－1、2－6所示，充氣袋四周被擠壓時，假設袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體 (　　) 圖5－1、2－6 A．體積減小，內(nèi)能增大 B．體積減小，壓強減小 C．對外界做負功，內(nèi)能增大 D．對外界做正功，壓強減小 答案　AC 解析　袋內(nèi)氣體與外界無熱交換即Q＝0，袋四周被擠壓時，體積V減小，外界對氣體做正功，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，氣體內(nèi)能增大，則溫度升高，由＝常數(shù)知壓強增大，選項A、C正確，B、D錯誤． 7．如圖5－1、2－7所示，一絕熱容器被隔板K隔開成a，b兩部分．已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體，b內(nèi)為真空．抽開隔板K后，a內(nèi)氣體進入b，最終達到平衡狀態(tài)．在此過程中 (　　) 圖5－1、2－7 A．氣體對外界做功，內(nèi)能減少 B．氣體不做功，內(nèi)能不變 C．氣體壓強變小，溫度降低 D．氣體壓強變小，溫度不變 答案　BD 解析　由于絕熱容器中b部分內(nèi)為真空，所以a部分內(nèi)氣體向b中擴散時，氣體不做功，盡而可知W＝0，Q＝0，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q知，ΔU＝0，溫度不變，而氣體的體積增大，由玻意耳定律可知，氣體的壓強減小，故選項B、D正確． 8．如圖5－1、2－8所示，a，b，c，d表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過程中的四個狀態(tài)，圖中ad平行于橫坐標軸，dc平行于縱坐標軸，ab的延長線過原點，以下說法正確的是 (　　) 圖5－1、2－8 A．從狀態(tài)d到c，氣體不吸熱也不放熱 B．從狀態(tài)c到b，氣體放熱 C．從狀態(tài)a到d，氣體對外做功 D．從狀態(tài)b到a，氣體吸熱 答案　BCD 解析　從狀態(tài)d到c，溫度不變，理想氣體內(nèi)能不變，但是由于壓強減小，所以體積增大，對外做功，還要保持內(nèi)能不變，一定要吸收熱量，故A錯；氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)b是一個降壓、降溫過程，同時體積減小，外界對氣體做功，而氣體的內(nèi)能還要減小(降溫)，就一定要伴隨放熱的過程，故B對；氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)d是一個等壓、升溫的過程，同時體積增大，所以氣體要對外做功，C正確；氣體從狀態(tài)b到狀態(tài)a是個等容變化過程，隨壓強的增大，氣體的溫度升高，內(nèi)能增大，而在這個過程中氣體的體積沒有變化，就沒有做功，氣體內(nèi)能的增大是因為氣體吸熱的結(jié)果，故D對． 題組三　能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 9．一顆子彈以某一水平速度擊中了靜止在光滑水平面上的木塊，并從中穿出．對于這一過程，下列說法中正確的是 (　　) A．子彈減少的機械能等于木塊增加的機械能 B．子彈減少的動能等于木塊增加的動能 C．子彈減少的機械能等于木塊增加的動能與木塊增加的內(nèi)能之和 D．子彈減少的動能等于木塊增加的動能與子彈和木塊增加的內(nèi)能之和 答案　D 解析　射穿木塊的過程中，由于相互間摩擦力的作用使得子彈的動能減小，木塊獲得動能，同時產(chǎn)生熱量，且系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量在數(shù)值上等于系統(tǒng)機械能的損失．A，B項沒有考慮到系統(tǒng)增加的內(nèi)能，C項中應考慮的是系統(tǒng)減少的機械能等于系統(tǒng)增加的內(nèi)能．故正確答案為D. 10．汽車關閉發(fā)動機后，沿斜面勻速下滑的過程中 (　　) A．汽車的機械能守恒 B．汽車的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化 C．汽車的機械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，汽車的總能量減少 D．汽車的機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，汽車的總能量守恒 答案　C 解析　汽車能勻速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，一部分內(nèi)能散發(fā)出去，汽車的總能量減少． 11．一物體獲得一定初速度后，沿著一粗糙斜面上滑，在上滑過程中，物體和斜面組成的系統(tǒng) (　　) A．機械能守恒 B．總能量守恒 C．機械能和內(nèi)能增加 D．機械能減少，內(nèi)能增加 答案　BD 解析　物體沿斜面上滑的過程中，有摩擦力對物體做負功，所以物體的機械能減少，由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律知，內(nèi)能應增加，能的總量不變． 題組四　綜合應用 12．如圖5－1、2－9所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A先后經(jīng)過等壓、等容和等溫過程完成一個循環(huán)，A、B、C狀態(tài)參量如圖所示，氣體在狀態(tài)A的溫度為27 ℃，求： 圖5－1、2－9 (1)氣體在狀態(tài)B的溫度TB； (2)氣體從A→B→C狀態(tài)變化過程中與外界交換的總熱量Q. 答案　(1)TB＝600 K　(2)Q＝2p0V0 解析　(1)A到B的過程是等壓變化有＝ 代入數(shù)據(jù)得TB＝600 K(327 ℃) (2)根據(jù)熱力學第一定律有ΔU＝Q＋W 其中W＝－2p0V0 解得Q＝2p0V0(吸熱) 13．如圖5－1、2－10是用導熱性能良好的材料制成的氣體實驗裝置，開始時封閉的空氣柱長度為22 cm，現(xiàn)用豎直向下的外力F壓縮氣體，使封閉的空氣柱長度為2 cm，人對活塞做功100 J，大氣壓強為p0＝1105 Pa，不計活塞的重力．問： 圖5－1、2－10 (1)若用足夠長的時間緩慢壓縮，求壓縮后氣體的壓強多大？ (2)若以適當?shù)乃俣葔嚎s氣體，向外散失的熱量為20 J，則氣體的內(nèi)能增加多少？(活塞的橫截面積S＝1 cm2) 答案　(1)1.1106 Pa　(2)82 J 解析　(1)設壓縮后氣體的壓強為p，活塞的橫截面積為S，l0＝22 cm，l＝2 cm，V0＝l0S，V＝lS，緩慢壓縮，氣體溫度不變 由玻意耳定律得p0V0＝pV 解出p＝1.1106 Pa (2)大氣壓力對活塞做功W1＝p0S(l0－l)＝2 J 人做功W2＝100 J 由熱力學第一定律ΔU＝W1＋W2＋Q Q＝－20 J 解出ΔU＝82 J