高中物理人教版3第十章热力学定律2热和内能 课时训练15热力学第一定律能量守恒定律

课时训练15热力学第一定律能量守恒定律题组一热力学第一定律1.今有一导热性能良好的汽缸,用导热活塞封闭有一定质量的理想气体。开始时汽缸水平放置如图甲所示,后将汽缸按如图乙方式悬挂并保持静止,汽缸光滑不漏气且大气压及环境温度不变。下列说法正确的是()A.气体对外做功,内能减小B.气体对外做功,气体温度不变C.气体体积增大,气体温度减小D.气体体积不变,温度不变解析:从题图甲到题图乙的过程,由于汽缸要平衡,因此内部气体的压强变小,体积增大,对外界做功,由于汽缸导热性能良好,且环境温度不变,因此内部气体的温度不变,内能不变,根据热力学第一定律,内部气体通过缸壁从外界吸热,可见选项B正确,其余选项均错误。答案:B2.在热力学第一定律的表达式ΔU=W+Q中,关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负,下列说法中正确的是()A.外界对物体做功时W为正,吸热时Q为负,内能增加时ΔU为正B.物体对外界做功时W为负,吸热时Q为正,内能增加时ΔU为负C.物体对外界做功时W为负,吸热时Q为正,内能增加时ΔU为正D.外界对物体做功时W为负,吸热时Q为负,内能增加时ΔU为负解析:根据公式ΔU=W+Q中的符号法则知选项C正确。答案:C3.气体膨胀对外做功100J,同时从外界吸收了120J的热量,它的内能的变化是()A.减小20JB.增大20JC.减小220J D.增大220J解析:研究对象为气体,依符号规则,对外做的功W=-100J,吸收热量Q=+120J。由热力学第一定律有:ΔU=W+Q=-100J+120J=20J。ΔU>0,说明气体的内能增加,故正确选项为B。答案:B4.一定量的气体吸收热量,体积膨胀并对外做功,则此过程的末态与初态相比()A.气体内能一定增加B.气体内能一定减小C.气体内能一定不变D.气体内能的增减不能确定解析:由热力学第一定律ΔU=Q+W,气体吸收热量Q>0,体积膨胀对外做功W<0,但不能确定Q与W值的大小,所以不能判断ΔU的正负,则气体内能的增减也就不能确定,选项D正确。答案:D5.重庆出租车常以天然气作为燃料。加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中,若储气罐内气体体积及质量均不变,则罐内气体(可视为理想气体)()A.压强增大,内能减小B.吸收热量,内能增大C.压强减小,分子平均动能增大D.对外做功,分子平均动能减小解析:气体发生等容变化,根据查理定律可知,温度升高,则压强增大;气体体积不变,则对外不做功;温度升高,内能增加,根据热力学第一定律可知,从外界吸收热量,B项正确。答案:B6.对一定质量的理想气体,自状态A变化到状态B再变化到状态C,这一整个变化过程在V-T图中如图所示,则下列说法正确的是()A.在过程AB中,气体压强不断变大B.在过程BC中,气体密度不断变大C.在过程AB中,气体对外界做功D.在过程BC中,气体对外界放热解析:在过程AB中,体积不变,根据pV=nRT,温度变大,所以气体压强不断变大,故选项A正确。同理在过程BC中,T不变,V减小,所以p增加,但气体密度等于质量除以体积,所以不断变大,选项B正确。在过程AB中,体积不变(W=0),温度变高,说明内能变大(ΔU>0),由ΔU=Q+W知是气体从外界吸热而没有做功,故选项C错误。在过程BC中,T不变(ΔU=0),V减小(W>0),外界对气体做正功,所以气体对外界放热,故选项D正确。答案:ABD7.如图所示,由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内,活塞与汽缸壁之间无摩擦,活塞上方存有少量液体。将一根细管插入液体,由于虹吸现象,活塞上方液体逐渐流出。在此过程中,大气压强与外界的温度保持不变。关于这一过程,下列说法正确的是()A.气体分子的平均动能逐渐增大B.单位时间气体分子对活塞撞击的次数增多C.单位时间气体分子对活塞的冲量保持不变D.气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量解析:当活塞上方液体逐渐流出时,气体的压强逐渐减小,由于是虹吸现象,水流出过程缓慢,所以气体状态变化为等温变化,因此气体分子的平均动能不变,选项A错误;由于压强减小,所以单位时间内气体分子对活塞撞击的次数减小,单位时间内气体分子对活塞的冲量减小,选项B、C错误。根据玻意耳定律有p1V1=p2V2,由于气体压强减小,所以体积增大,气体对外做功,又因为气体温度不变、内能不变,所以气体从外界吸热,选项D正确。答案:D8.爆米花酥脆可口、老少皆宜,是许多人喜爱的休闲零食。如图为高压爆米花的装置原理图,玉米在铁质的密闭容器内被加热,封闭气体被加热成高温高压气体,当打开容器盖后,“嘭”的一声气体迅速膨胀,压强急剧减小,玉米粒就“爆炸”成了爆米花。设当地温度为t1=27℃,大气压为p0,已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0。(1)若把容器内的气体看作理想气体,求容器内气体的温度。(2)假定在一次打开的过程中,容器内气体膨胀对外界做功15kJ,并向外释放了20kJ的热量,容器内原有气体的内能如何变化?变化了多少?解析:(1)根据查理定律:p1T1=p2T2,p1=p0,T1=300整理得T2=1200K,t2=927℃。(2)由热力学第一定律ΔU=Q+W得ΔU=-20kJ-15kJ=-35kJ,故内能减少35kJ。答案:(1)927℃(2)减少35kJ题组二能量守恒定律与第一类永动机9.断定第一类永动机不可能制成的依据是()A.牛顿第二定律B.动量守恒定律C.机械能守恒定律 D.能量守恒定律解析:能量守恒定律的确立,给予了第一类永动机不能制成的科学解释。答案:D10.下列关于能量转化现象的说法中,正确的是()A.用太阳灶烧水是太阳能转化为电能B.电灯发光是电能转化为光能C.核电站发电是电能转化为内能D.生石灰放入盛有凉水的烧杯里,水温升高是动能转化为内能解析:A选项中是光能转化为内能,C选项中是核能转化为电能,D选项中是化学能转化为内能,故B选项正确。答案:B(建议用时:30分钟)1.下列对能量的转化和守恒定律的认识正确的是()A.某种形式的能量减少,一定存在其他形式能量的增加B.某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的D.石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了解析:A选项是指不同形式的能量间的转化,转化过程中能量是守恒的。B选项是指能量在不同的物体间发生转移,转移过程中是守恒的。任何永动机都是不可能制成的,它违背了能量守恒定律。所以A、B、C正确;D选项中石子的机械能在变化,比如受空气阻力作用,机械能可能减少,但机械能并没有消失,能量守恒定律表明能量既不会创生,也不会消失,故D是错的。答案:ABC2.如图所示,固定容器及可动活塞P都是绝热的,中间有一导热的固定隔板B,B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离,已知气体的温度随其内能的增加而升高。则在移动P的过程中()A.外力对乙做功;甲的内能不变B.外力对乙做功;乙的内能不变C.乙传递热量给甲;乙的内能增加D.乙的内能增加;甲的内能不变解析:将活塞P缓慢地向B移动的过程中,外力对乙做功,乙的内能增加,温度升高,由于固定隔板B导热,所以乙将传递热量给甲,甲、乙两部分气体的温度最终相同,均高于初态温度,所以甲、乙内能均增加,故选C项。答案:C3.对于一个大气压下100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中,下列说法中正确的是()A.内能增加,对外界做功,一定是吸热B.内能不变,对外界做功,从外界吸热C.内能减少,不对外界做功,向外界放热D.内能增加,对外界做功,向外界放热解析:水变成同温度的水蒸气的过程中,分子的平均动能不变,克服分子力做功,分子势能增加,故内能增加,一定是从外界吸收热量,A正确。答案:A4.如图,水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分,隔板可在汽缸内无摩擦滑动,右侧汽缸内有一电热丝。汽缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止,左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流,通电一段时间后切断电源。当缸内气体再次达到平衡时,与初始状态相比()A.右边气体温度升高,左边气体温度不变B.左右两边气体温度都升高C.左边气体压强增大D.右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量解析:当电热丝通电后,右边的气体温度升高,体积膨胀,将隔板向左推,对左边的气体做功,根据热力学第一定律,左边气体内能增加,气体的温度升高,根据气体定律左边的气体压强增大,B、C正确;右边气体内能的增加值为电热丝发出的热量减去对左边的气体所做的功,D错误。答案:BC5.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由汽缸和活塞组成。开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示。在此过程中,若缸内气体与外界无热交换,忽略气体分子间相互作用,则缸内气体()A.对外做正功,分子的平均动能减小B.对外做正功,内能增大C.对外做负功,分子的平均动能增大D.对外做负功,内能减小解析:缸内气体膨胀,对外做正功,即W<0,缸内气体与外界无热交换,即Q=0,由热力学第一定律W+Q=ΔU可知,ΔU<0,即缸内气体的内能减小,温度降低,分子的平均动能减小,故选项B、C、D错误,选项A正确。答案:A6.一定质量的理想气体由状态Ⅰ(p1,V1,T1)被压缩至状态Ⅱ(p2,V2,T2),已知T2>T1,则该过程中()A.气体的内能一定是增加的B.气体可能向外界放热C.气体一定从外界吸收热量D.气体对外界做正功解析:理想气体内能只考虑分子动能,T2>T1,故分子动能增加,内能一定是增加的,ΔU取正值。根据热力学第一定律ΔU=W+Q,理想气体被压缩,外界对气体做功,W取正值,但不知W与ΔU数值,Q可正可负。答案:AB7.一定量的气体从外界吸收热量×105J,内能增加×105J,是气体对外界做功还是外界对气体做功?做了多少功?解析:由热力学第一定律ΔU=W+Q得W=ΔU-Q=×105×105J=×105J。W取正值,说明是外界对气体做功,做了×105J的功。答案:外界对气体做功×105J8.如图所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置,开始时封闭的空气柱长度为22cm,现在用竖直向下的外力F压缩气体,使封闭空气柱长度变为2cm,人对活塞做功100J,大气压强为p0=1×105Pa,不计活塞重力。问:(1)若用足够长的时间缓慢压缩气体,求压缩后气体的压强为多大?(2)若以适当的速度压缩气体,向外散失的