物理选修3-3自主练习第十章第三节热力学第一定律能量守恒定律含解析

学必求其心得，业必贵于专精自主广场我夯基我达标1.必然量的某种气体,对外界做了4.0×105J的功,其内能增加了2.5×105J，则在此过程中,该气体_______（填“吸取”或“放出")热量_______J。55思路解析：由题意可知，W=—4.0×10J，U=2。5×10J，由热力学第必然律55U=W+Q可得Q=ΔU-W=2.5×10J-（—4。0×10）5J=6.5×10J。答案：吸取56.5×102.在一个大气压下，1kg100℃的水变成1kg100℃的水蒸气的过程，以下说法中正确的选项是（）。内能不变，对外界做功，必然是吸热过程B.内能增加，吸取的热量等于内能的增加C.内能不变,吸取的热量等于对外界做的功。内能增加，向外界吸热，吸取的热量等于对外界做的功和增加的内能思路解析：水变成同温度的水蒸气时，分子间距从r0增大到约10r0，体积要扩大体1000倍，故需战胜大气压力对外做功，同时战胜分子力做功，分子势能增加内能增加.由热力学第必然律U=Q+W，则Q=ΔU-W，其中W为负值，应选项D正确。答案:D3.以下说法中正确的选项是( )。液体中悬浮微粒的布朗运动是做无规则运动的液体分子撞击微粒而引起的学必求其心得，业必贵于专精B.物体的温度越高，其分子的平均动能越大C。物体里全部分子动能的总和叫做物体的内能。只有传热才能改变物体的内能思路解析：悬浮在液体中的微粒之所以能够做无规则运动，是液体分子对固体小微粒的撞击不平衡而引起的,A正确。温度是分子平均动能的标志，温度越高,分子平均动能越大,B正确。物体的内能是物体里全部分子动能和分子势能的总和，C错误。改变物体的内能的方式有两种：做功和热传达，所以D错误.答案：AB4。必然质量的理想气体，从某一状态开始经过一系列变化后又回到开始状态，用W1表示外界对气体做功,W2表示气体对外界做功，Q1表示气体吸取的热量，Q2表示气体放出的热量，则整个过程中必然有(

）A。

Q1

—

Q2=W2

—

W1

B。

Q1=Q

2C.W2=W1

D。Q1>Q

2思路解析：必然质量的理想气体,从某一状态开始经过一系列变化后又回到开始状态,依照热力学第必然律可得A正确.答案：A5.请指出以下现象中能量的转变和转移的情况。(1)钻木取火;（2)气体膨胀做功;（3)水电站水轮机带动发电机发电；（4)电动水泵将水抽到高处;(5)植物的光合作用；（6）木柴燃烧；（7)爆竹因火药爆炸升空；（8)风吹动帆船前进.思路解析：第一分清过程和过程前后能量形式及其增减情况。学必求其心得，业必贵于专精答案：（1)摩擦生热，机械能转变成内能；(2)气体对外膨胀做功,内能减少，内能转变成机械能;3)水轮机转动，耗资机械能，发电机发电,获取电能，机械能转变成电能;4)电动水泵耗资电能，将水抽到高处，机械能增加，电能转变成机械能；(5）植物利用太阳光进行化学合成，光能转变成化学能;6)木柴燃烧发热发光，将化学能转变成光能和热能；7）火药爆炸，化学能减少，爆竹升空,机械能增加，化学能转变成机械能；8)风流动拥有机械能，船前进,拥有机械能,能量发生转移.6。一块0℃的冰雹自高空落下,若它落地时，它的势能全部转变成它的内能，且消融成同质量同温度的水，那么它是从距地面多高的高空中自由落下的？（冰的消融热是λ=80cal/g，g取10m/s2)思路解析：据题意列方程mgh=Jmλ，由于J=4.2J/calh=J420080m=33600m.g10答案:33600m我综合我发展7.在一个标准大气压下,水在沸腾时，1g的水由液体变成同温度气态，其体积由

31.043cm变成

1676cm3，已知水的汽化热为

2263.8J/g,求:（1）体积膨胀时气体对外界做的功W；(2)气体吸取的热量Q;学必求其心得，业必贵于专精（3）气体增加的内能U。思路解析：取1g水为研究系统，大气视作外界。1g沸腾的水变成同温度的气需要吸取热量，同时由于气体体积膨胀，系统要对外做功，所以有

U〈Q

吸.(1)气体在等压

(大气压

)下膨胀做功：W=p（V2-V1）=1.013

5×10×（1676—

1.043)

-6×10J=169.7J。2)气体吸热：Q=ML=2263。8J。(5）依照热力学第必然律:U=Q+W=2263。8J+（—169。7)J=2094。1J。答案：(1)169.7J（2）2263.8J(3)2094.1J8.如图10-3-2所示，一个质量m=100g的金属块恰能从一个长L=4m、倾斜角θ=30°的斜面的顶端匀速下滑至底端,损失的机械能有

20％被金属块吸取，求在下滑过程中产生的内能及金属块高升的温度

.〔金属块的比热容为98J/（kg·℃）〕图10—3—2思路解析：金属块匀速下滑过程中动能不变，机械能的减少量即重力势能的减少量为mgLsinθ,这部分机械能经过摩擦生热转变成了等值的内能—3Q=ΔEp=mgLsinθ=100×10×9。8×4×sin30°J=1.96J而其中20％的内能被金属块吸取，所以金属块增加的内能为U=Q′=η·Q=20％×1.96J=0392。J学必求其心得，业必贵于专精又由于Q′=cm·Δt所以t=Q0.392℃=0。04℃.cm980.1答案:0。04℃我创新我超越9.用两种不同样的金属丝组成一个回路，触点1插在热水中，触点2插在冷水中，如图10-3—3所示，电流表指针会发生偏转，这就是温差发电现象。以下有关温差发电现象的说法中正确的选项是（)图10—3-3A.该实验吻合能量守恒定律，但违犯了热力学第必然律B.该实验中有部分内能转变成电路的内能C。该实验中，热水的温度不变化，冷水的温度高升D.该实验中热水的温度降低，冷水的温度不变化思路解析：温差发电现象中内能并没有全部转变成电能.答案：B10.“和平号”空间站已于2001年3月23日成功地坠落在太平洋海域，坠落过程可简化为从一个近圆轨道(可近似看作圆轨道）开始，经过与大气摩擦,空间站的绝大部分经过升温、消融，最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海.此过程中，空间站原来的机械能中，除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量E′经过其学必求其心得，业必贵于专精他方式消失(不考虑坠落过程中发生化学反应所需的能量).1）试用以下各物理量的符号表示消失能量E′的公式；2）依照以下数据，算出E′的数值.(结果保留两位有效数字)坠落开始时,空间站的质量m0=1。17×105kg;轨道距地面的高度为h=146km；地球半径R=6。4×106m坠落空间范围内重力加速度取g=10m/s2；入海残片的质量为m=1.2×104kg；入海残片的温度高升t=3000K；入海残片的入海速度为声速v=340m/s；空间站资料每千克升温1K平均所需能量C=1.0×103J.每销毁1kg资料平均所需能量μ=1.0×107J。思路解析：本题以社会关注的“和平号”空间站坠落事件为背景,考查综合应用牛顿运动定律、能量守恒定律解决实责问题的能力。经过建模计算空间站初态机械能总量,解析坠落过程中的能量转变并应用守恒见解列出方程是解答本题的要点。应用能量守恒定律解决物理问题时，应弄清物理过程和状态，解析参加转变的能量有哪几种，哪些增加，哪些减少，尔后由守恒见解列出方程。（1)依照题给条件，从近圆轨道到地面的空间中重力加速度g取10m/s2，若以地面为重力势能零点，坠落过程开始时空间站在近圆轨道的重力势能为Ep=m0gh①以v表示空间站在近圆轨道上的速度，由牛顿定律可得m0v2=m0g②r学必求其心得，业必贵于专精其中r为轨道半径，则r=R+h③由②③式可得空间站在近圆轨道上的动能为

Ek=

12

m0g（R+h)④由①④式得,近圆轨道上空间站的机械能为E=Ep+Ek=m0g(1R+3h)⑤22在坠落过程中，用于销毁部分所需的能量为Q汽=（m0—m)u⑥用于残片升温所需的能量Q汽=cmt⑦残片动能为E残=1mv22⑧用E′表示以其他方式消失的能量，由能量守恒得E=Q残+Q汽+E残+E′⑨由此得E′=m0g（R223h）-(m0-m）μ-12mv2—cmΔt。⑩(2）将数据代入⑩得：12E′=2。9×J。10答案：(1）E′=m0g（R223h)—（m0—m）μ-12mv2—cmΔt12(2）2.9×10J11.有人试图制造一台“永久”的发电机。设计思想以下：先利用外界供给的电能，使电动机转动，再让电动机带动发电机发电.发电机发出电后，一部分电供给电动机连续使用,电动机不再利用外界供给的电能;一部分电供给用户使用。这样，一旦这个发电机发出电来,学必求其心得，业必贵于专精它就可以不再使用外界的能量，自己“纷至沓来”地