2024-2025学年新教材高中物理第3章热力学定律2热力学第一定律3能量守恒定律课时分层作业含解析新人教版选择性必修3

PAGE5-热力学第肯定律能量守恒定律(建议用时：25分钟)◎考点一热力学第肯定律1．(多选)下列过程，可能发生的是()A．物体汲取热量，对外做功，同时内能增加B．物体汲取热量，对外做功，同时内能削减C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能削减D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加ABD[依据热力学第肯定律ΔU＝W＋Q，做功和传热都可以变更物体的内能，故A、B、D正确，C错误。]2．(多选)如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。设水温匀称且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被沉没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小，下列说法中正确的是()A．从外界吸热B．向外界放热C．分子势能不变D．内能减小BC[水温恒定，即空气分子平均动能不变；不计分子间相互作用，即分子势能不变，由此可知空气内能不变。筒内空气体积减小，说明外界对空气做功，依据热力学第肯定律知空气放出热量。选项B、C正确。]3．如图是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对汽缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J，汽缸内气体的下列说法正确的是()A．温度上升，内能增加600JB．温度上升，内能削减200JC．温度降低，内能增加600JD．温度降低，内能削减200JA[对肯定质量的气体，由热力学第肯定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800J＋(－200J)＝600J，ΔU为正表示内能增加了600J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于全部分子动能之和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度上升，且体积减小，选项A正确，B、C、D错误。]4.景颇族的祖先独创的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中的下列说法中正确的是()A．气体温度上升，压强不变B．气体温度上升，压强变大C．气体对外界做正功，气体内能增加D．外界对气体做正功，气体内能削减B[由于套筒内封闭着肯定质量的气体，当猛推推杆时推杆快速压缩气体，外界对气体做正功。由于这一过程进行得很快，可以看成是一个近似的绝热过程，即整个系统来不及向外界传递热量。依据热力学第肯定律，这时外力做的功只能用来增加气体的内能，这就使气体分子的运动加剧，引起气体分子平均动能增加，气体温度上升，所以艾绒即刻被点燃。由于被封闭的气体质量不变，温度上升，而体积变小，则由气体状态方程知压强变大。故B选项正确，A、C、D错误。]5．(多选)如图所示，肯定量的志向气体从状态a变更到状态b，其过程如p­V图中从a到b的直线所示。在此过程中()A．气体温度始终降低B．气体内能始终增加C．气体始终对外做功D．气体始终从外界吸热BCD[肯定量的志向气体从a到b的过程，由志向气体状态方程eq\f(paVa,Ta)＝eq\f(pbVb,Tb)可知，Tb>Ta，即气体的温度始终上升，选项A错误；依据志向气体的内能只与温度有关，可知气体的内能始终增加，选项B正确；由于从a到b的过程中气体的体积增大，所以气体始终对外做功，选项C正确；依据热力学第肯定律，从a到b的过程中，气体始终从外界吸热，选项D正确。]6．关于物体内能的变更，以下说法中正确的是()A．物体汲取热量，内能—定增大B．物体对外做功，内能肯定削减C．物体汲取热量，同时对外做功，内能可能不变D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变C[依据热力学第肯定律ΔU＝W＋Q，物体内能的变更与外界对物体做功(或物体对外界做功)，物体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关。物体汲取热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，A错误，同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不肯定削减，B错误；若物体汲取的热量与对外做的功相等，则内能可能不变，C正确；若物体放热同时对外做功，物体内能肯定削减，D错误。]◎考点二能量守恒定律及永动机不行能制成7．(多选)一物体获得肯定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统的下列说法中正确的是()A．机械能守恒B．总能量守恒C．机械能和内能增加D．机械能削减，内能增加BD[物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能削减。由能量转化和守恒定律知，内能应增加，总能量不变，B、D正确。]8．关于肯定量的气体，下列叙述正确的是()A．气体汲取的热量可以完全转化为功B．气体体积增大时，其内能肯定减小C．气体从外界汲取热量，其内能肯定增加D．外界对气体做功，气体的内能肯定增加A[假如气体等温膨胀，则气体的内能不变，汲取的热量全部用来对外做功，A正确；当气体体积增大时，对外做功，若同时汲取热量，且汲取的热量大于或等于对外做功的数值时，内能不会削减，B错误；若气体汲取热量同时对外做功，其内能也不肯定增加，C错误；若外界对气体做功的同时气体向外放出热量，且放出的热量多于外界对气体所做的功，则气体内能不但未增加反而削减，D错误，故A正确。]9．肯定质量的气体，在从一个状态变更到另一个状态的过程中，汲取热量280J，并对外做功120J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变更？(2)假如这些气体又返回原来的状态，并放出了240J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少功？[解析](1)由热力学第肯定律可得ΔU＝W＋Q＝－120J＋280J＝160J，内能增加160J。(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从2状态回到1状态过程中内能的变更应等于从1状态到2状态过程中内能的变更，则从2状态到1状态的内能应削减160J。即ΔU′＝－160J，又Q′＝－240J，依据热力学第肯定律得ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160J－(－240J)＝80J，即外界对气体做功80J。[答案](1)增加了160J(2)外界对气体做功80J(建议用时：15分钟)10．(多选)如图所示，活塞将肯定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现渐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。若活塞与汽缸之间的摩擦可忽视，则在此过程中的下列说法中正确的是()A．气体对外做功，气体温度可能不变B．气体对外做功，内能可能不变C．气体压强可能增大，内能可能不变D．气体从外界吸热，内能肯定增加AB[由于汽缸是导热的，则可以与外界进行热交换，细沙削减时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变，但压强减小。故A、B正确。]11．(多选)如图所示，绝热的容器内密闭肯定质量的气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是()A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数削减B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能削减C．电流对气体做功，气体对外做功，其内能肯定增加D．电流对气体做的功肯定大于气体对外做功ACD[由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由eq\f(pV,T)为恒量知，气体温度上升，内能肯定增加，由能量的转化和守恒知，电流对气体做功肯定大于气体对外做功，B错误，C、D正确；由气体压强的微观说明知温度上升，气体分子对活塞的冲击力增大，而压强不变，单位时间内对活塞的冲击力不变。因此单位时间内对活塞的碰撞次数削减，A正确。]12．风沿水平方向以速度v垂直吹向始终径为d的风车叶轮上，设空气密度为ρ，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高到h的高度，效率为80%，求单位时间内最多可提升的水的质量m。[解析]设在t时间内吹在风车上的空气的质量为m0，则m0＝eq\f(1,4)πd2·vt·ρ风的动能Ek＝eq\f(1,2)m0v2＝eq\f(1,8)πd2v3tρ依据题意：eq\f(1,8)πd2v3tρ×50%×80%＝mgh，则eq\f(m,t)＝eq\f(πd2ρv3,20gh)。[答案]eq\f(πd2ρv3,20gh)13．如图所示是用导热性能良好的材料制成的气体试验装置，起先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，向外散失的热量为20J，则气体的内能增加多少？(活塞的横截面积S＝1cm2)[解析](1)设压缩后气体的