人教版(新教材)高中物理选择性必修3课时作业5：3 2-3 3 热力学第一定律 能量守恒定律练习

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE12热力学第一定律3能量守恒定律考点一热力学第一定律1．(多选)下列过程可能发生的是()A．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加〖答案〗ABD〖解析〗当物体吸收的热量多于物体对外做的功时，物体的内能就增加，A正确；当物体吸收的热量少于物体对外做的功时，物体的内能就减少，B正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能一定增加，C错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增加，D正确．2.如图1所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩一定质量的理想气体，对缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J，缸内气体的()图1A．温度升高，内能增加600JB．温度升高，内能减少200JC．温度降低，内能增加600JD．温度降低，内能减少200J〖答案〗A〖解析〗对一定质量的理想气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800J＋(－200J)＝600J，ΔU为正表示内能增加了600J，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确．3．(多选)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度的变化，二氧化碳可视为理想气体，则此过程中()A．封闭气体对外界做正功B．封闭气体向外界传递热量C．封闭气体分子的平均动能不变D．封闭气体从外界吸收热量〖答案〗BC〖解析〗因为不计气体的温度变化，气体分子的平均动能不变，即ΔU＝0，选项C正确；因为气体体积减半，故外界对气体做功，即W>0，选项A错误；根据热力学第一定律：ΔU＝W＋Q，可知Q<0，即气体向外界传递热量，选项B正确，D错误．4.(2020·济南市期末)一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其V－T图像如图2所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，图线bc平行于T轴，图线ca平行于V轴，则()图2A．ab过程中气体压强不变，气体从外界吸热B．bc过程中气体体积不变，气体不吸热也不放热C．ca过程中气体温度不变，气体从外界吸热D．整个变化过程中气体的内能先减少后增加〖答案〗A〖解析〗由题图中图线ab的反向延长线过坐标原点O，可知a到b过程中，气体压强不变，体积变大，气体对外做功；温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故A正确．b到c过程中气体体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功，温度降低，内能减小，根据热力学第一定律可知，气体放热，故B错误．c到a过程中气体温度不变，内能不变，体积变小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故C错误．整个变化过程温度先升高，后降低，最后不变，所以气体的内能先增加，后减小，最后不变，故D错误．考点二能量守恒定律永动机不可能制成5．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为()A．它不符合机械能守恒定律B．它违背了能量守恒定律C．没有合理的设计方案D．找不到合适的材料〖答案〗B〖解析〗第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律，故B正确．6.(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图3所示．使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动．下列说法正确的是()图3A．小球机械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化D．总能量守恒，但小球的机械能减少〖答案〗AD〖解析〗小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确；小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量不会消失，故B错误；小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C错误，D正确．考点三气体实验定律与热力学第一定律的综合应用7.(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图4所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体()图4A．体积减小，内能增大B．体积减小，压强减小C．对外界做负功，内能增大D．对外界做正功，压强减小〖答案〗AC〖解析〗实际气体在温度不太低、压强不太大时可看作理想气体．充气袋被挤压，气体体积减小，外界对气体做正功，则W>0，即气体对外界做负功，由于袋内气体与外界无热交换，即Q＝0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，内能增大，选项A、C正确；根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C可判断压强一定增大，选项B、D错误．8.(2020·天津市期中)如图5所示，一定质量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状态c，a、c两状态温度相等．下列说法正确的是()图5A．从状态b到状态c的过程中气体吸热B．气体在状态a的内能大于在状态c的内能C．气体在状态b的温度小于在状态a的温度D．从状态a到状态b的过程中气体对外做正功〖答案〗D〖解析〗从状态b等容变化到状态c，根据eq\f(pb,Tb)＝eq\f(pc,Tc)，可知Tc<Tb.根据热力学第一定律，气体没有对外做功，而温度降低，则内能减小，因此一定放出热量，A错误；理想气体的内能是由温度决定的，a、c两状态温度相等，因此内能相等，而c的温度小于b的温度，因此a的温度小于b的温度，B、C错误；从状态a到状态b的过程中，气体体积膨胀，对外做功，D正确．9．(多选)一定质量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则下列关于理想气体的说法正确的是()A．气体温度一定升高B．气体的内能一定减少C．气体的压强一定不变D．分子间平均距离一定增大〖答案〗AD〖解析〗气体从外界吸收热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则气体内能增加1.5×104J；气体的内能增加，则温度一定升高，A正确，B错误．气体对外界做功，体积变大，则分子间平均距离一定变大，温度升高，由eq\f(pV,T)＝C可知，压强可能变化，C错误，D正确．10．(2021·黄梅国际育才高级中学高二期中)气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置．如图6所示，座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满一定质量的空气(可视为理想气体)，气闸舱B内为真空．航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡．假设此过程中系统与外界没有热交换．下列说法正确的是()图6A．在完全失重的情况下，座舱A内的空气对器壁的顶部没有作用力B．气体对外做功，平衡后气体内能减小C．气体对外不做功，平衡后气体温度不变D．气体体积变小，平衡后压强增大〖答案〗C〖解析〗气体压强是大量分子对容器壁的碰撞造成的，与是否失重无关，故A错误；该过程中气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据ΔU＝W＋Q，可知内能不变；理想气体的内能只与温度有关，气体的内能不变，则温度不变，故C正确，B错误；由于气体体积变大，根据eq\f(pV,T)＝C知压强减小，故D错误．11.(多选)(2020·南和县第一中学高二期中)一定质量的理想气体，经历如图7所示的循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示，已知a状态的体积为2.0×10－3m3，则下列说法正确的是()图7A．各状态气体体积Va＝Vb＞Vc＝VdB．b→c过程中，气体吸热C．c→d过程中，气体内能增加D．d→a过程中，外界对气体做功200J〖答案〗BD〖解析〗根据eq\f(pV,T)＝C可知过原点的直线为等容线，且斜率越大的等容线对应的气体的体积越小，由题图可知Va＝Vb＜Vc＝Vd，选项A错误；b→c过程中，气体的体积变大，对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知气体吸热，选项B正确；c→d过程中，气体温度降低，则气体内能减小，选项C错误；d→a过程中，气体体积减小，又因为Vd＝Vc，根据理想气体状态方程可知eq\f(pcVc,Tc)＝eq\f(paVa,Ta)代入数据解得Vc＝Vd＝4.0×10－3m3，外界对气体做功W＝pΔV＝1.0×105×(4.0×10－3－2.0×10－3)J＝200J，选项D正确．12.(2020·安徽省二模)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图像如图8所示．已知该气体在状态A时的温度为27˚C，气体由状态B到C过程从外界吸收热量Q＝300J，求：图8(1)该气体在状态C时的温度；(2)该气体从状态B到状态C的过程中内能变化量．〖答案〗(1)300K(2)100J〖解析〗(1)分析A→C过程，由气体状态方程得eq\f(pAVA,TA)＝eq\f(pCVC,TC)其中TA＝(273＋27)K＝300K解得TC＝300K(2)分析B→C过程，因为体积膨胀，故气体对外界做功W＝－pB(VC－VB)代入数据解得W＝－200J由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝100J13．(2021·山东滨州市高二期中)如图9所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的汽缸内，活塞可沿汽缸无摩擦地滑动．活塞横截面积S＝1.0×10－3m2，质量m＝2kg，汽缸竖直放置时，活塞相对于底部的高度为h＝1.2m，室温等于27℃；现将汽缸置于77℃的热水中，已知大气压强p0＝1.0×105Pa，取g＝10m/s2，求：图9(1)平衡时活塞离汽缸底部的距离；(