2024-2025学年高中物理第十章热力学定律第3节热力学第一定律能量守恒定律课后课时精练新人教版选修3-3

PAGEPAGE1第3节热力学第肯定律、能量守恒定律[对点训练]考点1热力学第肯定律的应用1.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，(若不计气泡内空气分子势能的改变)则()A.气泡内空气对外做功，内能不变，同时放热B.气泡内空气对外做功，内能不变，同时吸热C.气泡内空气内能削减，同时放热D.气泡内空气内能不变，不吸热也不放热答案B解析气泡上升过程中，由于水对气泡的压强减小，气泡的体积增大，故气泡内空气对外做功，缓慢上升指有时间发生热传递，可认为气泡内空气温度是不变的。不计气泡内空气分子势能的改变，内能不变，故须从外界汲取热量，且汲取的热量等于对外界所做的功。答案为B。2.在一个大气压下，1kg100℃的水变为1kg100℃的水蒸气的过程，下列说法中正确的是()A.内能不变，对外界做功，肯定是吸热过程B.内能增加，汲取的热量等于内能的增加C.内能不变，汲取的热量等于对外界做的功D.内能增加，从外界吸热，汲取的热量等于对外界做的功和增加的内能答案D解析水变成同温度的水蒸气时，分子间距从r0增大到约10r0，体积要扩大约1000倍，故需克服大气压力对外做功，同时克服分子力做功，分子势能增加，内能增加，由热力学第肯定律ΔU＝Q＋W，则Q＝ΔU－W，其中W为负值，故选项D正确。3.如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体匀称混合，设在此过程中气体吸热Q、气体内能增量为ΔU，则()A.ΔU＝Q B．ΔU<QC.ΔU>Q D．无法比较答案B解析两部分气体混合后，因B的密度大，重心上升，重力做负功，由热力学第肯定律W＋Q＝ΔU，得ΔU<Q，故选B。4.(多选)以下过程不行能发生的是()A.对物体做功，同时物体放热，物体的温度不变B.对物体做功，同时物体吸热，物体的温度不变C.物体对外做功，同时放热，物体的内能不变D.物体对外做功，同时吸热，物体的内能不变答案BC解析依据热力学第肯定律W＋Q＝ΔU可知，对A：W>0，Q<0，可能出现ΔU>0、ΔU<0或ΔU＝0，所以A有可能，不符合题意；对B：W>0、Q>0，只能出现ΔU>0，不行能出现ΔU＝0，即B不行能，B符合题意；对C：W<0，Q<0，只能出现ΔU<0，不行能出现ΔU＝0，即C不行能，C符合题意；对D:W<0，Q>0，可能出现ΔU>0、ΔU<0或ΔU＝0，所以D有可能，不符合题意。考点2能量守恒定律的应用5.在一个与外界没有热交换的房间里打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将如何改变()A.降低B．上升C．不变D．无法确定答案B解析冰箱消耗电能使冰箱内外发生热交换而达到内部制冷，把冰箱与房间看做一个系统，打开冰箱门后，冰箱与房间内的热交换发生在系统内，系统内部无法使系统总能量发生改变。但系统消耗电能增加了系统的总能量，依据能的转化与守恒定律，系统增加的能量转化为内能使房间的温度上升。B项正确。6.如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形态记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形态快速复原，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是()A.转轮依靠自身惯性转动，不须要消耗外界能量B.转轮转动所需能量来自形态记忆合金自身C.转动的叶片不断搅动热水，水温上升D.叶片在热水中汲取的热量肯定大于在空气中释放的热量答案D解析形态记忆合金从热水中汲取热量后，伸展划水时一部分热量转变为水和转轮的动能，另一部分释放到空气中，依据能量守恒定律可知只有D项正确。7.某同学想要估测每秒钟太阳辐射到地球表面上的能量，他用一个横截面积S＝3.2×10－2m2的保温圆筒，内装有质量为m＝0.4kg的水，让太阳光垂直照耀t＝3min，水上升的温度Δt＝2.2℃。已知水的比热容c＝4.2×103J/(kg·℃)，地球半径为R＝6400km，试求出太阳向地球表面辐射能量的功率。答案8.2×1016W解析太阳以热辐射的方式向地球表面传递热量。依据公式Q＝cmΔt先求出单位时间内辐射到地球表面单位面积上的功率，再求总功率。太阳辐射到水中的能量Q＝cmΔt＝4.2×103×0.4×2.2J≈3.7×103J，太阳光在1s内垂直照耀到1m2面积上的功率P＝eq\f(Q,St)＝eq\f(3.7×103,3.2×10－2×3×60)W/m2≈6.4×102W/m2，太阳辐射到地球表面上能量的功率P′＝P×πR2＝6.4×102×3.14×(6400×103)2W＝8.2×1016W。[综合训练]8.(多选)对于肯定质量的志向气体，下列说法正确的是()A.若气体的压强和体积都不变，其内能也肯定不变B.若气体的内能不变，其状态也肯定不变C.若气体的温度随时间不断上升，其压强也肯定不断增大D.气体温度每上升1K所汲取的热量与气体经验的过程有关E.当气体温度上升时，气体的内能肯定增大答案ADE解析肯定质量的志向气体，eq\f(pV,T)＝常量，p、V不变，则T不变，分子平均动能不变，又志向气体分子势能为零，故气体内能不变，A项正确；志向气体内能不变，则温度T不变，由eq\f(pV,T)＝常量知，p及V可以改变，故状态可以改变，B项错误；等压改变过程，温度上升、体积增大，故C错误；由热力学第肯定律ΔU＝Q＋W知，温度每上升1K，内能增量ΔU肯定，而外界对气体做的功W与经验的过程可能有关(如体积改变时)，因此汲取的热量与气体经验的过程也有关，D项正确；温度上升，分子平均动能增大，分子势能为零，内能肯定增大，E项正确。9．带有活塞的汽缸内封闭肯定质量的志向气体，气体起先处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如图所示。设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中汲取的热量分别为Qab和Qac，则()A.pb>pc，Qab>Qac B．pb>pc，Qab<QacC.pb<pc，Qab>Qac D．pb<pc，Qab<Qac答案C解析肯定质量的志向气体内能只与温度有关，从状态a到状态b，和到状态c，两过程温度上升相同，即内能增加相同，但b状态体积比a状态大，所以从a状态到b状态气体要对外界做功，由热力学第肯定律知Qab>Qac，由于b、c状态温度相同，由玻意耳定律，pb<pc，故C正确。10.(多选)如图所示，a、b、c、d表示肯定质量的志向气体状态改变过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，ab的延长线过原点，以下说法正确的是()A.从状态d到c，气体不吸热也不放热B.从状态c到b，气体放热C.从状态a到d，气体对外做功D.从状态b到a，气体吸热答案BCD解析从状态d到c，温度不变，志向气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，还要保持内能不变，肯定要汲取热量，故A错误；气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程，同时体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小(降温)就肯定要伴随放热的过程，故B正确；气体从状态a到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，C正确；气体从状态b到状态a是个等容改变过程，随压强的增大，气体的温度上升，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有改变，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热的结果，故D正确。11.(多选)如图所示，内壁光滑、导热良好的汽缸中用活塞封闭有肯定质量的志向气体。当环境温度上升时，缸内气体()A.内能增加B.对外做功C.压强增大D.分子间的引力和斥力都增大答案AB解析因汽缸导热良好，故环境温度上升时封闭气体温度亦上升，而肯定质量的志向气体内能只与温度有关，故封闭气体内能增大，A正确。因汽缸内壁光滑，由活塞受力平衡有p0S＋mg＝pS，即缸内气体的压强p＝p0＋eq\f(mg,S)不变，C错误。由盖—吕萨克定律eq\f(V,T)＝恒量，可知气体体积膨胀，对外做功，B正确。志向气体分子间除碰撞瞬间外无相互作用力，故D错误。12.在一个标准大气压下，水在沸腾时，1g的水由液态变成同温度的水汽，其体积由1.043cm3变为1676cm3。已知水的汽化热为2263.8J/g。一个标准大气压p＝1.013×105Pa。求：(1)体积膨胀时气体对外界做的功W；(2)气体汲取的热量Q；(3)气体增加的内能ΔU。答案(1)169.7J(2)2263.8J(3)2094.1J解析取1g水为探讨系统，把大气视为外界。1g沸腾的水变