2018学年高中物理第四章能量守恒与热力学定律热力学第一定律习题教科版选修3_3

热力学第一定律
一、选择题
1．有一个小气泡从水池底缓慢地上升，气泡跟水不发生热传递，而气泡内气体体积不断增大，小气泡上升的过程中（ ）．
A．由于气泡克服重力做功，则它的内能减少
B．由于重力和浮力的合力对气泡做功，则它的内能增加
C．由于气泡内气体膨胀对外做功，则它的内能增加
D．由于气泡内气体膨胀对外做功，则它的内能减少
2．在光滑水平面上有一木块保持静止，射来的子弹穿过木块，下列说法中正确的是（ ）．
A．摩擦力做功使木块内能改变
B．子弹损失的机械能，等于子弹与木块增加的内能
C．子弹损失的机械能，等于木块动能的增量和木块、子弹内能增量的总和
D．子弹与木块总动能守恒
3．一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能和内能的变化，下列判断中正确的是（ ）．
A．物体的机械能和内能都不变 B．物体的机械能减小，内能不变
C．物体的机械能增大，内能增大 D．物体的机械能减小，内能增大
4．暖瓶中盛有0.5 kg 25℃的水，一个学生想用上下摇晃的方法使冷水变为开水．设每摇晃一次水的落差为15 cm，每分钟摇晃30次．不计所有热散失，大约需多长时间可以把水“摇开”？[c水=4.2×103 J／（kg·℃），g取10 m／s2]
5．如图所示，导热的汽缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个砂桶，砂桶装满沙子时，活塞恰好静止。现将砂桶底部钻一个小洞，让细沙慢慢漏出，汽缸外部温度恒定不变。则（ ）．
A．缸内气体压强减小，内能增加
B．缸内气体压强增大，内能不变
C．缸内气体压强增大，内能减少
D．外界对缸内气体做功
6．关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有（ ）．
A．热水的内能比冷水的内能多
B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大
C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等
D．热量是热传递过程中内能转移量的量度
7．以下说法正确的是（ ）．
A．热量是物体在热传递过程中内能的变化
B．热能是内能的通俗且不甚确切的说法
C．个别分子是没有温度可言的
D．热量有可能从内能少的物体传到内能多的物体
8．对于一定质量的气体（ ）．
A．吸热时其内能可以不变
B．吸热时其内能一定不变
C．不吸热也不放热时其内能可能减小
D．不吸热也不放热时其内能一定不变
9．给铁丝加热，铁丝温度升高了，用锤子敲打铁丝，铁丝温度也升高，这说明（ ）．
A．功和热本质上是相同的
B．功可以转化为热量
C．做功和热传递对改变物体内能是等效的
D．做功和热传递对改变物体内能的过程有本质区别
10．对于一定质量的理想气体，在下列各过程中，可能发生的过程是（ ）．
A．气体膨胀对外做功，温度升高 B．气体吸热，温度降低
C．气体放热，压强增大 D．气体放热，温度不变
11．下列说法正确的是（ ）．
A．物体放出热量，其内能一定减小
B．物体对外做功，其内能一定减小
C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加
D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变
12．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
13．一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．气体内能是增是减不能确定
二、填空题
14．远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃．随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”等方法．“钻木取火”是通过________方式改变物体的内能，把________转变成内能．
15．如图所示，两个相通的容器A、B间装有阀门S，A中充满气体，分子与分子之间存在着微弱的引力，B为真空。打开阀门S后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，整个系统与外界没有热交换，则气体的内能 （选填“变小”、“不变”或“变大”），气体的分子势能 （选填“减少”、“不变”或“增大”）。
三、解答题
16．某同学为测量地表植物吸收太阳能的本领做了如下实验：用一面积为0.1 m2的面盆盛6 kg的水，经太阳垂直照射15 min，温度升高5℃，若地表植物招收太阳光的能力与水相等，试计算：
（1）每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少？
（2）若绿色植物在光合作用中每吸收1 kJ的太阳能可以放出0.05 L的氧气，则每公顷绿地每秒百放出多少升的氧气？（1公顷=104 m2）
17．一铁球从高H处由静止落到地面上，反弹速率是落地速率的一半，设撞击所转化的内能全部用来令铁球温度升高，则铁球升高多少？（设铁球的比热容为c，各物理量取国际制单位）
18．子弹以200 m／s的速度射入固定的木板，穿出时速度为100 m／s，若子弹损失的机械能完全转化为内能，并有50％被子弹吸收，求子弹的温度升高多少？[已知子弹的比热容为130 J／(kg·℃)]
【答案与解析】
一、选择题
1．【答案】D
【解析】在小气泡上升过程中，重力和浮力的合力对气泡做的功，或者气泡克服重力做的功，只能改变气泡的机械能，而不能影响气泡内气体的内能，故A、B错误．在上升的过程中，气泡内气体膨胀而对外界做功，使它的内能减小，故D正确．
2．【答案】A、C
【解析】子弹损失的动能一部分转化为木块的动能，一部分转化为内能．
3．【答案】D
【解析】铁块沿斜面匀速下滑时，动能不变，势能减小，所以铁块的机械能一定减小．铁块沿斜面能匀速滑下，这斜面一定是不光滑的，铁块下滑时克服摩擦力做功，铁块损失的机械能转化为铁块和斜面的内能，因此铁块的温度会略有升高，内能增大．此题情景就像冬天两手相互搓会感到暖和一样．
4．【答案】见解析
【解析】此问题中能量转化方向是：向上摇时学生自身的内能通过对水做功转化为水的重力势能，水下降时其重力势能转化为动能，再转化为水的内能．由于不计一切热散失，水的重力势能的减少量等于水的内能的增加量．
设把水“摇开”需t min，水升温ΔT，由W=ΔU得：
30 mg·Δh·t=cmΔT，
．
即把水“摇开”大约需7×103 min，约为5天．
遇到该类问题，一部分学生往往不知如何入手，但认真理解题意，抓住问题的关键，解决问题也并不困难．另外，要特别注意运用Q=cmΔt时，单位要用国际单位．
5．【答案】BD
【解析】设活塞质量为m，横截面积为S，大气压为p0，则以活塞为研究对象，根据平衡条件得：汽缸内气体的压强，由于m减小，则p增大，即气体的压强增大，气体被压缩，外界对气体做功。由于汽缸是导热的，气体的温度与环境相等，保持不变，其内能不变。故B、D正确，A、C错误。
6．【答案】D
【解析】物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，并不只由温度决定，故选项A、B都不对．在热传递过程中，热量是由高温物体传给低温物体，而内能大的物体不一定温度高，在热传递过程中完全有可能内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，故选项C是错误的．关于热量的论述．选项D是正确的．
7．【答案】B、C、D
8．【答案】A、C
9．【答案】C
10．【答案】A、B、C、D
11．【答案】C
【解析】物体内能的改变方式有两种：做功和热传递，只说某一种方式我们无法判断内能是否变化，故A、B选项错误；物体放出热量又同时对外做功内能一定减小，故D选项错误；物体吸收热量同时对外做功，内能可能增大、减小或不变，故C选项正确。

12．【答案】A、B、D
【解析】当物体吸收的热量多于对外做的功时，物体的内能就增加，A正确；当物体吸收的热量比对外做功的数值少时，物体的内能就减少，B正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能必增加．C错误：当物体放出的热量比外界对物体做功的数值少时，物体的内能增加，D正确．
13．【答案】D
【解析】气体的内能是由做功和热传递共同决定的，现在吸收热量和对外做功同时进行，不知两者具体的数量关系，无法判断内能的变化情况，故选D．
二、填空题
14．【答案】做功 机械能

15．【答案】不变、增大
【解析】打开阀门，气体膨胀，因为右边是真空，所以不对外做功，绝热过程，故由热力学第一定律可得，气体的内能不变，温度就不变；由于体积增大，即分子间的作用力将更小，所以气体分子势能增大．
三、解答题
16．【答案】见解析
【解析】（1）每平方米绿色植物每秒吸收的太阳能为：
．
（2）每公顷绿地每秒吸收的太阳能为：Q=1.4×103×104 J=1.4×104 kJ，放出的氧气体积V=1.4×104×0.05 L=700 L．
17．【答案】见解析
【解析】设落到地面时的速率为v，则v2=2gH，得落地时的速率，则铁球在与地面撞击时损失的动能
。
由能量守恒定律得，损失的动能全部转化为铁球的内能，
则 。
由 ΔU=Q，Q=mcΔt得。
18．【答案】见解析
【解析】子弹穿过木板的过程中损失的机械能
。
因全部转化为内能并有50％被子弹吸收，
则有 Q=ΔE×50%，
即 cmΔt=ΔE×50%，
。