2018-2019学年人教版高中物理选修3-3第十章+热力学定律+第3节+Word版含解析

第3节　热力学第一定律　能量守恒定律
1．一定质量的气体，从状态A变化到状态B的过程中，内能增加了160 J，下列关于内能变化的可能原因的说法，其中不可能的是
A．从A到B的绝热过程中，外界对气体做功160 J
B．从A到B的单纯传热过程中，外界对气体传递了160 J 的热量
C．从A到B的过程中吸热280 J，并对外界做功120 J
D．从A到B的过程中放热280 J，外界对气体做功120 J
解析　由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，A、B、C正确，D错误。
答案　D
2．(多选)下列有关物体内能改变的判断中，正确的是
A．外界对物体做功，物体的内能一定增加
B．外界对物体传递热量，物体的内能一定增加
C．物体对外界做功，物体的内能可能增加
D．物体向外界放热，物体的内能可能增加
解析　做功与热传递在改变物体的内能上是等效的，物体内能的变化情况取决于做功与热传递的综合情况，A、B错误，C、D正确。
答案　CD
3．如图10－3－8所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高。则在移动P的过程中
图10－3－8
A．外力对乙做功；甲的内能不变
B．外力对乙做功；乙的内能不变
C．乙传递热量给甲；乙的内能增加
D．乙的内能增加；甲的内能不变
解析　将活塞P缓慢地向B移动的过程中，外力对乙做功，乙的内能增加，温度升高，由于固定隔板B导热，所以乙将传递热量给甲，甲、乙两部分气体的温度最终相同，均高于初态温度，所以甲、乙内能均增加，故选C项。
答案　C
[限时30分钟，满分50分]
一、选择题(每小题6分，共30分)
1．一定质量的气体膨胀做功100 J，同时吸热30 J，则气体内能的增量为
A．130 J　　　　　　　　 B．70 J
C．－70 J D．－130 J
解析　气体膨胀做功W＝－100 J，吸收热量Q＝30 J，由热力学第一定律有：ΔU＝W＋Q＝－100 J＋30 J＝－70 J。
答案　C
2.(多选)如图10－3－9为简易测温装置，玻璃管中一小段水银封闭了烧瓶内一定质量的气体，当温度升高时
A．瓶内气体的密度增大
B．瓶内气体分子的平均动能增加
C．外界对瓶内气体做正功 图10－3－9
D．热传递使瓶内气体的内能增加
解析　由图可知，当温度升高时容器内气体的变化为等压膨胀，故瓶内气体的密度减小，气体分子的平均动能增加，瓶内气体对外做正功，选项B对，选项A、C错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，瓶内气体内能增加是由于气体从外界吸收了热量，故选项D正确。
答案　BD
3．对于一个大气压下100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是
A．水的内能增加，对外界做功，一定是吸热
B．水的内能不变，对外界做功，从外界吸热
C．水的内能减少，对外界不做功，向外界放热
D．水的内能增加，对外界做功，向外界放热
解析　水变成水蒸气的过程是吸热的过程，又因气体膨胀对外界做功，分子间距增大，分子势能增加，由此判断可知A对。
答案　A
4．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态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10－3－10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中吸收的热量分别为Qab和Qac，则 图10－3－10
A．pb＞pc，Qab＞Qac B．pb＞pc，Qab＜Qac
C．pb＜pc，Qab＞Qac D．pb＜pc，Qab＜Qac
解析　状态b和状态c相比，温度相同，b状态气体体积大，则b状态压强小，故pb＜pc。由状态a到b和a到c，气体温度的变化量相同，故内能增加量ΔU相同，而a到c过程气体不做功，即W＝0，而a到b过程体积膨胀，对外做功，W＜0，所以根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可得，a到b过程吸热更多，故Qab＞Qac，C项正确。
答案　C
5．如图10－3－11所示，在竖直放置的圆柱容器内，用活塞密封一部分气体，活塞质量为m，容器的横截面积为S，活塞与容器壁间无摩擦，平衡时容器内的密闭气体的压强为p，外界大气压恒为p0。当气体从外界吸收热量Q、活塞升高h后再次平衡(可认为气体压强恒为p不变)。则在此过程中密闭气体增加的内能等于 图10－3－11
A．Q B．Q－mgh
C．Q－mgh－p0Sh D．Q－mgh＋p0Sh
解析　气体前后两个状态用1和2表示，对应内能为U1和U2，当气体从状态1变化到状态2时，能流图如图所示，从能流图可以看出：ΔU＝Q－W＝Q－mgh－p0Sh。
答案　C
二、非选择题(共20分)
6．(10分)如图10－3－12所示的圆柱形容器内用活塞密封一定质量的理想气体，容器横截面积为S，活塞质量为m，大气压强为p0，重力加速度为g，活塞处于静止状态，现对容器缓缓加热使容器内的气体温度升高t ℃，活塞无摩擦地缓慢向上移动了h，在此过程中气体吸收的热量为Q，问：
图10－3－12
(1)被密封的气体对外界做了多少功？
(2)被密封的气体内能变化了多少？
解析　(1)活塞缓慢上移，气体推动活塞的力F＝mg＋p0S，则气体对外界做功W＝(mg＋p0S)h。
(2)由热力学第一定律得W＋Q＝ΔU，其中因为是气体对外界做功，功代入负值运算，得到ΔU＝－(p0S＋mg)h＋Q。
答案　(1)(p0S＋mg)h　(2)－(p0S＋mg)h＋Q
7．(10分)一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：
(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？
(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J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？做功多少？
解析　(1)由热力学第一定律可得
ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J，即气体内能增加了160 J。
(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化应等于从①状态到②状
态过程中内能的变化，则从②状态到①状态的内能应减少160 J，即
ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′
所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J
即外界对气体做功80 J。
答案　(1)增加了160 J　(2)外界对气体做功　80 J