人教版高中物理选修3-3知识讲解，巩固练习（教学资料，补习资料）：专题10.1 功和内能

第十章 热力学定律
第1节 功和内能
功和内能
1．内能与内能变化
（1）物体的内能是指物体内所有分子热运动的 和 之和。
（2）当物体温度变化时，分子平均动能变化。物体体积变化时， 发生变化，即物体的内能是由它的状态决定的，且物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关。
2．做功与内能变化的关系
（1）做功改变物体内能的过程是其他形式的能（如机械能）与内能相互转化的过程。
（2）在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为 ，物体的 就增加多少。
动能 分子势能 分子势能
内能 内能
功和内能的区别
（1）功是过程量，内能是状态量。
（2）在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。
（3）物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较多。
特别提醒：（1）外界对某一系统做功时，系统的内能不一定增加，还要看该系统有没有向外放热，以及向外放热的多少。
（4）在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。
【例题】早些年农村的小孩子常用旧圆珠笔芯做一种玩具，铁丝的一端缠绕棉花，用水打湿后从一端塞入笔芯内，将笔芯的另一端用力在马铃薯上触一下拔出来，然后用力推铁丝，马铃薯小块高速飞出，能打出十几米远。下列说法正确的是
A．在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内密封的气体的温度升高
B．在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体对外做功
C．马铃薯小块高速飞出的动能来自于气体内能
D．马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功
参考答案：AC
1．下列实例中说明做功改变了系统的内能的是
A．热水袋取暖
B．用双手摩擦给手取暖
C．把手放在火炉旁取暖
D．用嘴对手呵气给手取暖
2．如图是压力保温瓶的结构简图，活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压a的过程中，瓶内气体
A．内能增大　 B．体积增大
C．压强不变 D．温度不变
3．金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外溢出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时间后，再次打开开关，这时出现的现象是
A．筒外空气流向筒内
B．筒内空气流向筒外
C．筒内外有空气交换，处于动平衡态，筒内空气质量不变
D．筒内外无空气交换
4．如图所示为密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的
A．温度升高，内能增加600 J
B．温度升高，内能减少200 J
C．温度降低，内能增加600 J
D．温度降低，内能减少200 J
5．如图所示，气缸放置在水平地面上，质量为m的活塞将气缸分成甲、乙两气室，两气室中均充有气体，气缸、活塞是绝热的且不漏气。开始活塞被销钉固定，现将销钉拔掉，活塞最终静止在距原位置下方h处，设活塞移动前后甲气体内能的变化量为ΔE，不计气体重心改变的影响，下列说法正确的是
A．ΔE＝mgh　　　 B．ΔE>mgh
C．ΔE6．如图是某喷水壶示意图。未喷水时阀门K闭合，压下压杆A可向瓶内储气室充气，多次充气后按下按柄B打开阀门K，水会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷水过程温度保持不变。则
A．充气过程中，储气室内气体内能增大
B．充气过程中，储气室内气体分子平均动能增大
C．喷水过程中，储气室内气体放热
D．喷水过程中，储气室内气体压强增大
7．景颇族祖先发明的点火器如图所示，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
A．气体温度升高，压强不变
B．气体温度升高，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，气体内能减少
8．如图，注射器内密封一部分气体，若针筒和活塞导热性能良好，则缓慢向外移动活塞的过程中气体
A．对活塞不做功 B．对活塞做负功
C．温度保持不变 D．压强逐渐减小
9．如图，一绝热容器被隔板K隔开成a，b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中
A．气体对外界做功，内能减少
B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度降低
D．气体压强不变，温度不变
10．如图所示，带有活塞的烧瓶内封闭一定的气体，不考虑烧瓶和外界的热传递，现在外力F作用下，活塞向内移动一段距离，则烧瓶内的气体温度会
A．升高 B．降低
C．不变 D．无法确定
11．某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体
A．对外做正功，分子的平均动能减小
B．对外做正功，内能增大
C．对外做负功，分子的平均动能增大
D．对外做负功，内能减小
12．如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”，这一现象产生的原因可以用下面三句话解释：甲，水蒸气凝结成小水珠；乙，瓶内气体推动瓶塞做功，内能减小；丙，温度降低。三句话正确的顺序是
A．甲、乙、丙 B．乙、丙、甲
C．丙、甲、乙 D．乙、甲、丙
13．用5 N的力垂直于活塞推动压缩绝热气缸的气体，活塞的位移为0.1 m时，气体内能的变化量是多少？内能增加了还是减少了？
1．B【解析】双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；ACD都是通过热传递来改变系统的内能，选项B正确。
2．A【解析】向下压a的过程中，外界对气体做功，瓶内气体内能增大，选项A正确。向下压a的过程中，瓶内气体体积减小，压强增大，温度升高，选项BCD错误。
3．B【解析】因高压空气急剧外溢时，气体来不及充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程，气体对外做功，内能减少，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界偏低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同。对筒内剩余气体分析，属等容升温过程，压强要升高，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外。故B正确。
4．A【解析】由热力学第一定律可知ΔU=W+Q，外界对气体做的功为W=800 J，气体向外放热，则Q=–200 J，故ΔU=800 J–200 J=600 J，气体内能增大，温度升高，选A。
5．B【解析】气体甲体积减小，外界对它做正功，其中包括mgh和乙气体分子对活塞的力做功W乙，且为正功。ΔE＝mgh＋W乙。故B正确。
6．A【解析】充气过程中，储气室内气体温度不变，气体的平均动能不变，气体的质量增大，故气体内能增大，A正确，B错误；喷水过程中，气体对外做功，W<0，气体温度不变，，根据可知Q>0，气体吸热，C错误；喷水过程中，储气室内气体体积增大，温度不变，根据可知，压强减小，D错误。
10．A【解析】在外力F作用下，活塞向下移动一段距离，对烧瓶内的气体做功，不考虑烧瓶和外界的热传递，则ΔU＝W；故气体的内能增加，温度升高。故A正确。
11．A【解析】绝热过程中，气体膨胀，对外做功；内能减小，温度降低，分子的平均动能减小，A选项正确。
12．B【解析】根据题意因果顺序的进程为：空气推动瓶塞做功——空气内能减小——瓶内空气温度降低——瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾”，而瓶塞跳起的原因是用打气筒往瓶内打气使气体压强增大所致。故顺序是乙、丙、甲，B正确。
13．增加了0.5 J
外界对气体做功W＝Fs＝5×0.1 J＝0.5 J，气体内能增加，增加量为0.5 J。