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2019--2020人教版物理选修3-3同步练习10、3热力学第一定律 能量守恒定律含解析
10、3热力学第一定律 能量守恒定律
基础巩固
1．下列说法正确的是( )
A．液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动
B．液体分子的无规则运动称为布朗运动
C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
D．物体对外界做功，其内能一定减少
解析：布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，反映了液体分子的无规则运动，故A正确，B错误；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q.物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能也不一定减少，故C、D错误．
答案：A
2．关于吸热与升温，下列说法正确的是( )
A．当物体吸收热量时，其温度一定升高
B．当物体温度升高时，一定吸收了热量
C．加热质量相同的两杯同样的水，温度升得高的，吸热一定多
D．对质量相同的物体加热，温度升得高的，吸热一定多
解析：物体吸收热量，可能同时对外做功，内能不一定增加，温度不一定升高，A选项错误；物体温度升高，内能增加，但可能是因为外界对物体做功，不一定吸热，B选项错误；质量相同的水，分子数相同，温度升得高的，分子平均动能也增加得多，总动能也增加得多，所以吸热一定多，C选项正确；质量相同的物体，分子数不一定相同，因此虽然分子平均动能增加得多，总动能不一定增加得多，吸热就不一定多，D选项错误．
答案：C
3．在热力学第一定律的表达式ΔU＝Q＋W中，关于ΔU、Q、W各个物理量的正、负，下列说法中正确的是( )
A．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正
B．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负
C．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正
D．外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负
解析：外界对物体做功时W为正，反之为负；吸热时Q为正，反之为负；内能增加时ΔU为正，反之为负，故C正确．
答案：C
图1
4．(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图1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( )
A．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
解析：一定质量的气体，被挤压时体积减小，外界对气体做功，由于绝热，根据热力学第一定律，气体内能增大，温度升高，由气态方程可知，压强必然增大．可见A、C项正确．
答案：AC
图2
5．如图2所示，有两个同样的球，其中a球放在水平面上，b球用细线悬挂起来，现供给两球相同的热量，则两球升高的温度(水平面和细线均为绝热物质)( )
A．Δtb＞Δta B．Δtb＜Δta
C．Δtb＝Δta D．无法比较
解析：两球温度升高，体积膨胀，a球重心上升，重力势能增加，b球重心下降，重力势能减少．两球吸收相同的热量，a球吸收的热量一部分用于升高温度，一部分用于增加重力势能；b球吸收的热量全部用于升温，同时减少的重力势能也用于升温，因此b球温度升高得更多．
答案：A
图3
6．(多选)如图3所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，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
解析：从状态d到c，温度不变，理想气体内能不变，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，一定要吸收热量，故A错；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，外界对气体做动，而气体的内能还要减小(降温)就一定要伴随放热的过程，故B对；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，故C对；气体从状态b到状态a是个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热的结果，故D对．
答案：BCD
7．(2019年高考·课标全国卷Ⅰ)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体．初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界．现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同．此时，容器中空气的温度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度．
解析：由题意可知，容器与活塞绝热性能良好，容器内气体与外界不发生热交换，故ΔQ＝0，但活塞移动的过程中，容器内气体压强减小，则容器内气体正在膨胀，气体对外界做功，即W<0，根据热力学第一定律可知：ΔU＝ΔQ＋W<0，故容器内气体内能减小，温度降低，低于外界温度．最终容器内气体压强和外界气体压强相同，根据理想气体状态方程：pV＝nRT，又ρ＝，m为容器内气体的质量，联立得：ρ＝.取容器外界质量也为m的一部分气体，由于容器内温度T低于外界温度，故容器内气体密度大于外界空气密度．
答案：(1)低于 (2)大于
综合应用
8．某一密闭容器中密封着一定质量的某种实际气体，气体分子间的相互作用力表现为引力．关于实际气体的下列说法中正确的是( )
A．若密闭容器沿竖直方向向上做加速直线运动，则密闭容器内的气体只对器壁的底部有作用力
B．若气体膨胀对外界做功，则分子势能一定增大
C．若容器绝热，气体被压缩，外界对气体做功，则气体的每个分子动能一定增加
D．若气体从外界吸收的热量等于膨胀对外界做的功，则气体分子的平均动能一定不变
解析：密闭容器沿竖直方向向上做加速直线运动的情况下，密闭容器内的气体对整个容器器壁各处压强仍相同，对整个器壁都有作用力，所以A错误；体积膨胀，分子间距离增大，分子力做负功，气体的分子势能增加，B正确；外界对气体做功，由于器壁绝热，故气体既不吸热也不放热，根据热力学第一定律，气体内能增大，而气体的分子势能减小，故气体的分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能均增大，故C错误；气体从外界吸收的热量等于膨胀对外界做的功，所以内能不变，但分子势能增大了，所以分子平均动能一定减小，即D错误．
答案：B
9．(2019年连云港摸底)(多选)如图4所示，倒悬的导热气缸中有一个可无摩擦上下移动且不漏气的活塞A，活塞A的下面吊着一个重物，汽缸中封闭着一定质量的理想气体．起初各部分均静止不动，大气压强保持不变．对于汽缸内的气体，当其状态缓慢发生变化时，下列判断正确的是( )
图4
A．若环境温度升高，则气体的压强一定增大
B．当活塞向下移动时，外界一定对气体做正功
C．保持环境温度不变，缓慢增加重物的质量，气体一定会吸热
D．若环境温度降低，缓慢增加重物的质量，气体体积可能保持不变
解析：若环境温度升高，气体等压膨胀，气体的压强不变，选项A错误；当活塞向下移动时，气体对外界做正功，选项B错误；保持环境温度不变，缓慢增加重物的质量，气体压强减小，体积增大，对外做功，内能不变，气体一定会吸热，选项C正确；若环境温度降低，气体温度降低，压强减小，缓慢增加重物的质量，气体体积可能保持不变，选项D正确．
答案：CD
图5
10．(2017年高考·课标全国卷Ⅲ)(多选)如图5，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到初态a.下列说法正确的是( )
A．在过程ab中气体的内能增加
B．在过程ca中外界对气体做功
C．在过程ab中气体对外界做功
D．在过程bc中气体从外界吸收热量
E．在过程ca中气体从外界吸收热量
解析：ab过程，气体压强增大，体积不变，则温度升高，内能增加，A项正确；ab过程发生等容变化，气体对外界不做功，C项错误；一定质量的理想气体内能仅由温度决定，bc过程发生等温变化，内能不变，bc过程，气体体积增大，气体对外界做正功，根据热力学第一定律可知气体从外界吸热，D项正确；ca过程发生等压变化，气体体积减小，外界对气体做正功，B项正确；ca过程，气体温度降低，内能减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知气体向外界放热，E项错误．
答案：ABD
11.
图6
气体温度计结构如图6所示．玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连．开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点h1＝14 cm.后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2＝44 cm.(已知外界大气压为1个标准大气压，1个标准大气压相当于76 cmHg)
(1)求恒温槽的温度．
(2)此过程A内气体内能________(填“增大”或“减小”)，气体不对外做功，气体将________(填“吸热”或者“放热”)．
解析：(1)设恒温槽的温度为T2，
由题意知T1＝273 K.
A内气体发生等容变化，根据查理定律得
＝①
p1＝p0＋pk1②
p2＝p0＋pk2③
联立①②③式，代入数据得T2＝364 K(或91 ℃)
(2)气体温度升高，内能增加．由ΔU＝W＋Q知，
ΔU＞0，W＜0，故Q＞0即吸热．
答案：(1)364 K(或91 ℃) (2)增大 吸热
12．在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液态变成同温度的水蒸汽，其体积由1.043 cm3变为1 676 cm3.已知水的汽化热为2 263.8 J/g.求：
(1)体积膨胀时气体对外界做的功W；
(2)气体吸收的热量Q；
(3)气体增加的内能ΔU.
解：取1 g水为研究对象，把大气视为外界.1 g沸腾的水变成同温度的水蒸汽需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功．
(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功：
W＝p(V2－V1)
＝1.013×105×(1 676－1.043)×10－6 J
＝169.7 J
(2)气体吸热：Q＝mL＝1×2 263.8 J＝2 263.8 J
(3)根据热力学第一定律：
ΔU＝Q－W＝2 263.8 J－169.7 J＝2 094.1 J.
13．质量M＝200 g的木块，静止在光滑水平面上，质量m＝20 g的铅弹(铅的比热容c＝126 J/kg·℃)以水平速度v0＝500 m/s射入木块，当它射出木块时速度变为vt＝300 m/s，木块的速度20 m/s.若这一过程中损失的机械能全部转化为内能，其中42%被子弹吸收而使其升温，对铅弹穿过木块过程，求：
(1)子弹克服摩擦力做的功；
(2)摩擦力对木块做的功；
(3)产生的总热量；
(4)子弹升高的温度．
解：(1)子弹克服摩擦力做的功：
W1＝m(v－v)
＝×0.02×(5002－3002) J＝1 600 J
(2)摩擦力对木块做的功：
W2＝mv2－0
＝×0.2×202 J＝40 J
(3)这一过程中损失的机械能为：
W＝W1－W2＝(1 600－40) J＝1 560 J
已知损失的机械能全部转化为内能，则内能的增量，
即产生的总热量Q为1 560 J.
(4)已知产生的总热量中有42%被子弹吸收而使其升温，则子弹升高的温度为：
Δt＝＝＝260 ℃
14.如图7，体积为V，内壁光滑的圆柱形导热气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；气缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体．p0和T0分别为大气的压强和温度，已知：气体内能U和温度T的关系为U＝αT，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的，求
图7
(1)气缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；
(2)在活塞下降过程中，气缸内气体放出的热量Q.
解：气体的状态经过两个阶段的变化，首先体积不变，压强降为大气压；然后压强不变，温度降至T0.根据查理定律和盖—吕萨克定律，求出气缸内气体与大气达到平衡时的体积为V1；活塞下降过程是第二阶段，对第二阶段列热力学第一定律，求出气缸内气体放出的热量Q.
(1)在气体由压强p＝1.2p0下降至p0的过程中，气体体积不变，温度由T＝2.4T0变为T1，由查理定律得
＝①
在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变，由盖—吕萨克定律得
＝②
由①②式得
V1＝V③
(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为
W＝p0(V－V1)④
在这一过程中，气体内能的减少为
ΔU＝α(T1－T0)⑤
由热力学第一定律得，气缸内气体放出的热量为
Q＝W＋ΔU⑥
由①③④⑤⑥式得
Q＝p0V＋αT0⑦
15．如图8所示，用面积为S的活塞在汽缸内封闭着一定质量的空气，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为m，现对汽缸缓缓加热使汽缸内的空气温度从T1升高到T2，且空气柱的高度增加了Δl，已知加热时气体吸收的热量为Q，外界大气压强为p0，问： 此过程中被封闭气体的内能变化了多少？
图8
解：由受力分析和做功分析知，在气体缓缓膨胀过程中，活塞与砝码的压力对气体做负功，大气压力对气体做负功，根据热力学第一定律得
ΔU＝W＋Q＝－mgΔl－p0SΔl＋Q
(共48张PPT)
同步导练/RJ·选修3-3
物理
经典品质/超越梦想
同步导练
第十章 热力学定律
第三节 热力学第一定律 能量守恒定律
目 标 导 向
自 主学习
要 点 导 析
方 法 导 学
