高中物理人教版选修3-3课后练习题 10.3热力学第一定律　能量守恒定律 Word版含解析

热力学第一定律　能量守恒定律
基础达标练
1．(多选)下列关于能量转化现象的说法中，正确的是(　　)
A．用太阳灶烧水是光能转化为内能
B．电灯发光是电能转化为光能
C．核电站发电是电能转化为内能
D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
2．(多选)如图为简易测温装置，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
D．热传递使瓶内气体的内能增加
3．如图所示为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动．设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中(　　)
A．外界对气体做功，气体内能增大
B．外界对气体做功，气体内能减小
C．气体对外界做功，气体内能增大
D．气体对外界做功，气体内能减小
4．关于热量和物体内能变化的关系下列说法正确的是(　　)
A．物体吸收热量内能一定增大
B．物体的内能增大一定是吸收了热量
C．热量可以从内能小的物体向内能大的物体传递
D．热量只能从内能大的物体向内能小的物体传递
5．如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦，则被密封的气体(　　)
A．温度升高，压强增大，内能减少
B．温度降低，压强增大，内能减少
C．温度升高，压强增大，内能增加
D．温度降低，压强减小，内能增加
6．(多选)器壁透热的汽缸放在恒温环境中，如图所示．汽缸内封闭着一定量的气体，气体分子间相互作用的分子力可以忽略不计，当缓慢推动活塞Q向左运动的过程中，有下列说法正确的是(　　)
A．活塞对气体做功，气体分子的平均动能增加
B．活塞对气体做功，气体分子的平均动能不变
C．气体单位体积内的分子数增大，压强增大
D．气体单位体积内的分子数增大，压强不变
7．(多选)如图所示，p ? V坐标系中每个方格的边长均相等，在p ? V图中的直线段AB表示一定质量的理想气体的状态变化过程，则气体从状态A变化到状态B的整个过程中，下列说法正确的是(　　)
A．气体的温度保持不变
B．气体的内能先增加某一值，再减少同样的值
C．气体对外做功，并吸热
D．气体的密度不断减小
8．(多选)如图，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回到状态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
9．如图所示，竖直放置的粗细均匀的U形管，右端封闭有一段空气柱，两管内水银面高度差为h＝19 cm，封闭空气柱长度为L1＝40 cm.为了使左、右两管中的水银面相平(设外界大气压强p0＝76 cmHg，空气柱温度保持不变)，则：
(1)需从左管的开口端再缓慢注入高度多少的水银柱？此时封闭端空气柱的长度是多少？
(2)注入水银过程中，外界对封闭空气做________(选填“正功”或“负功”)，气体将________(选填“吸热”或“放热”)．
能力提升练
10．如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空．现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积．假设整个系统不漏气．下列说法正确的是(　　)
A．气体自发扩散前后内能相同
B．气体在被压缩的过程中内能增大
C．在自发扩散过程中，气体对外界做功
D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变
11．(多选)一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p ? T图象如图所示，下列判断正确的是(　　)
A．过程ab中气体一定吸热
B．过程bc中气体既不吸热也不放热
C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小
E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
12．一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p ? V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为TA＝300 K，试求：
(1)气体在状态C时的温度TC.
(2)若气体在AB过程中吸热1 000 J，则在AB过程中气体内能如何变化？变化了多少？
分层训练(十三)　热力学第一定律　能量守恒定律
1．解析：A选项中是光能转化为内能，C选项中是核能转化为电能，D选项中是化学能转化为内能，A、B选项正确．
答案：AB
2．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．解析：筒内气体不与外界发生热交换，当气体体积变小时，则外界对气体做功，气体的内能增大，A正确．
答案：A
4．解析：改变物体的内能有两种方式，做功和热传递，物体吸收热量的同时如果物体对外做了功，内能不一定增大，故A错，同理物体内能增大也可能是外界对物体做功引起的，故B错．物体间发生热传递的条件是存在温度差，而物体内能的大小不仅与温度有关，还与物质的量和体积有关，内能小的物体温度如果比内能大的物体温度高，热量就会从内能小的物体向内能大的物体传递．故C正确、D错误．
答案：C
5．解析：由F对密闭的理想气体做正功，容器及活塞绝热，知Q＝0，由功和内能的关系知理想气体内能增大，温度T升高，再根据pV/T＝C，体积V减小，压强p增大．故选C.
答案：C
6．解析：推动活塞Q使活塞对气体做功．本来气体的温度应升高，但是由于缓慢推动活塞，所以使气体增加的内能又以热量的形式释放到周围环境中，由于环境温度恒定，所以汽缸内气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，A错误、B正确；由于气体被压缩，气体单位体积内的分子数增大，所以单位面积上，汽缸受到气体分子的碰撞次数增多，因此，气体的压强增大，C正确、D错误．
答案：BC
7．解析：设题图中每一个小方格的长度为单位长度1.等温过程pV＝常量，应是一条双曲线(上半支)，直线段AB明显不符，故A错误；pV＝CT，C为恒量，pV越大，T越高．状态在(2,2)处温度最高，在状态A和B，pV乘积相等，所以温度先升高，后又减小到初始温度；气体的内能先增加某一值，再减少同样的值，故B正确；气体膨胀就会对外界做功，整个过程中气体初末温度相等，所以整个过程内能变化为0.根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，由于气体的内能增加，ΔU＝0，由于气体膨胀对外做功，W＜0，所以Q＞0，即气体一定吸收热量，故C正确；气体的体积在不断增大，质量一定，所以气体的密度在不断减小，故D正确．
答案：BCD
8．解析：本题考查气体实验定律、热力学定律．由p ? V图可知，在过程ab中体积不变，气体不对外做功，W＝0，压强增大，温度升高，气体内能增加，选项A正确，C错误；过程bc为等温变化过程，理想气体内能不变，而体积增大，气体对外做功，W<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知Q>0，气体从外界吸收热量，选项D正确；过程ca为等压变化过程，体积减小，外界对气体做功，W>0，由盖—吕萨克定律知气体温度降低，内能减小，由ΔU＝W＋Q知Q<0，气体放出热量，选项B正确、E错误．
答案：ABD
9．解析：(1)假设两管中水银面相平时右管中空气柱长度为L2.由玻意耳定律p1V1＝P2V2得：
(p0－h)SL1＝p0SL2
解得：L2＝30 cm
需要再注入的水银柱长度为：x＝2(L1－L2)＋19 cm＝39 cm
(2)在注入水银的过程中右管中气体体积减小，故外界对封闭空气做正功；由于气体温度保持不变，故内能不变，由热力学第一定律可知气体一定是放热．
答案：(1)39 cm　30 cm　(2)正功　放热
10．解析：气体自发扩散时不对外做功，W＝0，汽缸绝热，Q＝0，由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝0，故气体内能不变，选项A正确、C错误；气体被压缩的过程中体积缩小，外界对气体做功，W>0，Q＝0，故ΔU>0，气体内能增大，故理想气体的温度升高，则分子平均动能增大，选项B、D正确，选项E错误．
答案：ABD
11．解析：从a到b的过程，根据图线过原点可得＝，所以为等容变化过程，气体没有对外做功，外界也没有对气体做功，所以温度升高只能是吸热的结果，选项A对．从b到c的过程温度不变，压强变小，说明体积膨胀，对外做功，而温度不变，说明从外界吸热，选项B错．从c到a的过程，压强不变，温度降低，体积减小，内能减少，根据改变内能的两种方式及做功和热传递的结果是内能减少，所以外界对气体做的功小于气体放出的热量，选项C错．分子的平均动能与温度有关，状态a的温度最低，所以分子平均动能最小，选项D对．b和c两个状态，温度相同，即分子运动的平均速率相等，单个分子对容器壁的平均撞击力相等，b压强大，可判断状态b单位时间内容器壁受到分子撞击的次数多，选项E对．
答案：ADE
12．解析：(1)D→A为等温线，则TA＝TD＝300 K，C到D过程
由盖—吕萨克定律得＝
所以TC＝375 K
(2)A到B过程压强不变，由：
W＝pΔV＝2×105×3×10－3 J＝600 J
由热力学第一定律，得
ΔU＝Q＋W＝1 000 J－600 J＝400 J
则气体内能增加，增加了400 J.
答案：(1)375 K　(2)气体内能增加　400 J