高中物理第十章热力学定律第三节热力学第一定律能量守恒定律自主练习新人教选修.docx

第三节 热力学 第一定律能量守恒定律自主广场我夯基 我达标1.一定量的某种气体，对外界做了4.0105 J的功，其内能增加了2.5105 J，则在此过程中，该气体_(填“吸收”或“放出”)热量_J.思路解析：由题意可知，W=-4.0105 J,U=2.5105 J,由热力学第一定律U=W+Q可得Q=U-W=2.5105 J-(-4.0105) J=6.5105 J.答案：吸收 6.51052.在一个大气压下，1 kg 100 的水变为1 kg 100 的水蒸气的过程，下列说法中正确的是( )A.内能不变，对外界做功，一定是吸热过程B.内能增加，吸收的热量等于内能的增加C.内能不变，吸收的热量等于对外界做的功D.内能增加，向外界吸热，吸收的热量等于对外界做的功和增加的内能思路解析：水变成同温度的水蒸气时，分子间距从r0增大到约10 r0，体积要扩大约1 000倍，故需克服大气压力对外做功，同时克服分子力做功，分子势能增加内能增加.由热力学第一定律U=Q+W，则Q=U-W，其中W为负值，故选项D正确.答案：D3.下列说法中正确的是( )A.液体中悬浮微粒的布朗运动是做无规则运动的液体分子撞击微粒而引起的B.物体的温度越高，其分子的平均动能越大C.物体里所有分子动能的总和叫做物体的内能D.只有传热才能改变物体的内能思路解析：悬浮在液体中的微粒之所以能够做无规则运动，是液体分子对固体小微粒的撞击不平衡而引起的，A正确.温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，B正确.物体的内能是物体里所有分子动能和分子势能的总和，C错误.改变物体的内能的方式有两种：做功和热传递，所以D错误.答案：AB4.一定质量的理想气体，从某一状态开始经过一系列变化后又回到开始状态，用W1表示外界对气体做功，W2表示气体对外界做功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则整个过程中一定有( )A.Q1-Q2=W2-W1 B.Q1=Q2 C.W2=W1 D.Q1Q2思路解析：一定质量的理想气体，从某一状态开始经过一系列变化后又回到开始状态，根据热力学第一定律可得A正确.答案：A5.请指出下列现象中能量的转化和转移的情况.(1)钻木取火；(2)气体膨胀做功；(3)水电站水轮机带动发电机发电；(4)电动水泵将水抽到高处；(5)植物的光合作用；(6)木柴燃烧；(7)爆竹因火药爆炸升空；(8)风吹动帆船前进.思路解析：首先分清过程和过程前后能量形式及其增减情况.答案：(1)摩擦生热，机械能转化为内能；(2)气体对外膨胀做功，内能减少，内能转化为机械能；(3)水轮机转动，消耗机械能，发电机发电，得到电能，机械能转化为电能；(4)电动水泵消耗电能，将水抽到高处，机械能增加，电能转化为机械能；(5)植物利用太阳光进行化学合成，光能转化为化学能；(6)木柴燃烧发热发光，将化学能转化为光能和热能；(7)火药爆炸，化学能减少，爆竹升空，机械能增加，化学能转化为机械能；(8)风流动具有机械能，船前进，具有机械能，能量发生转移.6.一块0 的冰雹自高空落下，若它落地时，它的势能全部转化为它的内能，且熔化成同质量同温度的水，那么它是从距地面多高的高空中自由落下的？(冰的熔化热是=80 cal/g,g取10 m/s2)思路解析：据题意列方程mgh=Jm，由于J=4.2 J/calh= m=33 600 m.答案：33 600 m我综合 我发展7.在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液体变成同温度气态，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U.思路解析：取1 g水为研究系统，大气视作外界.1 g沸腾的水变成同温度的气需要吸收热量，同时由于气体体积膨胀，系统要对外做功，所以有UQ吸.(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功：W=p(V2-V1)=1.013105(1 676-1.043)10-6 J=169.7 J.(2)气体吸热：Q=ML=2 263.8 J.(5)根据热力学第一定律：U=Q+W=2 263.8 J+(-169.7) J=2 094.1 J.答案：(1)169.7 J (2)2 263.8 J (3)2 094.1 J8.如图10-3-2所示，一个质量m=100 g的金属块恰能从一个长L=4 m、倾斜角=30的斜面的顶端匀速下滑至底端，损失的机械能有20%被金属块吸收，求在下滑过程中产生的内能及金属块升高的温度.金属块的比热容为98 J/(kg )图10-3-2思路解析：金属块匀速下滑过程中动能不变，机械能的减少量即重力势能的减少量为mgLsin，这部分机械能通过摩擦生热转化成了等值的内能 Q=Ep=mgLsin=10010-39.84sin30J=1.96 J而其中20%的内能被金属块吸收，所以金属块增加的内能为U=Q=Q=20%1.96 J=0.392 J 又因为Q=cmt 所以t= =0.04 .答案：0.04 我创新 我超越9.用两种不同的金属丝组成一个回路，触点1插在热水中，触点2插在冷水中，如图10-3-3所示，电流表指针会发生偏转，这就是温差发电现象.下列有关温差发电现象的说法中正确的是( )图10-3-3A.该实验符合能量守恒定律，但违背了热力学第一定律B.该实验中有部分内能转化为电路的内能C.该实验中，热水的温度不变化，冷水的温度升高D.该实验中热水的温度降低，冷水的温度不变化思路解析：温差发电现象中内能并没有全部转化为电能.答案：B10.“和平号”空间站已于2001年3月23日成功地坠落在太平洋海域，坠落过程可简化为从一个近圆轨道(可近似看作圆轨道)开始，经过与大气摩擦，空间站的绝大部分经过升温、熔化，最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海.此过程中，空间站原来的机械能中，除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量E通过其他方式散失(不考虑坠落过程中发生化学反应所需的能量).(1)试用以下各物理量的符号表示散失能量E的公式；(2)根据下列数据，算出E的数值.(结果保留两位有效数字)坠落开始时，空间站的质量m0=1.17105 kg；轨道距地面的高度为h=146 km；地球半径R=6.4106 m坠落空间范围内重力加速度取g=10 m/s2；入海残片的质量为m=1.2104 kg；入海残片的温度升高t=3 000 K；入海残片的入海速度为声速v=340 m/s；空间站材料每千克升温1 K平均所需能量C=1.0103 J.每销毁1 kg材料平均所需能量=1.0107 J.思路解析：本题以社会关注的“和平号”空间站坠落事件为背景，考查综合应用牛顿运动定律、能量守恒定律解决实际问题的能力.通过建模计算空间站初态机械能总量，分析坠落过程中的能量转化并应用守恒观点列出方程是解答本题的关键.应用能量守恒定律解决物理问题时，应弄清物理过程和状态，分析参与转化的能量有哪几种，哪些增加，哪些减少，然后由守恒观点列出方程.(1)根据题给条件，从近圆轨道到地面的空间中重力加速度g取10 m/s2，若以地面为重力势能零点，坠落过程开始时空间站在近圆轨道的重力势能为Ep=m0gh 以v表示空间站在近圆轨道上的速度，由牛顿定律可得m0=m0g 其中r为轨道半径，则r=R+h 由式可得空间站在近圆轨道上的动能为Ek=m0g(R+h) 由式得，近圆轨道上空间站的机械能为E=Ep+Ek=m0g(R+h) 在坠落过程中，用于销毁部分所需的能量为Q汽=(m0-m)u 用于残片升温所需的能量Q汽=cmt 残片动能为E残=mv2 用E表示以其他方式散失的能量，由能量守恒得E=Q残+Q汽+E残+E 由此得E=m0g(h)-(m0-m)-mv2-cmt. (2)将数据代入得：E=2.91012 J.答案：(1)E=m0g(h)-(m0-m)-mv2-cmt(2)2.91012 J11.有人试图制造一台“永久”的发电机.设计思想如下：先利用外界供给的电能，使电动机转动，再让电动机带动发电机发电.发电机发出电后，一部分电供给电动机继续使用，电动机不再利用外界供给的电能；一部分电供给用户使用.这样，一旦这个发电机发出电来，它就可以不再使用外界的能量，自己“源源不断”地发