《热力学第一定律 能量守恒定律》同步练习1-1

热力学第一定律热力学第一定律 能量守恒定律能量守恒定律 1 物体内能的增加等于 与 的和 这个关 系叫做热力学第一定律 公式 它们的正负号规定如下 外界对系统做功 W 0 系统对外界做功 W 0 系统从外界吸热 Q 0 系统向外界放热 Q 0 系统内能增加 U 0 系统内能减小 U 0 2 能量既不会 也不会 它只能从一种形式 成为另一 种形式 或者从一个物体 到别的物体 在 和 过程中其总量不变 3 任何机器对外界做功都要消耗能量 能量守恒定律的发现使人们进一步认识到 任何一 部机器 只能使能量从 转化为 形式 而不能无中生有地 能量 因此 第一类永动机是 制成的 因为它违背了 4 关于物体内能的变化 以下说法中正确的是 A 物体吸收热量 内能一定增大 B 物体对外做功 内能一定减少 C 物体吸收热量 同时对外做功 内能可能不变 D 物体放出热量 同时对外做功 内能可能不变 5 双选 一物体获得一定初速度后 沿着一粗糙斜面上滑 在上滑过程中 物体和斜面组 成的系统 A 机械能守恒 B 总能量守恒 C 机械能和内能增加 D 机械能减少 内能增加 6 第一类永动机 不可能制成 是因为 A 不符合机械能守恒定律 B 违背了能量守恒定律 C 做功产生的热不符合热功当量 D 找不到合适的材料和合理的设计方案 概念规律练 知识点一 热力学第一定律 1 一定质量的气体在某一过程中 外界对气体做了8 104J的功 气体的内能减少了1 2 1 05J 则下列各式中正确的是 A W 8 104J U 1 2 105J Q 4 104J B W 8 104J U 1 2 105J Q 2 105J C W 8 104J U 1 2 105J Q 2 104J D W 8 104J U 1 2 105J Q 4 104J 2 双选 下列关于物体内能的说法正确的是 A 物体吸收热量 内能一定增加 B 物体放出热量 内能一定减少 C 当做功和热传递同时存在时 物体的内能可能不变 D 物体对外做功 内能可能增加 知识点二 能量守恒定律 3 如图1所示 A B是两个完全相同的铁球 A放在绝热板上 B用绝热绳悬挂 现只让它 们吸收热量 当它们升高相同的温度时 它们所吸收的热量分别为QA QB 则 图1 A QA QBB QAQBD 无法确定QA QB的大小 4 水能不产生污染物 是一种清洁能源 位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可 达每秒6000m3 而且一年四季流量稳定 瀑布落差50m 若利用这一资源发电 设其效率 为50 估算发电机的输出功率 g取10m s2 方法技巧练 热力学第一定律的应用技巧 5 一定质量的气体在保持压强恒等于1 0 105Pa的状况下 体积从20L膨胀到30L 这一过 程中气体从外界吸热4 103J 则气体内能的变化为 A 增加了5 103JB 减少了5 103J C 增加了3 103JD 减少了3 103J 6 双选 如 图2 图2所示 A B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态 当气体从状态A变化到状态 B时 A 体积可能不变 B 有可能经过体积减小的过程 C 外界必然对气体做正功 D 气体必然从外界吸热 1 某系统的初状态具有内能1J 在外界对它做0 5J的功后 它放出0 2J的热量 系统在这 个过程中内能的增量是 A 0 7JB 0 3J C 0 66JD 0 34J 2 某气体温度升高了 体积不变 可能的原因是 A 气体一定吸收了热量 B 气体可能放出了热量 C 外界对气体可能做了功 D 气体可能吸收了热量 图3 3 双选 如图3所示 用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分 先把活塞锁住 将 质量和温度都相同的理想气体氢气和氧气分别充入容器的两部分 然后提起销子 使活塞 可以无摩擦地滑动 当活塞平衡时 A 氢气的温度不变 B 氢气的压强减小 C 氢气的体积减小 D 氧气的温度升高 4 双选 图4 如图4所示 一绝热容器被隔板K隔开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 气体压强变小 温度不变 5 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的状态 用W1 表示外界对气体做的功 W2表示气体对外界做的功 Q1表示气体吸收的热量 Q2表示气体 放出的热量 则在整个过程中一定有 A Q1 Q2 W2 W1B Q1 Q2 W1 W2 C W1 W2D Q1 Q2 6 如图5所示是一定质量的理想气体从状态A经B至C的p 图线 则在此过程中 1 V 图5 A 气体的内能改变B 气体的体积增大 C 气体向外界放热D 气体对外界做功 7 如图6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 dc平行于纵坐标轴 ab的延长线过原点 以下说法错误的是 图6 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 8 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小 下列说法中正确的是 A 机械能守恒 B 能量正在消失 C 只有动能和重力势能的相互转化 D 减少的机械能转化为内能 但总能量守恒 9 双选 行驶中的汽车制动后滑行一段距离 最后停下 流星在夜空中坠落并发出明亮的 火焰 降落伞在空中匀速下降 条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈 线圈中产生电流 上述不同现象所包含的相同物理过程是 A 物体克服阻力做功 B 物体的动能转化为其他形式的能量 C 物体的势能转化为其他形式的能量 D 物体的机械能转化为其他形式的能量 图7 10 如图7所示为冲击摆实验装置 一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体 共同摆起一定 高度 则下面有关能的转化的说法中正确的是 A 子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能 B 子弹的动能转变成了沙箱和子弹的热能 C 子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能 D 子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能 另一部分转变成沙箱和子弹的机械能 11 在图8所示的两端开口的 U 形管中 盛有同种液体 并用阀门K将液体隔成左 右两 部分 左边液面比右边液面高 现打开阀门K 从打开阀门到两边液面第一次平齐的过程 中 液体向外放热为Q 内能变化量为 U 动能变化量为 Ek 大气对液体做功为W1 重 力做功为W2 液体克服阻力做功为W3 由功能关系可得 图8 W1 0 W2 W3 Ek W2 W3 Q U W3 Q U 其中 正确的是 A B C D 题号1234567891011 答案 12 空气压缩机在一次压缩中 活塞对空气做了2 105J的功 同时空气的内能增加了1 5 1 05J 这一过程中空气向外界传递的热量是多少 13 一定量的气体从外界吸收了2 6 105J的热量 内能增加了4 2 105J 是气体对外界做 了功 还是外界对气体做了功 做了多少功 如果气体吸收的热量仍为2 6 105J不变 但 是内能只增加了1 6 105J 这一过程做功情况怎样 14 一铁球从高H处由静止落到地面上 回弹速率是落地速率的一半 设撞击所转化的内 能全部使铁球温度升高 则铁球的温度升高多少 设铁的比热容为c 各物理量取国际制 单位 15 重1000kg的气锤从2 5m高处落下 打在质量为200kg的铁块上 要使铁块的温度升高40 气锤至少应落下多少次 设气锤撞击铁块时做的功有60 用来使铁块温度升高 且铁 的比热c 0 11cal g 1 cal 4 2 J g取10 m s2 答案答案 课前预习练 1 物体吸收的热量Q 外界对物体做的功W U Q W QB 选项C正确 方法总结 应用能量守恒定律解决问题时 首先应明确有哪几种能量参与转化或转移 哪 些增 哪些减 然后利用守恒观点列出方程求解 4 1 5 109W 解析 水力发电的基本原理是水的机械能转化为电能 每秒钟流下的水的质量为 m V 1 103 6000kg 6 106kg 每秒钟水减少的机械能为 E mgh 6 106 10 50J 3 109J 设发电机的输出功率为P 则由能量守恒定律可得 E Pt 解得P 3 109 50 W 1 5 109W 方法总结 能量守恒定律是普遍适用的定律 在解决有关能量转化问题时 必须想到利用 能量守恒定律 5 C 气体等压膨胀过程对外做功W p V 1 0 105 Pa 30 20 10 3 m3 1 0 103 J 这一过程气体从外界吸热Q 4 103 J 由热力学第一定律 U W Q 由于气体对外做功 W应取负值 则可得 U 1 0 103 J 4 0 103 J 3 0 103 J 即气体内能增加3 103 J 方法总结 若气体等压变化 压强为p 体积变化为 V 则气体做功W p V 6 BD 本题是气体状态变化 图象与热力学第一定律结合的综合分析题 连接OA OB 得到两条等容线 故有VB VA 所以A错误 由于没有限制从状态A变化到状态B的过程 所以可先减小气体的体积再增大气体的体积到B状态 故B正确 因为气体体积增大 所 以是气体对外做功 C错误 因为气体对外界做功 而气体的温度又升高 内能增大 由 热力学第一定律知气体一定从外界吸热 D正确 方法总结 1 一定质量的理想气体的内能只由温度决定 与体积无关 2 应注意W Q U和气体实验定律及图象的巧妙结合 综合分析 课后巩固练 1 B 因W 0 5 J Q 0 2 J 由热力学第一定律 U W Q可知 U 0 3 J 2 A 体积不变 说明外界对气体做的功W 0 由于温度是分子平均动能的标志 温度 升高 分子平均动能增大 气体内能增加 由 U 0知Q 0 即一定吸热 3 BD 理想气体氢气和氧气的质量虽然相同 但由于氢气的摩尔质量小 故氢气物质的 量多 又体积和温度相同 所以氢气产生的压强大 当拔掉销子后 会推动活塞向氧气一 方移动 这时氢气对外做功 又无热传递 由 U W Q可知 氢气内能减少 温度降低 对氧气而言 外界对它做功 体积减小 由热力学第一定律 U W Q 无热传递的情 况下 氧气内能增加 温度升高 4 BD 因b内为真空 所以抽开隔板后 a内气体可以 自发 进入b 气体不做功 又因 容器绝热 不与外界发生热量传递 根据热力学第一定律可以判断其内能不变 温度不变 由理想气体状态方程可知 气体体积增大 温度不变 压强必然变小 综上可判断B D 项正确 5 A 气体初 末状态相同 内能相同 由热力学第一定律知 W Q 0 即W2 W1 Q1 Q2 故选项A正确 6 C 由图象可知该理想气体发生的是等温变化 故气体的内能不变 U 0 但气体的 体积在减小 故外界对气体做功 W 0 由热力学第一定律 U W Q知 Q 0 气体向 外界放热 故C正确 7 B 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 要保持内能不变 一定要吸收热量 故答案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 外界对气体做功 而气体的内能还要减小 降温 就一 定要伴随放热的过程 故选项B正确 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 选项C正确 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 故选项D正确 8 D 自由摆动的秋千摆动幅度减小 说明机械能在减少 减少的机械能克服阻力 摩 擦力做功 增加了内能 9 AD 此题考查学生综合分析能力 从若干不同的现象中分析找出相同的规律 这四个 现象中物体在运动过程中都受到阻力 汽车主要受制动阻力 流星 降落伞受空气阻力 条形磁铁下落受磁场阻力 因而物体都克服阻力做功 A对 四个物体运动过程中 汽车 是动能转化成了内能 流星 降落伞 条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能 总之是 机械能转化成了其他形式的能 D对 10 D 子弹在射入沙箱瞬间 要克服摩擦阻力做功 有一部分动能转变成沙箱和子弹的 内能 一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能 11 B 由动能定理可知W2 W3 W1 Ek 其中W1 p V左 p V右 0 可知 正 确 由热力学第一定律 U W Q得 U W3 Q 可知 正确 错误 综合以上分析可 知B正确 12 5 104J 解析 选择被压缩的空气为研究对象 根据的热力学第一定律有 U W Q 由题意可知W 2 105J U 1 5 105J 代入上式得 Q U W 1 5 105J 2 105J 5 104J 负号表示空气向外释放热量 即空气向外界传递的热量为5 104J 13 外界对气体做功 做功为1 6 105J 气体对外界做功 做功为1 0 105J 解析 由题意知Q 2 6 105J U 4 2 105J 根据 U Q W 代入可得W 1 6 105J W为正值 外界对气体做功 做功为1 6 105J 同理由题意可知Q 2 6 105J U 1 6 105J 利用热力学第一定律得W 1 0 105J 这说明气体对外界做功 气体体积变大 做功为1 0 105J 14 3gH 4c 解析 设落到地面时的速率为v 由v2 2gH得落地时v 2gH 则铁球在与地面撞击时损失的动能 E mv2 m 2 mv2 m 2gH mgH 1 2 1 2 v 2 3 8 3 8 3 4 由能量守恒定律得 损失的动能全部转化为铁球的内能 则 U E