2019-2020学年高中物理 第四章 能量守恒与热力学定律 第1节 能量守恒定律的发现 第2节 热力学第一定律随堂演练（含解析）教科版选修3-3

第2节 热力学第一定律随堂检测1关于温度、内能和热量，下列说法中正确的是()a物体的温度升高时，一定吸收热量b物体沿斜面下滑时，内能将增大c物体沿斜面匀速下滑时，内能可能增大d内能总是从高温物体传递给低温物体，当内能相等时热传递停止解析：选c.改变物体内能的两种方法：做功和热传递温度升高，内能增加，但不一定是吸收热量，a错误；物体沿斜面下滑时，可能不受摩擦力，内能可能不变，b错误；物体克服摩擦力做功，摩擦生热，内能可能增大，c正确；热传递的条件是物体间存在温度差，热量从温度高的物体传递给温度低的物体，温度相同后热传递停止，d错误2某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么()a外界对胎内气体做功，气体内能减小b外界对胎内气体做功，气体内能增大c胎内气体对外界做功，内能减小d胎内气体对外界做功，内能增大解析：选d.中午，车胎内气体温度升高，内能增大，车胎体积增大，气体对外做功选项d正确3.如图，注射器内封闭一部分气体若针筒和活塞隔热性能良好，则缓慢向外移动活塞的过程中()a对活塞不做功b对活塞做负功c温度保持不变d压强逐渐减小解析：选d.气体发热质量一定，当缓慢向外移动活塞的过程中，对活塞做正功；气体的体积变大，气体对外做功w0，q0，根据ewq可知e0，温度降低，由c可知压强减小，故选项d正确4如图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，气体内能减小解析：选a.m向下滑动的过程中，气体体积减小，故外界对气体做功，由热力学第一定律知，q0，内能的改变取决于做功，因外界对气体做功，故气体的内能增大，a正确，b、c、d错误5一定质量的气体从外界吸收了4.2105 j的热量，同时气体对外做了6105 j的功，问：(1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？(2)分子势能是增加还是减少？(3)分子的平均动能是增加还是减少？解析：(1)气体从外界吸热为：q4.2105 j气体对外做功：w6105 j由热力学第一定律：uwq(6105 j)(4.2105 j)1.8105 ju为负，说明气体的内能减少了，气体内能减少了1.8105j.(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，气体分子间的作用力表现为引力，克服分子力做功，气体分子势能增加了(3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了答案：见解析课时作业一、单项选择题1一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0104 j，气体内能减少1.3105 j，则此过程()a气体从外界吸收热量2.0105 jb气体向外界放出热量2.0105 jc气体从外界吸收热量6.0104 jd气体向外界放出热量6.0104 j解析：选b.由热力学第一定律uwq，quw1.3105 j7.0104 j2.0105 j，负号表示放出热量，所以b正确，其他选项错误2“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为()a它不符合机械能守恒定律b它违背了能的转化和守恒定律c它做功产生的热不符合热功当量d暂时找不到合理的设计方案和理想材料解析：选b.第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律，故b项正确3一定质量的理想气体，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()aq1q2w2w1bq1q2cw1w2 dq1q2解析：选a.理想气体的初态和末态相同，则温度相同，理想气体的内能变化为零由热力学第一定律：uw总q总(w1w2)(q1q2)，0(w1w2)(q1q2)，所以w2w1q1q2，所以a选项正确4.如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态经过此过程()aep全部转换为气体的内能bep一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能cep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能dep一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能解析：选d.依题可知，断开绳子，活塞最终静止后的位置高于初始位置，ep的能量转化有三种形式：活塞的重力势能、气体的内能及弹簧的弹性势能，故d正确5.带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如图所示设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为qab和qac，则()apbpc，qabqacbpbpc，qabqaccpbqac dpbpc，qabvc，所以pbqac，c对d错6.一物理实验爱好者开展探究性课外活动研究气体压强、体积、温度三量间的变化关系导热良好的汽缸开口向下，内有理想气体(即分子势能可忽略的气体)，汽缸固定不动，缸内活塞可自由滑动且不漏气一温度计通过缸底小孔插入缸内，插口处密封良好，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞恰好静止现给沙桶底部钻一个小洞，细沙慢慢漏出，外部环境温度恒定，则()a绳的拉力对沙桶做正功，所以气体对外界做功b外界对气体做功，温度计示数不变c气体体积减小，同时从外界吸热d外界对气体做功，温度计示数增加解析：选b.汽缸导热良好，细沙慢慢漏出，故活塞缓慢上升，有足够的时间与外界进行热交换，故温度不变，而压强变大由理想气体状态方程可得体积减小，外界对气体做功，而内能又不变，故向外界放热，b项正确二、多项选择题7.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解析：选abd.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8.如图所示，竖直放置的固定容器及质量为m的可动光滑活塞p都是不导热的，中间有一导热的固定隔板q，q的上下两边盛有温度、体积和质量均相同的同种气体甲和乙，现用外力f将活塞p缓慢向下移动一段距离，则在移动p的过程中()a外力f对活塞做功，甲将热量传递给乙，甲的内能增大b甲传热给乙，乙的内能增加c甲气体与乙气体相比，甲气体在单位时间内与隔板q碰撞的分子数一定较少d甲气体与乙气体相比，甲气体在单位时间内与隔板q碰撞的分子数一定较多解析：选abd.外力f对活塞做功，甲的内能增加，温度升高，甲的内能都增大，a正确；容器中间固定一导热的隔板q，甲的温度升高，高于乙的温度，所以甲传热给乙，乙的内能增加，b正确； 由于甲的温度高于乙的温度，所以甲气体的分子平均动能大于乙分子平均动能，所以与乙气体相比，甲气体在单位时间内与隔板q碰撞的分子数一定较多，c错误，d正确三、非选择题9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6 000 m3，而且是一年四季流量稳定，瀑布落差50 m，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10 m/s2)解析：每秒钟流下的水的质量为mv11036 000 kg6106 kg每秒钟水减少的机械能为emgh61061050 j3109 j设发电机的输出功率为p，则由能量守恒定律可得ep1 s解得：p310950% w1.5109 w.答案：1.5109 w10.爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食，如图为高压爆米花的装置原理图，玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，“嘭”的一声气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花设当地温度为t127 c，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0.试分析：(1)容器内的气体看做理想气体，求容器