060热力学第一定律 能量守恒定律

热力学第一定律能量守恒定律高考试题1．（2006年•重庆理综）如图，某同学将空的薄金属筒开口向下压1．入水中．设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小．从外界吸热 B.内能增大C•向外界放热 D•内能减小提示：金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气的压强P随深度h增大而增大，筒内空气体积减小．由于筒内空气温度始终与水温相等，所以其内能保持不变；根据热力学第一定律，得AU=W+Q，AU=0,W>0，则Q<0，即筒内空气向外界放热.C选项正确．（2006年•江苏）下列说法正确的是气体的温度升高时，并非所有分子的速率都增大B•盛有气体的容器作减速运动时，容器中气体的内能随之减小理想气体在等容变化过程中，气体对外不做功，气体的内能不变—定质量的理想气体经等温压缩后，其压强一定增大提示：气体的温度升高时，分子的平均动能增大，分子速率仍按“两头少，中间多”的规律分布，A选项正确；内能是与分子热运动对应的能量，与机械运动无关，B选项错误；理想气体在等容变化过程中，气体对外不做功，但可以吸放热，内能可能变化,C选项错误；一定质量的理想气体经等温压缩后，尽管分子运动的平均动能不变，但单位体积内的分子数增多，故压强一定增大，D选项正确.（2005・全国理综I）如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的.两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b气体分子之间相互作用势能可忽略.现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡a的体积增大了，压强变小了b的温度升高了加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈a增加的内能大于b增加的内能提示：由于气缸和隔板均为绝热的，当a加热时a的体积变大，隔板右移，对b气体做功，b压强增大，b的内能增加，所以a压强增大，由于达到新的平衡，所以a压强增大，A错误、B正确；在新平衡下由于两部分气体是质量相同的同种气体.在压强相同的情况下，b的分子密度大于a,所以a分子的剧烈程度应强于b,温度较高，C、D正确.（2005年•全国理综II）对于定量气体，可能发生的过程是等压压缩，温度降低 B.等温吸热，体积不变C•放出热量，内能增加 D•绝热压缩，内能不变提示：由理想气体状态方程和热力学第一定律来分析，等压压缩，则体积减小，由;=常数可知,温度必降低；等温吸热,温度不变,气体分子平均动能不变,吸收热量,分

子势能增大，则体积必变大；由热力学第一定律可知，放出热量，若内能增大，则外界对气体的功必大于气体放出热量；绝热过程不会发生热传递，压缩气体外界对气体做功，其内能必增大．（2005年•全国理综III）一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程.设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中外界对气体做功，气体分子的平均动能增加外界对气体做功，气体分子的平均动能减少气体对外界做功，气体分子的平均动能增加气体对外界做功，气体分子的平均动能减少提示：绝热膨胀过程未发生热传递，即Q=0；膨胀使气体体积增大，气体对外做功W<0;由热力学第一定律Q+W=AE可知，气体的内能减小，由于气体的分子势能忽略，故气体分子的平均动能减小.（2004年•广东）如图所示，密闭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（弹簧处于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Ep全部转换为气体的内能Ep—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Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能Ep—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提示：依题意可知，绳子断开活塞最终静止后的位臵高于初始位臵，根据能量守恒，弹性势能E将转化为活塞的重力势能、气体的内能及弹簧的弹性势能，故D正确.P（2004年•全国理综II）一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比气体内能一定增加 B.气体内能一定减小C.气体内能一定不变 D.气体内能是增是减不能确定（2004年•全国理综III）一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q］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.Qi-Q2=W2-Wi bQi=Q2C忙％ D.Q"提示：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，得AU=W总+Q总=（W1-W2）+（Q1-Q2），0=（W1-W2）+（Q1-Q2），所以W2-W1=Q1-Q2.所以A选项正确.（2003年•全国理综）如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙.现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中外力对乙做功；甲的内能不变外力对乙做功；乙的内能不变乙传递热量给甲；乙的内能增加乙的内能增加；甲的内能不变

（2003年•上海理综）自行车、电动自行车、普通汽车消耗能量的类型分别是①生物能②核能③电能④太阳能⑤化学能①④⑤ B.①③⑤ C.①②⑧ D.①③④（2003年•上海理综）在交通运输中，常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能，“客运效率”表示每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积，即客运效率二人数x路程/消耗能量.一个人骑电动自行车，消耗1MJ（10J）的能量可行驶30km,一辆载有4人的普通轿车，消耗320MJ的能量可行驶100km，贝I」电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是A.6：A.6：1B.12:5C.24:1D.48:7（2002年•辽宁大综合）一个带活塞的气缸内盛有一定量的气体.若此气体的温度随其内能的增大而升高，贝将热量传给气体，其温度必升高压缩气体，其温度必升高压缩气体，同时气体向外界放热，其温度必不变压缩气体，同时将热量传给气体，其温度必升高（2000年•全国）图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞（连同拉杆）是绝热的,且不漏气.以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的甲 乙过程中E甲E甲不变，E乙减小甲乙E甲增大，E乙不变甲乙E甲增大，E乙减小甲乙BC.D.E甲不变，E乙不变14.14.（2000年•上海）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光焰；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的物理过程是物体克服阻力做功物体的动能转化为其他形式的能量物体的势能转化为其他形式的能量物体的机械能转化为其他形式的能量提示：这四个现象中物体运动过程中都受到阻力，汽车主要是制动阻力，流星、降落伞是空气阻力，条形磁铁下落受到线圈磁场的阻力.因而物体都克服阻力做功，A选项正确．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选项正确.（1994年•全国）金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物.有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是迅速向里推活塞迅速向外拉活塞迅速向里推活塞迅速向外拉活塞缓慢向里推活塞缓慢向外拉活塞缓慢向里推活塞缓慢向外拉活塞（1993年•全国）图中容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定.A、B的底部由带有阀门K的管道相连.整个装置与外界绝热.原先，A中水面比B中的高.打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡.在这个过程中大气压力对水做功，水的内能增加水克服大气压力做功，水的内能减少大气压力对水不做功，水的内能不变D.大气压力对水不做功，水的内能增加提示：本题主要考查能量守恒定律和大气压力做功.拉开阀门，使A中的水逐渐向B流，连通器中水的重心降低，重力势能减少了，转化为水的内能，所以水的内能增加，当A中水的体积减少AV,B中一定增加AV,所以，大气压力所做的总功W=pAVA－pBAV=0.（1990年•全国）一定量气体可经不同的过程从状态（P］、V］、匚）变到状态（P2、V2、T2）,已知T2>T1，则在这些过程中气体一定都从外界吸收热量气体和外界交换的热量都是相等的外界对气体所做的功都是相等的气体内能的变化量都是相等的（2001年•上海理综）随着人类能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务.下图是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小的坡度.请你从提高能量利用效率的角度，分析这种设计的优点.【答案】列车进站时，利用上坡使部分动能转化为重力势能，减少因为刹车而损耗的机械能；列车出站时利用下坡把储存的重力势能又转化为动能，起到节能作用.（2001年•广东大综合）某市计划每日供水180万吨，在市郊修建了一座水库.为了将水送入水库，需要将水渠的水提高30m.设每根输水管水泵功率为100kW，且水泵昼夜不停地工作.如不计机械能的损耗，至少需要安装多少根输水管？每根输水管中每秒流过的水量为多少吨？取g=10m/s2.【答案】（1）63；（2）0.33吨解析：（1）将180万吨水提高30米需做的功为W=mgh=180x104x103x10x30J每台水泵每昼夜所做的功为W0=Pt=100x103x24x3600J两者相除得到W/W0=62.5由于每台水泵配一根输水管，故至少需要63根输水管.（2）每秒流过一根水管的水量为M=180x104/（63x24x3600）吨=0.33吨（2001年•上海）（1）1791年，米被定义为：在经过巴黎的子午线上，取从赤道到北极长度的一千万分之一.请由此估算地求的半径R.（答案保留二位有效数字）（2）太阳与地球的距离为1.5x1011m，太阳光以平行光束入射到地面.地球表面2/3的面积被水面所覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W约为三1.87x1024J.设水面对太阳辐射的平均反射率为7%,而且将吸收到的35%能量重新辐射出去.太阳辐射可将水面的水蒸发（设在常温、常压下蒸发1kg水需要2.2x106J的能量），而后凝结成雨滴降落到地面.（a） 估算整个地球表面的年平均降雨量（以毫米表示，球面积为4nR）.（b） 太阳辐射到地球的能量中只有约50%到达地面，W只是其中的一部分.太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是为什么？请说明二个理由．

【答案】(1)6.37x106m；(2)(a)1.0x103mm,(b)大气层的吸收，大气层的散射或反射，云层遮挡等．解析：(1)2冰x1/4=1.00x107TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"R=6.37x106m ①(2)(a)设太阳在一年中辐射到地球水面部分的总能量为W,W=1.87x1024J凝结成雨滴年降落到地面水的总质量为m\o"CurrentDocument"m=Wx0.93x0.65/(2.2x106)=5.14x1017kg ②使地球表面覆盖一层水的厚度为hh=m/ps\o"CurrentDocument"h=1.01x103mm ③整个地球表面年平均降雨量约为1.0x103mm(b)大气层的吸收，大气层的散射或反射，云层遮挡等.训练试题21．在一与外界隔绝且绝热的环境中，有甲、乙两个物体，甲的温度比乙的温度高，经过一段时间发现甲的温度更高了，这可能是因为乙把热量传递给了甲 B.乙对甲做了功C.甲向乙传递了热量 D.甲对乙做了功提示：热传递只会自动从高温物体向低温物体传递，所以不可能是A项，只能是做功.一铁块沿斜面释放后滑下，恰好作匀速运动，那么在下滑过程中铁块机械能减小，内能增加铁块机械能守恒，内能不变铁块具有的总能量不变铁块具有的总能量增加提示：铁块下滑时，由于摩擦力做功，机械能减少，而摩擦生热，使斜面及铁块内能增加.关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是吸热的物体，其内能一定减少体积膨胀的物体，其内能一定减少放热的物体，其内能也可能增加绝热压缩的物体，其内能一定增加一定质量的气体在保持压强恒等于1.0x105Pa的状况下，体积从20L膨胀到30L，这一过程中气体共向外界吸热4x103J,则气体内能的变化为A.增加了5x103J B.减少了5x103JC.增加了3x103J D.减少了3x103J提示：外界对气体做负功，即W二—Fx二—pSx二—pAV=—1.0x105x(30—20)x10-3J=—1.0x10-3J，根据热力学第一定律得，气体内能的变化△U=W+Q=-1.0x103J+4x103J=3x103J.25.在水平桌面上的矩形容器内部有被水平隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大.抽去隔板.加热气体，使两部分气体混合均匀，设此过程气体吸热Q,气体内能增量为AU,则A.AU=Q B.AUVQC.AU>Q D.无法比较提示：因A部分气体密度小，B部分气体密度大，以A、B气体系统为研究对象，开始时，气体的重心在中线以下，混合均匀后，气体的重心应在中心线上，所以重力做负功，使气体的重力势能增大．由能量守恒可知，吸收的热量Q有一部分增加气体的重力势能,另一部分增加内能.B选项正确.26．下列设想中，符合能量转化和守恒定律的有利用永久磁铁和软铁的相互作用，做成一台机器，永远地转动下去制造一架飞机，不携带燃料，只需利用太阳能就能飞行做成一只船，利用流水的能量，逆水行驶，不用其他动力利用核动力，使地球离开太阳系提示：第一类永动机违反能量守恒定律；逆水行船，有可能将水的动能转化为船的动力．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将作如下变化A.降低 B.升高 C.不变 D.无法确定提示：冰箱消耗电能使冰箱内外发生热交换而达到内部致冷的．把冰箱与房间看作一个系统，打开冰箱门后，冰箱与房间内空气的热交换发生在系统内，电冰箱消耗的电能转化为内能，根据能量守恒定律可知，电能转化为内能使房间内空气的温度升高，故选项B正确．水力发电站的电能最终来自于A.太阳能 B.水的动能 C.水的势能 D.水的内能提示：由能量守恒分析.在温度均匀的液体中，一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面，上升过程中气泡的体积不断增大，则气泡在浮起过程中A.放出热量 B.吸收热量C.不吸热也不放热 D.无法判断提示：气体分子之间的距离很大，相互作用力非常小，对气体来说，气体状态变化时，分子势能几乎不变，所以，一定质量的气体的内能变化，就有气体分子热运动的动能总和的变化，即由温度变化所决定．在温度均匀的液体中，一个小气泡由液体的底层缓慢地升至液面的过程中，小气泡温度不变，其内能增量AU=O.上升过程中气泡体积不断增大，气体要对外做功•即WvO,根据热力学第一定律AU=Q+W，可知Q>0•所以气泡在浮起过程中，吸收热量.某一恒温水池（温度远低于100°C）底部有一气泡从池底缓慢上升，气泡内气体可视为理想气体，在气泡上升的过程中，气体质量不变，则下列判断正确的是气泡内气体分子平均动能增大气泡内气体的内能增大气泡内气体分子的平均距离增大气泡内气体向外界放热提示：气泡上升过程中受气体温度不变，压强减小，因而体积必增大.31•气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收了120J的热量•它的内能的变化可能是A.减小20J B.增大20J C.减小220J D.增大220J提示：以气体为研究对象，气体对外做功W=-100J，吸收热量Q=+120J.由热力学第一定律可得AU=W+Q=-100J+120J=20J.AU>0,说明气体的内能增加.32.河面水温高于河底温度，一个气泡从河底加速上升到水面，在这一过程中，气泡空气质量不变，气泡吸热为Q,内能增加为AU,则A.重力对气泡做负功，AU<Q

浮力对气泡做正功，Q<AU合力对气泡做正功，Q<AU气体膨胀对外做功，Q>AU提示：根据热力学第一定律△U=Q+W,即Q=^U~W.因为上升时气泡膨胀对外做功W<0,所以Q>AU.33．夏天，如果自行车内胎充气过足，又放在阳光下暴晒，车胎极易爆裂．关于这一现象的以下叙述正确的车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果在爆裂前受暴晒的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强增大在爆裂前受暴晒的过程中，气体吸热，但内能不变在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能增加提示：自行车在爆裂前受暴晒的过程中,车胎内气体吸热温度升高,分子平均动能增加,而气体体积不变,单位体积内的分子数不变,因此气体压强增大,又气体分子间分子力（引力）可忽略不计,故A选项错误,B选项正确；根据热力学第一定律,爆裂前气体内能应增大，突然爆裂的瞬间气体对外界做功，其内能应减少，故C、D两选项错误.在绝热的气缸中封闭着两部分同种类的气体A和B，中间用绝热的活塞隔开，活塞用销钉K固定着，开始时两部分气体的体积和温度都相同，气体A的质量大于B的质量.撤k去销钉后活塞可以自由移动，最后达到平衡，关于B部分气体k的内能和压强的大小内能增大，压强不变内能不变，压强不变内能增大，压强增大内能不变，压强增大提示：由于初状态A、B两部分气体的体积和温度都相同，且A的质量大于B的质量，故P>P.撤去销钉后，活塞将向B移动而重新达到平衡，此时B的压强应增大；对BAB部分气体，由热力学第一定律可知，AU=W+Q，因Q=0，W>0，故AU增大，即内能增大.一个密闭绝热容器内，有一个绝热的活塞将它隔成A、B两部分空间，在A、B两部分空间内封有相同质量的空气，开始时活塞被销钉固定，A部分的气体体积大于B部分的气体体积，两部分温度相同，如图所达到平衡时，A、B两部分气体的体积大小B.VA>VBD.达到平衡时，A、B两部分气体的体积大小B.VA>VBD.条件不足，不能确定ABC.VVVdAB36.36.阻（电阻值随温度升高而减小）置于气缸中，热敏电阻与气缸外的欧姆表连接，气缸和活塞均具有良好的绝热性能.下列说法正确的是A.若发现欧姆表读数变大，则气缸内气体压强一定减小B若发现欧姆表读数变大，则气缸内气体内能一定减小C.若拉动活塞使气缸内气体体积增大，则欧姆表读数将变小若拉动活塞使气缸内气体体积增大，则需加一定的力，说明气体分子间有引力如图所示，有两个同样的球，其中a球放在不导热的水平面上，b球用细线悬挂起来现供给a、b两球相同的热量，则两球升高的温度与Atb的关系是ab

A.At=At B.At<At,ababC.At>Atb D.无法确定ab提示：两球受热后，体积都要膨胀，a球因放在不导热的水平面上，受热膨胀后，球的重心升高，要克服重力做功，而耗费一部分能量，所以用来提高球体温度的能量就减少了一些(严格地讲，是a球内能的增量就减少了一些).b球情况刚好与a球相反，b球重心的下降引起b球重力势能的减小，重力对b球做了功，所以b球内能的增量要大于“供给的热量”，而两球因膨胀而引起的对大气的做功情况是几乎相同的，所以At<At.ab如图所示，绝热气缸直立于地面上，光滑绝热活塞封闭一定质量的气体并静止在A位置，气体分子间的作用力忽略不计.现将一个物体轻轻放在活塞上，活塞最终静止在B位置(图中未画出)，则活塞在B位置时气体的温度与在A位置时气体的温度相同在B位置时气体的压强比在A位置时气体的压强大在B位置时气体单位体积内的分子数比在A位置时气体单位体积内的分子数少D.在B位置时气体的平均速率比在A位置时气体的平均速率小如图所示，滑块从A点由静止开始沿曲面下滑，过O点后滑上右边的曲面B点时速度恰好为零，O点附近光滑，滑块经过O点不发生碰撞，若滑块从B点以速度v沿原路往回滑，到达A点时速度也恰好为零，则A、B两点间的高度差等于 .【答案】山=4g-v2解析：从A到B，重力势能减少量为mgAh，则可知转化为内能量为Q=mgAh.若物体从B到A,v2律得—mv2=mgAh+Q=2mgAh，Ah=m2 4gm如图所示，质量为m的小木块A以水平初速度v0冲上质量为M,长为1,置于光滑水平面上的木板B,恰好没有从B板上掉下，A、B间动摩擦因数为卩，求此过程中产生的热能．答案】Q=答案】Q=Mmv02(M+m)子弹以200m/s的速度射入固定的木板，穿出时速度为100m/s，若子弹损失的机械能完全转换为内能，并有50%被子弹吸收，求子弹温度可升高多少。C?已知子弹的比热130J/(kg・°C)【答案】At=57.7°C.太阳直接射到地面上的辐射功率，在与光垂直的平面上，每平方米的功率约为140W，若截面积为2m2,且与阳光垂直的某容器内有10kg的水，若水的初温为20C，热效率为80%，需多长时间才能使水沸腾[c水=4.2x103J/(kg.°C)]?【答案】t=15000s.在列车编组站上，质量为30t的车厢从5.0m高处沿光滑轨道由静止开始下滑，运动到

水平路轨后与质量50t的另一车厢相碰后连在一起运动，求：两车厢连在一起后的共同速度；两车厢碰撞过程中有多少机械能转化为内能？(g=10m/s2)30【答案】(1)v=m/s；(2)AE=0.94x106J.8质量为2kg的木块置于高为0.8m的光滑水平桌面上，质量为10g的铅弹从水平方向射入木块后，与木块一起向前运动，最后落到水平地面上．在入射过程中内能增量的60%为铅弹吸收，使铅弹温度升高90°C,铅的比热c=1.302x102J/(kg・°C),g取10m/s2.求:(1)子弹与木块落地时的速率；(2)子弹射入木块过程中内能的增加量.【答案】(1)4.1m/s；(2)AE=195J.如图所示，在质量为M的玻璃管中盛有少量的乙醚液体，用质量为m的软木塞将管口封闭，加热玻璃管使软木塞在乙醚蒸汽的压力下水平飞出，玻璃管悬于长为l轻杆上，细杆可绕O端无摩擦转动.欲使玻璃管在竖直平面内做圆周运动，在忽略热量损失的条件下，乙醚最小要消耗多少内能？M+m、【答案】AE内=2Mgl・( ).内 m在一个标准大气压下，水在沸腾时，1g的水由液态变成同温度的汽，其体积由1.043cm3变为1676cm3.已知水的汽化热为2263.8J/g.求：体积膨胀时气体对外界做的功形；气体吸收的热量Q；气体增加的内能【答案】(1)168.7J；(2)2263.8J；(3)2094.1J．解析：取1g水为研究系统，大气视作外界.1g沸腾的水变成同温度的汽需要吸收热