【导学练】高中物理鲁科版(2019)选择性必修3：3.1-2 课后素养落实7 热力学第一定律 能量的转化与守恒习题

课后素养落实(七)(建议用时：40分钟)题组一热力学第一定律1．下列过程，不可能发生的是()A．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加C[根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，做功和传热都可以改变物体的内能，故选C。]2．关于一定量的气体，下列叙述正确的是()A．气体吸收的热量可以完全转化为功B．气体体积增大时，其内能一定减小C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加D．外界对气体做功，气体的内能一定增加A[如果气体等温膨胀，则气体的内能不变，吸收的热量全部用来对外做功，A正确；当气体体积增大时，对外做功，若同时吸收热量，且吸收的热量大于或等于对外做功的数值时，内能不会减少，B错误；若气体吸收热量同时对外做功，其内能也不一定增加，C错误；若外界对气体做功的同时气体向外放出热量，且放出的热量多于外界对气体所做的功，则气体内能不但未增加反而减少，D错误。故选A。]3．如图是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对气缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J，关于缸内气体，下列说法正确的是()A．温度升高，内能增加600JB．温度升高，内能减少200JC．温度降低，内能增加600JD．温度降低，内能减少200JA[对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800J＋(－200J)＝600J，ΔU为正表示内能增加了600J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能之和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，且体积减小，选项A正确，B、C、D错误。]4．景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中的下列说法中正确的是()A．气体温度升高，压强不变B．气体温度升高，压强变大C．气体对外界做正功，气体内能增加D．外界对气体做正功，气体内能减少B[由于套筒内封闭着一定质量的气体，当猛推推杆时推杆迅速压缩气体，外界对气体做正功。由于这一过程进行得很快，可以看成是一个近似的绝热过程，即整个系统来不及向外界传递热量。根据热力学第一定律，这时外力做的功只能用来增加气体的内能，这就使气体分子的运动加剧，引起气体分子平均动能增加，气体温度升高，所以艾绒即刻被点燃。由于被封闭的气体质量不变，温度升高，而体积变小，则由气体状态方程知压强变大。故B选项正确，A、C、D错误。]5．一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280J，并对外做功120J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少功？[解析](1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120J＋280J＝160J，内能增加160J。(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从2状态回到1状态过程中内能的变化应等于从1状态到2状态过程中内能的变化，则从2状态到1状态的内能应减少160J。即ΔU′＝－160J，又Q′＝－240J，根据热力学第一定律得ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160J－(－240J)＝80J，即外界对气体做功80J。[答案](1)增加了160J(2)外界对气体做功80J题组二能量守恒定律、永动机不可能制成6．“绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，“低碳”要求我们节约及高效利用能源。关于能源与能量，下列说法正确的是()A．因为能量守恒，所以不要节约能源B．自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用C．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造C[能量守恒定律告诉我们，能量是不会减少的，煤炭、石油、天然气等化石能源使用后，化学能转化为内能耗散了，虽然总能量没有减少，但是可以利用的能量降低了，因此依然要节约能源，故A错误；自然界中石油、煤炭等能源是有限的，因此会不断减少，故B错误；新能源是可以循环利用的，因此人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源，故C正确；人类不断地开发和利用新的能源，如风能、太阳能，本质上都来源于太阳，符合能量守恒定律，故D错误。]7．目前，共享单车作为绿色出行的交通工具，已成为时尚。甲、乙两种共享单车都采用了电子锁，车锁内集成了GPS模块与联网模块等，这些模块工作时需要电能。这两种共享单车采用了不同的方式获取电能：甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，如图甲所示；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，产生电能，如图乙所示。这两种共享单车获取电能时，都是把其他形式的能转化为电能。关于它们的能量转化，下列说法中正确的是()甲乙A．都是把机械能转化为电能B．都是把光能转化为电能C．甲车把机械能转化为电能，乙车把光能转化为电能D．甲车把光能转化为电能，乙车把机械能转化为电能C[甲车靠小型发电机——踩动单车时，线圈在磁场中转动，产生电能，故是将机械能转化为电能；乙车靠车筐底部的太阳能电池板——有光照时，产生电能，故是将光能转化为电能，故A、B、D错误，C正确。]8．如图所示，直立容器内部有被位于中线位置的隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度较大，B的密度较小，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸热Q，气体内能增量为ΔE，则()A．ΔE＝Q B．ΔE<QC．ΔE>Q D．无法比较C[抽去隔板前，A、B气体的整体重心在中线以上，抽去隔板待气体混合均匀后，重心恰好在中线上，系统的重力势能减少，由能量守恒定律知，减少的重力势能与内能发生转化而使得气体内能增加，吸收的热量也使得气体内能增加，则气体内能的增量大于气体所吸收的热量，选项C正确。]9．有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度。他的办法是：关好房间的门窗然后打开冰箱的所有门让冰箱运转，且不考虑房间内外热量的传递，则开机后，室内的温度将()A．逐渐升高B．保持不变C．开机时降低，停机时又升高D．开机时升高，停机时降低A[冰箱工作，会产生热量，即消耗电能，产生了内能，且房间与外界没有能量交换，所以房内温度会升高，A正确。]10．(多选)如图所示，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p­V图中从a到b的直线所示。在此过程中()A．气体温度一直降低 B．气体内能一直增加C．气体一直对外做功 D．气体一直从外界吸热BCD[一定量的理想气体从a到b的过程，由理想气体状态方程eq\f(paVa,Ta)＝eq\f(pbVb,Tb)可知，Tb>Ta，即气体的温度一直升高，选项A错误；根据理想气体的内能只与温度有关，可知气体的内能一直增加，选项B正确；由于从a到b的过程中气体的体积增大，所以气体一直对外做功，选项C正确；根据热力学第一定律，从a到b的过程中，气体一直从外界吸热，选项D正确。]11．(多选)如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是()A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少C．电流对气体做功，气体对外做功，其内能一定增加D．电流对气体做的功一定大于气体对外做功ACD[由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由eq\f(pV,T)为恒量知，气体温度升高，内能一定增加，由能量的转化和守恒知，电流对气体做功一定大于气体对外做功，B错误，C、D正确；由气体压强的微观解释知温度升高，气体分子对活塞的冲击力增大，而压强不变，单位时间内对活塞的冲击力不变。因此单位时间内对活塞的碰撞次数减少，A正确。]12．风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮上，设空气密度为ρ，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高到h的高度，效率为80%，求单位时间内最多可提升的水的质量m。[解析]设在t时间内吹在风车上的空气的质量为m0，则m0＝eq\f(1,4)πd2·vt·ρ风的动能Ek＝eq\f(1,2)m0v2＝eq\f(1,8)πd2v3tρ根据题意：eq\f(1,8)πd2v3tρ×50%×80%＝Mgh，则m＝eq\f(M,t)＝eq\f(πd2ρv3,20gh)。[答案]eq\f(πd2ρv3,20gh)13．如图所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为22cm，现在用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭空气柱长度变为2cm，人对活塞做功100J，大气压强为p0＝1×105Pa，不计活塞重力。问：(1)若用足够长的时间缓慢压缩气体，求压缩后气体的压强为多大？(2)若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20J，则气体的内能增加多少？(活塞的横截面积S＝1cm2)[解析