高中物理 第四章 第1、2节 能量守恒定律的发现 热力学第一定律课时作业 教科版选修3-3

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

课前预习练•

1.能量既不会,也不会,它只能从一种形式为另一种

形式，或者从一个物体________到另一个物体，在转化或转移的过程中其不变，这

就是能量守恒定律.

2.一个物体，如果它跟外界不发生热交换，也就是这个物体既没有__________也没有

，那么，外界对它做多少功，它的内能就.反之，物体对外界做

多少功，它的内能就.即△〃三

3.如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，这时物体吸收了多少热量，它的

内能就____________.反之，物体放出多少热量，它的内能就,即AU=.

4.如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么加上

等于物体内能的增加.由此我们可以得到热力学第一定律的数学

表达式kU=.它们的正负号规定如下：

外界对物体做功，札____0：物体对外界做功，w0.

物体从外界吸热，Q____0；物体向外界放热，Q_____0.

物体内能增加，卜50；物体内能减小，_____0.

5.一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，物体和斜而组成的系

统（）

A.机械能守恒&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.关于热传递，下列说法中正确的是（）

A.热传递的实质是温度的传递

B.物体间存在着温度差，才能发生热传递

C.热传递可以在任何情况下进行

D.物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量

7.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，内能一定用大

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

课堂探究练•

【概念规律练】

知识点一能量守恒定律

1.如图1所示，/、〃是两个完全相同的铁球，/放在绝热板上，8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。卜&，则（）

图1

A.QA=QRB.QKQB

C.D.无法确定a、&的大小

2.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6000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舟，估算发电机的输出功率.（8取lOm/s?）

知识点二改变内能的两种方式

3.采用绝热（即不与外界交换热量）的方式使一定量的气体由初态A变化至末态B.对于不同

的绝热方式，下列说法正确的是（）

A.对气体所做的功不同

B.对气体所做的功相同

C.对气体不需做功，因为没有能量的传递

D.以上三种说法都不对

4.一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度方比铁块的温度已高，当它们接触在一起时，

如果不和外界交换能量，则（）

A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量

B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量

C.达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低

D.达到热平衡时，两者的温度相等

知识点三热力学第一定律

5.一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8X10'J的功，气体的内能减少了

1.2X105J,则下列各式中正痈的是（）

A.W-8X10'J,△31.2X10$J,0=4X10,J

B.M-8X10'J,A^-1.2X105J,S—2X10,J

C.4三一8X10,J.A/7=1.2X105J,<2=2X10'J

D.历三一8X10'J,A6^-1,2X105J,4？=-4X10'J

6.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

【方法技巧练】

热力学第一定律的应用技巧

7.一定质量的气体在保持压同恒等于1.0X10,Pa的状况下，体积从20L膨胀到30L,这

一过程中气体从外界吸热4X10,J,则气体内能的变化为（）

A.增加了5X10’JB.减少了5X10、J

C.增加了3X10'JD.减少了3X103J

8.如

P

・A

.B

OT

图2

图2所示，力、4两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4变化到状

态8时（）

A.体枳必然变大

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

课后巩固练•

1.“第一类永动机”不可能制成，是因为（）

A.系统的内能是由系统的状态决定的

B.分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的

C.做功可以改变系统的内能，但单纯地对系统传热不能改变系统的内能

D.气体在大气中做绝热膨胀时做了功，但气体的内能不变

7.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

8.

[n

图4

如图4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.氢气的体积增大

D.氧气的温度升高

9.

图5

如图5,一绝热容器被隔板K隔开a、b两部分.已知a内有一定量的稀薄气体,8内为真空.抽

开隔板K后，a内气体进入儿最终达到平衡状态.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

10.一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用汽

表示外界对气体做的功，用表示气体对外界做的功，。表示气体吸收的热量，a表示气体放

出的热量.则在整个过程中一定有（）

A.。一。=用一析B.QLQ户所一限

C.伊；=展D.Q\—Q：

如图6所示是一定质量的理想气体从状态力经6至。的冷;图线，则在此过程中（）

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

12.

图7

如图7所示，a、b、c、"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，de平行于纵坐标轴，他的延长线过原点，以下说法正确的是（）

A.从状态"到c,气体不吸热也不放热

B.从状态c到6,气体放热

C.从状态a到d气体对外做功

D.从状态。到输气体吸热

13.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起,若不计气泡内空气分子势能的变化，则（）

A.气泡对外做功，内能不变，同时放热

B.气泡对外做功，内能不变，同时吸热

C.气泡内能减少，同时放热

D.气泡内能不变，不吸热也不放热

题号12345678910111213

答案

14.一定量的气体以1外界明上收了2.6X10$J的热量，内能增加了4.2X10$J,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2.6X10、j不变,

但是内能只增加了1.6X10'J,这一过程做功情况怎样？

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

课前预习练

1.凭空产牛凭空消失转化转移总量

2.吸收热量放出热量增加多少减少多少『

3.增加多少减少多少Q

4.外界对物体所做的功物体从外界吸收的热量Q

什/><><><

5.BD[物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能减少.由能

量守恒定律知，内能应增加，总能量不变.]

6.B[热传递的实质是物体间内能的转移，故A错：热传递的条件是物体间存在温度差，

高温物体放出热量，低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间便不再发生热传递，

即达到了热平衡，故B对，C惜；物体吸收或放出热量，内能会发生变化，但内能变化不一

定是热传递引起的，还可以通过做功的方式实现，故D错.]

7.C[根据热力学第一定律、U=W+Q,物体内能的变化与外界对物体做功（或物体对外界

做功），物体从外界吸热（或向外界放热）两种因素有关.物体吸收热量，但有可能同时对外

做功，故内能有可能不变甚至减小，故A错；同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内

能不一定减少，B错：若物体吸收的热量与对外做的功相等，则内能可能不变，C正确；若

物体放热的同时对外做功，物体内能一定减少，故D错.]

课堂探究练

1.C[对力球：吸热后膨胀，重心升高，重力势能增加，则吸收的热量等于增加的重力势

能和内能之和，即0=△£•」+△〃,；对6球：吸热后也膨胀，但重心下降，则吸收的热量和

重力势能的减少量等于4球内能的变化，即2+△a=A%,两球内能的变化量相同，即Aa

=AUB,故Q>QB,选项C正确.]

点评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.

2.1.5X10-W

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：^=pr=lX103X6000kg=6X106kg.

每秒钟水减少的机械能为：£=2^=6X10^X10X50J=3X10*J.

设发电机的输出功率为，，则由能量守怛定律可得：En=Pt,

解得片3Xl(fX50%*=1.5X10”比

点评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.

3.B［对于一定量的气体，不管采用任何一种绝热方式由状态力变化到状态氏都是绝热

过程.在这一过程中，气体在初状态力有一确定的内能〃“在状态8有另一确定的内能诙

由绝热过程中A生=琳一〃!=/知,i为恒量,所以B选项正确.］

点评在绝热过程中，内能和其他形式的能•样也是状态量.气体的初、末状态确定了，在

初、末状态的内能也就相应地确定了，故内能的变化△〃也确定了.而功是能量转化的量度，

所以A〃=W；即川为恒量.

4.AD［热平衡条件是温度相等，热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体.在热

传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，因此A、D正确，B、C错误.］

点评(D热传递是从高温物体传向低温物体.

(2)热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量.

(3)在单纯的热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少；系统向外界放

出多少热量，系统的内能就减少多少.

5.B［因为外界对气体做功，/取正值，即8X10,J：内能减少，A取负值，即

=-1.2X10$J：根据热力学第一定律A〃=#+0,可知gA//F=-1.2Xl()5j-8X10'

J=-2X1O5J,即B选项正确.］

点评热力学第一定律的表达式为A〃=#+0,应用时要熟练篁握各物理量的符号法则.

6.CD［当物体从外界吸收的热量与对外做的功正好相等时，物体的内能不变，C正确；物

体对外做功，如果同时吸收热量，且吸收的热量比对外做的功多时，内能就会增加.〕

点评本题易错之处是有些同学把吸热和内能混为一谈.不假思索就认为物体吸热内能增

加，物体放热内能减少而错选A、B.而A和B中只淡到•种改变内能的方式，但并不能否认

还可能存在着另一种改变内能的方式一一做功.

7.C［气体等压膨胀过程对外做功伊'=〃Ar=1.0X105PaX(30-20)X103m=1.0X103

J.这一过程气体从外界吸热人4XIO?j.由热力学第一定律△。三由于气体对外做

功，/应取负值，则可得A4c=-J+4.0X10：'J=3.()X1()3J,即气体内能增加3X10：'

J.］

方法总结若气体等压变化，压强为仍体积变化为A匕则气体做功W=p・AK

8.ABD［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。1、0B,得

到两条等容线，故有心匕，所以A正确：由于没有限制从状态力变化到状态8的过程，所

以可先减小气体的体积再增大气体的体积到8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止确.]

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,'+七八。’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

2.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

磁铁下落受磁场阳力，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.]

3.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；还有一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能.]

4.D[给自行车轮胎打气，人对胎内气体做功，气体内能增加，所以温度升高.]

5.D[绝热膨胀过程是指气体膨张过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，气体对外

界做功，气体内能减小.由于气体分子间的势能可忽略，故气体分子的平均动能减小.]

6.AB[系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，

A对；正因为内能是由系统的状态决定的，所以分子动理论中引入的内能和热力学中引入的

内能是一致的，B对：做功和热传递都可以改变系统的内能，C错；气体做绝热膨胀时对外

界做了功，又因为与外界没有热交换，所以系统的内能要减小，故【）错.]

7.A[体积不变，说明外界对气体做的功/'=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AOX）知00,即一定是吸收了热量.]

8.BCD[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，又体枳和温度相I可，pV=CT,所以氢气产生的压强人，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△。三可知，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AO-4'+0，无热传递的

情况下，氧气内能增加，温度升高.]

9.BD[因。内为真空，所以抽开隔板后，a内气体可以“自发”进入尻气体不做功.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：气体体枳增大，温度不变，压强必然变小，综上可判断B、

I）项正确.]

10.A[气体初、末状态相同，内能相同，由热力学第一定律即△/+AgO,即用一%=

。一Q”故选项A正确.]

11.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，