《热力学第一定律能量守恒定律》练习1

热力学第一定律能量守恒定律

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，W0.

系统从外界吸热，Q0：系统向外界放热，Q_____0.

系统内能增加，AU0：系统内能减小，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；故功，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

I.一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8XI（TX1O5J,则下列各式中正确的是（

）

A.W=8X1OU,△UX105J,Q=4X104J

B.W=8XI（PJ,AUXlgJ,0=-2XlO5J

C.IV=-8X104J,AUX105J,0=2X1O4J

D.IV=-8X1O4J,A（/X1（FJ,。=一4乂1（力

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，内能可能憎加

知识点二能量守恒定律

3.如图1所示，八、8是两个完全相同的铁球,A放在绝热板卜.8用绝热绳悬桂,现只计它

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、QS,则（）

图1

A.Q,\=QnB.QA<QH

C.②>QBD.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6000n13,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lOm//）

【方法技巧练】

热力学第一定律的应用技巧

X10$Pa的状况下，体积从201>胀到30L,这一过程中气体从外界吸热4XlO'j,则气体内能

的变化为（）

A.增加了5X18JB.减少了5X10M

C.增加了3X10MD.减少了3X10”

6.（双选）如

图2

图2所示，A、B两点表示•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8

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

I.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（）

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.（双选汝II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.氢气的体枳减小

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“、。两部分.已知。内有一定量的稀薄气体，〃内为真

空.抽开隔板K后，。内气体进入从最终达到平衡状态.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1%表

示外界对气体做的功，卬2表示气体对外界做的功，。表示气体吸收的热量，表示气体放

出的热量.则在整个过程中一定有（）

A.Q-Q2=W2-W1B.QLQ2=WLW2

C.W\=W2D,Q\=QI

1

6.如图5所示是一定质量的理想气体从状态A经8至C的—图线，则在此过程中（）

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

平行于横坐标轴，公平行于纵坐标轴，a〃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4气体放热

C.从状态。到d,气体对外做功

D.从状态〃到小气体吸热

8.自由摆动的秋千摆动幅度也来越小，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，最后停卜。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,线圈中产牛电流.卜

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，共同撰起一定

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

H.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△（/,动能变化量为△瓜：人气对液体做功为1%,重力做功

为W2,液体克眼阻力做功为明，由功能关系可得

图8

①W]=0②牝-lVs=A£k

@W2-1%=Q=^U®Wi-Q=^U

其中，正确的是（）

A.①②③B.①②④

C.②③D.①③

题号124567891011

答案

12.空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2X16X10」这一过程中空气向外界传递的

热量是多少？

X1O5X1O5X1（PX1O1J,这一过程做功情况怎样？

I4.一铁球从高〃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）

I5.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，旦铁的比

热"（g」C）,Ical=4.2J,g取10m/s2）

答案

课前预习练

I.物体吸收的热量。外界对物体做的功卬AU=Q+W><><><

2.凭空产生凭空消失转化转移转化转移

3.一种形式另一种创造不可能能量守恒定律

4.C[根据热力学第一定律AU=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

体放热同时对外做功，物体内能一定减少，故D错.]

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

能量转化和守恒定律知，内能应增加，能的总量不变.]

6.B

课堂探究练

I.B[因为外界对气体做功，W取正值，即W=8xl（>J；内能减少，AU取负值，即△UxlO

5J：根据热力学第一定律AU=W+Q,可知Q=AU-WxlO5J—8x104J=-2x]gJ,即B

选项正确.]

方法总结热力学第一定律的表达式为AU=W+Q,应用时要熟练掌握各物理量的符号法

则.

2.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，内能就可能增加.]

方法总结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中只谈到一种改变内能的方式，但并不能否认

还可能存在着另一种改变内能的方式——做功.

3.C[对A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.2=AEPA+AUA,对8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B球内能的变化，即两球的内能的变化量相同，即AUA

=MJB,故口>QB,选项C正确.J

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.

xio9w

解析水力发电的衣本原理是水的机械能转化为电危.

每秒钟流下的水的质量为：，〃=〃1/=1X103X6(XX)kg=6X106kg.

每秒钟水减少的机械能为：E=mgh=6XIO6XIOX5OJ=3X109J.

殁发电机的输出功率为P.则由能号守恒定律可得：E〃=Pt.

解得P=3X109xxi09w.

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.

33

5.C[气体等压膨胀过程对外做功W=〃AVxl()5Pax(30-20)x10-3mxlOJ.这一过程气

体从外界吸热Q=4xl(PJ.由热力学第一定律AU=W+Q,由于气体对外做功，W应取负值，

则可得AUxlObdSxIO?j,即气体内能增加3XIO3J.]

方法总结若气体等压变化，压强为P，体积变化为△匕则气体做功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，故有片>l，所以A错误.由于没有限制从状态4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F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=AU和气体实验定律及图象的巧妙结合，综合分析.

课后巩固练

I.B[因W=0.5J,。=-0.2J,由热力学第一定律AU=W+Q可知，AU=0.3J.]

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△⑦>()知Q>0,即一定吸热.]

3.BD[理想气体氧气和氯气的质量虽然相同，但由于氢气的摩尔质量小，故氮气物质的量

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，这时氯气对外做功，义无热传递，由AU=W+Q可知，氧三内能减少，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AU=W+。，无热传递的情况下，氧

气内能增加，温度升高.]

4.BD[因A内为真空，所以抽开隔板后，。内气体可以“自发”进入/,，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，由热力学弟一定律知AW+AQ=O,^Wi-Wi=Qi

-Qi,故选项A正确.]

6.C[由图象可知该理想%体发生的是等温变化，故气体的内能不变，△(/=();但气体的

体积在减小，故外界对气体做功，IV>O：由热力学第一定律AU=W+Q知，QvO,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：三体从状态”到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，

所以％体要对外做功，选项C正确；气体从状态〃到状态〃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，汽车是劫

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[由动能定理可知电一少3+Wi=A£k,其中•△忆t-〃A%=0,可知①、②正确.由

热力学第一定律△O=W+Q将AU=W3—Q,可知④正确，③错误.综合以上分析可知B正确.]

12.5XI04J

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+。

由题意可知