2020高中物理 3.2 热力学第一定律、3.3 能量守恒定律 每课一练（粤教版选修3-3）

2020高中物理 3.2 热力学第一定律、3.3 能量守恒定律 每课一练（粤教版选修3-3）

‎3.2 热力学第一定律、3.3 能量守恒定律 每课一练（粤教版选修3-3） ‎ ‎1．某系统的初状态具有内能1 J，在外界对它做0.5 J的功后，它放出0.2 J的热量，系统在这个过程中内能的增量是( )‎ A．0.7 J B．0.3 J C．0.66 J D．－0.34 J ‎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)如图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．氢气的体积减小 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a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b，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( )‎ A．Q1－Q2＝W2－W1 B．Q1－Q2＝W1－W2‎ C．W1＝W2 D．Q1＝Q2‎ ‎6．如图5所示是一定质量的理想气体从状态A经B至C的p—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ad平行于横坐标轴，dc平行于纵坐标轴，ab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b，气体放热 C．从状态a到d，气体对外做功 D．从状态b到a，气体吸热 ‎8．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，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，最后停下；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，线圈中产生电流．上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，共同摆起一定高度，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 ‎11．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ΔU，动能变化量为ΔEk；大气对液体做功为W1，重力做功为W2，液体克服阻力做功为W3，由功能关系可得 图8‎ ‎①W1＝0 ②W2－W3＝ΔEk ‎③W2－W3＝Q＝ΔU ④W3－Q＝ΔU 其中，正确的是( )‎ A．①②③ B．①②④‎ C．②③ D．①③‎ 题号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎10‎ ‎11‎ 答案 ‎12.空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？‎ ‎13．一定量的气体从外界吸收了2.6×105 J的热量，内能增加了4.2×105 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2.6×105 J不变，但是内能只增加了1.6×105 J，这一过程做功情况怎样？‎ ‎14．一铁球从高H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)‎ ‎15．重1 000 kg的气锤从2.5 m高处落下，打在质量为200 kg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，且铁的比热c＝0.11 cal/(g·℃)，1 cal＝4.2 J，g取10 m/s2)‎ 参考答案 ‎1．B [因W＝0.5 J，Q＝－0.2 J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝0.3 J．]‎ ‎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ΔU>0知Q>0，即一定吸热．]‎ ‎3．BD [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，这时氢气对外做功，又无热传递，由ΔU＝W＋Q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ΔU＝W＋Q，无热传递的情况下，氧气内能增加，温度升高．]‎ ‎4．BD [因b内为真空，所以抽开隔板后，a内气体可以“自发”进入b，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，由热力学第一定律知ΔW＋ΔQ＝0，即W2－W1＝Q1－Q2，故选项A正确．]‎ ‎6．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，ΔU＝0；但气体的体积在减小，故外界对气体做功，W>0；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，Q<0，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；气体从状态a到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，选项C正确；气体从状态b到状态a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．]‎ ‎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W2－W3＋W1＝ΔEk，其中W1＝p·ΔV左－p·ΔV右＝0，可知①、②正确．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝W3－Q，可知④正确，③错误．综合以上分析可知B正确．]‎ ‎12．5×104 J 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ΔU＝W＋Q 由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，代入上式得 Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J.‎ 负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104 J.‎ ‎13．外界对气体做功，做功为1.6×105 J 气体对外界做功，做功为1.0×105 J 解析 由题意知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J，根据ΔU＝Q＋W，代入可得W＝1.6×105 J，W为正值，外界对气体做功，做功为1.6×105 J.‎ 同理由题意可知Q′＝2.6×105 J，ΔU′＝1.6×105 J，利用热力学第一定律得W′＝－1.0×105 J，这说明气体对外界做功(气体体积变大)，做功为1.0×105 J.‎ ‎14. 解析 设落到地面时的速率为v，由v2＝2gH得落地时v＝ 则铁球在与地面撞击时损失的动能 ΔE＝mv2－m()2＝mv2＝m·2gH＝mgH 由能量守恒定律得，损失的动能全部转化为铁球的内能 则ΔU＝ΔE＝mgH＝Q 由Q＝cmΔt得Δt＝＝＝ 即铁球温度升高 ‎15．247次 解析 气锤下落过程中只有重力做功，机械能守恒，因而气锤撞击铁块时动能为 Ek＝mgh＝103×10×2.5 J＝2.5×104 J 由动能定理知气锤撞击铁块所做的功为 W＝Ek－0＝2.5×104 J 使铁块温度升高‎40℃‎的热量 Q＝cmΔt＝0.11×200×103×40 cal＝3.696×106 J 设气锤下落n次才能使铁块温度升高‎40℃‎，由能的转化和守恒定律有：n·W·η＝Q n＝＝＝246.4‎ 故气锤至少要下落247次．‎