2019-2020学年高中物理第十章热力学定律1功和内能2热和内能课后检测含解析新人教版选修3-3

2019-2020学年高中物理第十章热力学定律1功和内能2热和内能课后检测含解析新人教版选修3-3

‎1　功和内能 热和内能 记一记 功和内能　热和内能知识体系 两个方式——改变物体内能的两个方式：做功和热传递 一个等效——改变内能的效果相同：做功和热传递 ‎ 辨一辨 ‎1.从微观角度说，内能是所有分子的动能和势能之和．(√)‎ ‎2．功是状态量，内能是过程量．(×)‎ ‎3．外界对物体做功多，就意味着物体的内能大．(×)‎ ‎4．做功和热传递的共同点是都能使系统内能改变．(√)‎ ‎5．一物体先后经过几个不同的物理过程，其温度均从t‎1升高到t2，则在这些过程中物体一定从外界吸收相同的热量．(×)‎ ‎6．高温物体内能多，低温物体内能少．(×)‎ 想一想 ‎1.幼儿园里一般都有滑梯，小朋友沿滑梯下滑时屁股通常会感到发热，这是为什么？‎ 提示：小朋友沿滑梯下滑时克服摩擦力做功，内能增加．‎ ‎2．热传递的三种方式：传导、对流和辐射，请问：‎ ‎(1)这三种方式在传递能量时有什么共同点？‎ ‎(2)热传递和做功都可以改变物体的内能，这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同？‎ 提示：(1)热量从高温处向低温处传递．‎ ‎(2)热传递改变内能是能量的转移过程，做功改变内能是能量的转化过程．‎ 思考感悟：　‎ ‎　‎ ‎　‎ 练一练 ‎1.下列过程中，由于做功而使系统内能增加的是(　　)‎ A．把铁丝反复弯曲，弯曲处温度升高 B．烧开水时，蒸气将壶盖顶起 C．铁块在火炉中被加热 D．铁球从空中自由下落(不计空气阻力)‎ 解析：B项是系统对外界做功，内能减小，C项是吸热使内能增加，而D项内能不变，故选A项．‎ 答案：A ‎2．(多选)一定质量的气体封闭在绝热的汽缸内，当用活塞压缩气体时，一定增大的物理量有(不计气体分子势能)(　　)‎ - 7 -‎ A．气体体积 B．气体分子数密度 C．气体内能 D．气体分子的平均动能 解析：绝热过程外力对系统做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增加．‎ 答案：BCD ‎3．关于热传递，下列说法正确的是(　　)‎ 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 解析：热传递的实质是物体间内能的转移，故A项错误．热传递的条件是物体间存在着温度差，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间便不会发生热传递，故B项正确，C项错误．内能变化不一定是热传递引起的，可以通过做功的方式使内能发生变化，D项错误．‎ 答案：B ‎4．关于物体的内能，下列说法正确的是(　　)‎ A．不通过做功的过程，机械能也能转化为内能 B．不通过做功的过程，内能也可从一个物体传递给另一个物体 C．不发生热传递，物体内能总保持不变 D．外力对物体做1 J的功，物体就一定增加1 J的内能 解析：做功和热传递都可改变物体的内能，做功的过程是能的转化过程，热传递是能的转移，B正确．‎ 答案：B 要点一 功和内能 ‎1.‎ 拥有私家车的人们越来越多，说明人们生活水平不断提高．某汽车的发动机汽缸内装有汽油与空气的混合气体，如图所示，要使该混合气体达到其燃点，则(　　)‎ A．迅速向外拉活塞 B．迅速向里推活塞 C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞 解析：气体压缩时外界对气体做功内能增大，气体膨胀时气体对外做功内能减少．将装有汽油与空气的混合气体的汽缸中的活塞迅速向里推，该汽缸内混合气体来不及与外界发生热交换，可以看作绝热过程，同时由于外界通过活塞对该气体做功，使该混合气体的内能增加，温度升高，从而达到汽油燃点，故B对．‎ 答案：B ‎2．物体获得一定初速度后，沿着粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统(　　)‎ A．机械能守恒 B．动能与内能之和守恒 C．机械能和内能都增加 - 7 -‎ D．机械能减少，内能增加 解析：物块上滑时克服摩擦力做功，物块损失的机械能转化为物块和斜面的内能，因此物块的温度会略有升高，内能增加．此题情景就像冬天两手相互搓搓会感到暖和一样．‎ 答案：D ‎3．如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体(　　)‎ A．温度升高，压强增大，内能减少 B．温度降低，压强增大，内能减少 C．温度升高，压强增大，内能增加 D．温度降低，压强减小，内能增加 解析：向下压缩活塞，对气体做功，气体的内能增加，温度升高，对活塞受力分析可得出气体的压强增大，故C选项正确．‎ 答案：C ‎4.‎ 如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”，这一现象产生的原因可以用下面三句话解释：甲：水蒸气凝结成小水珠；乙：瓶内气体推动瓶塞做功，内能减小；丙：温度降低，三句话正确的顺序是(　　)‎ A．甲乙丙 B．乙丙甲 C．丙甲乙 D．乙甲丙 解析：根据题意，因果顺序的进程为：空气推动瓶塞做功——空气内能减小——瓶内空气温度降低——瓶内水蒸气液化成小水珠，即“白雾”．‎ 答案：B 要点二 热和内能 ‎5.当物体的内能增加时，下列说法正确的是(　　)‎ A．物体一定吸收了热量 B．外界一定对物体做了功 C．不可能是物体放出热量，同时对外做功 D．不可能是物体放出热量，同时外界对物体做功 解析：系统的内能增加，做功和热传递是改变内能的两种方式，外界对系统做功如压缩乙醚气体实验，会使系统内能增加，系统吸收热量也会使内能增加，反之内能减少，所以系统内能是否增加应看做功和热传递的总效果．故答案为C.‎ 答案：C ‎6．(多选)在下述现象中，没有做功而使物体内能改变的是(　　)‎ A．电流通过电炉而使温度升高 - 7 -‎ B．在阳光照射下，水的温度升高 C．铁锤敲打铁块，使铁块温度升高 D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快 解析：电流通过电炉做功使电能转化为内能；在阳光照射下，水温度升高是靠太阳的热辐射来升温的；铁锤敲打铁块是做功改变物体内能的过程；室内放上冰块是通过热传递的方式来改变气温的．‎ 答案：BD ‎7．(多选)下列关于热量的说法，正确的是(　　)‎ A．温度高的物体含有的热量多 B．内能多的物体含有的热量多 C．热量、功和内能的单位相同 D．热量和功都是过程量，而内能是一个状态量 解析：热量和功都是过程量，而内能是一个状态量，所以不能说温度高的物体含有的热量多，内能多的物体含有的热量多；热量、功和内能的单位相同，都是焦耳，C、D两项正确．‎ 答案：CD ‎8．(多选)下列说法中正确的是(　　)‎ A．做功和热传递是改变物体内能的两种本质不同的物理过程：做功使物体的内能改变，是其他形式的能和内能之间的转化；热传递则不同，它是物体内能的转移 B．外界对物体做功，物体的内能一定增大 C．物体向外界放热，物体的内能一定增大 D．热量是在热传递中，从一个物体向另一个物体或物体的一部分向另一部分转移的内能的多少 解析：做功和热传递改变物体内能的本质不同，因为做功的过程一定是不同形式的能相互转化的过程，而热传递是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或物体不同的部分之间传递或转移．故A选项正确．而物体的内能的变化取决于做功和热传递两种途径，单就一个方面不足以断定其内能的变化，故B、C两项不正确，D选项正确．‎ 答案：AD 基础达标 ‎1.指出下面例子中通过热传递改变物体内能的是(　　)‎ A．感到手冷时，搓搓手就会觉得暖和些 B．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点，火柴燃烧起来 C．物体在阳光照射下温度升高 D．反复弯折一根铁丝，弯折的部分温度升高 解析：A、B、D均是通过做功改变物体的内能，C项是通过热传递的方式之一热辐射来改变物体内能．故C项正确．‎ 答案：C ‎2．关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有(　　)‎ A．热水的内能比冷水的内能多 B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大 C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等 D．热量是热传递过程中内能转移的量度 解析：物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，不是只由温度决定，故A、B - 7 -‎ 两项错；在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，故C项错；关于热量的论述，D项是正确的．‎ 答案：D ‎3．下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的是(　　)‎ A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热功当量 B．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替 C．焦耳实验的研究对象是容器中的水 D．焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须相同 解析：焦耳是英国物理学家，所以选项A错误；焦耳实验的要求是研究对象为绝热系统，普通玻璃杯达不到绝热要求．所以选项B错误；实验的研究对象是容器及其中的水组成的系统，显然选项C也不对；要使水及容器升高相同的温度即内能增加相同，则必须做功相同，因而选项D正确．‎ 答案：D ‎4．如图所示，把浸有乙醚的一小团棉花放在厚玻璃筒的底部，当很快地向下压活塞时，由于被压缩的气体骤然变热，温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明(　　)‎ A．做功可以增加物体的热量 B．做功一定升高物体的温度 C．做功可以改变物体的内能 D．做功一定可以增加物体的内能 解析：迅速向下压活塞，实际上是在对玻璃气筒内的气体做功，由于是迅速向下压筒内的气体，做功时间极短，因此实验过程可认为是绝热过程(即Q＝0)．乙醚达到燃点而燃烧表明气体温度升高内能增大，这说明做功可以改变物体的内能．‎ 答案：C ‎5．下列说法正确的是(　　)‎ A．若两物体接触但没有传热，则两物体所包含的热量相等 B．做功和传热的共同点是都能使系统内能发生改变 C．一物体先后经过几个不同的物理过程，其温度均从t‎1升高到t2，则在这些过程中物体一定从外界吸收相同的热量 D．高温物体内能多，低温物体内能少 解析：两物体没有发生传热是因为两物体温度相等，A项错误；做功和传热都是改变物体内能的方式，B项正确；物体温度从t1升高到t2，内能的改变可能是由于吸收了热量，也可能是对物体做了功，C项错误；高温物体分子的平均动能大，但内能不一定大，D项错误．‎ 答案：B ‎6．(多选)对于热量、功和内能三者的下列说法中正确的是(　　)‎ A．三者单位相同，物理意义相同 B．热量和功是内能的量度 C．热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定 D．系统内能增加了100 J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J，也可能是外界单纯地对系统传热100 J 解析：热量、功和内能三者尽管单位相同，但物理意义有本质区别，A - 7 -‎ 项错．热量和功由过程决定，内能由物体状态决定，热量和功是内能变化的量度，C项对、B项错．对一个绝热过程ΔU＝W＝100 J，对一个单纯传热过程ΔU＝Q＝100 J，D项对．‎ 答案：CD ‎7．(多选)关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是(　　)‎ A．吸热的物体，其内能一定增加 B．体积膨胀的物体，其内能一定减少 C．放热的物体，其内能也可能增加 D．绝热压缩的物体，其内能一定增加 解析：改变物体的内能有两种方式，物体吸热，同时对外做功，内能不一定增加，A项错误；体积膨胀对外做功，但同时吸热时，内能不一定减少，B项错误；物体放热同时对物体做功，其内能可能增加，C项正确；绝热压缩物体，只对物体做功，不发生热传递，其内能一定增加，故选C、D两项．‎ 答案：CD ‎8．(多选)一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2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T＝ D．达到热平衡时，两者的温度相等 解析：一个系统在热交换的过程中．如果不与外界发生热交换，温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸收的热量，直至温度相等，不再发生热交换为止．而热量是热传递过程中内能的变化量．所以选项A项和D项都正确，选项B错误；根据热平衡方程得：c铜m(T1－T)＝c铁m(T－T2)，解得：T＝，由此可知，选项C是错误的．‎ 答案：AD ‎9．一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(　　)‎ A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加 B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少 C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加 D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少 解析：绝热过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大．外界对气体做的功W<0.由ΔU＝U2－U1＝W可知，气体内能减小．由于气体分于间的势能忽略，故气体分子的平均动能减小．‎ 答案：D ‎10．一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 解析：在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功，故气泡中空气分子的内能减小，温度降低．但由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变，故须从外界吸收热量，且吸收的热量等于对外界所做的功．‎ 答案：B - 7 -‎ ‎11．如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度内，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则(　　)‎ A．A球吸收的热量较多 B．B球吸收的热量较多 C．两球吸收的热量一样多 D．无法确定 解析：两球初末态温度分别相同，初末态体积也相同，所以内能增量相同，但水银中的B球膨胀时对外做功多，所以吸热较多，故选B项．‎ 答案：B ‎12．远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃．随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”等方法．“钻木取火”是通过________的方式改变物体的内能，把 ________转变成内能．‎ 解析：钻木取火是通过做功将机械能转化为内能．‎ 答案：做功　机械能 能力达标 ‎13.斜面高‎0.6 m，倾角为37°，质量是‎1.0 kg的物体由顶端从静止滑至底端，已知动摩擦因数为μ＝0.25，g取‎10 m/s2.求：‎ ‎(1)物体到达底端时的速度；‎ ‎(2)滑行过程中有多少机械能转化为内能？‎ 解析：(1)对物体由顶端从静止滑到底端的过程中，由动能定理得：WG＋Wf＝mv2，‎ 故有：mgh－μmgcos θ＝mv2，‎ 代入数据求得：v＝‎2 m/s.‎ ‎(2)克服摩擦力做的功等于机械能的减少量，减少的机械能全部转化为内能．‎ ΔE＝Wf＝μmgcosθ·L ‎＝0.25×1×10×0.8×1 J＝2 J.‎ 答案：(1)‎2 m/s　(2)2 J ‎14．有一个‎10 m高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为‎2 m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有10%的动能转化为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？[已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，g取‎10 m/s2]‎ 解析：根据机械能守恒定律知，水流到达瀑布底时的动能Ek＝mv2＋mgh.‎ 水吸收热量Q与温度变化Δt满足关系Q＝cmΔt.‎ 由题意知，有10%的动能转化为水的内能，‎ 所以×10%＝cmΔt.‎ 代入数据得：Δt＝2.4×10－‎3 ℃‎.‎ 答案：2.4×10－‎‎3 ℃‎ - 7 -‎