【步步高 學案導學設計】高中物理 第四章 第1、2節(jié) 能量守恒定律的發(fā)現(xiàn) 熱力學第一定律課時作業(yè) 教科版選修33.doc

第四章能量守恒與熱力學定律第1節(jié)能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)第2節(jié)熱力學第一定律1能量既不會_，也不會_，它只能從一種形式_為另一種形式，或者從一個物體_到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其_不變，這就是能量守恒定律2一個物體，如果它跟外界不發(fā)生熱交換，也就是這個物體既沒有_也沒有_，那么，外界對它做多少功，它的內(nèi)能就_反之，物體對外界做多少功，它的內(nèi)能就_即u_.3如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，這時物體吸收了多少熱量，它的內(nèi)能就_反之，物體放出多少熱量，它的內(nèi)能就_，即u_.4如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程，那么_加上_等于物體內(nèi)能的增加由此我們可以得到熱力學第一定律的數(shù)學表達式u_.它們的正負號規(guī)定如下：外界對物體做功，w_0；物體對外界做功，w_0.物體從外界吸熱，q_0；物體向外界放熱，q_0.物體內(nèi)能增加，u_0；物體內(nèi)能減小，u_0.5一物體獲得一定初速度后，沿著一粗糙斜面上滑，在上滑過程中，物體和斜面組成的系統(tǒng)()a機械能守恒 b總能量守恒c機械能和內(nèi)能增加 d機械能減少，內(nèi)能增加6關于熱傳遞，下列說法中正確的是()a熱傳遞的實質(zhì)是溫度的傳遞b物體間存在著溫度差，才能發(fā)生熱傳遞c熱傳遞可以在任何情況下進行d物體內(nèi)能發(fā)生改變，一定是吸收或放出了熱量7關于物體內(nèi)能的變化，以下說法中正確的是()a物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大b物體對外做功，內(nèi)能一定減少c物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變d物體放出熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變【概念規(guī)律練】知識點一能量守恒定律1如圖1所示，a、b是兩個完全相同的鐵球，a放在絕熱板上，b用絕熱繩懸掛，現(xiàn)只讓它們吸收熱量，當它們升高相同的溫度時，它們所吸收的熱量分別為qa、qb，則()圖1aqaqb bqaqb d無法確定qa、qb的大小2水能不產(chǎn)生污染物，是一種清潔能源，位于美國和加拿大交界處的尼亞加拉瀑布流量可達每秒6 000 m3，而且一年四季流量穩(wěn)定，瀑布落差50 m，若利用這一資源發(fā)電，設其效率為50%，估算發(fā)電機的輸出功率(g取10 m/s2)知識點二改變內(nèi)能的兩種方式3采用絕熱(即不與外界交換熱量)的方式使一定量的氣體由初態(tài)a變化至末態(tài)b.對于不同的絕熱方式，下列說法正確的是()a對氣體所做的功不同b對氣體所做的功相同c對氣體不需做功，因為沒有能量的傳遞d以上三種說法都不對4一銅塊和一鐵塊，質(zhì)量相等，銅塊的溫度t1比鐵塊的溫度t2高，當它們接觸在一起時，如果不和外界交換能量，則()a從兩者開始接觸到熱平衡的整個過程中，銅塊內(nèi)能的減少量等于鐵塊內(nèi)能的增加量b在兩者達到熱平衡以前的任意一段時間內(nèi)，銅塊內(nèi)能的減少量不等于鐵塊內(nèi)能的增加量c達到熱平衡時，銅塊的溫度比鐵塊的低d達到熱平衡時，兩者的溫度相等知識點三熱力學第一定律5一定質(zhì)量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8104 j的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2105 j，則下列各式中正確的是()aw8104 j，u1.2105 j，q4104 jbw8104 j，u1.2105 j，q2105 jcw8104 j，u1.2105 j，q2104 jdw8104 j，u1.2105 j，q4104 j6下列關于物體內(nèi)能的說法正確的是()a物體吸收熱量，內(nèi)能一定增加b物體放出熱量，內(nèi)能一定減少c當做功和熱傳遞同時存在時，物體的內(nèi)能可能不變d物體對外做功，內(nèi)能可能增加【方法技巧練】熱力學第一定律的應用技巧7一定質(zhì)量的氣體在保持壓強恒等于1.0105 pa的狀況下，體積從20 l膨脹到30 l，這一過程中氣體從外界吸熱4103 j，則氣體內(nèi)能的變化為()a增加了5103 j b減少了5103 jc增加了3103 j d減少了3103 j8如圖2圖2所示，a、b兩點表示一定質(zhì)量的某種理想氣體的兩個狀態(tài)，當氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b時()a體積必然變大b有可能經(jīng)過體積減小的過程c外界必然對氣體做正功d氣體必然從外界吸熱1“第一類永動機”不可能制成，是因為()a不符合機械能守恒定律b違背了能量守恒定律c做功產(chǎn)生的熱不符合熱功當量d找不到合適的材料和合理的設計方案2行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流上述不同現(xiàn)象所包含的相同物理過程是()a物體克服阻力做功b物體的動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量c物體的勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量d物體的機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量3.圖3如圖3所示為沖擊擺實驗裝置，一飛行子彈射入沙箱后與沙箱合為一體，共同擺起一定高度，則下面有關能的轉(zhuǎn)化的說法中正確的是()a子彈的動能轉(zhuǎn)變成沙箱和子彈的內(nèi)能b子彈的動能轉(zhuǎn)變成了沙箱和子彈的熱能c子彈的動能轉(zhuǎn)變成了沙箱和子彈的動能d子彈的動能一部分轉(zhuǎn)變成沙箱和子彈的內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)變成沙箱和子彈的機械能4在給自行車輪胎打氣時，會發(fā)現(xiàn)胎內(nèi)空氣溫度升高，這是因為()a胎內(nèi)氣體壓強不斷增大，而容積不變b輪胎從外界吸熱c外界空氣溫度本來就高于胎內(nèi)氣體溫度d打氣時，外界不斷地對胎內(nèi)氣體做功5一定質(zhì)量的氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過程設氣體分子間的勢能可忽略，則在此過程中()a外界對氣體做功，氣體分子的平均動能增加b外界對氣體做功，氣體分子的平均動能減少c氣體對外界做功，氣體分子的平均動能增加d氣體對外界做功，氣體分子的平均動能減少6下列關于系統(tǒng)的內(nèi)能的說法正確的是()a系統(tǒng)的內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的b分子動理論中引入的系統(tǒng)內(nèi)能和熱力學中引入的系統(tǒng)內(nèi)能是一致的c做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，但單純地對系統(tǒng)傳熱不能改變系統(tǒng)的內(nèi)能d氣體在大氣中做絕熱膨脹時做了功，但氣體的內(nèi)能不變7某氣體溫度升高了(體積不變)，可能的原因是()a氣體一定吸收了熱量b氣體可能放出了熱量c外界對氣體可能做了功d氣體可能吸收了熱量8.圖4如圖4所示，用絕熱活塞把絕熱容器隔成容積相同的兩部分，先把活塞鎖住，將質(zhì)量和溫度都相同的理想氣體氫氣和氧氣分別充入容器的兩部分，然后提起銷子，使活塞可以無摩擦地滑動，當活塞平衡時()a氫氣的溫度不變b氫氣的壓強減小c氫氣的體積增大d氧氣的溫度升高9.圖5如圖5，一絕熱容器被隔板k隔開a、b兩部分已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體，b內(nèi)為真空抽開隔板k后，a內(nèi)氣體進入b，最終達到平衡狀態(tài)在此過程中()a氣體對外界做功，內(nèi)能減少b氣體不做功，內(nèi)能不變c氣體壓強變小，溫度降低d氣體壓強變小，溫度不變10一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列變化后又回到開始的狀態(tài)，用w1表示外界對氣體做的功，w2表示氣體對外界做的功，q1表示氣體吸收的熱量，q2表示氣體放出的熱量則在整個過程中一定有()aq1q2w2w1 bq1q2w1w2cw1w2 dq1q211.圖6如圖6所示是一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)b至c的p圖線，則在此過程中()a氣體的內(nèi)能改變b氣體的體積增大c氣體向外界放熱d氣體對外界做功12.圖7如圖7所示，a、b、c、d表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過程中的四個狀態(tài)，圖中ad平行于橫坐標軸，dc平行于縱坐標軸，ab的延長線過原點，以下說法正確的是()a從狀態(tài)d到c，氣體不吸熱也不放熱b從狀態(tài)c到b，氣體放熱c從狀態(tài)a到d，氣體對外做功d從狀態(tài)b到a，氣體吸熱13一個氣泡從恒溫水槽的底部緩慢向上浮起，若不計氣泡內(nèi)空氣分子勢能的變化，則()a氣泡對外做功，內(nèi)能不變，同時放熱b氣泡對外做功，內(nèi)能不變，同時吸熱c氣泡內(nèi)能減少，同時放熱d氣泡內(nèi)能不變，不吸熱也不放熱題號12345678910111213答案14.一定量的氣體從外界吸收了2.6105 j的熱量，內(nèi)能增加了4.2105 j，是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少功？如果氣體吸收的熱量仍為2.6105 j不變，但是內(nèi)能只增加了1.6105 j，這一過程做功情況怎樣？第四章能量守恒與熱力學定律第1節(jié)能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)第2節(jié)熱力學第一定律課前預習練1憑空產(chǎn)生憑空消失轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移總量2吸收熱量放出熱量增加多少減少多少w3增加多少減少多少q4外界對物體所做的功物體從外界吸收的熱量qqwqb，選項c正確點評應用能量守恒定律解決問題時，首先應明確有哪幾種能量參與轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，哪些增、哪些減，然后利用守恒觀點列出方程求解21.5109 w解析水力發(fā)電的基本原理是水的機械能轉(zhuǎn)化為電能每秒鐘流下的水的質(zhì)量為：mv11036 000 kg6106 kg.每秒鐘水減少的機械能為：emgh61061050 j3109 j.設發(fā)電機的輸出功率為p，則由能量守恒定律可得：ept，解得p310950% w1.5109 w.點評能量守恒定律是普遍適用的定律，在解決有關能量轉(zhuǎn)化問題時，必須想到利用能量守恒定律3b對于一定量的氣體，不管采用任何一種絕熱方式由狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，都是絕熱過程在這一過程中，氣體在初狀態(tài)a有一確定的內(nèi)能ua，在狀態(tài)b有另一確定的內(nèi)能ub，由絕熱過程中uubuaw知，w為恒量，所以b選項正確點評在絕熱過程中，內(nèi)能和其他形式的能一樣也是狀態(tài)量氣體的初、末狀態(tài)確定了，在初、末狀態(tài)的內(nèi)能也就相應地確定了，故內(nèi)能的變化u也確定了而功是能量轉(zhuǎn)化的量度，所以uw，即w為恒量4ad熱平衡條件是溫度相等，熱傳遞的方向是從溫度高的物體傳向溫度低的物體在熱傳遞過程中高溫物體放出的熱量等于低溫物體吸收的熱量，因此a、d正確，b、c錯誤點評(1)熱傳遞是從高溫物體傳向低溫物體(2)熱傳遞過程中高溫物體放出的熱量等于低溫物體吸收的熱量(3)在單純的熱傳遞中，系統(tǒng)從外界吸收多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少；系統(tǒng)向外界放出多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就減少多少5b因為外界對氣體做功，w取正值，即w8104 j；內(nèi)能減少，u取負值，即u1.2105 j；根據(jù)熱力學第一定律uwq，可知quw1.2105 j8104 j2105 j，即b選項正確點評熱力學第一定律的表達式為uwq，應用時要熟練掌握各物理量的符號法則6cd當物體從外界吸收的熱量與對外做的功正好相等時，物體的內(nèi)能不變，c正確；物體對外做功，如果同時吸收熱量，且吸收的熱量比對外做的功多時，內(nèi)能就會增加點評本題易錯之處是有些同學把吸熱和內(nèi)能混為一談不假思索就認為物體吸熱內(nèi)能增加，物體放熱內(nèi)能減少而錯選a、b.而a和b中只談到一種改變內(nèi)能的方式，但并不能否認還可能存在著另一種改變內(nèi)能的方式做功7c氣體等壓膨脹過程對外做功wpv1.0105 pa(3020)103 m31.0103 j這一過程氣體從外界吸熱q4103 j由熱力學第一定律uwq，由于氣體對外做功，w應取負值，則可得u1.0103 j4.0103 j3.0103 j，即氣體內(nèi)能增加3103 j方法總結(jié)若氣體等壓變化，壓強為p，體積變化為v，則氣體做功wpv.8abd本題是氣體狀態(tài)變化圖象與熱力學第一定律結(jié)合的綜合分析題連接oa、ob，得到兩條等容線，故有vbva，所以a正確；由于沒有限制從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b的過程，所以可先減小氣體的體積再增大氣體的體積到b狀態(tài)，故b正確；因為氣體體積增大，所以是氣體對外做功，c錯誤；因為氣體對外界做功，而氣體的溫度又升高，內(nèi)能增大，由熱力學第一定律知氣體一定從外界吸熱，d正確方法總結(jié)(1)一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只由溫度決定，與體積無關(2)應注意wqu和氣體實驗定律及圖象的巧妙結(jié)合，綜合分析課后鞏固練1b2ad此題考查學生綜合分析能力，從若干不同的現(xiàn)象中分析找出相同的規(guī)律，這四個現(xiàn)象中物體在運動過程中都受到阻力，汽車主要受制動阻力，流星、降落傘受空氣阻力，條形磁鐵下落受磁場阻力，因而物體都克服阻力做功，a對；四個物體運動過程中，汽車是動能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，流星、降落傘、條形磁鐵是重力勢能轉(zhuǎn)化成其他形式的能，總之是機械能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能，d對3d子彈在射入沙箱瞬間，要克服摩擦阻力做功，有一部分動能轉(zhuǎn)變成沙箱和子彈的內(nèi)能；還有一部分動能轉(zhuǎn)變成沙箱和子彈的機械能4d給自行車輪胎打氣，人對胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增加，所以溫度升高5d絕熱膨脹過程是指氣體膨脹過程未發(fā)生熱傳遞，膨脹過程氣體體積增大，氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小由于氣體分子間的勢能可忽略，故氣體分子的平均動能減小6ab系統(tǒng)的內(nèi)能是一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，所以是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，a對；正因為內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，所以分子動理論中引入的內(nèi)能和熱力學中引入的內(nèi)能是一致的，b對；做功和熱傳遞都可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，c錯；氣體做絕熱膨脹時對外界做了功，又因為與外界沒有熱交換，所以系統(tǒng)的內(nèi)能要減小，故d錯7a體積不變，說明外界對氣體做的功w0，由于溫度是分子平均動能的標志，溫度升高，分子平均動能增大，氣體內(nèi)能增加，由u0知q0，即一定是吸收了熱量8bcd理想氣體氫氣和氧氣的質(zhì)量雖然相同，但由于氫氣的摩爾質(zhì)量小，故氫氣物質(zhì)的量多，又體積和溫度相同，pvct，所以氫氣產(chǎn)生的壓強大，當拔掉銷子后，會推動活塞向氧氣一方移動，這時氫氣對外做功，又無熱傳遞，由uwq可知，氫氣內(nèi)能減少，溫度降低，對氧氣而言，外界對它做功，體積減小，由熱力學第一定律uwq，無熱傳遞的情況下，氧氣內(nèi)能增加，溫度升高9bd因b內(nèi)為真空，所以抽開隔板后，a內(nèi)氣體可以“自發(fā)”進入b，氣體不做功又因容器絕熱，不與外界發(fā)生熱量傳遞，根據(jù)熱力學第一定律可以判斷其內(nèi)能不變，溫度不變由理想氣體狀態(tài)方程可知：氣體體積增大，溫度不變，壓強必然變小，綜上可判斷b、d項正確10a氣體初、末狀態(tài)相同，內(nèi)能相同，由熱力學第一定律知wq0，即w2w1q1q2，故選項a正確11c由圖象可知該理想氣體發(fā)生的是等溫變化，故氣體的內(nèi)能不變，u0；但氣體的體積在減小，故外界對氣體做