魯科版版選修33 熱力學(xué)第一定律 能量轉(zhuǎn)化與守恒 第1課時(shí) 作業(yè).docx

5.1熱力學(xué)第一定律 5.2能量的轉(zhuǎn)化與守恒1在熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式uwq中，關(guān)于u、w、q各個(gè)物理量的正、負(fù)，下列說法中正確的是()a外界對物體做功時(shí)w為正，吸熱時(shí)q為負(fù)，內(nèi)能增加時(shí)u為正b物體對外界做功時(shí)w為負(fù)，吸熱時(shí)q為正，內(nèi)能增加時(shí)u為負(fù)c物體對外界做功時(shí)w為負(fù)，吸熱時(shí)q為正，內(nèi)能增加時(shí)u為正d外界對物體做功時(shí)w為負(fù)，吸熱時(shí)q為負(fù)，內(nèi)能增加時(shí)u為負(fù)2一定量的氣體吸收熱量，體積膨脹并對外做功，則此過程的末態(tài)與初態(tài)相比()a氣體內(nèi)能一定增加b氣體內(nèi)能一定減小c氣體內(nèi)能一定不變d氣體內(nèi)能的增減不能確定3關(guān)于一定量的氣體，下列說法正確的是()a氣體的體積指的是該氣體的分子所能到達(dá)的空間的體積，而不是該氣體所有分子體積之和b只要能減弱氣體分子熱運(yùn)動的劇烈程度，氣體的溫度就可以降低c在完全失重的情況下，氣體對容器壁的壓強(qiáng)為零d氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加e氣體在等壓膨脹過程中溫度一定升高4下列對能量守恒定律的認(rèn)識中，不正確的是()a某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加b某個(gè)物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加c不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機(jī)器永動機(jī)是不可能制成的d石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機(jī)械能消失了5某汽車后備箱內(nèi)安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由汽缸和活塞組成。開箱時(shí)，密閉于汽缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起，如圖所示。在此過程中，若缸內(nèi)氣體與外界無熱交換，忽略氣體分子間相互作用，則缸內(nèi)氣體()a對外做正功，分子的平均動能減小b對外做正功，內(nèi)能增大c對外做負(fù)功，分子的平均動能增大d對外做負(fù)功，內(nèi)能減小6如圖所示，固定容器及可動活塞p都是絕熱的，中間有一導(dǎo)熱的固定隔板b，b的兩邊分別盛有氣體甲和乙。現(xiàn)將活塞p緩慢地向b移動一段距離，已知?dú)怏w的溫度隨其內(nèi)能的增加而升高。則在移動p的過程中()a外力對乙做功；甲的內(nèi)能不變b外力對乙做功；乙的內(nèi)能不變c乙傳遞熱量給甲；乙的內(nèi)能增加d乙的內(nèi)能增加；甲的內(nèi)能不變7. 如圖所示，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(gè)狀態(tài)，圖中ad平行于橫坐標(biāo)軸，dc平行于縱坐標(biāo)軸，ab的延長線過原點(diǎn)，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8一定質(zhì)量的氣體從外界吸收了4.2105 j的熱量，同時(shí)氣體對外界做了6105 j的功，問：(1)物體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？(2)分子勢能是增加還是減少？(3)分子的平均動能是增加還是減少？9如圖所示，粗細(xì)均勻、導(dǎo)熱良好、裝有適量水銀的u形管豎直放置，右端與大氣相通，左端封閉氣柱長l120 cm(可視為理想氣體)，兩管中水銀面等高。現(xiàn)將右端與一低壓艙(未畫出)接通，穩(wěn)定后右管水銀面高出左管水銀面h10 cm。(環(huán)境溫度不變，大氣壓強(qiáng)p075 cmhg)(1)求穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)(用“cmhg”作單位)。(2)此過程中左管內(nèi)的氣體對外界_(填“做正功”“做負(fù)功”或“不做功”)，氣體將_(填“吸熱”或“放熱”)。10如圖4所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)等壓過程到狀態(tài)b。此過程中，氣體壓強(qiáng)p1.0105 pa，吸收的熱量q7.0102 j，求此過程中氣體內(nèi)能的增量。圖411在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水在沸騰時(shí)，1 g的水由液態(tài)變成同溫度的水汽，其體積由1.043 cm3變?yōu)? 676 cm3。已知水的汽化熱為2 263.8 j/g。求：(1)體積膨脹時(shí)氣體對外界做的功w；(2)氣體吸收的熱量q；(3)氣體增加的內(nèi)能u。12.如圖1034所示，一個(gè)質(zhì)量為20 kg的絕熱汽缸豎直放置，絕熱活塞的質(zhì)量為5 kg，處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)被封閉氣體的高度為50 cm?，F(xiàn)在在活塞上方加一15 kg的物體，待穩(wěn)定后，被封閉氣體的高度變?yōu)?0 cm。求在這一過程中氣體的內(nèi)能增加了多少？(g取10 m/s2，不考慮活塞的大氣壓力及摩擦阻力)圖103413.如圖1033所示，容器a、b各有一個(gè)可以自由移動的輕活塞，活塞下面是水，上面是大氣，大氣壓恒定。a、b的底部由帶閥門k的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱。原先a中水面比b中的高，打開閥門，使a中的水逐漸向b中流動，最后達(dá)到平衡。在這個(gè)過程中()圖1033a大氣壓對水做正功，水的內(nèi)能減少b水克服大氣壓做功，水的內(nèi)能減少c大氣壓對水不做功，水的內(nèi)能不變d大氣壓對水不做功，水的內(nèi)能增加參考答案1.解析：根據(jù)公式uwq中的符號法則知選項(xiàng)c正確。答案：c2.解析：由熱力學(xué)第一定律uqw，氣體吸收熱量，q0，體積膨脹對外做功w0，但不能確定q與w值的大小，所以不能判斷u的正負(fù)，則氣體內(nèi)能的增減也就不能確定，選項(xiàng)d正確。答案：d3.解析：氣體體積為氣體分子所能達(dá)到的空間的體積，而氣體分子體積很小，體積之和遠(yuǎn)小于氣體體積，a項(xiàng)正確；氣體溫度反映了分子運(yùn)動的劇烈程度，分子運(yùn)動的劇烈程度減弱，溫度必然降低，b項(xiàng)正確；氣體壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁碰撞容器器壁的結(jié)果，在完全失重的情況下，氣體對器壁仍產(chǎn)生壓強(qiáng)，c項(xiàng)錯(cuò)誤；氣體從外界吸收熱量，但如果同時(shí)對外做功，那么氣體的內(nèi)能不一定增加，d項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)氣體定律可知，氣體在等壓膨脹過程中，體積與熱力學(xué)溫度成正比，體積變大，溫度升高，e項(xiàng)正確。答案：abe4.解析：a選項(xiàng)是指不同形式的能量間的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中能量是守恒的。b選項(xiàng)是指能量在不同的物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移過程中能量是守恒的。這正好是能量守恒定律的兩個(gè)方面轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移。任何永動機(jī)都是不可能制成的，它違背了能量守恒定律。d選項(xiàng)中石子的機(jī)械能在變化，比如受空氣阻力作用，機(jī)械能可能減少，但機(jī)械能并沒有消失，只是轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量。答案：d5.解析：缸內(nèi)氣體膨脹，對外做正功，即w0，缸內(nèi)氣體與外界無熱交換，即q0，由熱力學(xué)第一定律wqu可知，u0，即缸內(nèi)氣體的內(nèi)能減小，溫度降低，分子的平均動能減小，故選項(xiàng)b、c、d錯(cuò)誤，選項(xiàng)a正確。答案：a6.解析：將活塞p緩慢地向b移動的過程中，外力對乙做功，乙的內(nèi)能增加，溫度升高，由于固定隔板b導(dǎo)熱，所以乙將傳遞熱量給甲，甲、乙兩部分氣體的溫度最終相同，均高于初態(tài)溫度，所以甲、乙內(nèi)能均增加，故選c項(xiàng)。答案：c7.解析：從狀態(tài)d到c，溫度不變，理想氣體內(nèi)能不變，但是由于壓強(qiáng)減小，所以體積增大，對外做功，還要保持內(nèi)能不變，一定要吸收熱量，故選項(xiàng)a錯(cuò)；氣體從狀態(tài)c到b是一個(gè)降壓、降溫過程，同時(shí)體積減小，外界對氣體做功，而氣體的內(nèi)能還要減小(降溫)，就一定要伴隨放熱的過程，故選項(xiàng)b對；氣體從狀態(tài)a到d是一個(gè)等壓、升溫的過程，同時(shí)體積增大，所以氣體要對外做功，選項(xiàng)c正確；氣體從狀態(tài)b到a是個(gè)等容變化過程，隨壓強(qiáng)的增大，氣體的溫度升高，內(nèi)能增大，而在這個(gè)過程中氣體的體積沒有變化，就沒有做功，氣體內(nèi)能的增大是因?yàn)闅怏w吸熱的結(jié)果，故選項(xiàng)d對。答案：bcd8.解析：(1)氣體從外界吸熱為q4.2105 j氣體對外界做功為w6105 j由熱力學(xué)第一定律知：uwq6105 j4.2105 j1.8105 ju取負(fù)值，說明氣體的內(nèi)能減少，減少了1.8105 j。(2)因?yàn)闅怏w對外界做功，所以氣體的體積增大，分子間距離增大，氣體分子間的作用力表現(xiàn)為引力，所以此過程要克服分子力做功，分子勢能增加。(3)因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少，同時(shí)氣體的分子勢能增加，說明氣體分子的平均動能一定減少了。答案：(1)減少減少了1.8105 j(2)增加(3)減少9.解析：(1)設(shè)u形管橫截面積為s，右端與大氣相通時(shí)左管中封閉氣體壓強(qiáng)為p1，右端與一低壓艙接通后左管中封閉氣體壓強(qiáng)為p2，氣柱長度為l2，穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)為p。左管中封閉氣體發(fā)生等溫變化，根據(jù)玻意耳定律得p1v1p2v2p1p0p2pphv1l1sv2l2s由幾何關(guān)系得h2(l2l1)聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)得p50 cmhg(2)左管內(nèi)氣體體積增大，說明氣體膨脹對外做正功；由于氣體溫度保持不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得wq0，故氣體從外界吸熱。答案：(1)50 cmhg(2)做正功吸熱10解析：等壓變化，對外做的功wp(vbva)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律uqw解得u5.0102 j。答案：u5.0102 j11解析：取1 g水為研究系統(tǒng)，把大氣視作外界。1 g沸騰的水變成同溫度的水汽需要吸收熱量，同時(shí)由于體積膨脹，系統(tǒng)要對外做功，所以有uq吸。(1)氣體在等壓(大氣壓)下膨脹做功wp(v2v1)1.013105(1 6761.043)106 j169.7 j。(2)氣體吸熱：qml12 263.8 j2 263.8 j。(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律得uqw2 263.8 j(169.7)j2 094.1 j。答案：(1)169.7 j(2)2 263.8 j(3)2 094.1 j12.解析：由能的轉(zhuǎn)化與守恒定律可知，內(nèi)能的增加等于活塞和物體重力勢能的減少，ue(mm)gh(155)10(5040)102 j20 j。答案：20 j13.解析：選d打開閥門k，使a中的水逐漸流向b中，最后水面持平，a中水面