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_第1頁
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文檔簡介

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

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