《熱力學第一定律能量守恒定律》練習1

熱力學第一定律能量守恒定律1．物體內(nèi)能的增加等于______________________與______________________的和，這個關系叫做熱力學第一定律，公式________________．它們的正負號規(guī)定如下：外界對系統(tǒng)做功，W______0；系統(tǒng)對外界做功，W______0.系統(tǒng)從外界吸熱，Q______0；系統(tǒng)向外界放熱，Q______0.系統(tǒng)內(nèi)能增加，ΔU______0；系統(tǒng)內(nèi)能減小，ΔU______0.2．能量既不會____________，也不會____________，它只能從一種形式________成為另一種形式，或者從一個物體________到別的物體；在________和________過程中其總量不變．3．任何機器對外界做功都要消耗能量，能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)使人們進一步認識到：任何一部機器，只能使能量從____________轉化為____________形式，而不能無中生有地________能量．因此，第一類永動機是____________制成的，因為它違背了________________．4．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5．(雙選)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．“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【概念規(guī)律練】知識點一熱力學第一定律1．一定質量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104×105J，則下列各式中正確的是()A．W＝8×104J，ΔU×105J，Q＝4×104JB．W＝8×104J，ΔU×105J，Q＝－2×105JC．W＝－8×104J，ΔU×105J，Q＝2×104JD．W＝－8×104J，ΔU×105J，Q＝－4×104J2．(雙選)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)能可能增加知識點二能量守恒定律3．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1A．QA＝QBB．QA<QBC．QA>QBD．無法確定QA、QB的大小4．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6000m3，而且一年四季流量穩(wěn)定，瀑布落差50m，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10m/s2)【方法技巧練】熱力學第一定律的應用技巧×105Pa的狀況下，體積從20L膨脹到30L，這一過程中氣體從外界吸熱4×103J，則氣體內(nèi)能的變化為()A．增加了5×103JB．減少了5×103JC．增加了3×103JD．減少了3×103J6．(雙選)如圖2圖2所示，A、B兩點表示一定質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．體積可能不變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．某系統(tǒng)的初狀態(tài)具有內(nèi)能1J，在外界對它做0.5J的功后，它放出0.2J的熱量，系統(tǒng)在這個過程中內(nèi)能的增量是()2．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圖33．(雙選)如圖3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．氫氣的體積減小D．氧氣的溫度升高4．(雙選)圖4如圖4所示，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5．一定質量的理想氣體，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()A．Q1－Q2＝W2－W1B．Q1－Q2＝W1－W2C．W1＝W2D．Q1＝Q26．如圖5所示是一定質量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)B至C的p—eq\f(1,V)圖線，則在此過程中()圖5A．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7．如圖6所示，a、b、c、d表示一定質量的理想氣體狀態(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，以下說法錯誤的是()圖6A．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．自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，下列說法中正確的是()A．機械能守恒B．能量正在消失C．只有動能和重力勢能的相互轉化D．減少的機械能轉化為內(nèi)能，但總能量守恒9．(雙選)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．物體的動能轉化為其他形式的能量C．物體的勢能轉化為其他形式的能量D．物體的機械能轉化為其他形式的能量圖710．如圖7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，則下面有關能的轉化的說法中正確的是()A．子彈的動能轉變成沙箱和子彈的內(nèi)能B．子彈的動能轉變成了沙箱和子彈的熱能C．子彈的動能轉變成了沙箱和子彈的動能D．子彈的動能一部分轉變成沙箱和子彈的內(nèi)能，另一部分轉變成沙箱和子彈的機械能11．在圖8所示的兩端開口的“U”形管中，盛有同種液體，并用閥門K將液體隔成左、右兩部分，左邊液面比右邊液面高．現(xiàn)打開閥門K，從打開閥門到兩邊液面第一次平齊的過程中，液體向外放熱為Q，內(nèi)能變化量為ΔU，動能變化量為ΔEk；大氣對液體做功為W1，重力做功為W2，液體克服阻力做功為W3，由功能關系可得圖8①W1＝0②W2－W3＝ΔEk③W2－W3＝Q＝ΔU④W3－Q＝ΔU其中，正確的是()A．①②③B．①②④C．②③D．①③題號1234567891011答案12.空氣壓縮機在一次壓縮中，活塞對空氣做了2×105×105J，這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？×105×105×105×105J，這一過程做功情況怎樣？14．一鐵球從高H處由靜止落到地面上，回彈速率是落地速率的一半，設撞擊所轉化的內(nèi)能全部使鐵球溫度升高，則鐵球的溫度升高多少？(設鐵的比熱容為c，各物理量取國際制單位)15．重1000kg的氣錘從2.5m高處落下，打在質量為200kg的鐵塊上，要使鐵塊的溫度升高40℃，氣錘至少應落下多少次？(設氣錘撞擊鐵塊時做的功有60%用來使鐵塊溫度升高，且鐵的比熱c/(g·℃)，1cal＝4.2J，g取10m/s2)答案課前預習練1．物體吸收的熱量Q外界對物體做的功WΔU＝Q＋W><><><2．憑空產(chǎn)生憑空消失轉化轉移轉化轉移3．一種形式另一種創(chuàng)造不可能能量守恒定律4．C[根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，物體內(nèi)能的變化與外界對物體做功(或物體對外界做功)，物體從外界吸熱(或向外界放熱)兩種因素有關．物體吸收熱量，但有可能同時對外做功，故內(nèi)能有可能不變甚至減小，故A錯．同理，物體對外做功的同時有可能吸熱，故內(nèi)能不一定減少，B錯．若物體吸收的熱量與對外做的功相等，則內(nèi)能可能不變，C正確．若物體放熱同時對外做功，物體內(nèi)能一定減少，故D錯．]5．BD[物體沿斜面上滑的過程中，有摩擦力對物體做負功，所以物體的機械能減少．由能量轉化和守恒定律知，內(nèi)能應增加，能的總量不變．]6．B課堂探究練1．B[因為外界對氣體做功，W取正值，即W＝8×104J；內(nèi)能減少，ΔU取負值，即ΔU×105J；根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W×105J－8×104J＝－2×105J，即B選項正確．]方法總結熱力學第一定律的表達式為ΔU＝W＋Q，應用時要熟練掌握各物理量的符號法則．2．CD[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)能就可能增加．]方法總結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．3．C[對A球：吸熱后膨脹，重心升高，重力勢能增加，則吸收的熱量等于增加的重力勢能和內(nèi)能之和．QA＝ΔEPA＋ΔUA，對B球：吸熱后也膨脹，但重心下降，則吸收的熱量和重力勢能的減少量等于B球內(nèi)能的變化，即QB＋ΔEPB＝ΔUB，兩球的內(nèi)能的變化量相同，即ΔUA＝ΔUB，故QA>QB，選項C正確．]方法總結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化或轉移，哪些增、哪些減，然后利用守恒觀點列出方程求解．×109W解析水力發(fā)電的基本原理是水的機械能轉化為電能．每秒鐘流下的水的質量為：m＝ρV＝1×103×6000kg＝6×106kg.每秒鐘水減少的機械能為：E＝mgh＝6×106×10×50J＝3×109J.設發(fā)電機的輸出功率為P，則由能量守恒定律可得：Eη＝Pt，解得P＝3×109××109W.方法總結能量守恒定律是普遍適用的定律，在解決有關能量轉化問題時，必須想到利用能量守恒定律．5．C[氣體等壓膨脹過程對外做功W＝pΔV×105Pa×(30－20)×10－3m3×103J．這一過程氣體從外界吸熱Q＝4×103J．由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，由于氣體對外做功，W應取負值，則可得ΔU×103×103×103J，即氣體內(nèi)能增加3×103J．]方法總結若氣體等壓變化，壓強為p，體積變化為ΔV，則氣體做功W＝p·ΔV.6．BD[本題是氣體狀態(tài)變化、圖象與熱力學第一定律結合的綜合分析題．連接OA、OB，得到兩條等容線，故有VB>VA，所以A錯誤．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(1)一定質量的理想氣體的內(nèi)能只由溫度決定，與體積無關．(2)應注意W＋Q＝ΔU和氣體實驗定律及圖象的巧妙結合，綜合分析．課后鞏固練1．B[因W＝0.5J，Q＝－0.2J，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝0.3J．]2．A[體積不變，說明外界對氣體做的功W＝0，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ΔU>0知Q>0，即一定吸熱．]3．BD[理想氣體氫氣和氧氣的質量雖然相同，但由于氫氣的摩爾質量小，故氫氣物質的量多，又體積和溫度相同，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ΔU＝W＋Q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ΔU＝W＋Q，無熱傳遞的情況下，氧氣內(nèi)能增加，溫度升高．]4．BD[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．]5．A[氣體初、末狀態(tài)相同，內(nèi)能相同，由熱力學第一定律知ΔW＋ΔQ＝0，即W2－W1＝Q1－Q2，故選項A正確．]6．C[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，ΔU＝0；但氣體的體積在減小，故外界對氣體做功，W>0；由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q知，Q<0，氣體向外界放熱，故C正確．]7．B[從狀態(tài)d到c，溫度不變，理想氣體內(nèi)能不變，但是由于壓強減小，所以體積增大，對外做功，要保持內(nèi)能不變，一定要吸收熱量，故答案A錯；氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)b是一個降壓、降溫過程，同時體積減小，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B正確；氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)d是一個等壓、升溫的過程，同時體積增大，所以氣體要對外做功，選項C正確；氣體從狀態(tài)b到狀態(tài)a是個等容變化過程，隨壓強的增大，氣體的溫度升高，內(nèi)能增大，而在這個過程中氣體的體積沒有變化，就沒有做功，氣體內(nèi)能的增大是因為氣體吸熱的結果，故選項D正確．]8．D[自由擺動的秋千擺動幅度減小，說明機械能在減少，減少的機械能克服阻力、摩擦力做功，增加了內(nèi)能．]9．AD[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，汽車是動能轉化成了內(nèi)能，流星、降落傘、條形磁鐵是重力勢能轉化成其他形式的能，總之是機械能轉化成了其他形式的能，D對．]10．D[子彈在射入沙箱瞬間，要克服摩擦阻力做功，有一部分動能轉變成沙箱和子彈的內(nèi)能，一部分動能轉變成沙箱和子彈的機械能．]11．B[由動能定理可知W2－W3＋W1＝ΔEk，其中W1＝p·ΔV左－p·ΔV右＝0，可知①、②正確．由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝W3－Q，可知④正確，③錯誤．綜合以上分析可知B正確．]12．5×104J解析選擇被壓縮的空氣為研究對象，根據(jù)的熱力學第一定律有ΔU＝W＋Q由題意可