物理粵教版選修3-3學案第三章第二節(jié)熱力學第一定律第三節(jié)能量守恒定律2

第三章第二節(jié)熱力學第一定律第三節(jié)能量守恒定律[隨堂檢測]1．在熱力學第一定律的表達式ΔU＝W＋Q中關(guān)于ΔU、W、Q各個物理量的正、負，下列說法中正確的是()A．外界對物體做功時W為正，吸熱時Q為負，內(nèi)能增加時ΔU為正B．物體對外界做功時W為負，吸熱時Q為正，內(nèi)能增加時ΔU為負C．物體對外界做功時W為負，吸熱時Q為正，內(nèi)能增加時ΔU為正D．外界對物體做功時W為負，吸熱時Q為負，內(nèi)能增加時ΔU為負解析：選C.外界對物體做功時W為正，反之為負；吸熱時Q為正，反之為負；內(nèi)能增加時ΔU為正，反之為負．故C正確．2．有人設(shè)計了如圖所示的永動機，靠磁鐵的吸引使車輛獲得行駛的能量．但是這類永動機沒有制成，是因為()A．不符合機械能守恒定律B．違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律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(shè)計方案解析：選B.第一類永動機不可能制成的原因是違背了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，故B項正確．3.(多選)用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示，充氣袋四周被擠壓時，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體()A．體積減小，內(nèi)能增大B．體積減小，壓強減小C．對外界做負功，內(nèi)能增大D．對外界做正功，壓強減小解析：選AC.實際氣體在溫度不太低、壓強不太大時可看作理想氣體．充氣袋被擠壓，氣體體積減小，外界對氣體做正功，則W>0，即氣體對外界做負功，由于袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，即Q＝0，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q知，內(nèi)能增大，溫度升高，選項A、C正確；根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可判斷壓強一定增大，選項B、D錯誤．4．(多選)關(guān)于氣體的內(nèi)能，下列說法正確的是()A．質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能一定相同B．氣體溫度不變，整體運動速度越大，其內(nèi)能越大C．氣體被壓縮時，內(nèi)能可能不變D．一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)E．一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中，內(nèi)能一定增加解析：選CDE.溫度相同的氣體分子平均動能相同，僅質(zhì)量相同，分子質(zhì)量不同的氣體，所含分子數(shù)不同，氣體的動能也不同，所以內(nèi)能不一定相同，A項錯誤；氣體的內(nèi)能與整體運動的機械能無關(guān)，B項錯誤；理想氣體等溫壓縮過程中，其內(nèi)能不變，C項正確；理想氣體不考慮分子間相互作用力，分子勢能為零，一定量的氣體，分子數(shù)量一定，溫度相同時分子平均動能相同，由于內(nèi)能是所有分子熱運動的動能與分子勢能的總和，所以D項正確；由蓋－呂薩克定律可知，一定量的理想氣體，等壓膨脹過程中，溫度一定升高，則其內(nèi)能一定增加，E項正確．5．如圖所示，為一汽缸內(nèi)封閉的一定質(zhì)量氣體的p－V圖線，當該系統(tǒng)從狀態(tài)a沿過程acb到達狀態(tài)b時，有335J的熱量傳入系統(tǒng)，系統(tǒng)對外界做功126J．求：(1)沿adb過程，系統(tǒng)對外界做功42J，則有多少熱量傳入系統(tǒng)？(2)若系統(tǒng)由狀態(tài)b沿曲線過程返回狀態(tài)a時，外界對系統(tǒng)做功84J，問系統(tǒng)吸熱還是放熱？吸收或放出了多少熱量？解析：(1)根據(jù)熱力學第一定律得：ΔU＝Wacb＋Qacb＝Wadb＋Qadb代入數(shù)值：－126J＋335J＝－42＋Qadb得：Qadb＝251J.(2)根據(jù)題意ΔUab＝－ΔUba代入數(shù)值：－126J＋335J＝－(84J＋Qba)得：Qba＝－293J即放熱293J.答案：(1)251J(2)放熱放出了293J熱量[課時作業(yè)]一、單項選擇題1．某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時車胎內(nèi)的氣壓高于清晨時的，且車胎體積增大．若這段時間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體，那么()A．外界對胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能減小B．外界對胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大C．胎內(nèi)氣體對外界做功，內(nèi)能減小D．胎內(nèi)氣體對外界做功，內(nèi)能增大解析：選D.中午，車胎內(nèi)氣體溫度升高，內(nèi)能增大，車胎體積增大，氣體對外做功．選項D正確．2．一定質(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()A．Q1－Q2＝W2－W1 B．Q1－Q2＝W1－W2C．W1＝W2 D．Q1＝Q2解析：選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．3．關(guān)于能量守恒定律，下列說法正確的是()A．焦耳第一個完整提出能量轉(zhuǎn)化與守恒原理B．能量在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程中會不斷減少C．能量守恒定律是自然界內(nèi)存在統(tǒng)一的有力證據(jù)D．放在太陽下的一盆水溫度升高違反了能量守恒定律解析：選C.邁那是第一個完整提出能量轉(zhuǎn)化與守恒原理的人，而不是焦耳，故A項錯；能量在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程中是不變的，B項錯；能量守恒定律是自然界內(nèi)存在統(tǒng)一的第一個有力證據(jù)，C項對；放在太陽下的一盆水溫度升高不違反能量守恒定律，D項錯．4．汽車關(guān)閉發(fā)動機后恰能沿斜坡勻速運動，在這一過程中()A．汽車的機械能守恒B．汽車的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化C．機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量逐漸減少D．機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量不變解析：選D.汽車在關(guān)閉發(fā)動機后能勻速運動，說明汽車和斜坡之間一定有摩擦力作用，所以汽車的機械能不守恒，一部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但能的總量保持不變，故應(yīng)選D.5．對于在一個大氣壓下100℃的水變成100℃的水蒸氣的過程中，下列說法正確的是()A．水的內(nèi)能增加，對外界做功，一定是吸熱B．水的內(nèi)能不變，對外界做功，從外界吸熱C．水的內(nèi)能減少，對外界不做功，向外界放熱D．水的內(nèi)能增加，對外界做功，向外界放熱解析：選A.在一個大氣壓下100℃的水變成100℃的水蒸氣的過程中，溫度不變但要吸收熱量，體積增大，對外做功；由于溫度不變，體積增大，所以分子的動能不變，分子勢能增加，內(nèi)能增加．故A正確．6．如圖所示，厚壁容器的一端通過膠塞插進一支靈敏溫度計和一根氣針，另一端有個用卡子卡住的可移動膠塞．用打氣筒慢慢向容器內(nèi)打氣，使容器內(nèi)的壓強增大到一定程度，這時讀出溫度計示數(shù)．打開卡子，膠塞沖出容器口后()A．溫度計示數(shù)變大，實驗表明氣體對外界做功，內(nèi)能減少B．溫度計示數(shù)變大，實驗表明外界對氣體做功，內(nèi)能增加C．溫度計示數(shù)變小，實驗表明氣體對外界做功，內(nèi)能減少D．溫度計示數(shù)變小，實驗表明外界對氣體做功，內(nèi)能增加解析：選C.打開卡子，膠塞沖出容器口，密封氣體體積增大，氣體膨脹對外做功，氣體內(nèi)能減少，同時溫度計示數(shù)變小，溫度降低．7．一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105J，則下列各式中正確的是()A．W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB．W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×105JD．W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J解析：選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＝－1.2×105J，根據(jù)ΔU＝Q＋W，可得Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，B正確．二、多項選擇題8．下列對能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認識正確的是()A．某種形式的能量減少，不一定存在其他形式能量的增加B．某個物體的能量減少，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)對外做功的機器——永動機是不可能制成的D．石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機械能消失了解析：選BC.A選項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選項是指能量在不同的物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移過程中是守恒的．這正好是能量守恒定律的兩個方面——轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移．任何永動機都是不可能制成的．所以A錯誤，B、C正確．D選項中石子的機械能在變化，比如受空氣阻力作用，機械能可能減少，但機械能并沒有消失，能量守恒定律表明能量既不會創(chuàng)生，也不會消失．故D錯誤．9．關(guān)于物體內(nèi)能及其變化，下列說法正確的是()A．物體的溫度改變時，其內(nèi)能必定改變B．物體對外做功，其內(nèi)能不一定改變；向物體傳遞熱量，其內(nèi)能不一定改變C．若物體與外界不發(fā)生熱交換，物體的內(nèi)能也可能改變D．物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變解析：選BCD.物體的溫度改變，分子的平均動能改變，分子勢能變化情況不確定，所以內(nèi)能不一定改變，A錯誤；做功和熱傳遞都可以改變內(nèi)能，單純對物體做功或向物體傳遞熱量，內(nèi)能不一定改變，B正確；物體與外界不發(fā)生熱交換，可能做功，其內(nèi)能可能改變，C正確；由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W知D正確．10．如圖所示，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．不可能經(jīng)過體積減小的過程C．外界必然對氣體做功D.氣體必然從外界吸熱解析：選AD.題圖告訴我們，從狀態(tài)A到狀態(tài)B，壓強p減小，溫度T升高，由理想氣體的狀態(tài)方程可知，體積必然變大，A正確；兩個狀態(tài)中間的過程不清楚，B錯誤；由熱力學第一定律，知TB>TA，則內(nèi)能UB>UA，即ΔU>0，而從A到B，體積增大，氣體對外做功W<0，所以Q>0，D正確，C錯誤．三、非選擇題11.如圖所示，圓柱形容器內(nèi)用活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，已知容器橫截面積為S，活塞重為G，大氣壓強為p0.若活塞固定，封閉氣體溫度升高1℃，需吸收的熱量為Q1；若活塞不固定，仍使封閉氣體溫度升高1℃，需吸收的熱量為Q2.不計一切摩擦，在活塞可自由移動時，封閉氣體溫度升高1℃，活塞上升的高度h應(yīng)為多少？解析：活塞固定時，由熱力學第一定律，氣體增加的內(nèi)能ΔU＝Q1；活塞不固定時，設(shè)外界對氣體做功為W，活塞上升的高度為h，則ΔU＝Q2＋W＝Q2－(p0Sh＋Gh)對活塞由能量守恒定律得Gh＝W內(nèi)－p0sh聯(lián)立可得：W＝－W內(nèi)＝－(p0Sh＋Gh)故h＝eq\f(Q2－Q1,p0S＋G).答案：eq\f(Q2－Q1,p0S＋G)12.如圖所示是一個半徑R＝0.3m的半球狀容器．鐵塊由邊緣的A點從靜止開始沿內(nèi)壁下滑，當滑到容器底部的B點時，容器內(nèi)壁所受壓力為小鐵塊自重的1.25倍，在它下滑的