物理選修3-3自主練習(xí)第十章第三節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精自主廣場(chǎng)我夯基我達(dá)標(biāo)1.必然量的某種氣體,對(duì)外界做了4.0×105J的功,其內(nèi)能增加了2.5×105J，則在此過程中,該氣體_______（填“吸取”或“放出")熱量_______J。55思路解析：由題意可知，W=—4.0×10J，U=2。5×10J，由熱力學(xué)第必然律55U=W+Q可得Q=ΔU-W=2.5×10J-（—4。0×10）5J=6.5×10J。答案：吸取56.5×102.在一個(gè)大氣壓下，1kg100℃的水變成1kg100℃的水蒸氣的過程，以下說法中正確的選項(xiàng)是（）。內(nèi)能不變，對(duì)外界做功，必然是吸熱過程B.內(nèi)能增加，吸取的熱量等于內(nèi)能的增加C.內(nèi)能不變,吸取的熱量等于對(duì)外界做的功。內(nèi)能增加，向外界吸熱，吸取的熱量等于對(duì)外界做的功和增加的內(nèi)能思路解析：水變成同溫度的水蒸氣時(shí)，分子間距從r0增大到約10r0，體積要擴(kuò)大體1000倍，故需戰(zhàn)勝大氣壓力對(duì)外做功，同時(shí)戰(zhàn)勝分子力做功，分子勢(shì)能增加內(nèi)能增加.由熱力學(xué)第必然律U=Q+W，則Q=ΔU-W，其中W為負(fù)值，應(yīng)選項(xiàng)D正確。答案:D3.以下說法中正確的選項(xiàng)是( )。液體中懸浮微粒的布朗運(yùn)動(dòng)是做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的液體分子撞擊微粒而引起的學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精B.物體的溫度越高，其分子的平均動(dòng)能越大C。物體里全部分子動(dòng)能的總和叫做物體的內(nèi)能。只有傳熱才能改變物體的內(nèi)能思路解析：懸浮在液體中的微粒之所以能夠做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，是液體分子對(duì)固體小微粒的撞擊不平衡而引起的,A正確。溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度越高,分子平均動(dòng)能越大,B正確。物體的內(nèi)能是物體里全部分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，C錯(cuò)誤。改變物體的內(nèi)能的方式有兩種：做功和熱傳達(dá)，所以D錯(cuò)誤.答案：AB4。必然質(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狀態(tài)，用W1表示外界對(duì)氣體做功,W2表示氣體對(duì)外界做功，Q1表示氣體吸取的熱量，Q2表示氣體放出的熱量，則整個(gè)過程中必然有(

）A。

Q1

—

Q2=W2

—

W1

B。

Q1=Q

2C.W2=W1

D。Q1>Q

2思路解析：必然質(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狀態(tài),依照熱力學(xué)第必然律可得A正確.答案：A5.請(qǐng)指出以下現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)移的情況。(1)鉆木取火;（2)氣體膨脹做功;（3)水電站水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；（4)電動(dòng)水泵將水抽到高處;(5)植物的光合作用；（6）木柴燃燒；（7)爆竹因火藥爆炸升空；（8)風(fēng)吹動(dòng)帆船前進(jìn).思路解析：第一分清過程和過程前后能量形式及其增減情況。學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精答案：（1)摩擦生熱，機(jī)械能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能；(2)氣體對(duì)外膨脹做功,內(nèi)能減少，內(nèi)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能;3)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，耗資機(jī)械能，發(fā)電機(jī)發(fā)電,獲取電能，機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能;4)電動(dòng)水泵耗資電能，將水抽到高處，機(jī)械能增加，電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能；(5）植物利用太陽(yáng)光進(jìn)行化學(xué)合成，光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能;6)木柴燃燒發(fā)熱發(fā)光，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能和熱能；7）火藥爆炸，化學(xué)能減少，爆竹升空,機(jī)械能增加，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能；8)風(fēng)流動(dòng)擁有機(jī)械能，船前進(jìn),擁有機(jī)械能,能量發(fā)生轉(zhuǎn)移.6。一塊0℃的冰雹自高空落下,若它落地時(shí)，它的勢(shì)能全部轉(zhuǎn)變成它的內(nèi)能，且消融成同質(zhì)量同溫度的水，那么它是從距地面多高的高空中自由落下的？（冰的消融熱是λ=80cal/g，g取10m/s2)思路解析：據(jù)題意列方程mgh=Jmλ，由于J=4.2J/calh=J420080m=33600m.g10答案:33600m我綜合我發(fā)展7.在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水在沸騰時(shí)，1g的水由液體變成同溫度氣態(tài)，其體積由

31.043cm變成

1676cm3，已知水的汽化熱為

2263.8J/g,求:（1）體積膨脹時(shí)氣體對(duì)外界做的功W；(2)氣體吸取的熱量Q;學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精（3）氣體增加的內(nèi)能U。思路解析：取1g水為研究系統(tǒng)，大氣視作外界。1g沸騰的水變成同溫度的氣需要吸取熱量，同時(shí)由于氣體體積膨脹，系統(tǒng)要對(duì)外做功，所以有

U〈Q

吸.(1)氣體在等壓

(大氣壓

)下膨脹做功：W=p（V2-V1）=1.013

5×10×（1676—

1.043)

-6×10J=169.7J。2)氣體吸熱：Q=ML=2263。8J。(5）依照熱力學(xué)第必然律:U=Q+W=2263。8J+（—169。7)J=2094。1J。答案：(1)169.7J（2）2263.8J(3)2094.1J8.如圖10-3-2所示，一個(gè)質(zhì)量m=100g的金屬塊恰能從一個(gè)長(zhǎng)L=4m、傾斜角θ=30°的斜面的頂端勻速下滑至底端,損失的機(jī)械能有

20％被金屬塊吸取，求在下滑過程中產(chǎn)生的內(nèi)能及金屬塊高升的溫度

.〔金屬塊的比熱容為98J/（kg·℃）〕圖10—3—2思路解析：金屬塊勻速下滑過程中動(dòng)能不變，機(jī)械能的減少量即重力勢(shì)能的減少量為mgLsinθ,這部分機(jī)械能經(jīng)過摩擦生熱轉(zhuǎn)變成了等值的內(nèi)能—3Q=ΔEp=mgLsinθ=100×10×9。8×4×sin30°J=1.96J而其中20％的內(nèi)能被金屬塊吸取，所以金屬塊增加的內(nèi)能為U=Q′=η·Q=20％×1.96J=0392。J學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精又由于Q′=cm·Δt所以t=Q0.392℃=0。04℃.cm980.1答案:0。04℃我創(chuàng)新我超越9.用兩種不同樣的金屬絲組成一個(gè)回路，觸點(diǎn)1插在熱水中，觸點(diǎn)2插在冷水中，如圖10-3—3所示，電流表指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象。以下有關(guān)溫差發(fā)電現(xiàn)象的說法中正確的選項(xiàng)是（)圖10—3-3A.該實(shí)驗(yàn)吻合能量守恒定律，但違犯了熱力學(xué)第必然律B.該實(shí)驗(yàn)中有部分內(nèi)能轉(zhuǎn)變成電路的內(nèi)能C。該實(shí)驗(yàn)中，熱水的溫度不變化，冷水的溫度高升D.該實(shí)驗(yàn)中熱水的溫度降低，冷水的溫度不變化思路解析：溫差發(fā)電現(xiàn)象中內(nèi)能并沒有全部轉(zhuǎn)變成電能.答案：B10.“和平號(hào)”空間站已于2001年3月23日成功地墜落在太平洋海域，墜落過程可簡(jiǎn)化為從一個(gè)近圓軌道(可近似看作圓軌道）開始，經(jīng)過與大氣摩擦,空間站的絕大部分經(jīng)過升溫、消融，最后汽化而銷毀，剩下的殘片墜入大海.此過程中，空間站原來的機(jī)械能中，除一部分用于銷毀和一部分被殘片帶走外，還有一部分能量E′經(jīng)過其學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精他方式消失(不考慮墜落過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需的能量).1）試用以下各物理量的符號(hào)表示消失能量E′的公式；2）依照以下數(shù)據(jù)，算出E′的數(shù)值.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)墜落開始時(shí),空間站的質(zhì)量m0=1。17×105kg;軌道距地面的高度為h=146km；地球半徑R=6。4×106m墜落空間范圍內(nèi)重力加速度取g=10m/s2；入海殘片的質(zhì)量為m=1.2×104kg；入海殘片的溫度高升t=3000K；入海殘片的入海速度為聲速v=340m/s；空間站資料每千克升溫1K平均所需能量C=1.0×103J.每銷毀1kg資料平均所需能量μ=1.0×107J。思路解析：本題以社會(huì)關(guān)注的“和平號(hào)”空間站墜落事件為背景,考查綜合應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律、能量守恒定律解決實(shí)責(zé)問題的能力。經(jīng)過建模計(jì)算空間站初態(tài)機(jī)械能總量,解析墜落過程中的能量轉(zhuǎn)變并應(yīng)用守恒見解列出方程是解答本題的要點(diǎn)。應(yīng)用能量守恒定律解決物理問題時(shí)，應(yīng)弄清物理過程和狀態(tài)，解析參加轉(zhuǎn)變的能量有哪幾種，哪些增加，哪些減少，爾后由守恒見解列出方程。（1)依照題給條件，從近圓軌道到地面的空間中重力加速度g取10m/s2，若以地面為重力勢(shì)能零點(diǎn)，墜落過程開始時(shí)空間站在近圓軌道的重力勢(shì)能為Ep=m0gh①以v表示空間站在近圓軌道上的速度，由牛頓定律可得m0v2=m0g②r學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精其中r為軌道半徑，則r=R+h③由②③式可得空間站在近圓軌道上的動(dòng)能為

Ek=

12

m0g（R+h)④由①④式得,近圓軌道上空間站的機(jī)械能為E=Ep+Ek=m0g(1R+3h)⑤22在墜落過程中，用于銷毀部分所需的能量為Q汽=（m0—m)u⑥用于殘片升溫所需的能量Q汽=cmt⑦殘片動(dòng)能為E殘=1mv22⑧用E′表示以其他方式消失的能量，由能量守恒得E=Q殘+Q汽+E殘+E′⑨由此得E′=m0g（R223h）-(m0-m）μ-12mv2—cmΔt。⑩(2）將數(shù)據(jù)代入⑩得：12E′=2。9×J。10答案：(1）E′=m0g（R223h)—（m0—m）μ-12mv2—cmΔt12(2）2.9×10J11.有人試圖制造一臺(tái)“永久”的發(fā)電機(jī)。設(shè)計(jì)思想以下：先利用外界供給的電能，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再讓電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電.發(fā)電機(jī)發(fā)出電后，一部分電供給電動(dòng)機(jī)連續(xù)使用,電動(dòng)機(jī)不再利用外界供給的電能;一部分電供給用戶使用。這樣，一旦這個(gè)發(fā)電機(jī)發(fā)出電來,學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精它就可以不再使用外界的能量，自己“紛至沓來”地