高中物理熱力學(xué)定律第1節(jié)功和內(nèi)能作業(yè)（含解析）新人教版選修33

/06/6/第1節(jié)功和內(nèi)能(時(shí)間：30分鐘總分：50分)基礎(chǔ)夯實(shí)一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題)1．(2020·四川省瀘縣校級(jí)期末)冬天站在室外時(shí)，人們習(xí)慣地搓著雙手以取暖，這個(gè)過(guò)程中(C)A．人站著不動(dòng)就沒(méi)有做功B．即使雙手光滑也能搓手取暖C．人體內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為雙手的機(jī)械能D．雙手的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能解析：搓著雙手以取暖，是通過(guò)克服摩擦力做功發(fā)熱取暖的，是人體內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為雙手的機(jī)械能，再通過(guò)克服摩擦力做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，若雙手光滑，就無(wú)法克服摩擦力做功，無(wú)法取暖，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。2．(2020·河北省張家口市一中高二下學(xué)期期中)如圖是壓力保溫瓶的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，活塞a與液面之間密閉了一定質(zhì)量的氣體。假設(shè)封閉氣體為理想氣體且與外界沒(méi)有熱交換，則向下壓a的過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體(A)A．內(nèi)能增大 B．體積增大C．壓強(qiáng)不變 D．溫度不變解析：向下壓a的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功，瓶?jī)?nèi)氣體內(nèi)能增大，選項(xiàng)A正確；向下壓a的過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體體積減小，壓強(qiáng)增大，溫度升高，選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤。3．下列有關(guān)焦耳及焦耳實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中正確的有(D)A．焦耳是法國(guó)物理學(xué)家，他的主要貢獻(xiàn)是焦耳定律及熱功當(dāng)量B．焦耳實(shí)驗(yàn)中用到的容器可以用普通玻璃杯代替C．焦耳實(shí)驗(yàn)中的研究對(duì)象是容器中的水D．焦耳實(shí)驗(yàn)中要使容器及其中的水升高相同的溫度，實(shí)驗(yàn)中懸掛重物的質(zhì)量、下落的高度可以不相同，但做功必須相同解析：焦耳是英國(guó)物理家，A錯(cuò)誤；焦耳實(shí)驗(yàn)的要求是研究對(duì)象為絕熱系統(tǒng)，普通玻璃杯達(dá)不到絕熱要求，B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是容器及其中的水組成的系統(tǒng)，C錯(cuò)誤；要使水及容器升高相同的溫度即內(nèi)能增加相同，則必須做功相同，D正確。4.如圖所示，在固定的真空容器A內(nèi)部固定著一個(gè)絕熱氣缸B，用質(zhì)量為m的絕熱活塞P將一部分理想氣體封閉在氣缸內(nèi)。撤去閥門(mén)K，不計(jì)摩擦阻力，活塞將向右運(yùn)動(dòng)，該過(guò)程(BD)A．氣體膨脹時(shí)對(duì)外不做功B．氣體膨脹時(shí)對(duì)外做功C．氣體膨脹時(shí)是否對(duì)外做功無(wú)法確定D．活塞做加速運(yùn)動(dòng)，缸內(nèi)氣體溫度降低解析：雖然A內(nèi)為真空，但氣體膨脹時(shí)會(huì)推動(dòng)活塞使其向右做加速運(yùn)動(dòng)，即氣體對(duì)外做了功，所以選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；缸內(nèi)理想氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減小，溫度降低，選項(xiàng)D正確。5．早些年農(nóng)村的小孩子常用舊圓珠筆芯做一種玩具，鐵絲的一端纏繞棉花，用水打濕后從一端塞入筆芯內(nèi)，將筆芯的另一端用力在馬鈴薯上觸一下拔出來(lái)，然后用力推鐵絲，馬鈴薯小塊高速飛出，能打出十幾米遠(yuǎn)。下列說(shuō)法正確的是(AC)A．在推鐵絲而馬鈴薯小塊未飛出的過(guò)程中，筆芯內(nèi)密封的氣體的溫度升高B．在推鐵絲而馬鈴薯小塊未飛出的過(guò)程中，氣體對(duì)外做功C．馬鈴薯小塊高速飛出的動(dòng)能來(lái)自氣體內(nèi)能D．馬鈴薯小塊高速飛出時(shí)外界對(duì)筆芯內(nèi)氣體做功解析：在快速推鐵絲而馬鈴薯小塊未飛出的過(guò)程中，筆芯內(nèi)密封的氣體經(jīng)歷絕熱壓縮的過(guò)程，外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增加，故筆芯內(nèi)密封的氣體的溫度升高，故A正確；在推鐵絲而馬鈴薯小塊未飛出的過(guò)程中，氣體被壓縮，是外界對(duì)氣體做功，故B錯(cuò)誤；封閉氣體經(jīng)歷絕熱膨脹過(guò)程，推出馬鈴薯，故馬鈴薯小塊高速飛出的動(dòng)能來(lái)自于氣體內(nèi)能，這里的氣體類(lèi)似彈簧，故C正確，D錯(cuò)誤。二、非選擇題6．冬季，由于溫度太低，很難啟動(dòng)摩托車(chē)(在農(nóng)村啟動(dòng)195型拖拉機(jī)也會(huì)遇到類(lèi)似情況)。這時(shí)駕駛者往往先關(guān)閉油門(mén)，連續(xù)踏下啟動(dòng)搖桿若干次，然后再打開(kāi)油門(mén)，踏下啟動(dòng)搖桿即可啟動(dòng)，運(yùn)用的原理是什么？答案：連續(xù)踏下啟動(dòng)搖桿，活塞不斷壓縮氣缸里的氣體做功，增加氣體的內(nèi)能，使氣體的溫度升高，當(dāng)達(dá)到汽油的燃點(diǎn)后，即可啟動(dòng)。7.如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為20kg的絕熱汽缸豎直放置，絕熱活塞的質(zhì)量為5kg，面積為0.1m2，處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)被封閉氣體的高度為50cm，現(xiàn)在活塞上方加一15kg的物體，待穩(wěn)定后，被封閉氣體的高度變?yōu)?0cm。求在這一過(guò)程中氣體的內(nèi)能增加了多少？(p0＝1.01×105Pa，g取10m/s2)答案：1030J解析：由于汽缸及活塞均絕熱，故外界對(duì)氣體所做的功全部轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，即ΔU＝W外＝(m活塞＋m物體)gΔh＋p0SΔh＝(5＋15)×10×0.1J＋1.01×105×0.1×0.1J＝1030J。能力提升一、選擇題(1～4題為單選題，5題為多選題)1.某汽車(chē)后備箱內(nèi)安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由氣缸和活塞組成。開(kāi)箱時(shí)，密閉于氣缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起，如圖所示。在此過(guò)程中，若缸內(nèi)氣體與外界無(wú)熱交換，忽略氣體分子間相互作用，則缸內(nèi)氣體(A)A．對(duì)外做正功，分子的平均動(dòng)能減小B．對(duì)外做正功，內(nèi)能增大C．對(duì)外做負(fù)功，分子的平均動(dòng)能增大D．對(duì)外做負(fù)功，內(nèi)能減小解析：絕熱過(guò)程中，氣體膨脹，對(duì)外做功；內(nèi)能減小，溫度降低，分子的平均動(dòng)能減小，A選項(xiàng)正確。2.如圖所示，活塞將氣缸分成甲、乙兩氣室，氣缸、活塞(連同拉桿)是絕熱的，且不漏氣。以E甲、E乙分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內(nèi)能，則在將拉桿緩慢向外拉的過(guò)程中(D)A．E甲不變，E乙減小 B．E甲不變，E乙增大C．E甲增大，E乙不變 D．E甲增大，E乙減小解析：本題解題的關(guān)鍵是明確甲、乙兩氣室氣體都?xì)v經(jīng)絕熱過(guò)程，內(nèi)能改變?nèi)Q于做功的情況。對(duì)甲室內(nèi)的理想氣體，在拉桿緩慢向外拉的過(guò)程中，活塞左移，壓縮氣體，外界對(duì)甲室氣體做功，其內(nèi)能應(yīng)增大；對(duì)乙室內(nèi)的氣體，活塞左移，氣體膨脹，氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能應(yīng)減小。3.如圖所示，氣缸放置在水平地面上，質(zhì)量為m的活塞將氣缸分成甲、乙兩氣室，兩氣室中均充有氣體，氣缸、活塞是絕熱的且不漏氣。開(kāi)始活塞被銷(xiāo)釘固定，現(xiàn)將銷(xiāo)釘拔掉，活塞最終靜止在距原位置下方h處，設(shè)活塞移動(dòng)前后甲氣體內(nèi)能的變化量為ΔE，不計(jì)氣體重心改變的影響，下列說(shuō)法正確的是(B)A．ΔE＝mghB．ΔE>mghC．ΔE<mghD．以上三種情況均有可能解析：氣體甲體積減小，外界對(duì)它做正功，其中包括mgh和乙氣體分子對(duì)活塞的力做功W乙，且為正功，ΔE＝mgh＋W乙。4．金屬筒內(nèi)裝有與外界溫度相同的壓縮空氣，打開(kāi)筒的開(kāi)關(guān)，筒內(nèi)高壓空氣迅速向外溢出，待筒內(nèi)外壓強(qiáng)相等時(shí)，立即關(guān)閉開(kāi)關(guān)。在外界保持恒溫的條件下，經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)的時(shí)間后，再次打開(kāi)開(kāi)關(guān)，這時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象是(B)A．筒外空氣流向筒內(nèi)B．筒內(nèi)空氣流向筒外C．筒內(nèi)外有空氣交換，處于動(dòng)態(tài)平衡，筒內(nèi)空氣質(zhì)量不變D．筒內(nèi)外無(wú)空氣交換解析：因高壓空氣急劇外溢時(shí)，氣體來(lái)不及充分與外界發(fā)生熱交換，可近似看成絕熱膨脹過(guò)程，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減少，所以關(guān)閉開(kāi)關(guān)時(shí)，筒內(nèi)氣體溫度較外界偏低，再經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間后，筒內(nèi)外氣體溫度相同。對(duì)筒內(nèi)剩余氣體分析，屬等容升溫過(guò)程，壓強(qiáng)要升高，大于外界氣壓，所以再打開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，筒內(nèi)氣體要流向筒外。5．如圖所示，帶有活塞的氣缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體(不考慮氣體分子勢(shì)能)，氣缸和活塞均具有良好的絕熱性能。將一個(gè)熱敏(電阻隨溫度升高而減小)電阻置于氣缸中，熱敏電阻與氣缸外的歐姆表連接，氣缸固定不動(dòng)，缸內(nèi)活塞可自由移動(dòng)且不漏氣，活塞下掛一沙桶，沙桶裝滿(mǎn)沙子時(shí)活塞恰好靜止?，F(xiàn)將沙桶底部鉆一小洞，細(xì)沙緩緩漏出。則下列說(shuō)法正確的是(ACD)A．外界對(duì)氣體做功，氣體的內(nèi)能增大B．氣體對(duì)外界做功，氣體的內(nèi)能減小C．氣體的壓強(qiáng)增大，體積減小D．歐姆表的指針逐漸向右偏轉(zhuǎn)解析：沙子漏出，活塞上移壓縮氣體，氣體的體積減小內(nèi)能增大，故A、C正確，B錯(cuò)誤；溫度升高，熱敏電阻的阻值變小，歐姆表指針右偏，D正確。二、非選擇題6．汽車(chē)內(nèi)胎放完氣后，氣門(mén)的溫度可達(dá)到0℃以下，請(qǐng)你解釋一下原因。答案：以?xún)?nèi)胎中的氣體為系統(tǒng)，氣體推動(dòng)周?chē)髿庾龉Γ?對(duì)外界氣體做功)大氣的內(nèi)能增加，內(nèi)胎中的氣體內(nèi)能減少，溫度降低。如果在較短時(shí)間內(nèi)做較多的功，氣門(mén)來(lái)不及吸熱，氣門(mén)溫度就可達(dá)到0℃以下。7．如圖所示為焦耳測(cè)定熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)裝置，若重物P、P′的質(zhì)量共為m＝26.320kg，每次下落的高度均為h＝160.5cm，共下落n＝20次，量熱器及其中的水和其他物體的平均熱容量為c＝6316cal/℃，實(shí)驗(yàn)中測(cè)得溫度升高Δt＝0.31℃，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)算出熱功當(dāng)量的