2024-2025學(xué)年新教材高中物理課時作業(yè)8熱力學(xué)第一定律能量的轉(zhuǎn)化與守恒含解析魯科版選擇性必修3

PAGE5-課時分層作業(yè)(八)熱力學(xué)第肯定律能量的轉(zhuǎn)化與守恒(建議用時：25分鐘)◎考點一功、熱傳遞、內(nèi)能之間的改變關(guān)系1．肯定質(zhì)量的氣體經(jīng)驗一緩慢的絕熱膨脹過程．設(shè)氣體分子間的勢能可忽視，則在此過程中()A．外界對氣體做功，氣體分子的平均動能增加B．外界對氣體做功，氣體分子的平均動能削減C．氣體對外界做功，氣體分子的平均動能增加D．氣體對外界做功，氣體分子的平均動能削減D[絕熱過程是指氣體膨脹過程未發(fā)生傳熱，膨脹過程氣體體積增大，外界對氣體做的功W＜0，由ΔU＝W可知，氣體內(nèi)能減?。捎跉怏w分子間的勢能可忽視，故氣體分子的平均動能減小．故D正確．]2．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．用打氣筒漸漸向容器內(nèi)打氣，使容器內(nèi)的壓強增大到肯定程度，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，試驗表明氣體對外界做功，內(nèi)能削減B．溫度計示數(shù)變大，試驗表明外界對氣體做功，內(nèi)能增加C．溫度計示數(shù)變小，試驗表明氣體對外界做功，內(nèi)能削減D．溫度計示數(shù)變小，試驗表明外界對氣體做功，內(nèi)能增加C[膠塞沖出容器口后，氣體膨脹，對外做功．由于沒來得及發(fā)生熱交換，由W＝ΔU可知內(nèi)能減?。畠?nèi)能等于物體內(nèi)全部分子動能和分子勢能之和，由于體積增大，勢能增大，由此可知分子平均動能減小，所以溫度降低．]3．(多選)關(guān)于熱量與內(nèi)能，下列說法正確的是()A．熱量是物體在熱傳遞過程中內(nèi)能改變的量度B．熱水的內(nèi)能比冷水的內(nèi)能多C．熱量有可能從內(nèi)能少的物體傳給內(nèi)能多的物體D．溫度高的物體熱量多，內(nèi)能多AC[熱量是物體在熱傳遞過程中內(nèi)能改變的量度，只有在熱傳遞的狀況下，有多少熱量轉(zhuǎn)移，內(nèi)能就改變了多少，A正確；內(nèi)能是物體內(nèi)全部分子動能和勢能的總和，宏觀上看，其大小取決于物體的溫度、體積、物質(zhì)的量，溫度高只能說明其分子的平均動能大，因為物體的質(zhì)量不肯定相同，所以并不能說明它的總分子動能大，更不能說明它的內(nèi)能大，B錯誤；熱量從高溫物體傳遞給低溫物體，而高溫物體的內(nèi)能有可能比低溫物體的內(nèi)能少，C正確；熱量不是狀態(tài)量，不能說某個物體熱量多，D錯誤．]4．關(guān)于系統(tǒng)的內(nèi)能，下述說法正確的是()A．物體內(nèi)全部分子的動能與分子勢能的總和叫物體的內(nèi)能B．一個物體當(dāng)它的機械能發(fā)生改變時，其內(nèi)能也肯定發(fā)生改變C．外界對系統(tǒng)做了多少功W，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少，即ΔU＝WD．系統(tǒng)從外界汲取了多少熱量Q，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少，即ΔU＝QA[在分子動理論中，我們把物體內(nèi)全部分子的動能與分子勢能的總和定義為物體的內(nèi)能，故A正確；物體的內(nèi)能與機械能是兩個不同的物理概念，兩者沒有什么關(guān)系，如物體的速度增加了，機械能可能增加，但假如物體的溫度不變，物體的內(nèi)能可能不變，故B錯誤；只有當(dāng)系統(tǒng)與外界絕熱時，外界對系統(tǒng)做的功才等于系統(tǒng)內(nèi)能的增量，同理，只有在單純的熱傳遞過程中，系統(tǒng)汲取(或放出)的熱量才等于系統(tǒng)內(nèi)能的改變量，故C、D錯誤．]◎考點二熱力學(xué)第肯定律5．一個氣泡從恒溫水槽的底部緩慢向上浮起，(若不計氣泡內(nèi)空氣分子勢能的改變)則()A．氣泡內(nèi)空氣對外做功，內(nèi)能不變，同時放熱B．氣泡內(nèi)空氣對外做功，內(nèi)能不變，同時吸熱C．氣泡內(nèi)空氣內(nèi)能削減，同時放熱D．氣泡內(nèi)空氣內(nèi)能不變，不吸熱也不放熱B[氣泡上升過程中，由于水對氣泡的壓強減小，氣泡的體積增大，故氣泡內(nèi)空氣對外做功，緩慢上升指有時間發(fā)生熱傳遞，可認為氣泡內(nèi)空氣溫度是不變的．不計氣泡內(nèi)空氣分子勢能的改變，內(nèi)能不變，故須從外界汲取熱量，且汲取的熱量等于對外界所做的功．答案為B．]6．在一個大氣壓下，1kg100℃的水變?yōu)?kg100℃的水蒸氣的過程，下列說法正確的是()A．內(nèi)能不變，對外界做功，肯定是吸熱過程B．內(nèi)能增加，汲取的熱量等于內(nèi)能的增加量C．內(nèi)能不變，汲取的熱量等于對外界做的功D．內(nèi)能增加，從外界吸熱，汲取的熱量等于對外界做的功和增加的內(nèi)能之和D[水變成同溫度的水蒸氣時，分子間距從r0增大到約10r0，體積要擴大約1000倍，故需克服大氣壓力對外做功，同時克服分子力做功，分子勢能增加，內(nèi)能增加，由熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q＋W，則Q＝ΔU－W，其中W為負值，故D正確．]7．如圖所示，直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的A、B兩部分氣體，A的密度小，B的密度大，抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體勻稱混合，設(shè)在此過程中氣體吸熱Q、氣體內(nèi)能增量為ΔU，則()A．ΔU＝Q B．ΔU<QC．ΔU>Q D．無法比較B[兩部分氣體混合后，因B的密度大，重心上升，重力做負功，由熱力學(xué)第肯定律W＋Q＝ΔU，得ΔU<Q，故選B．]◎考點三能量的轉(zhuǎn)化與守恒8．在一個與外界沒有熱交換的房間里打開冰箱門，冰箱正常工作，過一段時間房間內(nèi)的溫度將如何改變()A．降低 B．上升C．不變 D．無法確定B[冰箱消耗電能使冰箱內(nèi)外發(fā)生熱交換而達到內(nèi)部制冷，把冰箱與房間看作一個系統(tǒng)，打開冰箱門后，冰箱與房間內(nèi)的熱交換發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)部無法使系統(tǒng)總能量發(fā)生改變．但系統(tǒng)消耗電能增加了系統(tǒng)的總能量，依據(jù)能的轉(zhuǎn)化與守恒定律，系統(tǒng)增加的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使房間的溫度上升．B正確．]9．如圖所示，一演示用的“永動機”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有用形態(tài)記憶合金制成的葉片．輕推轉(zhuǎn)輪后，進入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動．離開熱水后，葉片形態(tài)快速復(fù)原，轉(zhuǎn)輪因此能較長時間轉(zhuǎn)動．下列說法正確的是()A．轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動，不須要消耗外界能量B．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形態(tài)記憶合金自身C．轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動熱水，水溫上升D．葉片在熱水中汲取的熱量肯定大于在空氣中釋放的熱量D[形態(tài)記憶合金從熱水中汲取熱量后，伸展劃水時一部分熱量轉(zhuǎn)變?yōu)樗娃D(zhuǎn)輪的動能，另一部分釋放到空氣中，依據(jù)能量守恒定律可知只有D正確．](建議用時：15分鐘)10．(多選)如圖所示，A、B兩點表示肯定質(zhì)量的某種志向氣體的兩個狀態(tài)．當(dāng)氣體自狀態(tài)A改變到狀態(tài)B時()A．體積必定變大B．不行能經(jīng)過體積減小的過程C．外界必定對氣體做正功D．氣體必定從外界吸熱AD[本題是氣體狀態(tài)改變、圖像與熱力學(xué)第肯定律結(jié)合的綜合分析題．連接OA、OB，得到兩條等容線，故有VB＞VA，A正確；由于沒有限制，自狀態(tài)A改變到狀態(tài)B的過程，可先減小氣體的體積再增大氣體的體積，B錯誤；因為氣體體積增大，所以氣體對外做功，C錯誤；因為氣體對外界做功，而氣體的溫度又上升，內(nèi)能增大，由熱力學(xué)第肯定律知氣體肯定從外界吸熱，D正確．]11．帶有活塞的汽缸內(nèi)封閉肯定質(zhì)量的志向氣體，氣體起先處于狀態(tài)a，然后經(jīng)過過程ab到達狀態(tài)b或經(jīng)過過程ac到達狀態(tài)c，b、c狀態(tài)溫度相同，如圖所示．設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的壓強分別為pb和pc，在過程ab和ac中汲取的熱量分別為Qab和Qac，則()A．pb>pc，Qab>Qac B．pb>pc，Qab<QacC．pb<pc，Qab>Qac D．pb<pc，Qab<QacC[肯定質(zhì)量的志向氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)，從狀態(tài)a到狀態(tài)b，和到狀態(tài)c，兩過程溫度上升相同，即內(nèi)能增加相同，但b狀態(tài)體積比a狀態(tài)大，所以從a狀態(tài)到b狀態(tài)氣體要對外界做功，由熱力學(xué)第肯定律知Qab>Qac，由于b、c狀態(tài)溫度相同，由玻意耳定律，pb<pc，故C正確．]12．肯定質(zhì)量的氣體，在從一個狀態(tài)改變到另一個狀態(tài)的過程中，汲取熱量280J，并對外做功120J，試問：(1)這些氣體的內(nèi)能發(fā)生了怎樣的改變？(2)假如這些氣體又返回原來的狀態(tài)，并放出了240J熱量，那么在返回的過程中是氣體對外界做功，還是外界對氣體做功？做多少功？[解析](1)由熱力學(xué)第肯定律可得ΔU＝W＋Q＝－120J＋280J＝160J，即內(nèi)能增加了160J．(2)由于氣體的內(nèi)能僅與狀態(tài)有關(guān)，所以氣體從2狀態(tài)回到1狀態(tài)過程中內(nèi)能的改變應(yīng)等于從1狀態(tài)到2狀態(tài)過程中內(nèi)能的改變，則從2狀態(tài)到1狀態(tài)的內(nèi)能應(yīng)削減160J．即ΔU′＝－160J，又Q′＝－240J，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律得ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160J－(－240J)＝80J，即外界對氣體做功80J．[答案](1)增加了160J(2)外界對氣體做功80J13．如圖所示是用導(dǎo)熱性能良好的材料制成的氣體試驗裝置，起先時封閉的空氣柱長度為22cm，現(xiàn)在用豎直向下的外力F壓縮氣體，使封閉空氣柱長度變?yōu)?cm，人對活塞做功100J，大氣壓強為p0＝1×105Pa，不計活塞重力．問：(1)若用足夠長的時間緩慢壓縮氣體，求壓縮后氣體的壓強為多大？(2)若以適當(dāng)?shù)乃俣葔嚎s氣體，向外散失的熱量為20J，則氣體的內(nèi)能增加多少？(活塞的橫截面積S＝1cm2)[解析](1)設(shè)壓縮后氣體的壓強為p，活