高中物理 第10章 热力学定律 3 热力学第一定律、能量守恒定律学业分层测评 新人教版

热力学第一定律、能量守恒定律 (建议用时：45分钟)[学业达标]1．在热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q中，关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中不正确的是(　　)A．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正B．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负C．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正D．外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负E．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正【解析】　根据公式ΔU＝W＋Q中的符号法则知选项C、E正确，故选A、B、D.【答案】　ABD2．(2016大连高二检测)如图1034所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中．设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小，下列说法中正确的是(　　)图1034A．从外界吸热B．向外界放热C．分子势能不变D．内能减小E．内能不变【解析】　水温恒定，即空气分子平均动能不变；不计分子间相互作用，即分子势能不变，由此可知空气内能不变．筒内空气体积减小，说明外界对空气做功，根据热力学第一定律知空气放出热量．正确选项为B、C、E.【答案】　BCE3．—物体获得一定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统的下列说法中正确的是(　　)A．机械能守恒B．总能量守恒C．机械能和内能增加D．机械能减少，内能增加E．摩擦力对物体做负功【解析】　物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能减少．由能量转化和守恒定律知，内能应增加，能的总量不变，B、D、E正确．【答案】　BDE4．如图1035是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对汽缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，汽缸内气体的下列说法不正确的是(　　)图1035A．温度升高，内能增加600 JB．温度升高，内能减少200 JC．温度降低，内能增加 600 JD．温度降低，内能减少200 JE．气体分子对器壁的压强增大【解析】　对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600 J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，且体积减小，选项AE正确，故选B、C、D.【答案】　BCD5.(2016上海检测)景颇族的祖先发明的点火器如图1036所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中的下列说法中不正确的是(　　)图1036A．气体温度升高，压强不变B．气体温度升高，压强变大C．气体对外界做正功，气体内能增加D．外界对气体做正功，气体内能减少E．外界对气体做正功，气体内能增加【解析】　由于套筒内封闭着一定质量的气体，当猛推推杆时推杆迅速压缩气体，外界对气体做正功．由于这一过程进行得很快，可以看成是一个近似的绝热过程，即整个系统来不及向外界传递热量．根据热力学第一定律，这时外力做的功只能用来增加气体的内能，这就使气体分子的运动加剧，引起气体分子平均动能增加，气体温度升高．所以艾绒即刻被点燃．由于被封闭的气体质量不变，温度升高，而体积变小，则由气体状态方程知压强变大．故B、E选项正确，其他选项都错．【答案】　ACD6．(2016济南高二检测)如图1037所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走．若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中的下列说法中正确的是(　　)【导学号：11200091】图1037A．气体对外做功，气体温度可能不变B．气体对外做功，内能可能不变C．气体压强可能增大，内能可能不变D．气体从外界吸热，内能一定增加E．气体压强减小，温度可能不变【解析】　由于汽缸是导热的，则可以与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变，但压强减小．【答案】　ABE7．关于物体内能的变化，以下说法中不正确的是(　　)A．物体吸收热量，内能—定增大B．物体对外做功，内能一定减少C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变E．物体放出热量，外界对物体做功，内能可能不变．【解析】　根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体内能的变化与外界对物体做功(或物体对外界做功)，物体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关．物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故A错，同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减少，B错，若物体吸收的热量与对外做的功相等，则内能可能不变，C正确；同理，E正确．若物体放热同时对外做功，物体内能一定减少，故D错．【答案】　ABD8．(2016青岛高二检测)一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？ (2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做多少功？【导学号：11200091】【解析】　(1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从2状态回到1状态过程中内能的变化应等于从1状态到2状态过程中内能的变化，则从2状态到1状态的内能应减少160 J．即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J.【答案】　(1)增加了160 J　(2)外界对气体做功80 J[能力提升]9．关于一定量的气体，下列叙述不正确的是(　　)A．气体吸收的热量可以完全转化为功B．气体体积增大时，其内能一定减小C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加D．外界对气体做功，气体的内能一定增加E．外界对气体做功，气体内能可能减少【解析】　如果气体等温膨胀，则气体的内能不变，吸收的热量全部用来对外做功，A正确；当气体体积增大时，对外做功，若同时吸收热量．且吸收的热量大于或等于对外做功的数值时，内能不会减少，所以B错误；若气体吸收热量同时对外做功，其内能也不一定增加，C错误；若外界对气体做功的同时气体向外放出热量，且放出的热量多于外界对气体所做的功，则气体内能不但未增加反而减少，所以D错误，E正确，故选B、C、D.【答案】　BCD10．(2016沈阳模拟)如图1038所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是(　　)图1038A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少C．电流对气体做功，气体对外做功，其内能一定增加D．电流对气体做的功一定大于气体对外做功E．电流对气体做的功一定等于气体对外做的功【解析】　由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由为恒量知，气体温度升高，内能一定增加，由能的转化和守恒知，电流对气体做功一定大于气体对外做功，B错，D项正确．由气体压强的微观解释知温度升高，气体分子与活塞碰一次对活塞的冲击力增大，而压强不变；单位时间内对活塞的冲击力不变．因此单位时间内对活塞的碰撞次数减少，A对．【答案】　ACD11．风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮上，设空气密度为ρ，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高到h的高度，效率为80%，求单位时间内最多可提升的水的质量m.【导学号：11200093】【解析】　设在t时间内吹在风车上的空气的质量为m0，则m0＝πd2vtρ风的动能Ek＝m0v2＝πd2v3tρ根据题意：πd2v3tρ50%80%＝mgh，则＝.【答案】　12．(2016长春高二检测)如图1039所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为22 cm，现在用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭空气柱长度变为2 cm，人对活塞做功100 J，大气压强为p0＝1105 Pa，不计活塞重力．问：图1039 (1)若用足够长的时间缓慢压缩气体，求压缩后气体的压强为多大？(2)若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20 J，则气体的内能增加多少？(活塞的横截面积S＝1 cm2) 【导学号：11200094】【解析】　(1)设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22 cml＝2 cm，V0＝l0S，V＝lS缓慢压缩气体温度不变，由玻意耳定律得：p0V0＝pV，解得：p＝1.1106 Pa.(2)大气压力对活塞做功：W1＝p0S(l0－l)＝2 J人做功W2＝100 J，由热力学第一定律：ΔU＝W1＋W2＋Q，将Q＝－20 J代入解得ΔU＝82 J.【答案】　(1)1.1106 Pa　(2)82 J。