高中物理课时作业14第10章热力学定律3热力学第一定律能量守恒定律新人教版选修3 - 3

3热力学第一定律　能量守恒定律

课时作业(十四)

[全员参与·基础练]

1．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法中正确的是(　　)

A．秋千的机械能守恒

B．秋千的能量正在消失

C．只有动能和重力势能的相互转化

D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒

【解析】　自由摆动的秋千摆动幅度减小，说明机械能在减少，减少的机械能克服阻力做功，增加了内能．

【答案】　D

2．(2014·昆明高二检测)“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为它

(　　)

A．不符合热力学第一定律

B．做功产生的热量太少

C．由于有摩擦、热损失等因素的存在

D．找不到合适的材料和合理的设计方案

【解析】　第一类永动机是指不消耗能量而且还能对外做功，故违背了能量守恒定律．A正确．

【答案】　A

3．(2015·河北联考一模)在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体叫做气团，气团可看做理想气体，将其作为研究对象．气团直径很大可达几千米，其边缘部分与外界的热交换相对于整个气团的内能来说非常小，可以忽略不计．气团从地面上升到高空后温度可降低到－50 ℃，关于气团上升过程中下列说法正确的是(　　)

A．气团体积膨胀，对外做功，内能增加，压强减小

B．气团体积收缩，外界对气团做功，内能减少，压强增大

C．气团体积膨胀，对外做功，内能减少，压强减小

D．气团体积收缩，外界对气团做功，内能增加，压强不变

【解析】　据热力学第一定律：ΔU＝W＋Q，忽略气团与外界的热交换，ΔU＝W，气团上升过程中，外界压强随高度升高而变小，气团体积膨胀，对外做功，导致内能大量减少而温度降低．

【答案】　C

4．(多选)关于一定量的气体，下列叙述正确的是(　　)

A．气体吸收的热量可以完全转化为功

B．气体体积增大时，其内能一定减少

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；若气体吸收热量的同时对外做功，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，则气体内能减少，所以D正确．

【答案】　AD

5．如图是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内理想气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J．缸内气体的(　　)

图10­3­6

A．温度升高，内能增加600 J

B．温度升高，内能减少200 J

C．温度降低，内能增加600 J

D．温度降低，内能增加200 J

【解析】　由热力学第一定律：

W＋Q＝ΔU

得ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，ΔU＝600 J>0，故温度一定升高，A选项正确．

【答案】　A

6．(多选)(2015·沈阳模拟)如图10­3­7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10­3­7

A．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，其内能可能不变

D．电流对气体做功一定大于气体对外做功

【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、C均错，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】　AD

7．(多选)行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是(　　)

A．物体克服阻力做功

B．物体的动能转化为其他形式的能量

C．物体的势能转化为其他形式的能量

D．物体的机械能转化为其他形式的能量

【解析】　这四个现象中，物体运动过程都受到阻力，汽车主要是制动阻力，流星降落是空气阻力，条形磁铁下落过程受到磁场阻力．因而物体都克服阻力做功，A选项对．四个物体运动过程中，汽车是动能转化为内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化为内能或其他形式的能，总之，是机械能转化为其他形式的能，D选项正确．

【答案】　AD

8．一定量的气体从外界吸收了2.6×105 J的热量，内能增加了4.2×105 J，是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少功？

【解析】　根据热力学第一定律表达式中的符号规则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J.

由ΔU＝W＋Q，则

W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J.

W＞0，说明是外界对气体做了功．

【答案】　外界对气体做了1.6×105 J的功

[超越自我·提升练]

9．(2015·济南高二检测)如图10­3­8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(　　)

图10­3­8

A．气体对外做功，气体温度可能不变

B．气体对外做功，内能一定减少

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

【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．

【答案】　A

10．(多选)如图所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A变化到状态B时(　　)

图10­3­9

A．体积必然增大

B．有可能经过体积减小的过程

C．外界必然对气体做正功

D．气体必然从外界吸热

【解析】　连接OA、OB，得到两条等容线，故有VB>VA，所以A正确；由于没有限制从状态A变化到状态B的过程，所以可先减小气体的体积再增大气体的体积到B状态，故B正确；因为气体体积增大，所以是气体对外做功，C错误；因为气体对外界做功，而气体的温度又升高，内能增大，由热力学第一定律知气体一定从外界吸热，D正确．

【答案】　ABD

11．(2015·长春高二检测)如图10­3­10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＝1×105Pa，不计活塞重力．问：

图10­3­10

(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)

【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 cm，

l＝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＝1.1×106 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)1.1×106 Pa　(2)82 J

12．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．

【解析】　设在t时间内吹在风车上的空气的质量为m0，则m0＝πd2·vt·ρ，风的动能Ek＝m0v2＝πd2v3tρ.

根据题意：πd2v3tρ×50%×80%＝mgh.则＝.

【答案】　

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/acb4345c6fdb6f1aff00bed5b9f3f90f76c64d85.html