2019-2020年高中物理 第10章 第3节 热力学第一定律 能量守恒定律同步练习 新人教版选修3-3.doc
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2019-2020年高中物理 第10章 第3节 热力学第一定律 能量守恒定律同步练习 新人教版选修3-3 一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题) 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 答案：C 解析：外界对物体做功时W为正，反之为负；吸热时Q为正，反之为负；内能增加时ΔU为正，反之为负。故选项C正确。 2．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将( ) A．降低 B．升高 C．不变 D．无法确定 答案：B 解析：取房间内气体及电冰箱(有散热装置)为系统，外界消耗电能，对系统做功，系统总内能增加。 3．(湛江市xx～xx学年高二下学期期末)空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对空气做了2.0105J的功，同时空气的内能增加了1.5105J。下列说法正确的是( ) A．空气从外界吸收的热量是0.5105J B．空气对外界放出的热量是0.5105J C．空气从外界吸收的热量是3.5105J D．空气对外界放出的热量是3.5105J 答案：B 解析：由题意知，W＝2.0105J，ΔU＝1.5105J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得Q＝－0.5105J，负号表示放热，故选项B正确。 4.如图所示，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( ) A．从外界吸热 B．内能增大 C．向外界放热 D．内能减小 答案：C 解析：金属筒缓慢下降过程中，外界对筒内气体做功，而筒与水有热交换、水温恒定，所以筒内空气要向外界放热，温度保持不变，从而内能不变。 5.如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的气缸中，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。若活塞与气缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中( ) 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．气体压强减小，内能可能不变 D．气体从外界吸热，内能一定增加 答案：AC 解析：由于气缸为导热的，则可与外界进行热交换，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。 6．(南阳市xx～xx学年高二下学期期中)一定质量的理想气体的状态变化过程表示在如图所示的p－V图上，气体先由a状态沿双曲线经等温过程变化到b状态，再沿与横轴平行的直线变化到c状态， a、c两点位于与纵轴平行的直线上，以下说法中正确的是( ) A．由a状态至b状态过程中，气体放出热量，内能不变 B．由b状态至c状态过程中，气体对外做功，内能减少 C．c状态与a状态相比，c状态分子平均距离较大，分子平均动能较大 D．b状态与a状态相比，b状态分子平均距离较小，分子平均动能相等 答案：AD 解析：由题意，ab是一条双曲线，说明气体由a状态至b状态过程中发生了等温变化，内能不变，气体的体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，故A正确。由b状态至c状过程中，气体的体积增大，对外做功，温度升高，内能增大，故B错误。c状态与a状态相比，体积相同，分子平均距离相等，故C错误。b状态与a状态相比，b状态体积小，分子平均距离较小，温度相等，则分子平均动能相等，故D正确。 二、非选择题 7．喷雾器内有10L水，上部封闭有1atm的空气2L。关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1atm的空气3L(设外界环境温度一定，空气可看作理想气体)。 (1)当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体压强，并从微观上解释气体压强变化的原因。 (2)打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀，此过程气体是吸热还是放热？简要说明理由。 答案：(1)2.5atm (2)吸热 解析：(1)设气体初态压强为p1，体积为V1；末态压强为p2，体积为V2，由玻意耳定律p1V1＝p2V2 代入数据得p2＝2.5atm 微观解释：温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加。 (2)吸热。气体对外做功而内能不变，根据热力学第一定律可知气体吸热。 能力提升 一、选择题(单选题) 1．一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5104J，气体对外界做功1.0104J，则该理想气体的( ) A．温度降低，密度增大 B．温度降低，密度减小 C．温度升高，密度增大 D．温度升高，密度减小 答案：D 解析：由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q＝2.5104J，W＝－1.0104J可知ΔU大于零，气体内能增加，温度升高，A、B错；气体对外做功，体积增大，密度减小，C错，D对。 2．给旱区送水的消防车停于水平地面。在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体( ) A．从外界吸热 B．对外界做负功 C．分子平均动能减小 D．内能增加 答案：A 解析：缓慢放水过程中，胎内气体压强减小，气体膨胀对外界做正功，选项B错；胎内气体温度不变，故分子平均动能不变，选项C错；由于不计分子间势能，气体内能只与温度有关，温度不变，内能不变，选项D错；由ΔU＝W＋Q知ΔU＝0，W<0，故Q>0，气体从外界吸热，选项A正确。 3.如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡状态。经过此过程( ) A．Ep全部转换为气体的内能 B．Ep一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 C．Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能 D．Ep一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能， 其余部分仍为弹簧的弹性势能 答案：D 解析：当绳子突然断开时，活塞受弹簧的弹力F、活塞的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F′共同作用，如图所示，其合力向上，经多次往复运动后活塞静止时， 活塞处于三力平衡状态，气体体积必减小，外力对气体做正功，由于绝热，气体的内能增加，而活塞最终的静止位置比初始位置高，其重力势能增加，最终弹力与另外两个力的合力平衡，弹簧仍有形变。设最终弹簧的弹性势能为Ep′，由能量守恒定律得Ep＝Ep′＋活塞增加的重力势能＋气体增加的内能，所以D选项正确。 二、非选择题 4．(扬州市xx～xx学年高二下学期期末)一定量的理想气体的p－V图象如图所示，气体状态经历了A→B→C变化过程，A、B、C三个状态的有关参量如图所示，则气体在状态C的内能________________气体在状态A的内能(填“>”、“<”或“＝”)，在上述过程中，气体需________________(填“吸热”或“放热”)，它与外界交换的热量的绝对值为________________J。 答案：＝ 放热 300 解析：对于理想气体＝，得TA＝TC，理想气体内能只由温度决定，所以气体在状态C的内能等于气体在状态A的内能。A→C过程外界对气体做功W＝pΔV＝300J，由ΔU＝W＋Q，得Q＝－300J。 5．在一个标准大气压下，水在沸腾时，1g的水由液态变成同温度的水汽，其体积由1.043cm3变为1676cm3。已知水的汽化热为2263.8J/g。求： (1)体积膨胀时气体对外界做的功W； (2)气体吸收的热量Q； (3)气体增加的内能ΔU。 答案：(1)169.7J (2)2263.8J (3)2094.1J 解析：取1g水为研究系统，1g沸腾的水变成同温度的水汽需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有ΔU
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