2019-2020年高中物理 第10章 第3節(jié) 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律同步練習(xí) 新人教版選修3-3.doc
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2019-2020年高中物理 第10章 第3節(jié) 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律同步練習(xí) 新人教版選修3-3 一、選擇題(1～4題為單選題，5、6題為多選題) 1．在熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式ΔU＝W＋Q中，關(guān)于ΔU、W、Q各個(gè)物理量的正、負(fù)，下列說(shuō)法中正確的是( ) A．外界對(duì)物體做功時(shí)W為正，吸熱時(shí)Q為負(fù)，內(nèi)能增加時(shí)，ΔU為正 B．物體對(duì)外界做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為正，內(nèi)能增加時(shí)，ΔU為負(fù) C．物體對(duì)外界做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為正，內(nèi)能增加時(shí)，ΔU為正 D．外界對(duì)物體做功時(shí)W為負(fù)，吸熱時(shí)Q為負(fù)，內(nèi)能增加時(shí)，ΔU為負(fù) 答案：C 解析：外界對(duì)物體做功時(shí)W為正，反之為負(fù)；吸熱時(shí)Q為正，反之為負(fù)；內(nèi)能增加時(shí)ΔU為正，反之為負(fù)。故選項(xiàng)C正確。 2．在一個(gè)與外界沒(méi)有熱交換的房間內(nèi)打開(kāi)冰箱門(mén)，冰箱正常工作，過(guò)一段時(shí)間房間內(nèi)的溫度將( ) A．降低 B．升高 C．不變 D．無(wú)法確定 答案：B 解析：取房間內(nèi)氣體及電冰箱(有散熱裝置)為系統(tǒng)，外界消耗電能，對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)總內(nèi)能增加。 3．(湛江市xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)空氣壓縮機(jī)在一次壓縮過(guò)程中，活塞對(duì)空氣做了2.0105J的功，同時(shí)空氣的內(nèi)能增加了1.5105J。下列說(shuō)法正確的是( ) A．空氣從外界吸收的熱量是0.5105J B．空氣對(duì)外界放出的熱量是0.5105J C．空氣從外界吸收的熱量是3.5105J D．空氣對(duì)外界放出的熱量是3.5105J 答案：B 解析：由題意知，W＝2.0105J，ΔU＝1.5105J，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，得Q＝－0.5105J，負(fù)號(hào)表示放熱，故選項(xiàng)B正確。 4.如圖所示，某同學(xué)將空的薄金屬筒開(kāi)口向下壓入水中。設(shè)水溫均勻且恒定，筒內(nèi)空氣無(wú)泄漏，不計(jì)氣體分子間相互作用，則被淹沒(méi)的金屬筒在緩慢下降過(guò)程中，筒內(nèi)空氣體積減小( ) A．從外界吸熱 B．內(nèi)能增大 C．向外界放熱 D．內(nèi)能減小 答案：C 解析：金屬筒緩慢下降過(guò)程中，外界對(duì)筒內(nèi)氣體做功，而筒與水有熱交換、水溫恒定，所以筒內(nèi)空氣要向外界放熱，溫度保持不變，從而內(nèi)能不變。 5.如圖所示，活塞將一定質(zhì)量的氣體封閉在直立圓筒形導(dǎo)熱的氣缸中，活塞上堆放細(xì)沙，活塞處于靜止，現(xiàn)逐漸取走細(xì)沙，使活塞緩慢上升，直到細(xì)沙全部取走。若活塞與氣缸之間的摩擦可忽略，則在此過(guò)程中( ) A．氣體對(duì)外做功，氣體溫度可能不變 B．氣體對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少 C．氣體壓強(qiáng)減小，內(nèi)能可能不變 D．氣體從外界吸熱，內(nèi)能一定增加 答案：AC 解析：由于氣缸為導(dǎo)熱的，則可與外界進(jìn)行熱交換，細(xì)沙減少時(shí)，氣體膨脹對(duì)外做功，可能由于與外界進(jìn)行熱交換吸熱使內(nèi)能不變。 6．(南陽(yáng)市xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期中)一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)變化過(guò)程表示在如圖所示的p－V圖上，氣體先由a狀態(tài)沿雙曲線(xiàn)經(jīng)等溫過(guò)程變化到b狀態(tài)，再沿與橫軸平行的直線(xiàn)變化到c狀態(tài)， a、c兩點(diǎn)位于與縱軸平行的直線(xiàn)上，以下說(shuō)法中正確的是( ) A．由a狀態(tài)至b狀態(tài)過(guò)程中，氣體放出熱量，內(nèi)能不變 B．由b狀態(tài)至c狀態(tài)過(guò)程中，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減少 C．c狀態(tài)與a狀態(tài)相比，c狀態(tài)分子平均距離較大，分子平均動(dòng)能較大 D．b狀態(tài)與a狀態(tài)相比，b狀態(tài)分子平均距離較小，分子平均動(dòng)能相等 答案：AD 解析：由題意，ab是一條雙曲線(xiàn)，說(shuō)明氣體由a狀態(tài)至b狀態(tài)過(guò)程中發(fā)生了等溫變化，內(nèi)能不變，氣體的體積減小，外界對(duì)氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體放出熱量，故A正確。由b狀態(tài)至c狀過(guò)程中，氣體的體積增大，對(duì)外做功，溫度升高，內(nèi)能增大，故B錯(cuò)誤。c狀態(tài)與a狀態(tài)相比，體積相同，分子平均距離相等，故C錯(cuò)誤。b狀態(tài)與a狀態(tài)相比，b狀態(tài)體積小，分子平均距離較小，溫度相等，則分子平均動(dòng)能相等，故D正確。 二、非選擇題 7．噴霧器內(nèi)有10L水，上部封閉有1atm的空氣2L。關(guān)閉噴霧閥門(mén)，用打氣筒向噴霧器內(nèi)再充入1atm的空氣3L(設(shè)外界環(huán)境溫度一定，空氣可看作理想氣體)。 (1)當(dāng)水面上方氣體溫度與外界溫度相等時(shí)，求氣體壓強(qiáng)，并從微觀上解釋氣體壓強(qiáng)變化的原因。 (2)打開(kāi)噴霧閥門(mén)，噴霧過(guò)程中封閉氣體可以看成等溫膨脹，此過(guò)程氣體是吸熱還是放熱？簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。 答案：(1)2.5atm (2)吸熱 解析：(1)設(shè)氣體初態(tài)壓強(qiáng)為p1，體積為V1；末態(tài)壓強(qiáng)為p2，體積為V2，由玻意耳定律p1V1＝p2V2 代入數(shù)據(jù)得p2＝2.5atm 微觀解釋?zhuān)簻囟炔蛔?，分子平均?dòng)能不變，單位體積內(nèi)分子數(shù)增加，所以壓強(qiáng)增加。 (2)吸熱。氣體對(duì)外做功而內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w吸熱。 能力提升 一、選擇題(單選題) 1．一定量的理想氣體在某一過(guò)程中，從外界吸收熱量2.5104J，氣體對(duì)外界做功1.0104J，則該理想氣體的( ) A．溫度降低，密度增大 B．溫度降低，密度減小 C．溫度升高，密度增大 D．溫度升高，密度減小 答案：D 解析：由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，Q＝2.5104J，W＝－1.0104J可知ΔU大于零，氣體內(nèi)能增加，溫度升高，A、B錯(cuò)；氣體對(duì)外做功，體積增大，密度減小，C錯(cuò)，D對(duì)。 2．給旱區(qū)送水的消防車(chē)停于水平地面。在緩慢放水過(guò)程中，若車(chē)胎不漏氣，胎內(nèi)氣體溫度不變，不計(jì)分子間勢(shì)能，則胎內(nèi)氣體( ) A．從外界吸熱 B．對(duì)外界做負(fù)功 C．分子平均動(dòng)能減小 D．內(nèi)能增加 答案：A 解析：緩慢放水過(guò)程中，胎內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，氣體膨脹對(duì)外界做正功，選項(xiàng)B錯(cuò)；胎內(nèi)氣體溫度不變，故分子平均動(dòng)能不變，選項(xiàng)C錯(cuò)；由于不計(jì)分子間勢(shì)能，氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)，溫度不變，內(nèi)能不變，選項(xiàng)D錯(cuò)；由ΔU＝W＋Q知ΔU＝0，W<0，故Q>0，氣體從外界吸熱，選項(xiàng)A正確。 3.如圖所示，密閉絕熱容器內(nèi)有一絕熱的具有一定質(zhì)量活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁間的摩擦忽略不計(jì)。置于真空中的輕彈簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep(彈簧處在自然長(zhǎng)度時(shí)的彈性勢(shì)能為零)?，F(xiàn)繩突然斷開(kāi)，彈簧推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止，氣體達(dá)到平衡狀態(tài)。經(jīng)過(guò)此過(guò)程( ) A．Ep全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能 B．Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能 C．Ep全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能和氣體的內(nèi)能 D．Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能， 其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能 答案：D 解析：當(dāng)繩子突然斷開(kāi)時(shí)，活塞受彈簧的彈力F、活塞的重力G、封閉氣體對(duì)活塞向下的壓力F′共同作用，如圖所示，其合力向上，經(jīng)多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止時(shí)， 活塞處于三力平衡狀態(tài)，氣體體積必減小，外力對(duì)氣體做正功，由于絕熱，氣體的內(nèi)能增加，而活塞最終的靜止位置比初始位置高，其重力勢(shì)能增加，最終彈力與另外兩個(gè)力的合力平衡，彈簧仍有形變。設(shè)最終彈簧的彈性勢(shì)能為Ep′，由能量守恒定律得Ep＝Ep′＋活塞增加的重力勢(shì)能＋氣體增加的內(nèi)能，所以D選項(xiàng)正確。 二、非選擇題 4．(揚(yáng)州市xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)一定量的理想氣體的p－V圖象如圖所示，氣體狀態(tài)經(jīng)歷了A→B→C變化過(guò)程，A、B、C三個(gè)狀態(tài)的有關(guān)參量如圖所示，則氣體在狀態(tài)C的內(nèi)能________________氣體在狀態(tài)A的內(nèi)能(填“>”、“<”或“＝”)，在上述過(guò)程中，氣體需________________(填“吸熱”或“放熱”)，它與外界交換的熱量的絕對(duì)值為_(kāi)_______________J。 答案：＝ 放熱 300 解析：對(duì)于理想氣體＝，得TA＝TC，理想氣體內(nèi)能只由溫度決定，所以氣體在狀態(tài)C的內(nèi)能等于氣體在狀態(tài)A的內(nèi)能。A→C過(guò)程外界對(duì)氣體做功W＝pΔV＝300J，由ΔU＝W＋Q，得Q＝－300J。 5．在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水在沸騰時(shí)，1g的水由液態(tài)變成同溫度的水汽，其體積由1.043cm3變?yōu)?676cm3。已知水的汽化熱為2263.8J/g。求： (1)體積膨脹時(shí)氣體對(duì)外界做的功W； (2)氣體吸收的熱量Q； (3)氣體增加的內(nèi)能ΔU。 答案：(1)169.7J (2)2263.8J (3)2094.1J 解析：取1g水為研究系統(tǒng)，1g沸騰的水變成同溫度的水汽需要吸收熱量，同時(shí)由于體積膨脹，系統(tǒng)要對(duì)外做功，所以有ΔU下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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