2019-2020学年高中物理 第十章 热力学定律 第3节 热力学第一定律 能量守恒定律随堂演练巩固

[随堂检测]1．(多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是()A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器B．第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律C．第一类永动机不能制成的原因是技术问题D．第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律解析：选AD．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律．这也是它不能制成的原因．故A、D两项正确，B、C两项错误．2.如图，容器A、B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定．A、B的底部由带阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热．原先A中水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流动，最后达到平衡．在这个过程中()A．大气压对水不做功，水的内能减少B．水克服大气压做功，水的内能减少C．大气压对水不做功，水的内能不变D．大气压对水不做功，水的内能增加解析：选D.打开阀门K，使A中的水逐渐流向B中，最后水面持平，A中水面下降hA，B中水面上升hB，相当于A中SAhA体积的水移到B中，且SAhA＝SBhB，这部分水的重心降低，重力对水做正功，重力势能减小了．大气压力做功情况是大气压对A容器中的水做正功，对B容器中的水做负功．所以，大气压力对水做的总功为p0SAhA－p0SBhB，由于SAhA＝SBhB，所以大气压对水做的总功为零，又由于系统绝热，与外界没有热交换，只有水的重力做功，重力势能转化为内能，故选项D正确．3．(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体()A．体积减小，内能增大B．体积减小，压强减小C．对外界做负功，内能增大D．对外界做正功，压强减小解析：选AC．实际气体在温度不太低、压强不太大时可看做理想气体．充气袋被挤压，气体体积减小，外界对气体做正功，则W0，即气体对外界做负功，由于袋内气体与外界无热交换，即Q＝0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，内能增大，温度升高，选项A、C正确；根据理想气体状态方程pVT＝C可判断压强一定增大，选项B、D错误．4．若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6J的功，则此过程中的气泡________(填“吸收”或“放出”)的热量是________J．气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1J的功，同时吸收了0.3J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了________J.解析：气泡从湖底上升到湖面过程中，W＝－0.6J，ΔU＝0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q得Q＝0.6J，即吸收热量0.6J．气泡到达湖面后，温度上升的过程中W＝－0.1J，Q＝0.3J，则ΔU＝W＋Q＝0.2J，即气泡内气体内能增加0.2J.答案：吸收0.60.2[课时作业]一、单项选择题1．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是()A．机械能守恒B．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：选D．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明机械能在减少，故A、C项错误．减少的机械能通过摩擦转化成了内能，故B项错误，D项正确．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．内能增加解析：选A．缓慢放水过程中，胎内气体体积增大、温度不变，由于不计分子势能，内能不变，故分子平均动能不变，选项C、D错误；由体积增大可知气体对外界做正功，或克服外界压力做功，选项B错误．由ΔU＝W＋Q知ΔU＝0，W0，故Q0，气体从外界吸热，选项A正确．3．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有()A．Q1－Q2＝W2－W1B．Q1＝Q2C．W1＝W2D．Q1Q2解析：选A．解答本题的切入点是，对一定质量的理想气体，在某一状态下其内能是确定的．首先，对一定质量的理想气体，经过一系列的状态变化后又回到原状态，表明整个过程中内能的变化为零，即通过做功和热传递引起的内能变化相互抵消，所以A选项正确．4.带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体．气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如图所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则()A．pbpc，QabQacB．pbpc，QabQacC．pbpc，QabQacD．pbpc，QabQac解析：选C．状态b和状态c相比，温度相同，b状态气体体积大，则b状态压强小，故pbpc.由状态a到b和a到c，气体温度的变化量相同，故内能增加量ΔU相同，而a到c过程气体不做功，即W＝0，而a到b过程体积膨胀，对外做功，W0，所以根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可得，a到b过程吸热更多，故QabQac，C项正确．5.如图所示，在竖直放置的圆柱容器内，用活塞密封一部分气体，活塞质量为m，容器的横截面积为S，活塞与容器壁间无摩擦，平衡时容器内的密闭气体的压强为p，外界大气压恒为p0.当气体从外界吸收热量Q、活塞升高h后再次平衡(可认为气体压强恒为p不变)．则在此过程中密闭气体增加的内能等于()A．QB．Q－mghC．Q－mgh－p0ShD．Q－mgh＋p0Sh解析：选C．气体前后两个状态用1和2表示，对应内能为U1和U2，当气体从状态1变化到状态2时，能流图如图所示．从能流图可以看出：ΔU＝Q－W＝Q－mgh－p0Sh.6．现在的出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)()A．压强增大，内能减小B．吸收热量，内能增大C．压强减小，分子平均动能增大D．对外做功，分子平均动能减小解析：选B．储气罐内气体体积及质量均不变，温度升高，气体从外界吸收热量，分子平均动能增大，内能增大，压强变大．因气体体积不变，故外界对气体不做功，只有B正确．二、多项选择题7.如图，内壁光滑、导热良好的汽缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体．当环境温度升高时，缸内气体()A．内能增加B．对外做功C．压强增大D．分子间的引力和斥力都增大解析：选AB．当环境温度升高时，压强不变，缸内气体膨胀对外做功，理想气体不考虑分子力，内能仅由物质的量和温度决定，温度升高，气体的内能增加，正确选项为A、B．8.实验室内，某同学用导热性能良好的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内(活塞与汽缸壁之间无摩擦)，待活塞静止后，再用一个装有与室温温度相同的水的小滴管贴近活塞，将滴管内的水缓慢滴注在活塞上方，如图所示．在此过程中，若大气压强与室内的温度均保持不变，则下列说法正确的是()A．单位时间内，缸内气体分子对活塞撞击的次数保持不变B．汽缸内气体的内能不变C．外界对缸内气体做的功等于缸内气体向外界释放的热量D．外界对缸内气体做的功等于缸内气体增加的内能解析：选BC．此过程是等温变化，即内能不变，根据热力学第一定律可知外界对缸内气体做的功等于缸内气体向外界释放的热量，故B、C正确、D错误；此过程压强增大体积缩小，由压强的微观含义可知A错误．9.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()A．体积必然变大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：选ABD．连接OA、OB，得到两条等容线，故有VBVA，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.10.如图所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，cd平行于纵坐标轴，ab的延长线过原点．以下说法正确的是()A．从状态d到c，气体不吸热也不放热B．从状态c到b，气体放热C．从状态a到d，气体对外做功D．从状态b到a，气体吸热解析：选BCD．从状态d到c，温度不变，理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，还要保持内能不变，一定要吸收热量，故A错误．气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程，同时体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小(降温)，就一定要伴随放热的过程，故B正确．气体从状态a到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，故C正确．气体从状态b到状态a是一个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热的结果，故D正确．三、非选择题11.爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食，如图为高压爆米花的装置原理图，玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，“嘭”的一声气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花．设当地温度为t1＝27℃，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0.试分析：(1)容器内的气体看做理想气体，求容器内气体的温度．(2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功15kJ，并向外释放了20kJ的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？解析：(1)根据查理定律：p1T1＝p2T2p1＝p0，T1＝300K，p2＝4p0.整理得：T2＝1200K，t2＝927℃.(2)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得ΔU＝－20kJ－15kJ＝－35kJ，故内能减少35kJ.答案：(1)927℃(2)减少35kJ12.一定质量的理想气体经历如图A→B→C→D→A所示循环过程，该过程每个状态视为平衡态．已知A态的温度为27℃.求：(1)B态的温度TB.(2)一次循环过程气体与外界的热交换Q为多少？是吸热还是放热？解析：(1)由图象得VA＝3L，TA＝t＋273K＝300K，VB＝4L.A到B为等压变化，由盖－吕萨克定律得：VATA＝VBTB，代入数据解得：TB＝400K，即t＝127℃.(2)从A态又回到A态的过程温度不变，所以内能不变．A到B气体对外做功W1＝pA·ΔV＝100JC到D外界对气体做功W2＝pC·ΔV＝75J外界对气体做的总功W＝W2－W1＝－25J由热力学第一定律ΔU＝W＋Q解得：Q＝25J，Q为正，表示吸热．答案：见解析按ESC键退出全屏播放本部分内容讲解结束