高中物理 第4章 熱力學定律與能量守恒 4_1 熱力學第一定律 4_2 能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)歷程學業(yè)分層測評 滬科版選修3-3
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4.1 熱力學第一定律 4.2 能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)歷程 (建議用時:45分鐘) [學業(yè)達標] 1.如圖413所示,為焦耳實驗裝置圖,用絕熱性能良好的材料將容器包好,重物下落帶動葉片攪拌容器里的水,引起水溫升高.關于這個實驗,下列說法正確的是( ) 圖413 A.這個裝置可測定熱功當量 B.做功增加了水的熱量 C.做功增加了水的內能 D.功和熱量是完全等價的,無區(qū)別 E.在絕熱過程中,做功一定增加水的內能 【解析】 將做功過程和吸熱過程在同等條件下比較,可測出熱功當量,故A正確;做功增加了水的內能,熱量只是熱傳遞過程中內能改變的量度,故B錯誤,C正確;做功和傳熱產生的效果相同,但功和熱量是不同的概念,D錯誤. 【答案】 ACE 2.下列所述現(xiàn)象中屬于利用熱傳導的方式來傳熱的是 ( ) A.冬天,用手去拿室外的鐵塊,手感到冷 B.夏天,開空調后一段時間整個房間內溫度降低 C.在地面上曬小麥 D.冬天,用暖水袋暖手 E.用金屬柄的鐵勺子舀沸騰的熱水時燙手 【解析】 冬天,室外的鐵塊溫度低,手溫度高,用手拿鐵塊時,手上的熱量直接通過熱傳導的方式傳到鐵塊上.用暖水袋暖手,道理同上.開空調后整個房間內溫度降低,是空氣通過對流的方式使熱空氣降溫.曬小麥是依靠太陽熱輻射來吸收熱量的,所以A、D、E正確. 【答案】 ADE 3.在熱力學第一定律的表達式ΔU=W+Q中,關于ΔU、W、Q各個物理量的正、負,下列說法中正確的是( ) A.物體對外界做功時W為負 B.物體吸收熱量時,Q為正 C.內能減少時,ΔU為正 D.內能增加時,ΔU為正 E.W為正,Q為負時,ΔU一定為零 【解析】 根據公式ΔU=W+Q及W、Q、ΔU的符號法則得A、B、D正確. 【答案】 ABD 4.下列關于能量轉化的現(xiàn)象的說法中,正確的是( ) 【導學號:35500041】 A.用太陽灶燒水是太陽能轉化為內能 B.電燈發(fā)光是電能轉化為光能 C.核電站發(fā)電是電能轉化為內能 D.生石灰放入盛有涼水的燒杯里,水溫升高是動能轉化為內能 E.跳高運動員跳起時,體內的化學能轉化為機械能 【解析】 核電站發(fā)電是核能轉化為電能,生石灰放入水中使水溫升高,是化學能轉化為內能. 【答案】 ABE 5. 某物體溫度升高了,這說明( ) A.該物體一定吸收了熱量 B.該物體可能放出了熱量 C.外界對物體可能做了功 D.物體可能吸收了熱量 E.外界對物體一定做了功 【解析】 由ΔU=Q+W來分析,物體溫度升高了,一定有物體的內能增加,ΔU>0,要滿足ΔU>0可能有多種情況:①W>0,Q=0;②W=0,Q>0;③W>0,Q>0;④W>0,Q<0,W>|Q|;⑤W<0,Q>0,Q>|W|.由①否定選A;④與選項B一致,①③④與選項C一致;②③⑤與選項D一致,故選項B、C、D正確. 【答案】 BCD 6.景頗族祖先發(fā)明的點火器如圖414所示,用牛角做套筒,木制推桿前端粘著艾絨,猛推推桿,艾絨即可點燃,對筒內封閉的氣體,在此壓縮過程中 ( ) 圖414 A.氣體溫度升高,壓強不變 B.氣體溫度升高,壓強變大 C.氣體對外界做正功 D.外界對氣體做正功 E.氣體的內能增加 【解析】 壓縮氣體時,外界對氣體做功,內能增加,溫度升高,體積變小,壓強增大,所以B、D、E正確. 【答案】 BDE 7.器壁導熱較好的汽缸放在恒溫環(huán)境中,如圖415所示.汽缸內封閉著一定量的氣體,氣體分子間相互作用的分子力可以忽略不計.當緩慢推動活塞(忽略摩擦)Q向左運動的過程中,有下列說法: 圖415 ①活塞對氣體做功,氣體的平均動能增加; ②活塞對氣體做功,氣體的平均動能不變; ③氣體的單位體積內的分子數增大,壓強增大; ④氣體的單位體積內的分子數增大,壓強不變; ⑤活塞對氣體做功,氣體的內能不變. 其中不正確的是( ) A.①③ B.①④ C.②③ D.②④ E.③⑤ 【解析】 解決本題的關鍵是理解緩慢推動活塞Q的物理含義.推動活塞Q使活塞對氣體做功,本來氣體的溫度應升高,但是由于緩慢推動活塞,所以使氣體增加的內能又以熱量的形式釋放到周圍環(huán)境中,由于環(huán)境溫度恒定,所以汽缸內氣體的溫度不變,氣體的平均動能不變,忽略分子力時,氣體的內能不變,①錯誤,②⑤正確.由于氣體被壓縮,氣體單位體積內的分子數增大,所以單位面積上汽缸受到氣體分子的碰撞次數增多,因此,氣體的壓強增大,③正確,④錯誤. 【答案】 ABD 8.一定量的氣體內能增加了3105 J, (1)若吸收了2105 J的熱量,則是氣體對外界做功,還是外界對氣體做功?做了多少焦耳的功? (2)若氣體對外界做了4105 J的功,則是氣體放熱還是從外界吸熱?放出或吸收的熱量是多少? 【解析】 (1)由熱力學第一定律ΔU=Q+W 得W=ΔU-Q=3105 J-2105 J=1105 J 外界對氣體做功. (2)由ΔU=Q+W得Q=ΔU-W=3105 J- (-4105 J)=7105 J 氣體從外界吸熱. 【答案】 (1)外界對氣體做功 1105 J (2)氣體從外界吸熱 7105 J [能力提升] 9.如圖416所示,一定質量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中,容器內裝有一可以活動的絕熱活塞.今對活塞施以一豎直向下的壓力F,使活塞緩慢向下移動一段距離后,氣體的體積減?。艉雎曰钊c容器壁間的摩擦,則被密封的氣體的下列說法不正確的是( ) 【導學號:35500042】 圖416 A.溫度升高,壓強增大,內能減少 B.溫度降低,壓強增大,內能減少 C.溫度升高,壓強增大,內能增加 D.溫度降低,壓強減小,內能增加 E.分子的平均動能增加,分子對器壁單位面積碰撞的沖力增大 【解析】 由F對密閉的氣體做正功,容器及活塞絕熱,則系統(tǒng)與外界傳遞的熱量Q=0,由功和內能的關系知,理想氣體內能增大,溫度升高,再根據=C,V減小,p增大.選項A、B、D不正確. 【答案】 ABD 10.如圖417所示,A、B兩點表示一定質量的某種理想氣體的兩個狀態(tài).當氣體自狀態(tài)A變化到狀態(tài)B時( ) 圖417 A.體積必然變大 B.不可能經過體積減小的過程 C.外界必然對氣體做正功 D.氣體必然從外界吸熱 E.氣體必然對外界做功 【解析】 本題是氣體狀態(tài)變化、圖像與熱力學第一定律結合的綜合分析題.連接OA、OB,得到兩條等容線,故有VB>VA,所以A正確;由于沒有限制自狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程,所以可先減小氣體的體積再增大氣體的體積到B狀態(tài),故B錯誤;因為氣體體積增大,所以是氣體對外做功,C錯誤,E正確;因為氣體對外界做功,而氣體的溫度又升高,內能增大,由熱力學第一定律知氣體一定從外界吸熱,D正確. 【答案】 ADE 11.一定質量的氣體,在從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)的過程中,吸收熱量280 J,并對外做功120 J,試問: (1)這些氣體的內能發(fā)生了怎樣的變化? (2)如果這些氣體又返回原來的狀態(tài),并放出了240 J熱量,那么在返回的過程中是氣體對外界做功,還是外界對氣體做功?做多少功? 【解析】 (1)由熱力學第一定律可得 ΔU=W+Q=-120 J+280 J=160 J. (2)由于氣體的內能僅與狀態(tài)有關,所以氣體從2狀態(tài)回到1狀態(tài)過程中內能的變化應等于從1狀態(tài)到2狀態(tài)過程中內能的變化,則從2狀態(tài)到1狀態(tài)的內能應減少160 J.即ΔU′=-160 J,又Q′=-240 J,根據熱力學第一定律得ΔU′=W′+Q′,所以W′=ΔU′-Q′=-160 J-(-240 J)=80 J,即外界對氣體做功80 J. 【答案】 (1)增加了160 J (2)外界對氣體做功80 J 12.如圖418所示是用導熱性能良好的材料制成的氣體實驗裝置,開始時封閉的空氣柱長度為22 cm,現(xiàn)在用豎直向下的外力F壓縮氣體,使封閉空氣柱長度變?yōu)? cm,人對活塞做功100 J,大氣壓強為p0=1105 Pa,不計活塞重力.問: 圖418 (1)若用足夠長的時間緩慢壓縮氣體,求壓縮后氣體的壓強為多大? (2)若以適當的速度壓縮氣體,向外散失的熱量為20 J,則氣體的內能增加多少?(活塞的橫截面積S=1 cm2) 【解析】 (1)設壓縮后氣體的壓強為p,活塞的橫截面積為S,l0=22 cm, l=2 cm,V0=l0S,V=lS 緩慢壓縮氣體溫度不變,由玻意耳定律得: p0V0=pV,解得:p=1.1106 Pa. (2)大氣壓力對活塞做功:W1=p0S(l0-l)=2 J 人做功W2=100 J,由熱力學第一定律得: ΔU=W1+W2+Q,將Q=-20 J代入解得ΔU=82 J. 【答案】 (1)1.1106 Pa (2)82 J- 配套講稿:
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