2024-2025學(xué)年高中物理第十章熱力學(xué)定律3熱力學(xué)第一定律能量守恒定律課后作業(yè)含解析新人教版選修3-3

PAGEPAGE6熱力學(xué)第肯定律能量守恒定律eq\o(\s\up7(限時：45分鐘總分：100分),\s\do5())一、單項(xiàng)選擇題(每小題7分，共49分)1.如圖所示，某同學(xué)將空的薄金屬筒開口向下壓入水中．設(shè)水溫勻稱且恒定，筒內(nèi)空氣無泄漏，不計(jì)氣體分子間相互作用，則被沉沒的金屬筒在緩慢下降過程中，筒內(nèi)空氣體積減小(C)A．從外界吸熱 B．內(nèi)能增大C．向外界放熱 D．內(nèi)能減小解析：金屬筒緩慢下降過程中，外界對筒內(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．2．如圖所示，給旱區(qū)送水的消防車停于水平地面．在緩慢放水過程中，若車胎不漏氣，胎內(nèi)氣體溫度不變，不計(jì)分子間勢能，則胎內(nèi)氣體(A)A．從外界吸熱 B．對外界做負(fù)功C．分子平均動能減小 D．內(nèi)能增加解析：緩慢放水過程中，胎內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，氣體膨脹對外界做正功，選項(xiàng)B錯；胎內(nèi)氣體溫度不變，故分子平均動能不變，選項(xiàng)C錯；由于不計(jì)分子間勢能，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；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，有一導(dǎo)熱性良好的汽缸放在水平面上，活塞與氣缸壁間的摩擦不計(jì)，汽缸內(nèi)用肯定質(zhì)量的活塞封閉了肯定質(zhì)量的氣體，忽視氣體分子間的相互作用(即分子勢能視為零)，忽視環(huán)境溫度的改變，現(xiàn)緩慢推倒汽缸，在此過程中(A)A．氣體汲取熱量，內(nèi)能不變B．汽缸內(nèi)分子的平均動能增大C．單位時間內(nèi)撞擊汽缸壁單位面積上的分子數(shù)增多D．汽缸內(nèi)分子撞擊汽缸壁的平均作用力增大解析：由題圖可知，推倒汽缸過程中缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)變小，體積增大，該過程氣體對外做功，由于忽視環(huán)境溫度改變，溫度不變，內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第肯定律可知，氣體汲取熱量．內(nèi)能不變．A正確．4.帶有活塞的汽缸內(nèi)封閉肯定量的志向氣體．氣體起先處于狀態(tài)a；然后經(jīng)過過程ab到達(dá)狀態(tài)b，或經(jīng)過過程ac到達(dá)狀態(tài)c，b、c狀態(tài)溫度相同，如V－T圖所示．設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的壓強(qiáng)分別為pb和pc，在過程ab和ac中汲取的熱量分別為Qab和Qac，則(C)A．pb＞pc，Qab＞Qac B．pb＞pc，Qab＜QacC．pb＜pc，Qab＞Qac D．pb＜pc，Qab＜Qac解析：V－T圖線的斜率越大，壓強(qiáng)p越小，故pb＜pc.由熱力學(xué)第肯定律有：Q＝ΔU－W，因Tb＝Tc，所以ΔUab＝ΔUac，而對外做功Wab＞W(wǎng)ac，故Qab＞Qac.綜上可知C項(xiàng)正確．5．肯定量的志向氣體在某一過程中，從外界汲取熱量2.5×104J，氣體對外界做功1.0×104J，則該志向氣體的(D)A．溫度降低，密度增大 B．溫度降低，密度減小C．溫度上升，密度增大 D．溫度上升，密度減小解析：由ΔU＝W＋Q可得志向氣體內(nèi)能改變：ΔU＝－1.0×104J＋2.5×104J＝1.5×104J>0，故溫度上升，A、B兩項(xiàng)均錯．因?yàn)闅怏w對外做功，所以氣體肯定膨脹，體積變大，由ρ＝eq\f(m,V)可知密度變小，故C項(xiàng)錯誤，D項(xiàng)正確．6.如圖所示的兩端開口的U形管中，盛有同種液體，并用閥門K將液體隔成左、右兩部分，左邊液面比右邊液面高．現(xiàn)打開閥門K，從打開閥門到兩邊液面第一次平齊的過程中，液體向外放熱為Q，內(nèi)能改變量為ΔU，動能改變量為ΔEk；大氣對液體做功為W1，重力做功為W2，液體克服阻力做功為W3，由功能關(guān)系可得：①W1＝0②W2－W3＝ΔEk③W2－W3＝Q＝ΔU④W3＋Q＝ΔU其中正確的是(B)A．①②③ B．①②④C．②③ D．①③解析：由動能定理可知W2－W3＋W1＝ΔEk，其中W1＝p·ΔV左－p·ΔV右＝0，可知①、②正確．由熱力學(xué)第肯定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝W3＋Q，可知④正確、③錯誤．綜合以上分析可知B正確．7.如圖所示，密閉絕熱容器內(nèi)有一絕熱的具有肯定質(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視不計(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，此時彈簧的彈性勢能為Ep(彈簧處在自然長度時的彈性勢能為零)．現(xiàn)繩突然斷開，彈簧推動活塞向上運(yùn)動，經(jīng)過多次往復(fù)運(yùn)動后活塞靜止，氣體達(dá)到平衡狀態(tài)．經(jīng)過此過程(D)A．Ep全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能B．Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能，其余部分仍為彈簧的彈性勢能C．Ep全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能和氣體的內(nèi)能D．Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能，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能解析：當(dāng)繩子突然斷開時，活塞受彈簧的彈力F、活塞的重力G、封閉氣體對活塞向下的壓力F′共同作用，如圖所示，其合力向上，經(jīng)多次往復(fù)運(yùn)動后活塞靜止時，活塞處于三力平衡狀態(tài)，氣體體積必減小，外力對氣體做正功，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，其重力勢能增加，最終彈力與另外兩個力的合力平衡，彈簧仍有形變．設(shè)最終彈簧的彈性勢能為Ep′，由能量守恒定律得Ep＝Ep′＋活塞增加的重力勢能＋氣體增加的內(nèi)能，所以D選項(xiàng)正確．二、多項(xiàng)選擇題(每小題9分，共27分)8.如圖所示，絕熱汽缸中間用固定栓將可無摩擦移動的導(dǎo)熱隔板(質(zhì)量不計(jì))固定，左右兩室分別充有肯定量的氫氣和氧氣(視為志向氣體)．初始時，兩室氣體的溫度相等，氫氣的壓強(qiáng)大于氧氣的壓強(qiáng)，松開固定栓直至系統(tǒng)重新達(dá)到平衡．下列說法中正確的是(CD)A．初始時氫氣分子的平均動能大于氧氣分子的平均動能B．系統(tǒng)重新達(dá)到平衡時，氫氣的內(nèi)能比初始時的小C．松開固定栓直至系統(tǒng)重新達(dá)到平衡的過程中，有熱量從氧氣傳遞到氫氣D．松開固定栓直至系統(tǒng)重新達(dá)到平衡的過程中，氧氣的內(nèi)能先增大后減小解析：初始時，兩室氣體的溫度相同，故分子平均動能相等，A錯；因?yàn)槠资墙^熱的，所以汽缸內(nèi)氣體的總的內(nèi)能守恒，由于隔板導(dǎo)熱，重新平衡后兩種氣體溫度仍相同，即氣體內(nèi)能仍相等，所以每種氣體內(nèi)能均不變，B錯；氫氣通過隔熱板對氧氣做功，而內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第肯定律可知?dú)錃饪隙橙×藖碜匝鯕獾臒崃?，C正確；達(dá)到平衡的過程中，氫氣對氧氣做功，氧氣內(nèi)能增加；熱量從氧氣傳遞到氫氣，氧氣內(nèi)能又減小，D正確．9.如圖所示，一絕熱容器被隔板K隔開成a、b兩部分．已知a內(nèi)有肯定量的淡薄氣體，b內(nèi)為真空．抽開隔板K后，a內(nèi)氣體進(jìn)入b，最終達(dá)到平衡狀態(tài)．在此過程中(BD)A．氣體對外界做功，內(nèi)能削減B．氣體不做功，內(nèi)能不變C．氣體壓強(qiáng)變小，溫度降低D．氣體壓強(qiáng)變小，溫度不變解析：因b內(nèi)為真空，抽開隔板K后，a內(nèi)氣體對外界不做功，由ΔU＝W＋Q知內(nèi)能不變，故選項(xiàng)A錯誤、選項(xiàng)B正確．淡薄氣體可看作志向氣體，其內(nèi)能只與溫度有關(guān)，氣體的內(nèi)能不變，溫度也不變，由p1V1＝p2V2和V1＜V2知p1＞p2，即氣體壓強(qiáng)變小，故選項(xiàng)C錯誤、選項(xiàng)D正確．10．關(guān)于熱學(xué)現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列說法中正確的是(CD)A．布朗運(yùn)動就是液體分子的熱運(yùn)動B．用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做功2.0×105J，同時空氣的內(nèi)能增加1.5×105J，則空氣從外界吸熱0.5×105JC．第一類永動機(jī)不行能制成是因?yàn)樗`反了能量守恒定律D．肯定質(zhì)量的氣體，假如保持溫度不變，體積越小，則壓強(qiáng)越大解析：布朗運(yùn)動是小顆粒的運(yùn)動，只是間接反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動，故選項(xiàng)A是錯誤的．由熱力學(xué)第肯定律ΔU＝W＋Q可知，空氣向外界散出0.5×105J的熱量，故選項(xiàng)B是錯誤的．第一類永動機(jī)違反了能量守恒定律，故選項(xiàng)C是正確的．肯定質(zhì)量的氣體，在保持溫度不變的條件下，體積越小，氣體分子與容器壁碰撞的次數(shù)越多，故壓強(qiáng)越大，因此選項(xiàng)D是正確的．三、非選擇題(共24分)11．(12分)肯定量的氣體從外界汲取了2.6×105J的熱量，內(nèi)能增加了4.2×105J，是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少功？假如氣體汲取的熱量仍為2.6×105J不變，但是內(nèi)能只增加了1.6×105J，這一過程做功狀況怎樣？答案：外界對氣體做功，做功為1.6×105J氣體對外界做功，做功為1.0×105J解析：由題意知Q＝2.6×105J，ΔU＝4.2×105J，依據(jù)ΔU＝Q＋W，代入可得W＝1.6×105J，W為正值，外界對氣體做功，做功為1.6×105J.同理由題意可知Q′＝2.6×105J，ΔU′＝1.6×105J，利用熱力學(xué)第肯定律得W′＝－1.0×105J，這說明氣體對外界做功(氣體體積變大)，做功為1.0×105J.12．(12分)某同學(xué)估測室溫的裝置如圖所示，用絕熱的活塞封閉肯定質(zhì)量的志向氣體，氣缸導(dǎo)熱性能良好．室溫時氣體的體積V1＝66mL，將氣缸豎直放置于冰水混合物中，穩(wěn)定后封閉氣體的體積V2＝60mL.不計(jì)活塞重力及活塞與缸壁間的摩擦，室內(nèi)大氣壓p0＝1.0×105Pa，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.0×1023mol－1.(取T＝t＋273K)(1)求室溫是多少；(2)若已知該氣體在1.0×105Pa、0℃時的摩爾體積為22.4L/mol，求氣缸內(nèi)氣體分子數(shù)目N；(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)若已知該氣體內(nèi)能U與溫度T滿意U＝0.03T(J)，則在上述過程中該氣體向外釋放的熱量Q.答案：(1)300.3K(或27.3℃)(2)1.6×1021個(3)1.419J解析：(1)由等壓改變得，eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)eq\f(66mL,T1)＝eq\f(60mL,273K)解得T1＝300.3K或t＝27.3℃.(2)N＝eq\f(V,Vmol)NA＝eq\f(0.06,22.4)×6×1023個解得N≈1.6×1021個．(3)依據(jù)