【導(dǎo)學(xué)練】高中物理魯科版(2019)選擇性必修3：3.1-2 課后素養(yǎng)落實(shí)7 熱力學(xué)第一定律 能量的轉(zhuǎn)化與守恒習(xí)題

課后素養(yǎng)落實(shí)(七)(建議用時(shí)：40分鐘)題組一熱力學(xué)第一定律1．下列過(guò)程，不可能發(fā)生的是()A．物體吸收熱量，對(duì)外做功，同時(shí)內(nèi)能增加B．物體吸收熱量，對(duì)外做功，同時(shí)內(nèi)能減少C．外界對(duì)物體做功，同時(shí)物體吸熱，內(nèi)能減少D．外界對(duì)物體做功，同時(shí)物體放熱，內(nèi)能增加C[根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，做功和傳熱都可以改變物體的內(nèi)能，故選C。]2．關(guān)于一定量的氣體，下列敘述正確的是()A．氣體吸收的熱量可以完全轉(zhuǎn)化為功B．氣體體積增大時(shí)，其內(nèi)能一定減小C．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加D．外界對(duì)氣體做功，氣體的內(nèi)能一定增加A[如果氣體等溫膨脹，則氣體的內(nèi)能不變，吸收的熱量全部用來(lái)對(duì)外做功，A正確；當(dāng)氣體體積增大時(shí)，對(duì)外做功，若同時(shí)吸收熱量，且吸收的熱量大于或等于對(duì)外做功的數(shù)值時(shí)，內(nèi)能不會(huì)減少，B錯(cuò)誤；若氣體吸收熱量同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能也不一定增加，C錯(cuò)誤；若外界對(duì)氣體做功的同時(shí)氣體向外放出熱量，且放出的熱量多于外界對(duì)氣體所做的功，則氣體內(nèi)能不但未增加反而減少，D錯(cuò)誤。故選A。]3．如圖是密閉的氣缸，外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體，對(duì)氣缸內(nèi)氣體做功800J，同時(shí)氣體向外界放熱200J，關(guān)于缸內(nèi)氣體，下列說(shuō)法正確的是()A．溫度升高，內(nèi)能增加600JB．溫度升高，內(nèi)能減少200JC．溫度降低，內(nèi)能增加600JD．溫度降低，內(nèi)能減少200JA[對(duì)一定質(zhì)量的氣體，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800J＋(－200J)＝600J，ΔU為正表示內(nèi)能增加了600J，對(duì)氣體來(lái)說(shuō)，分子間距較大，分子勢(shì)能為零，內(nèi)能等于所有分子動(dòng)能之和，內(nèi)能增加，氣體分子的平均動(dòng)能增加，溫度升高，且體積減小，選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤。]4．景頗族的祖先發(fā)明的點(diǎn)火器如圖所示，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(diǎn)燃，對(duì)筒內(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過(guò)程中的下列說(shuō)法中正確的是()A．氣體溫度升高，壓強(qiáng)不變B．氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大C．氣體對(duì)外界做正功，氣體內(nèi)能增加D．外界對(duì)氣體做正功，氣體內(nèi)能減少B[由于套筒內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)猛推推桿時(shí)推桿迅速壓縮氣體，外界對(duì)氣體做正功。由于這一過(guò)程進(jìn)行得很快，可以看成是一個(gè)近似的絕熱過(guò)程，即整個(gè)系統(tǒng)來(lái)不及向外界傳遞熱量。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，這時(shí)外力做的功只能用來(lái)增加氣體的內(nèi)能，這就使氣體分子的運(yùn)動(dòng)加劇，引起氣體分子平均動(dòng)能增加，氣體溫度升高，所以艾絨即刻被點(diǎn)燃。由于被封閉的氣體質(zhì)量不變，溫度升高，而體積變小，則由氣體狀態(tài)方程知壓強(qiáng)變大。故B選項(xiàng)正確，A、C、D錯(cuò)誤。]5．一定質(zhì)量的氣體，在從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)的過(guò)程中，吸收熱量280J，并對(duì)外做功120J，試問(wèn)：(1)這些氣體的內(nèi)能發(fā)生了怎樣的變化？(2)如果這些氣體又返回原來(lái)的狀態(tài)，并放出了240J熱量，那么在返回的過(guò)程中是氣體對(duì)外界做功，還是外界對(duì)氣體做功？做了多少功？[解析](1)由熱力學(xué)第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120J＋280J＝160J，內(nèi)能增加160J。(2)由于氣體的內(nèi)能僅與狀態(tài)有關(guān)，所以氣體從2狀態(tài)回到1狀態(tài)過(guò)程中內(nèi)能的變化應(yīng)等于從1狀態(tài)到2狀態(tài)過(guò)程中內(nèi)能的變化，則從2狀態(tài)到1狀態(tài)的內(nèi)能應(yīng)減少160J。即ΔU′＝－160J，又Q′＝－240J，根據(jù)熱力學(xué)第一定律得ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160J－(－240J)＝80J，即外界對(duì)氣體做功80J。[答案](1)增加了160J(2)外界對(duì)氣體做功80J題組二能量守恒定律、永動(dòng)機(jī)不可能制成6．“綠色、環(huán)保、低碳”是當(dāng)今世界的關(guān)鍵詞，“低碳”要求我們節(jié)約及高效利用能源。關(guān)于能源與能量，下列說(shuō)法正確的是()A．因?yàn)槟芰渴睾?，所以不要?jié)約能源B．自然界中石油、煤炭等能源可供人類長(zhǎng)久使用C．人類應(yīng)多開發(fā)與利用風(fēng)能、太陽(yáng)能等新型能源D．人類不斷地開發(fā)和利用新的能源，所以能量可以被創(chuàng)造C[能量守恒定律告訴我們，能量是不會(huì)減少的，煤炭、石油、天然氣等化石能源使用后，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能耗散了，雖然總能量沒(méi)有減少，但是可以利用的能量降低了，因此依然要節(jié)約能源，故A錯(cuò)誤；自然界中石油、煤炭等能源是有限的，因此會(huì)不斷減少，故B錯(cuò)誤；新能源是可以循環(huán)利用的，因此人類應(yīng)多開發(fā)與利用風(fēng)能、太陽(yáng)能等新型能源，故C正確；人類不斷地開發(fā)和利用新的能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能，本質(zhì)上都來(lái)源于太陽(yáng)，符合能量守恒定律，故D錯(cuò)誤。]7．目前，共享單車作為綠色出行的交通工具，已成為時(shí)尚。甲、乙兩種共享單車都采用了電子鎖，車鎖內(nèi)集成了GPS模塊與聯(lián)網(wǎng)模塊等，這些模塊工作時(shí)需要電能。這兩種共享單車采用了不同的方式獲取電能：甲車靠小型發(fā)電機(jī)——踩動(dòng)單車時(shí)，線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生電能，如圖甲所示；乙車靠車筐底部的太陽(yáng)能電池板——有光照時(shí)，產(chǎn)生電能，如圖乙所示。這兩種共享單車獲取電能時(shí)，都是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。關(guān)于它們的能量轉(zhuǎn)化，下列說(shuō)法中正確的是()甲乙A．都是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能B．都是把光能轉(zhuǎn)化為電能C．甲車把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，乙車把光能轉(zhuǎn)化為電能D．甲車把光能轉(zhuǎn)化為電能，乙車把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能C[甲車靠小型發(fā)電機(jī)——踩動(dòng)單車時(shí)，線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生電能，故是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；乙車靠車筐底部的太陽(yáng)能電池板——有光照時(shí)，產(chǎn)生電能，故是將光能轉(zhuǎn)化為電能，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。]8．如圖所示，直立容器內(nèi)部有被位于中線位置的隔板隔開的A、B兩部分氣體，A的密度較大，B的密度較小，抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體均勻混合，設(shè)在此過(guò)程中氣體吸熱Q，氣體內(nèi)能增量為ΔE，則()A．ΔE＝Q B．ΔE<QC．ΔE>Q D．無(wú)法比較C[抽去隔板前，A、B氣體的整體重心在中線以上，抽去隔板待氣體混合均勻后，重心恰好在中線上，系統(tǒng)的重力勢(shì)能減少，由能量守恒定律知，減少的重力勢(shì)能與內(nèi)能發(fā)生轉(zhuǎn)化而使得氣體內(nèi)能增加，吸收的熱量也使得氣體內(nèi)能增加，則氣體內(nèi)能的增量大于氣體所吸收的熱量，選項(xiàng)C正確。]9．有人設(shè)想在夏天用電冰箱來(lái)降低房間的溫度。他的辦法是：關(guān)好房間的門窗然后打開冰箱的所有門讓冰箱運(yùn)轉(zhuǎn)，且不考慮房間內(nèi)外熱量的傳遞，則開機(jī)后，室內(nèi)的溫度將()A．逐漸升高B．保持不變C．開機(jī)時(shí)降低，停機(jī)時(shí)又升高D．開機(jī)時(shí)升高，停機(jī)時(shí)降低A[冰箱工作，會(huì)產(chǎn)生熱量，即消耗電能，產(chǎn)生了內(nèi)能，且房間與外界沒(méi)有能量交換，所以房?jī)?nèi)溫度會(huì)升高，A正確。]10．(多選)如圖所示，一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過(guò)程如p-V圖中從a到b的直線所示。在此過(guò)程中()A．氣體溫度一直降低 B．氣體內(nèi)能一直增加C．氣體一直對(duì)外做功 D．氣體一直從外界吸熱BCD[一定量的理想氣體從a到b的過(guò)程，由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(paVa,Ta)＝eq\f(pbVb,Tb)可知，Tb>Ta，即氣體的溫度一直升高，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，可知?dú)怏w的內(nèi)能一直增加，選項(xiàng)B正確；由于從a到b的過(guò)程中氣體的體積增大，所以氣體一直對(duì)外做功，選項(xiàng)C正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，從a到b的過(guò)程中，氣體一直從外界吸熱，選項(xiàng)D正確。]11．(多選)如圖所示，絕熱的容器內(nèi)密閉一定質(zhì)量的氣體(不考慮分子間的作用力)，用電阻絲緩慢對(duì)其加熱時(shí)，絕熱活塞無(wú)摩擦地上升，下列說(shuō)法正確的是()A．單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)活塞碰撞的次數(shù)減少B．電流對(duì)氣體做功，氣體對(duì)外做功，氣體內(nèi)能可能減少C．電流對(duì)氣體做功，氣體對(duì)外做功，其內(nèi)能一定增加D．電流對(duì)氣體做的功一定大于氣體對(duì)外做功ACD[由題意知，氣體壓強(qiáng)不變，活塞上升，體積增大，由eq\f(pV,T)為恒量知，氣體溫度升高，內(nèi)能一定增加，由能量的轉(zhuǎn)化和守恒知，電流對(duì)氣體做功一定大于氣體對(duì)外做功，B錯(cuò)誤，C、D正確；由氣體壓強(qiáng)的微觀解釋知溫度升高，氣體分子對(duì)活塞的沖擊力增大，而壓強(qiáng)不變，單位時(shí)間內(nèi)對(duì)活塞的沖擊力不變。因此單位時(shí)間內(nèi)對(duì)活塞的碰撞次數(shù)減少，A正確。]12．風(fēng)沿水平方向以速度v垂直吹向一直徑為d的風(fēng)車葉輪上，設(shè)空氣密度為ρ，風(fēng)的動(dòng)能有50%轉(zhuǎn)化為風(fēng)車的動(dòng)能，風(fēng)車帶動(dòng)水車將水提高到h的高度，效率為80%，求單位時(shí)間內(nèi)最多可提升的水的質(zhì)量m。[解析]設(shè)在t時(shí)間內(nèi)吹在風(fēng)車上的空氣的質(zhì)量為m0，則m0＝eq\f(1,4)πd2·vt·ρ風(fēng)的動(dòng)能Ek＝eq\f(1,2)m0v2＝eq\f(1,8)πd2v3tρ根據(jù)題意：eq\f(1,8)πd2v3tρ×50%×80%＝Mgh，則m＝eq\f(M,t)＝eq\f(πd2ρv3,20gh)。[答案]eq\f(πd2ρv3,20gh)13．如圖所示是用導(dǎo)熱性能良好的材料制成的氣體實(shí)驗(yàn)裝置，開始時(shí)封閉的空氣柱長(zhǎng)度為22cm，現(xiàn)在用豎直向下的外力F壓縮氣體，使封閉空氣柱長(zhǎng)度變?yōu)?cm，人對(duì)活塞做功100J，大氣壓強(qiáng)為p0＝1×105Pa，不計(jì)活塞重力。問(wèn)：(1)若用足夠長(zhǎng)的時(shí)間緩慢壓縮氣體，求壓縮后氣體的壓強(qiáng)為多大？(2)若以適當(dāng)?shù)乃俣葔嚎s氣體，向外散失的熱量為20J，則氣體的內(nèi)能增加多少？(活塞的橫截面積S＝1cm2)[解析