2024-2025學(xué)年高中物理第10章熱力學(xué)定律第3節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律課后練習(xí)含解析新人教版選修3-3

PAGE5-熱力學(xué)第肯定律能量守恒定律基礎(chǔ)夯實一、選擇題(1～3題為單選題，4～5題為多選題)1．第一類永動機是不行能制成的，這是因為(C)A．不符合機械能守恒定律B．做功產(chǎn)生的熱量不符合熱功當(dāng)量C．違反了熱力學(xué)第肯定律D．找不到合適的材料和合理的設(shè)計方案解析：第一類永動機違反了熱力學(xué)第肯定律，所以是不行能制成的。故選項C正確。2．在一個與外界沒有熱交換的房間內(nèi)打開冰箱門，冰箱正常工作，過一段時間房間內(nèi)的溫度將(B)A．降低 B．上升C．不變 D．無法確定解析：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，對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)總內(nèi)能增加。3.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。4．據(jù)××報報道：天津一小男孩睡覺時，將壓在臀部下面的打火機焐炸，丁烷氣體外泄，致使屁股局部速凍成傷。請你運用學(xué)過的熱學(xué)學(xué)問推斷下列說法正確的是(ABD)A．焐炸是因為打火機內(nèi)丁烷液體變熱汽化，體積增加，壓強增大而爆炸B．焐炸的過程符合熱力學(xué)第肯定律C．××報關(guān)于局部速凍成傷的報道不符合科學(xué)道理D．爆炸后，丁烷外泄并快速汽化吸熱，由于吸熱速度快而使屁股局部速凍成傷解析：丁烷液體變熱汽化，體積增加，壓強增大而爆炸，由于吸熱速度快而使屁股局部速凍成傷。5.如圖所示，肯定質(zhì)量的志向氣體由a狀態(tài)變更到b狀態(tài)，下列說法正確的有(BD)A．外界對氣體做功 B．氣體對外界做功C．氣體向外界放熱 D．氣體從外界吸熱解析：由圖可看出從a到b氣體體積增大溫度上升，內(nèi)能增大，氣體對外界做功，氣體從外界汲取熱量，故選BD。二、非選擇題6.(2024·江蘇省鹽城市高二下學(xué)期期末)肯定質(zhì)量的志向氣體由狀態(tài)a沿abc變更到狀態(tài)c，汲取了340J的熱量，并對外做功120J。若該氣體由狀態(tài)a沿adc變更到狀態(tài)c時，對外做功40J，則這一過程中氣體_汲取__(填“汲取”或“放出”)_260__J熱量。解析：對該志向氣體由狀態(tài)a沿abc變更到狀態(tài)c，由熱力學(xué)第肯定律可得：ΔU＝Q＋W＝340－120J＝220J，即從a狀態(tài)到c狀態(tài)，志向氣體的內(nèi)能增加了220J；若該氣體由狀態(tài)a沿adc變更到狀態(tài)c時，對外做功40J，此過程志向氣體的內(nèi)能增加還是220J，所以可以判定此過程是汲取熱量，再依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可得：ΔU＝Q＋W，得Q＝ΔU－W＝220＋40J＝260J。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，用打氣筒向噴霧器內(nèi)再充入1atm的空氣3L(設(shè)外界環(huán)境溫度肯定，空氣可看作志向氣體)。(1)當(dāng)水面上方氣體溫度與外界溫度相等時，求氣體壓強，并從微觀上說明氣體壓強變更的緣由。(2)打開噴霧閥門，噴霧過程中封閉氣體可以看成等溫膨脹，此過程氣體是吸熱還是放熱？簡要說明理由。答案：(1)2.5atm(2)吸熱解析：(1)設(shè)氣體初態(tài)壓強為p1，體積為V1；末態(tài)壓強為p2，體積為V2，由玻意耳定律p1V1＝p2V2代入數(shù)據(jù)得p2＝2.5atm微觀說明：溫度不變，分子平均動能不變，單位體積內(nèi)分子數(shù)增加，所以壓強增加。(2)吸熱。氣體對外做功而內(nèi)能不變，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知氣體吸熱。實力提升一、選擇題(1、2題為單選題，3題為多選題)1．(2024·海南省海南中學(xué)高二下學(xué)期期中)如圖，肯定質(zhì)量的志向氣體，由狀態(tài)a經(jīng)過ab過程到達(dá)狀態(tài)b或者經(jīng)過ac過程到達(dá)狀態(tài)c。設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的溫度分別為Tb和Tc，在過程ab和ac中汲取的熱量分別為Qab和Qac。則(C)A．Tb＞Tc，Qab＞Qac B．Tb＞Tc，Qab＜QacC．Tb＝Tc，Qab＞Qac D．Tb＝Tc，Qab＜Qac解析：依據(jù)熱力學(xué)定律eq\f(pV,T)＝C，可知b、c狀態(tài)的溫度相等，又因為ab過程中，體積變大，氣體對外做功，所以汲取的熱量比ac過程的多，故C項正確。綜上所述，本題正確答案為C。2．如圖所示，有一導(dǎo)熱性良好的氣缸放在水平面上，活塞與氣缸壁間的摩擦不計，氣缸內(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)境溫度的變更，現(xiàn)緩慢推倒氣缸，在此過程中(A)A．氣體汲取熱量，內(nèi)能不變B．氣缸內(nèi)分子的平均動能增大C．單位時間內(nèi)撞擊氣缸壁單位面積上的分子數(shù)增多D．氣缸內(nèi)分子撞擊氣缸壁的平均作用力增大解析：由題圖可知，該過程氣體對外做功，由于忽視環(huán)境溫度變更，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。3．(2024·河北省邢臺市一中高二下學(xué)期檢測)如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有志向氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空?，F(xiàn)將隔板抽開，氣體會自發(fā)擴散至整個汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積。假設(shè)整個系統(tǒng)不漏氣。下列說法正確的是(AB)A．氣體自發(fā)擴散前后內(nèi)能相同B．氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大C．在自發(fā)擴散過程中，氣體對外界做功D．氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動能不變解析：抽開隔板，氣體自發(fā)擴散過程中，氣體對外界不做功，與外界沒有熱交換，因此氣體的內(nèi)能不變，A項正確，C項錯誤；由于氣體與外界沒有熱交換，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知，氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大，因此氣體的溫度上升，氣體分子的平均動能增大，B項正確，D項錯誤。二、非選擇題4．如圖所示為肯定質(zhì)量志向氣體的p－V圖象，氣體狀態(tài)由A經(jīng)B到C的變更過程中，氣體汲取了420J熱量，對外做功400J。已知狀態(tài)A的溫度為300K。求氣體：(1)內(nèi)能變更的數(shù)值；(2)狀態(tài)C的溫度TC。答案：(1)增加20J(2)240K解析：(1)由熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q＋W＝420J－400J解得ΔU＝20JΔU為正，則氣體內(nèi)能增加(2)由志向氣體狀態(tài)方程：eq\f(pAVA,TA)＝eq\f(pCVC,TC)解得狀態(tài)C的溫度：TC＝240K5.爆米花酥脆可口、老少皆宜，是很多人寵愛的休閑零食。如圖為高壓爆米花的裝置原理圖，玉米在鐵質(zhì)的密閉容器內(nèi)被加熱，封閉氣體被加熱成高溫高壓氣體，當(dāng)打開容器蓋后，“砰”的一聲氣體快速膨脹，壓強急劇減小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花。設(shè)當(dāng)?shù)販囟葹閠1＝27℃，大氣壓為p0，已知密閉容器打開前的氣體壓強達(dá)到4p0。試分析：(1)將容器內(nèi)的氣體看作志向氣體，求容器內(nèi)氣體的溫度。(2)假定在一次打開的過程中，容器內(nèi)氣體膨脹對外界做功15kJ，并向外釋放了20kJ的熱量，容器內(nèi)原有氣體的內(nèi)能如何變更？變更了多少？答案：(1)927℃(2)削減35kJ解析：(1)依據(jù)查理定律：eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)p1＝p0，T1＝300K，p2＝4p0。解得：T2＝1200K，則t2＝927℃。(2)由熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q＋W得ΔU＝－20kJ－15kJ＝－35kJ，故內(nèi)能削減35kJ。6.(2024·廣東深圳市南山區(qū)高三教學(xué)質(zhì)量檢測)絕熱氣缸倒扣在水平地面上，缸內(nèi)裝有一電熱絲，缸內(nèi)有一光滑的絕熱活塞，封閉肯定質(zhì)量的志向氣體，活塞下吊著一重為G的重物，活塞重為G0，活塞的截面積為S，起先時封閉氣柱的高為h，氣體的溫度為T1，大氣壓強為p0。現(xiàn)給電熱絲緩慢加熱，若氣體汲取熱量Q時，活塞下降了h，求：(1)氣體的溫度上升多少；(2)氣體的內(nèi)能增加多少？答案：(1)T1(2)Q＋(G＋G0)h－p0Sh解析：①氣體初狀態(tài)的參量為：V1＝hS，T1；氣體末狀態(tài)參量為：V