高中物理 第4章 热力学定律与能量守恒 4_1 热力学第一定律 4_2 能量守恒定律的发现历程学业分层测评 沪科版选修3-3

4.1 热力学第一定律 4.2 能量守恒定律的发现历程 (建议用时：45分钟)学业达标1如图413所示，为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高关于这个实验，下列说法正确的是()图413A这个装置可测定热功当量B做功增加了水的热量C做功增加了水的内能D功和热量是完全等价的，无区别E在绝热过程中，做功一定增加水的内能【解析】将做功过程和吸热过程在同等条件下比较，可测出热功当量，故A正确；做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，故B错误，C正确；做功和传热产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，D错误【答案】ACE2下列所述现象中属于利用热传导的方式来传热的是 ()A冬天，用手去拿室外的铁块，手感到冷B夏天，开空调后一段时间整个房间内温度降低C在地面上晒小麦D冬天，用暖水袋暖手E用金属柄的铁勺子舀沸腾的热水时烫手【解析】冬天，室外的铁块温度低，手温度高，用手拿铁块时，手上的热量直接通过热传导的方式传到铁块上用暖水袋暖手，道理同上开空调后整个房间内温度降低，是空气通过对流的方式使热空气降温晒小麦是依靠太阳热辐射来吸收热量的，所以A、D、E正确【答案】ADE3在热力学第一定律的表达式UWQ中，关于U、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是()A物体对外界做功时W为负B物体吸收热量时，Q为正C内能减少时，U为正D内能增加时，U为正EW为正，Q为负时，U一定为零【解析】根据公式UWQ及W、Q、U的符号法则得A、B、D正确【答案】ABD4下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是() 【导学号：35500041】A用太阳灶烧水是太阳能转化为内能B电灯发光是电能转化为光能C核电站发电是电能转化为内能D生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能E跳高运动员跳起时，体内的化学能转化为机械能【解析】核电站发电是核能转化为电能，生石灰放入水中使水温升高，是化学能转化为内能【答案】ABE5. 某物体温度升高了，这说明()A该物体一定吸收了热量B该物体可能放出了热量C外界对物体可能做了功D物体可能吸收了热量E外界对物体一定做了功【解析】由UQW来分析，物体温度升高了，一定有物体的内能增加，U0，要满足U0可能有多种情况：W0，Q0；W0，Q0；W0，Q0；W0，Q|Q|；W0，Q|W|.由否定选A；与选项B一致，与选项C一致；与选项D一致，故选项B、C、D正确【答案】BCD6景颇族祖先发明的点火器如图414所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中 ()图414A气体温度升高，压强不变B气体温度升高，压强变大C气体对外界做正功D外界对气体做正功E气体的内能增加【解析】压缩气体时，外界对气体做功，内能增加，温度升高，体积变小，压强增大，所以B、D、E正确【答案】BDE7器壁导热较好的汽缸放在恒温环境中，如图415所示汽缸内封闭着一定量的气体，气体分子间相互作用的分子力可以忽略不计当缓慢推动活塞(忽略摩擦)Q向左运动的过程中，有下列说法：图415活塞对气体做功，气体的平均动能增加；活塞对气体做功，气体的平均动能不变；气体的单位体积内的分子数增大，压强增大；气体的单位体积内的分子数增大，压强不变；活塞对气体做功，气体的内能不变其中不正确的是()ABC DE【解析】解决本题的关键是理解缓慢推动活塞Q的物理含义推动活塞Q使活塞对气体做功，本来气体的温度应升高，但是由于缓慢推动活塞，所以使气体增加的内能又以热量的形式释放到周围环境中，由于环境温度恒定，所以汽缸内气体的温度不变，气体的平均动能不变，忽略分子力时，气体的内能不变，错误，正确由于气体被压缩，气体单位体积内的分子数增大，所以单位面积上汽缸受到气体分子的碰撞次数增多，因此，气体的压强增大，正确，错误【答案】ABD8一定量的气体内能增加了3105 J，(1)若吸收了2105 J的热量，则是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少焦耳的功？(2)若气体对外界做了4105 J的功，则是气体放热还是从外界吸热？放出或吸收的热量是多少？【解析】(1)由热力学第一定律UQW得WUQ3105 J2105 J1105 J外界对气体做功(2)由UQW得QUW3105 J(4105 J)7105 J气体从外界吸热【答案】(1)外界对气体做功1105 J(2)气体从外界吸热7105 J能力提升9如图416所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小若忽略活塞与容器壁间的摩擦，则被密封的气体的下列说法不正确的是() 【导学号：35500042】图416A温度升高，压强增大，内能减少B温度降低，压强增大，内能减少C温度升高，压强增大，内能增加D温度降低，压强减小，内能增加E分子的平均动能增加，分子对器壁单位面积碰撞的冲力增大【解析】由F对密闭的气体做正功，容器及活塞绝热，则系统与外界传递的热量Q0，由功和内能的关系知，理想气体内能增大，温度升高，再根据C，V减小，p增大选项A、B、D不正确【答案】ABD10如图417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自状态A变化到状态B时()图417A体积必然变大B不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E气体必然对外界做功【解析】本题是气体状态变化、图像与热力学第一定律结合的综合分析题连接OA、OB，得到两条等容线，故有VBVA，所以A正确；由于没有限制自状态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错误；因为气体体积增大，所以是气体对外做功，C错误，E正确；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【答案】ADE11一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？ (2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做多少功？【解析】(1)由热力学第一定律可得UWQ120 J280 J160 J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从2状态回到1状态过程中内能的变化应等于从1状态到2状态过程中内能的变化，则从2状态到1状态的内能应减少160 J即U160 J，又Q240 J，根据热力学第一定律得UWQ，所以WUQ160 J(240 J)80 J，即外界对气体做功80 J.【答案】(1)增加了160 J(2)外界对气体做功80 J12如图418所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为22 cm，现在用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭空气柱长度变为2 cm，人对活塞做功100 J，大气压强为p01105 Pa，不计活塞重力问：图418(1)若用足够长的时间缓慢压缩气体，求压缩后气体的压强为多大？(2)若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20 J，则气体的内能增加多少？(活塞的横截面积S1 cm2)【解析】(1)设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l022 cm，l2 cm，V0l0S，VlS缓慢压缩气体温度不变，由玻意耳定律得：p0V0pV，解得：p1.1106 Pa.(2)大气压力对活塞做功：W1p0S(l0l)2 J人做功W2100 J，由热力学第一定律得：UW1W2Q，将Q20 J代入解得U82 J.【答案】(1)1.1106 Pa(2)82 J