高中人教版 (新课标)3 热力学第一定律 能量守恒定律测试题

第三节　热力学第一定律　能量守恒定律

基础夯实

1．至今为止，第一类永动机从来没有成功过，其原因是(　　)

A．机械制造的技术没有过关

B．违反了牛顿运动定律

C．违反了电荷守恒定律

D．违反了能量守恒定律

答案：D

解析：第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律。

2．行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是(　　)

A．物体克服阻力做功

B．物体的动能转化为其他形式的能量

C．物体的势能转化为其他形式的能量

D．物体的机械能转化为其他形式的能量

答案：AD

解析：这四个现象中，物体运动过程都受到阻力，汽车主要是制动阻力，流星降落是空气阻力，条形磁铁下落过程受到磁场阻力。因而物体都克服阻力做功。A选项对。四个物体运动过程中，汽车是动能转化为内能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化为内能或其他形式的能，总之是机械能转化为其他形式的能。D选项正确。

3．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将(　　)

A．降低   B．升高

C．不变   D．无法确定

答案：B

解析：取房间内气体及电冰箱(有散热装置)为系统，外界消耗电能，对系统做功，系统总内能增加。

4．(2012·南通市高三期末)如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中(　　)

A．外界对气体做功，气体内能增大

B．外界对气体做功，气体内能减小

C．气体对外界做功，气体内能增大

D．气体对外界做功，气体内能减小

答案：A

解析：本题考查了热力学第一定律，理解做功和热传递可以改变物体的内能。筒内气体不与外界发生热交换，M向下滑的过程中，外界对气体做功，由热力学第一定律可知气体内能增大，A正确。

5．(2012·青岛模拟)(1)为了将空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体。下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是________。

(2)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功。现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶内空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量。在上述两个过程中，空气的内能共减小________kJ，空气________(选填“吸收”或“放出”)的总热量为________kJ。

答案：(1)B　(2)5　放出　29

解析：(1)根据玻意耳定律pV＝C，故选项B正确。

(2)将空气压缩装入气瓶的过程中，温度不变，所以内能不变，潜水员背着气瓶潜入海底的过程中，放出5kJ的热量，则ΔU＝－5kJ。故两过程减小的空气内能为5kJ，在这两个过程中，由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q，Q＝ΔU－W＝(－5－24)kJ＝－29kJ，“－”说明放出热量。

点评：本题考查了玻意耳定律，热力学第一定律，主要考查学生的理解能力和推理能力。

6．(江苏新海中学高二期中)喷雾器内有10L水，上部封闭有1atm的空气2L。关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1atm的空气3L(设外界环境温度一定，空气可看作理想气体)。

(1)当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体压强，并从微观上解释气体压强变化的原因。

(2)打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀，此过程气体是吸热还是放热？简要说明理由。

答案：(1)2.5atm　(2)吸热

解析：(1)设气体初态压强为p1，体积为V1；末态压强为p2，体积为V2，由玻意耳定律p1V1＝p2V2①

代入数据得p2＝2.5atm②

微观解释：温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加。

(2)吸热。气体对外做功而内能不变，根据热力学第一定律可知气体吸热。

能力提升

1.(南通市高二检测)如图所示，某容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，抽出隔板并加热气体，使两气体混合均匀，设在此过程A、B两部分气体吸热为Q，内能的增量为E，则(　　)

A．E<Q   B．E＝Q

C．E>Q   D．无法比较

答案：A

2．(2012·淄博市高二质检)给旱区送水的消防车停于水平地面。在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体(　　)

A．从外界吸热   B．对外界做负功

C．分子平均动能减小   D．内能增加

答案：A

解析：缓慢放水过程中，胎内气体压强减小，气体膨胀对外界做正功，选项B错；胎内气体温度不变，故分子平均动能不变，选项C错；由于不计分子间势能，气体内能只与温度有关，温度不变，内能不变，选项D错；由ΔU＝W＋Q知ΔU＝0，W<0，故Q>0，气体从外界吸热，选项A正确。

3．如图所示容器中，A，B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定。A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡。在这个过程中，下面说法正确的是(　　)

A．大气压力对水做功，水的内能增加

B．水克服大气压力做功，水的内能减少

C．大气压力对水不做功，水的内能不变

D．大气压力对水不做功，水的内能增加

答案：D

解析：由W＝P·S·Δh＝P·ΔV可知大气压力对A、B两管中水做功代数和为零，但由于水的重心下降 ，重力势能减小，由能量守恒定律可知水的内能增加，D对。

4．如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中(　　)

A．气体对外做功，气体温度可能不变

B．气体对外做功，内能一定减少

C．气体压强可能增大，内能可能不变

D．气体从外界吸热，内能一定增加

答案：A

解析：由于汽缸为导热的，则可与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变。

5．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到状态c，b、c状态温度相同，如V－T图所示。设气体在状态b和状态c的压强分别为Pb和Pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则(填入选项前的字母，有填错的不得分)(　　)

A．Pb>Pc，Qab>Qac   B．Pb>Pc，Qab<Qac

C．Pb<Pc，Qab>Qac   D．Pb<Pc，Qab<Qac

答案：C

6．在一个标准大气压下，水在沸腾时，1g的水由液态变成同温度的水汽，其体积由1.043cm3变为1676cm3。已知水的汽化热为2263.8J/g。求：

(1)体积膨胀时气体对外界做的功W；

(2)气体吸收的热量Q；

(3)气体增加的内能ΔU。

答案：(1)169.7J　(2)2263.8J　(3)2094.1J

解析：取1g水为研究系统，1g沸腾的水变成同温度的水汽需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有ΔU<Q吸。

(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功：W＝p(V2－V1)＝1.013×105×(1676－1.043)×10－6J＝169.7J。

(2)气体吸热：Q＝mL＝1×2263.8J＝2263.8J。

(3)根据热力学第一定律：ΔU＝Q＋W＝2263.8J＋(－169.7)J＝2094.1J

7．如图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3cm，此时气压表显示容器内压强为p1＝1.0×105Pa，现在将活塞缓慢向下推动，直到封闭空气柱长度变为2cm。g＝10m/s2。问：

(1)最终气压表的示数是多少？

(2)若快速压缩气体过程中，气体内能增加1.5J，气体放出的热量为1.4J，那么活塞对气体做功是多少？

答案：(1)1.5×105Pa　(2)2.9J

解析：(1)缓慢压缩，气体温度不变。

L0＝3cm，L＝2cm，p0＝1.0×105Pa

设压缩后气体压强为p，由玻意耳定律：p0L0S＝pLS

解得；p＝1.5×105Pa

(2)由热力学第一定律：ΔU＝W＋Q

W＝ΔU－Q＝1.5J－(－1.4J)＝2.9J