高中物理人教版 (新课标)选修34 物态变化中的能量交换教案

第一节　功和内能

基础夯实

1．下列哪个实例说明做功改变了系统的内能(　　)

A．热水袋取暖　　　　　 B．用双手摩擦给手取暖

C．把手放在火炉旁取暖   D．用嘴对手呵气给手取暖

答案：B

解析：双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能，选项B正确。2．(建陵中学高二期末)物体获得一定初速度后，沿着粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统(　　)

A．机械能守恒   B．动能与内能之和守恒

C．机械能和内能都增加   D．机械能减少，内能增加

答案：D

解析：铁块上滑时克服摩擦力做功，铁块损失的机械能转化为铁块和斜面的内能，因此铁块的温度会略有升高，内能增加。此题情景就像冬天两手相互搓搓会感到暖和一样。

3．有一个小气泡从水池底缓慢地上升，气泡跟水不发生热传递，而气泡内气体体积不断增大，小气泡上升过程中(　　)

A．由于气泡克服重力做功，则它的内能减少

B．由于重力和浮力的合力对气泡作功，则它的内能增加

C．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能增加

D．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能减少

答案：D

解析：气泡膨胀时，对外做功，内能减少。

4．用金属制成的气缸中装有柴油和空气的混合物，有可能使气缸中的柴油达到燃点的过程是(　　)

A．迅速向里推活塞   B．迅速向外拉活塞

C．缓慢向里推活塞   D．缓慢向外拉活塞

答案：A

解析：要使柴油达到燃点，必须使柴油和空气的混合物内能增大，温度升高，可通过做功过程来实现，因此，应向里推活塞，使外界对气体做功。但应迅速推动还是缓慢推动呢？若是绝热气缸，无论迅速推动还是缓慢推动，只要外界对气体做功，其内能一定增大，温度升高，而金属气缸是导热的，要使温度升高，则应迅速向里推活塞，使气体与外界来不及发生热交换。

5．如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”，这一现象产生的原因可以用下面三句话解释：甲，水蒸气凝结成小水珠；乙，瓶内气体推动瓶塞做功，内能减小；丙，温度降低。三句话正确的顺序是(　　)

A．甲乙丙   B．乙丙甲

C．丙甲乙   D．乙甲丙

答案：B

解析：根据题意因果顺序的进程为：空气推动瓶塞做功——空气内能减小——瓶内空气温度降低——瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾”，而瓶塞跳起的原因是用打气筒往瓶内打气使气体压强增大所致。

6．一个飞行速度是500m/s的子弹，当它射入物体时，产生热量的一半被子弹吸收，则子弹升高的温度是________。[子弹是铜质的，铜的比热是390J/(kg·℃)]

答案：160℃

解析：设子弹升高的温度为Δt则cmΔt＝mv2×，Δt＝＝℃＝160℃。此过程中子弹动能的减少的一半被子弹吸收，转化为子弹的内能。

7．冬季，由于温度太低，很难启动摩托车(在农村启动195型拖拉机也会遇到类似情况)。这时驾驶者往往先关闭油门，连续踏下启动摇杆若干次，然后再打开油门，踏下启动摇杆即可启动，运用的原理是什么？

答案：连续踏下启动摇杆，活塞不断压缩汽缸里的气体做功，增加气体的内能，使气体的温度升高，当达到汽油的燃点后，即可启动。

8．(江苏南京模拟)如图所示，绝热隔板S把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分，S与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。气体分子之间相互作用可忽略不计。现通过电热丝对气体a缓慢加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡状态。试分析a、b两部分气体与初状态相比，体积、压强、温度、内能各如何变化？

答案：汽缸和隔板绝热，电热丝对气体a加热，a温度升高，压强增大，体积增大，内能增大；

a对b做功，b的体积减小，温度升高，压强增大，内能增大。网]

能力提升

1．(2012·新华高二检测)如图所示，活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气。以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中(　　)

A．E甲不变，E乙减小   B．E甲不变，E乙增大

C．E甲增大，E乙不变   D．E甲增大，E乙减小

答案：D

解析：本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都历经绝热过程，内能改变取决于做功的情况。对甲室内的理想气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能应减小。

2．(2012·攀枝花市高三检测)如图所示，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力，则被密封的气体________。(填选项前的字母)。

A．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

答案：C

解析：向下压缩活塞，对气体做功，气体的内能增加，温度升高，对活塞受力分析可得出气体的压强增大，故C选项正确。

3.如图所示，汽缸放置在水平地面上，质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室，两气室中均充有气体，汽缸、活塞是绝热的且不漏气。开始活塞被销钉固定，现将销钉拔掉，活塞最终静止在距原位置下方h处，设活塞移动前后甲气体内能的变化量为ΔE，不计气体重心改变的影响，下列说法正确的是(　　)

A．ΔE＝mgh　　　　　 B．ΔE>mgh

C．ΔE<mgh　　　　　 D．以上三种情况均有可能

答案：B

解析：气体甲体积减小，外界对它做正功，其中包括mgh和乙气体分子对活塞的力做功W乙，且为正功，ΔE＝mgh＋W乙。

4．金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外溢出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时间后，再次打开开关，这时出现的现象是(　　)

A．筒外空气流向筒内

B．筒内空气流向筒外

C．筒内外有空气交换，处于动平衡态，筒内空气质量不变

D．筒内外无空气交换

答案：B

解析：因高压空气急剧外溢时，气体来不及充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程，气体对外做功，内能减少，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界偏低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同。对筒内剩余气体分析，属等容升温过程，压强要升高，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外。

5.(辽宁沈阳模拟)如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是(　　)

A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少

B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少

C．电流对气体做功，气体又对外做功，其内能可能不变

D．电流对气体做功一定大于气体对外做功

答案：AD

解析：由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由＝恒量知，气体温度升高，内能一定增加，由能的转化和守恒知，电流对气体做功一定大于气体对外做功，B、C均错，D项正确。由气体压强的微观解释知温度升高，气体分子与活塞碰一次对活塞的冲量增大，而压强不变；单位时间内对活塞的冲量不变。因此单位时间内对活塞的碰撞次数减少，A对。

6．(2010·绵阳中学高二期末)如图所示，带有活塞的气缸中封闭着一定质量的理想气体(不考虑气体分子势能)，气缸和活塞均具有良好的绝热性能。将一个热敏电阻置于气缸中，热敏电阻与气缸外的欧姆表连接，气缸固定不动，缸内活塞可自由移动且不漏气，活塞下挂一沙桶，沙桶装满沙子时活塞恰好静止。现将沙桶底部钻一小洞，细沙缓缓漏出。则下列说法正确的是(　　)

A．外界对气体做功，气体的内能增大

B．气体对外界做功，气体的内能减小

C．气体的压强增大，体积减小

D．欧姆表的指针逐渐向右偏转

答案：ACD

7．汽车内胎放完气后，气门的温度可达到0℃以下，请你解释一下原因。

答案：以内胎中的气体为系统，气体推动周围大气做功，(对外界气体做功)大气的内能增加，内胎中的气体内能减少，温度降低。如果在较短时间内做较多的功，气门来不及吸热，气门温度就可达到0℃以下。

8．用5N的力垂直于活塞推动压缩绝热汽缸的气体，活塞的位移为0.1m时，气体内能的变化量是多少？内能增加了还是减少了？

答案：增加了0.5J

解析：外界对气体做功W＝Fs＝5N×0.1m＝0.5J，气体内能增加，增加量为0.5J。