浙江专版2023_2024学年新教材高中物理第3章热力学定律1功热和内能的改变训练提升新人教版选择性必修第三册

第三章　热力学定律

1　功、热和内能的改变

课后·训练提升

基础巩固

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.下列现象中,通过做功改变物体内能的是(　　)

A.放入电冰箱中的食物温度降低

B.夏天,在阳光的照射下,柏油路面温度升高

C.给自行车轮胎充气时,气体温度升高

D.用火炉烧水,水的温度升高

答案:C

解析:放入电冰箱中的食物温度降低,夏天在阳光的照射下柏油路面温度升高,用火炉烧水水的温度升高,这三种方法都是通过热传递改变物体的内能,是能量的转移过程,故选项A、B、D不符合题意。给自行车轮胎充气时气体温度升高,是压缩气体通过对气体做功改变物体内能,选项C符合题意。

2.下列关于内能的认识正确的是(　　)

A.物体的内能只跟物体的温度有关

B.物体的内能只跟物体的体积有关

C.物体的内能只能通过热传递的形式才能改变

D.物体的内能可以通过做功来改变

答案:D

解析:物体的内能与温度和体积都有关,故选项A、B错误;改变内能的方式有做功和热传递,故选项C错误,D正确。

3.下列关于做功和热传递的说法正确的是(　　)

A.做功和热传递的实质是相同的

B.做功和热传递在改变物体内能上是等效的

C.做功和热传递是对同一过程中的两种说法

D.做功和热传递是不可能同时发生的

答案:B

解析:做功的实质是能量的转化,热传递的实质是能量的转移,故选项A、C错误;如果拿一个物体放到你面前,告诉你它的内能发生改变了,你是不可能知道到底是做功还是热传递使它的内能发生改变的,也就是说做功和热传递在改变内能的作用效果上是相同的,故选项B正确;做功和热传递是可能同时发生的,故选项D错误。

4.下图是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验,那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是(　　)

A.热量可由高温物体传给低温物体

B.机械能守恒

C.在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与做功数量有关

D.在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变不仅与做功方式有关,还与做功数量有关

答案:C

解析:焦耳通过多次实验,最后得到的结论是在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与做功数量有关,故选项C正确,其余选项不是焦耳实验的结论。

5.关于温度、热量、功和内能,以下说法正确的是(　　)

A.同一物体温度高时,含有的热量多

B.物体的内能越大,含有的热量就越多,温度也越高

C.外界对系统做功W,内能必定增加

D.两物体之间发生热传递的条件是存在温度差

答案:D

解析:热量是一个过程量,是物体间进行热传递时内能的转移量,不能说物体含有多少热量,故选项A、B错误;由于做功和热传递都可引起系统内能的变化,只根据做功无法准确判断系统内能的变化,故选项C错误;物体间发生热传递的条件是存在温度差,故选项D正确。

6.如图所示,在大口的玻璃瓶内装一些水,水的上方有水蒸气。然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶口,并给瓶内打气,当打到某一状态时,瓶塞会跳起来。当瓶塞跳起时,我们会看到瓶内出现了“白雾”。对于“白雾”的形成,下列说法正确的是(　　)

A.这些“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠

B.这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气

C.这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾

D.瓶内空气推动瓶塞做功,空气的内能减小,温度降低,使水蒸气液化形成小水滴

答案:D

解析:当用打气筒向瓶内打气时,外界对系统做功,使系统的内能增加,温度升高,压强增大。使瓶塞从瓶口中喷出形成“白雾”的原因是,在塞子突然跳起时,气体绝热膨胀对外做功,内能减少,温度下降,水蒸气有一部分液化成小水滴,形成“白雾”,故选项D正确,A、B、C错误。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

7.下述关于物体内能的说法正确的是(　　)

A.物体的内能仅与温度有关

B.任何物体都具有内能

C.做功不可以改变物体的内能

D.热传递可以改变物体的内能

答案:BD

解析:内能与物体的温度、质量、状态等有关,故选项A错误;任何物体都具有内能,故选项B正确;做功和热传递都可以改变物体的内能,故选项C错误,D正确。

8.下列关于热传递的说法正确的是(　　)

A.热量是从含热量较多的物体传到含热量较少的物体

B.热量是从温度较高的物体传到温度较低的物体

C.热量是从内能较多的物体传到内能较少的物体

D.热量是热传递过程中物体内能变化的量度

答案:BD

解析:热量不是状态量,不能说含有或者具有多少热量,故选项A错误;在热传递的过程中热量总是由温度高的物体传递给温度低的物体,而不是从内能较多的物体传到内能较少的物体,故选项B正确,C错误;热量是热传递过程中物体内能变化的量度,故选项D正确。

三、非选择题

9.指出下面各例中物体内能的改变是通过什么方式实现的。

(1)池水在阳光照射下温度升高:　　　。 

(2)汽车刹车后轮胎的温度升高:　　　。 

(3)火柴在火上被点燃:　　　　。 

答案:(1)热传递　(2)做功　(3)热传递

能力提升

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.下列说法正确的是(　　)

A.只有通过做功,才能改变物体的内能

B.气体被压缩时,外界对气体做功,气体内能减少

C.物体的温度越高,分子热运动的平均动能越大

D.物体分子热运动的动能的总和,就是物体的内能

答案:C

解析:内能改变的两种方式是做功和热传递,选项A错误;气体被压缩时,外界对气体做功,但是气体可能吸收热量,内能变化无法确定,选项B错误;温度是描述物体冷热程度的物理量,是物体内分子平均动能大小的标志,温度越高,分子平均动能越大,选项C正确;内能是物体内所有分子势能和分子动能的总和,选项D错误。

2.关于温度和内能,下列说法正确的是(　　)

A.物体的内能等于物体的势能和动能的总和

B.物体的内能变化时,它的温度一定改变

C.同种物质,温度高的内能肯定比温度低的内能大

D.分子质量不同的物体,如果温度相同,物体分子的平均动能也相同

答案:D

解析:物体的内能等于物体内所有分子动能和分子势能之和,选项A错误;物体内能变化时,有可能分子势能发生变化,它的温度不一定改变,选项B错误;同种物体,当温度高的质量小、而温度低的质量大时,温度低的物体的内能有可能比温度高的物体的内能大,选项C错误;温度是物体分子平均动能的标志,温度相同,物体分子的平均动能相同,选项D正确。

3.如图所示,太阳能热水器是一种能够将太阳能转化为内能的装置。这种装置可以使装置内的水温度升高,这种改变水的内能的方式是(　　)

A.做功

B.热传递

C.既有做功也有热传递

D.电流的热效应

答案:B

解析:太阳能热水器是通过吸收太阳能,通过热传递的方式将水加热,故选项B正确。

4.地面附近有一正在上升的空气团,它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低,则该空气团在上升过程中(不计空气团内分子间的势能)(　　)

A.体积减小,温度降低

B.体积减小,温度不变

C.体积增大,温度降低

D.体积减小,温度升高

答案:C

解析:空气团与外界的热交换忽略不计,大气压强随高度上升逐渐减小,空气团体积逐渐增大,对外界做功,所以内能逐渐减小,则温度逐渐降低,故选项C正确,A、B、D错误。

5.如图所示,容器A、B各有一个可以自由移动的轻活塞,活塞下面是水,上面是大气,大气压强恒定。A、B的底部由带有阀门K的管道相连,整个装置与外界绝热。起初,A中水面比B中的高,打开阀门,使A中的水逐渐流向B中,最后达到平衡。在这个过程中,下列说法正确的是(　　)

A.大气压力对水做功,水的内能减小

B.水克服大气压力做功,水的内能减小

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:平衡前,A容器中的活塞向下移动,设A中活塞横截面积为S1,移动距离为l1,大气压力推动A中活塞向下移动时对水做的功WA=p0S1l1

平衡前,B容器中的活塞向上移动,设B中活塞横截面积为S2,移动距离为l2,大气压力通过活塞对水做负功WB=-p0S2l2

由于水的总体积不变,则有S1l1=S2l2

即A容器中大气压力对水做的功与B容器中水克服大气压力做的功相等。在整个过程中,大气压力对水做的功是上述两个功(正功WA、负功WB)的代数和,即

WA+WB=p0S1l1-p0S2l2=0

选项A、B错误。

大气压力对水不做功,同时整个装置与外界绝热,没有热交换。但是水从容器A流向容器B的过程中,水的重心下降,水的重力做正功,水的重力势能减小,根据能量守恒定律,减少的水的势能转化为水的内能,水的内能增加,选项C错误,D正确。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

6.下列有关热现象和内能的说法正确的是(　　)

A.把物体缓慢举高,其机械能增加,内能不变

B.盛有气体的容器做加速运动时,容器中气体的内能必定会随之增大

C.电流通过电阻后电阻发热,它的内能增加是通过“做功”方式实现的

D.分子间引力和斥力相等时,分子势能最大

答案:AC

解析:将一个物体举高后,高度增加,质量不变,速度也不变,因此动能不变、重力势能增加,则机械能增加,而物体的内能与物体的体积、温度、物质的量和物体的状态有关,而体积、温度、物质的量和物体的状态都没有改变,因此内能不变,故选项A正确;物体的内能与物体的体积、温度、物质的量和物体的状态有关,与宏观的速度无关,故选项B错误;电流通过电阻后电阻发热,内能的增加是通过电流做功的方式实现的,故选项C正确;当分子间距离等于平衡距离时,分子间作用力合力为零,即分子间引力和斥力相等,分子势能最小,故选项D错误。

7.图甲为正方体铁块M被绝热的磁体吸引在天花板顶部,图乙是与铁块M完全相同的铁块N放在了绝缘的水平面上,开始时两个铁块的温度相同。现让两个铁块吸收相同的热量,考虑两铁块体积的变化但分子势能可忽略不计,磁体磁性不随温度变化。则下列说法正确的是(　　)

A.铁块M、N的重力势能均不发生变化

B.铁块M的重力势能减少,铁块N的重力势能增加

C.铁块M增加的内能比较大

D.铁块M升高的温度比较高

答案:BCD

解析:铁块M、N吸收相同的热量,由于铁块M受热后体积膨胀,则铁块M的重心下降,重力做正功,重力势能减小,同理铁块N的重力势能增加,选项A错误,B正确;由能量守恒定律可知,铁块M增加的内能比铁块N增加的内能多,因此铁块M增加的内能比较大,选项C正确;铁块M的内能增加量大于铁块N的内能增加量,所以铁块M的温度比较高,选项D正确。

三、非选择题

8.用下述各种方法改变物体的内能,属于做功改变物体内能的是　　　　,属于热传递改变物体内能的是　　　　。 

A.电流通过灯丝发热

B.热的物体放在通风的地方凉得快

C.用锤子捶击金属块后,锤子和金属块都变热

D.摩擦冰块使其熔化

E.冷物体接触热物体后变热

F.物体在火炉旁被烤热

答案:ACD　BEF

解析:电流通过灯丝发热,是通过电流做功改变灯丝的内能;热的物体放在通风的地方凉得快,是通过热传递的方式改变物体的内能;用锤子捶击金属块后,锤子和金属块都变热,是通过做功的方式改变物体的内能;摩擦冰块使其熔化,是通过做功的方式改变物体的内能;冷物体接触热物体后变热,是通过热传递的方式改变物体的内能;物体在火炉旁被烤热,是通过热传递的方式改变物体的内能。故ACD是属于做功的方式改变内能,BEF是属于热传递的方式改变内能。