2019届高三物理一轮复习 能量守恒定律强化演练 新人教版选修3-3

第3节热力学第一定律能量守恒定律
一、选择题
1．在热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q中，关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是( ) A．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正
B．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负
C．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正
D．外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负
解析：外界对物体做功时W为正，反之为负；吸热时Q为正，反之为负；内能增加时ΔU为正，反之为负．故C 正确．
答案：C
2．一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式中正确的是( )
A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×105 J
D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
解析：根据热力学第一定律的符号规则，W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，由ΔU＝W＋Q可求得：Q＝－2.0×105 J，所以选项B正确．
答案：B
3．对于一个大气压下100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是( )
A．水的内能增加，对外界做功，一定是吸热
B．水的内能不变，对外界做功，从外界吸热
C．水的内能减少，对外界不做功，向外界放热
D．水的内能增加，对外界做功，向外界放热
解析：水变成蒸汽的过程是吸热的过程，又因气体膨胀对外界做功，分子间距增大，分子势能增加，分子动能不变，由此判断可知A对．
答案：A
4.如图，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝．汽缸壁和隔板均绝热．初始时隔板静止，左右两边气体温度相等．现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源．当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比( )
A．右边气体温度升高，左边气体温度不变
B．左右两边气体温度都升高
C．左边气体压强增大
D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量
解析：通电后，右边气体吸收热量，温度升高，压强增大，推动隔板，对左边气体做功，由热力学第一定律可知左边气体温度升高，内能增加，压强变大，A错，B、C对．由于右边气体吸热的同时，膨胀对左边气体做功，所以内能的增加小于电热丝放出的热量，D错．
答案：BC
5．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
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．
答案：D
6．(2018·重庆高考)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
解析：由题设条件“车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能”可知，胎内气体的内能是全部气体分子动能的总和，则气体内能不变，D错误；由于温度是分子平均动能的标志，温度不变，所以分子平均动能不变，C错误；由汽车缓慢放水可知，车胎的体积会增大，则胎内气体对外界做正功，B错误；由热力学第一定律ΔU ＝W＋Q，可知Q为正值，即要从外界吸热，A正确．
答案：A
7.如图，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中．设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小( )
A．从外界吸热B．内能增大
C．向外界放热D．内能减小
解析：水温恒定，金属筒缓慢下降导热良好，则空气温度保持不变，由气体分子间相互作用力忽略，分子势能不计，知内能不变，B、D两项错误；下降过程中水的压强变大，空气被压缩，外界对气体做功W>0，由ΔU＝0知Q<0，即气体向外界放热，A项错误，C项正确．
答案：C
二、非选择题
8．(2018·青岛高二检测)一定质量的气体，在从一个状态(①)变化到另一个状态(②)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？做功多少？
解析：(1)由热力学第一定律可得
ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J
气体的内能增加了160 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状态的过程中内能的变化应等于从①状态到②状态的过程中内能的变化，则从②状态到①状态的内能应减少160 J，即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 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 J
9．(2018·南宁高二检测)
爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食，如图为高压爆米花的装置原理图，玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，“嘭”的一声气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花．设当地温度为t1＝27 ℃，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0.试分析：
(1)容器内的气体看做理想气体，求容器内气体的温度．
(2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功15 kJ ，并向外释放了20 kJ 的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？
解析：(1)根据查理定律：p1T1＝p2T2
p1＝p0，T1＝300 K ，p2＝4p0.
整理得：T2＝1 200 K ，t2＝927 ℃.
(2)由热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W ，
得ΔU ＝－20 kJ －15 kJ ＝－35 kJ ，故内能减少35 kJ.
答案：(1)927 ℃ (2)减少 35 kJ。