高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律1 功、热和内能的改变练习

第三章　热力学定律

1　功、热和内能的改变

基础过关练

题组一　焦耳的实验

1.如图所示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

题组二　功与内能的改变

2.绝热过程中,外界压缩气体做功20 J,下列说法中正确的是(　　)

A.气体内能一定增加20 J

B.气体内能增加必定小于20 J

C.气体内能增加可能小于20 J

D.气体内能可能不变

3.如图所示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,气体内能增加

B.外界对气体做功,气体内能减少

C.气体对外界做功,气体内能增加

D.气体对外界做功,气体内能减少

4.如图是压力保温瓶的结构简图,活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换,则向下压a的过程中,瓶内气体(　　)

A.内能增大　　　　　　　　B.体积增大

C.压强不变　　　　　　　　D.温度不变

5.如图所示,在紫铜管内滴入乙醚,盖紧管塞。用手拉住绳子两端迅速往复拉动,管塞会被冲开。管塞被冲开前　(　　)

A.外界对管内气体做功,气体内能增大

B.管内气体对外界做功,气体内能减小

C.管内气体内能不变,压强变大

D.管内气体内能增大,压强变大

题组三　热与内能的改变

6.(2019湖南岳阳高二下检测)(多选)在外界不做功的情况下,物体的内能增加了50 J,下列说法中正确的是(　　)

A.一定是物体放出了50 J的热量

B.一定是物体吸收了50 J的热量

C.一定是物体分子的动能增加了50 J

D.物体分子的平均动能可能不变

7.出租车常以天然气作为燃料,加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中,若储气罐内气体体积及质量均不变,则罐内气体(可视为理想气体)(　　)

A.压强增大,内能减小

B.吸收热量,内能增大

C.压强减小,分子平均动能增大

D.对外做功,分子平均动能减小

8.(2019河北唐山第十一中学高二下期中)做功和传热都能够改变物体的内能,对铁丝加热,铁丝温度升高,是用　　　　方法改变物体内能的;用锤子敲打铁丝,铁丝温度也升高,是用　　　　方法改变物体内能的。 

能力提升练

题组一　功与内能的改变

1.()如图所示,厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针,另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒缓慢地向容器内打气,使容器内的压强增加到一定程度,这时读出温度计示数。打开卡子,胶塞冲出容器后(　　)

A.温度计示数变大,实验表明气体对外界做功,内能减少

B.温度计示数变大,实验表明外界对气体做功,内能增加

C.温度计示数变小,实验表明气体对外界做功,内能减少

D.温度计示数变小,实验表明外界对气体做功,内能增加

2.(2020江苏徐州高三上质检,)如图所示,用隔板将一密闭绝热汽缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个汽缸,该过程气体的内能　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”);待气体状态达到稳定后,缓慢推压活塞至原隔板处,该过程中,气体温度　　　　(选填“升高”“降低”或“不变”)。易错 

3.(2020河南创新发展联盟高二下联考,)一定质量的理想气体经历如图所示的A→B、B→C、C→A三个变化过程,则C→A过程中气体分子平均动能　　　　(选填“增大”或“减小”),A→B过程中　　　　(选填“外界对气体”或“气体对外界”)做功,B→C(图中为双曲线的一部分)过程中气体的内能　　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。深度解析 

题组二　热与内能的改变

4.()(多选)如图所示,绝热汽缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定,隔板质量不计,左右两室分别充有一定量的氢气和氧气(视为理想气体)。初始时,两室气体的温度相同,氢气的压强大于氧气的压强,松开固定栓直至系统重新达到平衡,下列说法中正确的是(　　)

A.初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能

B.系统重新达到平衡时,氢气的内能比初始时的小

C.松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中,有热量从氧气传递到氢气

D.松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中,氧气的内能先增大后减小

5.()(多选)如图所示,绝热的汽缸与绝热的活塞A、B密封一定质量的理想气体后水平放置在光滑地面上,不计活塞与汽缸壁的摩擦,现用电热丝给汽缸内的气体加热,在加热过程中,下列说法正确的是(　　)

A.汽缸仍保持静止

B.活塞A、B均向左移动

C.密封气体的内能一定增加

D.汽缸中单位时间内作用在活塞A和活塞B上的分子个数相同

6.(原创题,)若对物体做1 500 J的功,可使物体温度升高5 ℃;若改用传热的方式,使物体温度同样升高5 ℃,那么物体应吸收　　　　J的热量。如果先在绝热过程中对该物体做3 000 J的功,物体的温度升高10 ℃;再经过单纯的传热过程物体放出600 J的热量,则物体的温度又降低　　　　℃。深度解析 

题组三　功、热、内能与内能的改变的综合

7.()下列关于内能与热量的说法中,正确的是(　　)

A.马铃薯所含热量高

B.内能越大的物体热量也越多

C.热量总是从内能大的物体传向内能小的物体

D.热量总是从温度高的物体传向温度低的物体

8.()下列关于做功和传热的说法中正确的是(　　)

A.做功和传热在改变物体内能上是等效的

B.只要外界对物体做功,物体的内能就一定改变

C.传热的条件是物体间存在内能差

D.做功和传热改变物体内能的实质是一样的

答案全解全析

基础过关练

1.C　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。

2.A　绝热过程中,做功的过程是能量转化的过程,做了多少功,就有多少内能发生变化,故A正确。

3.A　因为M、N间被封气体的体积减小,所以外界对气体做功,即W>0;又因为气体不与外界发生热交换,所以ΔU=W,则ΔU>0,气体内能增加,故A正确。

4.A　向下压a的过程中,外界对气体做功,气体与外界没有热交换,则瓶内气体内能增大,温度升高,选项A正确,D错误;向下压a的过程中,瓶内气体体积减小,压强增大,选项B、C错误。

5.D　外力克服绳与紫铜管间的摩擦做功,使管壁内能增大,温度升高。通过热传递,乙醚的内能增大,温度升高,直至汽化,管塞被冲开。管塞被冲开前管内气体内能增大,压强变大,选项D正确。

6.BD　在外界不做功的情况下,内能的改变量等于传递的热量,内能增加了50 J,一定是吸收了50 J的热量,故A错,B对;物体内能包括所有分子热运动动能和分子势能,内能增加了50 J,并不一定是分子的动能增加了50 J,物体分子的平均动能有可能不变,这时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能,故C错误,D正确。

7.B　因储气罐内气体体积不变,故气体对外界不做功。罐内气体从外界吸收热量,气体体积及质量均不变,温度升高,分子平均动能增大,内能增大,压强变大。只有B正确。

8.答案　传热　做功

解析　做功和传热都能够改变物体的内能,对铁丝加热,铁丝温度升高,是用传热方法改变物体内能的;用锤子敲打铁丝,铁丝温度也升高,是用做功的方法改变物体内能的。

能力提升练

1.C　打开卡子,胶塞冲出容器后,密封气体体积增大,气体膨胀对外做功,气体内能减少,同时温度降低,温度计示数变小,故C正确。

2.答案　不变　升高

解析　抽开隔板后,气体体积变大,但隔板右侧是真空,气体不对外做功,绝热汽缸没有发生传热,由ΔU=W可知气体的内能不变。

气体被压缩的过程中,外界对气体做功(W>0),绝热汽缸没有发生传热(Q=0),由ΔU=W可知,气体内能增大,理想气体分子的平均动能变大,温度升高。

易错警示

一般情况下,气体的体积变化时,外界与气体之间有做功情况,但是气体向真空中膨胀(自由膨胀)时,气体不做功。

3.答案　减小　气体对外界　不变

解析　由题图得C→A过程中气体压强减小,体积不变,据=C可知,气体温度降低,则气体分子平均动能减小;A→B过程中气体体积增大,则气体对外界做功;B→C(图中为双曲线)过程中pV乘积不变,据=C可知,该过程为等温变化,所以理想气体的内能不变。

名师点睛

本题综合考查了理想气体状态方程的应用、气体的内能、功与内能的改变。图线反映了气体体积的变化情况,由此可以知道外界与气体之间做功的情况。

4.CD　温度是分子平均动能的标志,温度相同,则分子的平均动能相同,与分子质量无关。初始时,两部分气体温度相同,故分子的平均动能相同,故A错误。松开固定栓至系统达到平衡的过程中,先是氢气对氧气做功,氢气内能减少、温度降低,氧气内能增加、温度升高,由于存在温度差,故会发生传热,最后两者温度相同,故氧气内能又减小,等于初始值,所以两种气体的内能与初始时相同,故B错误,C、D正确。

5.AC　对汽缸整体分析,外部各个方向上受到大气的压力平衡,所以汽缸保持静止,故选项A正确;用电热丝给汽缸内的气体加热后,汽缸内的气体温度升高,内能增大,压强变大,活塞A、B均向外运动,故选项B错误,C正确;活塞A的面积大于活塞B的面积,单位时间内作用在活塞A和活塞B上的分子个数不同,故选项D错误。

6.答案　1 500　2

解析　做功和传热在改变物体内能上是等效的,因此如用传热的方式,也使物体温度升高5 ℃,物体应吸收1 500 J的热量。如对物体做功3 000 J,温度升高10 ℃,则物体温度改变1 ℃,需要外界做功或吸收热量300 J,因此物体放出600 J的热量,物体的温度降低2 ℃。

名师点睛

本题综合考查了功与内能的改变,热与内能的改变。在绝热过程中,功是内能变化的量度;在单纯传热的过程中,热量是内能改变的量度。同一物体,改变相同的温度所需要的能量是相同的。

7.D　热量是过程量,只有在涉及能量的转移时才有意义,不能说物体具有多少热量,故A、B错误;两物体之间热量的流向只与它们的温度有关,与它们的内能无关,且热量总是从高温物体传向低温物体,故C错误,D正确。

8.A　做功和传热在改变物体内能上是等效的,但它们的本质不同,做功是其他形式的能和内能之间的转化,而传热是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移,故A正确,D错误;外界对物体做了多少功,物体的能量就改变多少,但内能却不一定改变,故B错误;传热的条件是存在温度差,而不是存在内能差,故C错误。