物理选择性必修 第三册第三章 热力学定律1 功、热和内能的改变课时练习

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.系统状态的改变只能通过传热来实现

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.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

3.如图所示,活塞将汽缸分成甲、乙两气室,汽缸、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,则在将拉杆缓慢向左拉的过程中              (深度解析)

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

4.如图所示,在大口的玻璃瓶内装一些水,然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶口,向瓶内打气,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

题组三　热与内能的改变

5.如图所示,太阳能热水器是一种能够将太阳的光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.利用电流的热效应

6.(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.一定是物体分子动能增加了50 J

D.物体的分子平均动能可能不变

能力提升练

题组一　功与内能的改变

1.(2021吉林江城中学高二期中,)(多选)下述各种改变物体内能的方法,属于做功方式的是              (　　)

A.冷物体接触热物体后变热

B.锯木头时,锯条发热

C.电流通过电炉丝,电炉丝发热

D.物体在火炉旁被烤热

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”)。 

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”)。 

题组二　热与内能的改变

4.(2021河北唐山十一中高二下期中,)下列改变物体内能的物理过程中,属于对物体传热来改变物体内能的是              (　　)

A.用锯子锯木料,锯条温度升高

B.擦火柴时,火柴头燃烧起来

C.搓搓手就感觉手暖和些

D.阳光照射地面,地面温度升高

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.管内气体内能增加,压强变大

6.

()(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

7.(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

8.(2020上海交大附中高二上期中,)关于内能,以下说法正确的是 (　　)

A.做功和热传递在改变物体内能的效果上是等效的

B.只要物体的温度不变,它的内能就不变

C.每个分子的内能等于这个分子的势能和动能的总和

D.焦耳通过大量实验提出了热和能的当量关系

9.

(2020上海嘉定高三测试,)如图所示,将半径为R的自行车轮架空,原地转动起来后测试制动。当制动片以大小为N的力压在车轮上,车轮转过圆心角θ后停止。这一过程机械能转化为　　　　能。若知道制动片和车轮之间的动摩擦因数μ,可估算车轮在刹车前的动能是　　　　。 

答案全解全析

第三章　热力学定律

1　功、热和内能的改变

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　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。

3.D　由题意可知甲、乙两气室气体都经历绝热过程,内能的改变取决于做功的情况,对甲室内的气体,在拉杆缓慢向左拉的过程中,活塞左移,压缩气体,外界对甲室内的气体做功,其内能应增大;对乙室内的气体,活塞左移,气体膨胀,乙室内的气体对外界做功,内能应减小,故D正确。

方法技巧

(1)在绝热过程中,压缩气体,外界对气体做功,气体的内能增大,温度升高。

(2)在绝热过程中,末态内能大于初态内能时,ΔU为正,W为正,外界对系统做功;末态内能小于初态内能时,ΔU为负,W为负,系统对外界做功。

4.D　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:在瓶塞突然跳起时,瓶内气体对外做功,内能减少,温度下降,水蒸气有一部分液化成小水滴,故选项D正确。

5.B　太阳能热水器是通过热传递的方式将水加热,故选项B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,物体内能增加了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的动能和分子势能,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。

能力提升练

1.BC　冷物体接触热物体后变热是通过热传递改变物体内能,故A错误;锯木头时,锯条发热,锯条克服摩擦力做功,故B正确;电流通过电炉丝,电流做功,电炉丝发热,故C正确;物体在火炉旁被烤热是通过热传递改变物体内能,故D错误。

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。

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(题图中为双曲线)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。

4.D　用锯子锯木料,锯条温度升高,属于做功使物体内能增加,选项A错误;擦火柴时,火柴头燃烧起来,属于做功使物体内能增加,选项B错误;搓搓手就感觉手暖和些,属于做功使物体内能增加,选项C错误;阳光照射地面,地面温度升高,属于对物体传热使物体内能增加,选项D正确。

5.D　外力克服绳与紫铜管间的摩擦力做功,使管壁内能增大,温度升高。通过热传递,使乙醚的内能增大,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.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。

7.答案　1 500　2

解析　做功和传热在改变物体内能方面是等效的,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。如在绝热过程中对物体做功3 000 J,温度升高10 ℃,则物体温度升高1 ℃需要外界做功或吸收热量300 J,因此物体在单纯的传热过程中放出600 J的热量,物体的温度降低2 ℃。

导师点睛

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,升高相同的温度所需要的能量是相同的。

8.A　做功和热传递改变物体内能的实质不同,但在效果上是等效的,故A正确;内能是物体内所有分子的动能和分子势能的总和,宏观上取决于物质的量、温度和体积,若物体温度不变,但体积变化导致分子势能发生变化,那么物体的内能就发生变化,故B错误;内能是一个宏观量,是物体内所有分子的动能和分子势能的总和,故C错误;焦耳通过大量实验提出了热和功的当量关系,故D错误。

9.答案　内　μθRN

解析　当制动片制动时,车轮要克服摩擦力做功,把机械能转化为内能。车轮转过的弧长s=θR,由动能定理得-μNs=0-Ek,解得Ek=μθRN。