人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律1 功、热和内能的改变精练

第三章热力学定律第一节功、热和内能的改变配套练习（含解析）

一、单选题

1．下列说法中正确的是（　　）

A．100℃的水变为100℃的水蒸气的过程中内能增大

B．0℃的冰熔化为0℃的水的过程中内能不变

C．物体温度升高，内能一定增加

D．物体吸热后温度一定升高

2．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

3．自行车内胎充气过足，在阳光下受暴晒时车胎极易爆裂，设暴晒过程中内胎容积的变化可以忽略不计。则（　　）

A．在车胎突然爆裂的瞬间，胎内气体内能减小

B．车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果

C．在车胎爆裂前，胎内所有气体分子的运动速率都在增大

D．在车胎爆裂前，胎内气体吸热、温度升高，气体分子的平均动能减小

4．下面例子中，通过做功来改变物体内能的是（　　）

A．阳光照射衣服，衣服的温度升高

B．用打气筒打气，筒壁变热

C．将高温金属块放在水中，水的温度升高

D．放进冰箱冷冻室的水变成冰块

5．一定质量的理想气体，温度从升高到，在这个过程中，以下说法中正确的是（    ）

A．如果气体体积膨胀对外界做功，则分子热运动的平均动能会减小

B．如果气体体积保持不变，则分子热运动的平均动能会保持不变

C．只有当外界对气体做功时，分子热运动的平均动能才会增加

D．不管气体体积如何变化，分子热运动的平均动能总会增加

6．如图所示，在演示做功可以改变气体内能的实验中，下列说法中正确的是（　　）

A．要缓缓地压下活塞，防止损坏圆筒

B．实验的研究对象是圆筒中的空气

C．观察到乙醚着火说明做功使棉花的内能增加了

D．应缓慢压下活塞

7．如图所示是焦耳在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

8．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逸出，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．筒内外有空气变换，处于动态平衡，筒内空气质量不变

D．筒内外无空气交换

9．0℃的水和0℃的冰相比较，以下叙述中正确的是（　　）

A．水分子的平均动能大于冰分子的平均动能

B．水分子的势能比冰分子的势能大

C．1g0℃的水与1g0℃的冰的内能相同

D．1g0℃的水与1g0℃的冰共同升高1℃，它们内能变化相同

10．关于晶体和非晶体及分子势能，以下说法错误的是（　　）

A．气体对外做功，其内能可能增加

B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体

C．分子势能可能随分子间距离的增加而增加

D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体

11．高温物体甲和低温物体乙发生热传递，最后达到热平衡，这个过程的实质是（　　）

A．甲把内能传给乙，最后甲、乙两者温度相等

B．甲把内能传给乙，最后甲、乙两者内能相等

C．甲把温度传给乙，最后甲、乙两者温度相等

D．甲把温度传给乙，最后甲、乙两者内能相等

12．质量相等、初温相同的水和煤油，分别用两个相同的电加热器加热（不计热损失），加热过程中温度变化如图所示，则下列判断正确的是 （　　）

A．甲的比热容大，是水

B．甲的比热容大，是煤油

C．乙的比热容大，是水

D．乙的比热容大，是煤油

二、填空题

13．改变物体内能的途径有____________。某实验中测得一质量为的带电粒子，在的匀强电场中，仅在电场力作用下由静止加速。当其移动时，速度达到，由此推测该带电粒子的带电量可能为_____________（用科学计数法表示，保留小数点后1位）。

14．如图所示，将半径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。这一过程机械能转为_________能。若知道制动片和车制动片轮之间动摩擦因数，可估算车轮在刹车前的动能是_________。

15．质量为2kg的水在太阳光的照射下，温度升高5℃，水吸收的热量为______J。这是通过______的方法改变了水的内能。［J/（kg·℃）］

16．气体温度计结构如图所示．玻璃测温泡A内充有理想气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连．开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14 cm,后将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出O点h2=44 cm。(已知外界大气压为标准大气压,标准大气压相当于76 cm高水银柱产生的压强)

(1)求恒温槽的温度_______；

(2)此过程A内气体内能____(选填“增大”或“减小”),气体不对外做功,气体将____(选填“吸热”或“放热”)。

三、解答题

17．下列事件中，物体的内能怎样改变？（固体和液体的热膨胀很小，可不予考虑）

(1)壶里的水被加热而温度升高。

(2)一条烧红的铁棒逐渐冷却下来。

18．气体在绝热膨胀时它的温度会怎样变化？气体在绝热压缩时它的温度会怎样变化？为什么会发生这样的变化？请分别举一个绝热膨胀和绝热压缩时温度变化的实例。

19．铅弹以速度v=200m/s 射入木块后停在木块中，木块没有移动．增加的内能的80%使铅弹的温度升高，铅弹温度升高多少？（C=1.3×102J/kg℃）

20．能量转化和守恒是自然界中一条普遍规律．请结合相关知识完成下列问题：

（1）机械运动中的能量转化和守恒．

如图所示，以光滑斜面固定在水平面上，斜面倾角为θ，长度为L．一质量为m的小物块由静止开始，由斜面顶端滑到底端，求此过程中重力做的功，并说明能量转化情况．

（2）电磁感应中的能量转化和守恒．

如图所示，在垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道，MN、PQ固定在竖直平面内，相距为L，电阻不计，中间连接阻值为R的电阻．电阻为r的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在导轨上，且与轨道接触良好，以速度v竖直向下做匀速运动．探究此过程中，在时间∆t内重力做的功与感应电流的电功之间的关系，并说明能量转化情况．

（3）机械能与内能转化和守恒．

理想气体的分子可视为质点，分子间除相互碰撞外，无相互作用力．如图所示，正方体容器密封着一定质量的某种理想气体．每个气体分子的质量为m，已知该理想气体分子平均动能与温度的关系为Ek=kT（k为常数，T为热力学温度）．如果该正方体容器以水平速度u匀速运动，某时刻突然停下来，求该容器中气体温度的变化量∆T．（容器与外界不发生热传递）

参考答案

1．A

【解析】A．100℃的水变为100℃的水汽过程中，温度不变，所以分子的平均动能不变，但分子势能增大，所以内能增大，故A正确。

B．0℃的冰融化成的0℃水的过程中，温度不变，吸收热量，内能增加，故B错误；

C．物体的内能由分子势能和分子动能共同决定，温度升高，分子平均动能增加，但是分子势能可能减少，导致总体内能不一定增加，故C错误；

D．晶体在熔化时，吸收热量，温度不变，内能增加，故D错误。

故选A。

2．A

【解析】A．做功和热传递在改变物体内能的实质不同，但效果上是等效的，故A正确；

B．内能是物体内所有分子的动能和分子势能的总和，宏观上取决于温度和体积，物体温度不变，但体积变化导致分子势能发生变化，那么物体的内能就要变化，故B错误；

C．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；

D．焦耳通过大量实验提出了热和功的当量关系，故D错误。

故选A。

3．A

【解析】A．爆裂瞬间，对外做功，内能减小，故A正确；

B．气体分子间分子力（斥力）可忽略不计，故B错误；

C．爆裂前，温度升高，但不是所有分子速率都在增大，故C错误；

D．爆裂前，气体吸热、温度升高，平均动能变大，故D错误；

故选A。

4．B

【解析】A．阳光照射衣服，衣服的温度升高，是通过热传递改变内能，A错误；

B．用打气筒打气，筒壁变热，是通过做功改变内能，B正确；

C．将高温金属块放在水中，水的温度升高，是通过热传递改变内能，C错误；

D．放进冰箱冷冻室的水变成冰块，是通过热传递改变内能，D错误。

故选B。

5．D

【解析】温度是分子热运动平均动能的标志，理想气体的温度从T1升高到T2，则分子热运动的平均动能一定增加，与气体体积如何变化无关；

故选D。

6．B

【解析】ACD．为减小热传递的影响，应迅速下压活塞，快速下压活塞时，活塞对筒内的空气做功，将机械能转化为筒内空气的内能，使空气温度升高，说明做功可以改变物体的内能；筒内空气又将热量传递给棉花，当棉花温度达到着火点时，棉花将燃烧起来，所以棉花内能增加是通过热传递方式实现的，故ACD错误；

B．演示做功可以改变气体内能，是外力对空气做功，空气的内能增加；实验的研究对象是圆筒中的空气，故B正确。

故选B。

7．C

【解析】

【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。

故选C。

8．B

【解析】因高压空气急剧外逸时，气体没有时间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，内能减小，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界低，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，属于等容升温过程，其压强要变大，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外。

故选B。

9．B

【解析】A．0℃的水和0它的冰，由于两者都是0℃，故分子的平均动能一样大，选项A错误；

B．0℃的冰熔化成同温度的水，要吸热，此过程中分子平均动能未变，则吸收的热量只能增加势能，故0℃的水分子的势能比0℃的冰分子的势能大，选项B正确；

C．1g0℃的水与1g0℃的冰分子数是一样的。从以上分析已可得，0℃的水分子比0℃冰分子势能大，故1g0℃的水的内能比1g0℃的冰的内能大，选项C错误；

D．同上也可知1g0℃它的水与1g0℃的冰都升高1℃，它们吸收的热量不同，故它们的内能变化也不同。选项D错误。

故选B。

10．B

【解析】A．内能改变两种方式，做功和热传递，由于未说明传热情况，故内能可能增加，A选项不合题意，故A错误；

B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，说明云母片导热各向异性，所以云母片是晶体，而非蜂蜡，B选项符合题意，故B正确；

C．当时，间距增大，分子力做负功，分子势能增大，C选项不合题意，故C错误；

D．晶体和非晶体可以相互转变，比如天然的水晶是晶体，而熔融后的玻璃是非晶体，D选项不合题意，故D错误。

故选B。

11．A

【解析】宏观上甲的温度降低，乙的温度升高，因而有的同学会错误地认为甲物体向乙物体传递了温度，而实质上是甲将内能传递给了乙；热传递完成后，最后甲、乙两物体达到热平衡，即两者温度相同，并不是内能相等，故A正确，BCD错误。

故选A。

12．C

【解析】如图所示，在某一定时间时，甲的温度的变化量比乙的温度变化量大；利用热量的计算公式Q=cm△t分析，甲的比热容小；乙的比热容大，由于常见物质中水的比热容最大，故甲是煤油，乙是水；故C正确，ABD错误。

故选C。

13．做功和热传递       

【解析】[1]改变物体内能的两种方式为做功和热传递。

[2]根据动能定理可得

代入数据解得

14．内能       

【解析】[1]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。

[2]车轮转过的路程

由动能定理得

联立解得

15．    热传递   

【解析】[1]由太阳光热辐射的能量传递给了水，水吸收能量内能增加，增加的内能等于水所吸收的热量

[2]这是通过热传递改变了物体的内能；

【点拨】

物体的内能和机械能有着本质的区别。物体具有内能，同时也可以具有机械能，也可以不具有机械能。

16．T2=364K(或91 ℃)    增大    吸热   

【解析】(1)设恒温槽的温度为T2,由题意知T1=273 K

A内气体发生等容变化,根据查理定律得

p1=p0+ph1

p2=p0+ph2

联立代入数据得

T2=364 K(或91 ℃)．    ④

(2)此过程中A内气体温度升高,则内能增大;体积不变,则W=0;根据热力学第一定律有

ΔU=Q+W,得Q>0,即气体将吸热

17．(1)增加；(2)减小

【解析】(1)增加。水被加热而温度升高，分子的平均动能增大，体积不变，分子势能不变，所以物体的内能增加。

(2)减小。烧红的铁棒逐渐冷却下来，温度降低，分子的平均动能减小，体积不变，分子势能不变，所以物体的内能减小。

18．温度降低；温度升高；见解析

【解析】根据功与内能的改变关系，在没有热交换，或时间极短系统来不及跟外界进行热交换的情况下，气体对外界做功（即绝热膨胀），气体的内能减少，温度降低；外界对气体做功（即绝热压缩），气体的内能增加，温度升高。

绝热膨胀实例：用打气筒向用橡胶塞塞住的瓶内打气，当橡胶塞跳出时，瓶内的气体迅速膨胀，系统对外做功，因此，气体的内能迅速减少，瓶内气体温度迅速下降，瓶内水蒸气液化，出现白雾。

绝热压缩实例：引火仪实验中，当迅速下压活塞时，引火仪筒内的气体可看作绝热压缩，外界对气体做功，气体内能增加，温度升高，当温度达到易燃物的燃点时，易燃物就被点燃了。

19．铅弹温度升高了123℃

【解析】由题意可知铅弹的动能完全转化为木块和铅弹的内能，可得：Ek=mv2=U，

又知增加的内能的80%使铅弹温度升高，可得：0.8U=Cm△t，

可得：

即铅弹温度升高了123℃．

20．见解析

【解析】（1）物块下滑过程中重力做功

重力势能转化为物块的动能，总的机械能不变．

（2）导体棒下落过程产生的电动势

感应电流

因导体棒匀速下落，有

这段时间内感应电流的电功是

；

所以

在此过程中，重力克服安培力做功，重力做功数值等于电流做的功，减少的重力势能等于电路中产生的电能，电能通过电流做功转化为内能．

（3）设气体初始温度为，末温度为，容器中气体分子总数为N；

初始时分子平均动能

末态时分子平均动能

由能量守恒，气体的动能转化为气体的内能

解得