高中物理选修3-3同步检测：第十章 热力学定律 课时跟踪检测（十三） 热力学第一定律 能量守恒定律

课时跟踪检测（十三） 热力学第一定律 能量守恒定律

1．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将( )

A．降低 C．不变

B．升高 D．无法确定

解析：选B 取房间内气体及电冰箱(有散热装置)为系统，冰箱消耗电能，对系统做功，系统总内能增加，房间内温度升高，B对。

2．第一类永动机是不可能制成的，这是因为第一类永动机( ) A．不符合机械能守恒定律 B．违背了能量守恒定律 C．无法解决机械摩擦问题

D．找不到合适的材料和合理的设计方案

解析：选B 第一类永动机不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律。

3．一定质量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，由此过程的末态与初态相比( ) A．气体内能一定增加 B．气体内能一定减小 C．气体内能一定不变

D．气体内能是增是减不能确定

解析：选D 气体吸收热量Q＞0，气体对外做功W＜0，若|Q|＞|W|，根据热力学第一定律知ΔU＞0，内能增加；若|Q|＜|W|，则ΔU＜0，内能减小；若|Q|＝|W|，则ΔU＝0，内能不变，故D对。

4.如图1所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，抽出隔板，加热气体使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸热为Q，气体内能增量为ΔU，则( )

图1

A．ΔU＝Q C．ΔU＞Q

B．ΔU＜Q D．无法比较

解析：选B A、B两部分气体密度不同，混合后其重力势能将发生变化，刚开始时A、

B气体的合重心在中线下方，均匀混合后重心在中线上，重心上升了，所以气体的重力势能增加了，由能量守恒定律知，吸收的热量一部分增加气体的内能，一部分增加重力势能，即Q＝ΔU＋ΔEp，所以Q＞ΔU，故B对。

5.如图2所示为冲击摆实验装置，一水平飞行的子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度，在此过程中有关能量转化的说法中正确的是( )

图2

A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能 B．子弹的动能转变成沙箱和子弹的重力势能 C．子弹的动能转变成沙箱和子弹的动能

D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变为沙箱和子弹的机械能 解析：选D 子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦阻力做功，有一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，一部分动能变成沙箱和子弹的机械能，故D正确。

6. (多选)图3为某同学设计的喷水装置，内部装有2 L水，上部密封1 atm的空气0.5 L，保持阀门关闭，再充入1 atm的空气0.1 L，设在所有过程中空气可看作理想气体，且温度不变，下列说法正确的有( )

图3

A．充气后，密封气体压强增加

B．充气后，密封气体的分子平均动能增加 C．打开阀门后，密封气体对外界做正功 D．打开阀门后，不再充气也能把水喷光

解析：选AC 温度不变，分子平均动能不变，充气后由于气体的质量增大，温度、体积基本不变，气体的压强增大，选项A对、B错；打开阀门后，水减少，气体膨胀，密封气体对水做正功，选项C对；如果水全排出，气体压强为p3，p3(2＋0.5)＝p1(0.5＋0.1)得p3＝0.24p1＜p1，故不再充气不能把水喷光，选项D错。

7．如图4所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B。此过程中，气体压强p＝1.0×105 Pa，吸收的热量Q＝7.0×102 J，求此过程中气体内能的增量。

图4

VAVB解析：等压变化，T＝T，对外做的功W＝p(VB－VA)，根据热力学第一定律ΔU＝Q

A

B

－W解得ΔU＝5.0×102 J。

答案：ΔU＝5.0×102 J

8．在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液态变成同温度的水汽，其体积由1.043 cm3变为1 676 cm3。已知水的汽化热为2 263.8 J/g。求：

(1)体积膨胀时气体对外界做的功W； (2)气体吸收的热量Q； (3)气体增加的内能ΔU。

解析：取1 g水为研究系统，把大气视作外界。1 g沸腾的水变成同温度的水汽需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有ΔU

(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功

W＝p(V2－V1)＝1.013×105×(1 676－1.043)×106 J≈169.7 J。

－

(2)气体吸热：Q＝mL＝1×2 263.8 J＝2 263.8 J。 (3)根据热力学第一定律得

ΔU＝Q＋W＝[2 263.8 J＋(－169.7)]J＝2 094.1 J。 答案：(1)169.7 J (2)2 263.8 J (3)2 094.1 J