課時跟蹤檢測（十）  熱力學第一定律  能量守恒定律及其應用A組—重基礎·體現(xiàn)綜合1．汽車關閉發(fā)動機后恰能沿斜坡勻速運動，在這一過程中(　　)A．汽車的機械能守恒B．汽車的動能和勢能相互轉化C．機械能逐漸轉化為內能，總能量逐漸減少D．機械能逐漸轉化為內能，總能量不變解析：選D　汽車在關閉發(fā)動機后能勻速運動，說明汽車和斜坡之間一定有摩擦力作用，所以汽車的機械能不守恒，一部分機械能轉化為內能，但能的總量保持不變，故D正確。2．(2021·江蘇蘇州期中)分子間有相互作用的勢能，規(guī)定兩分子相距無窮遠時兩分子間的勢能為零。設分子a固定不動，分子b以某一初速度從無窮遠處向a運動，直到它們之間的距離最小。在此過程中a、b之間的勢能(　　) A．先減少，后增加，最后小于零B．先減少，后增加，最后大于零C．先增加，后減少，最后小于零D．先增加，后減少，最后大于零解析：選B　分子間距離大于r0時，分子力為引力，因此兩分子間距離減小時，分子力做正功使分子勢能逐漸減少；分子間距離小于r0時，分子力為斥力，因此兩分子間距離減小時，分子力做負功使分子勢能逐漸增加，故分子勢能先減少，后增加。根據(jù)功能關系知，距離最小時a、b之間的勢能等于初動能，是大于零的，B正確。3．如圖所示，內壁光滑的氣缸水平放置，一定質量的理想氣體被活塞密封在氣缸內，外界大氣壓強為p0?，F(xiàn)對氣缸緩慢加熱，氣體吸收熱量Q后，體積由V1增大為V2。則在此過程中(　　)A．氣體分子平均動能增大B．氣體分子平均動能不變C．氣體分子平均動能減小D．氣體內能變化了Q＋p0(V2－V1)解析：選A　氣體等壓膨脹，由＝C，體積V增大，故溫度T升高；溫度是分子熱運動平均動能的標志，溫度升高，氣體分子平均動能增大，故選項A正確，B、C錯誤；根據(jù)熱力學第一定律得：ΔU＝Q＋W，而W＝－p0SΔL＝－ p0ΔV＝－p0(V2－V1)，所以氣體內能變化了ΔU＝Q－p0(V2－V1)，故選項D錯誤。4．一定量的理想氣體在某一過程中，從外界吸收熱量2.5×104 J，氣體對外界做功1.0×104 J，則該理想氣體的(　　)A．溫度降低，密度增大　　　 B．溫度降低，密度減小C．溫度升高，密度增大  D．溫度升高，密度減小解析：選D　由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，Q＝2.5×104 J，W＝－1.0×104 J，可知ΔU大于零，氣體內能增加，溫度升高，A、B錯誤；氣體對外做功，體積增大，密度減小，C錯誤，D正確。5．出租車常以天然氣作為燃料。加氣站儲氣罐中天然氣的溫度隨氣溫升高的過程中，若儲氣罐內氣體體積及質量均不變，則罐內氣體(可視為理想氣體)(　　)A．壓強增大，內能減小B．吸收熱量，內能增大C．壓強減小，分子平均動能增大D．對外做功，分子平均動能減小解析：選B　溫度是分子平均動能的宏觀標志，故天然氣的溫度升高過程中，分子平均動能增大，又天然氣可視為理想氣體，不需要考慮分子勢能，而氣體質量不變，儲氣罐內天然氣分子數(shù)不變，所以氣體分子總動能增大，故內能增大，A、D項錯誤；由熱力學第一定律可知，氣體體積不變，內能增大，則一定從外界吸收熱量，B項正確；天然氣體積不變，由＝c可知，隨溫度升高，氣體壓強增大，C項錯誤。6．(2021·廣東惠州高二月考)某同學用導熱性能良好的氣缸和活塞將一定質量的空氣(視為理想氣體)封閉在氣缸內(活塞與缸壁間的摩擦不計)，待活塞靜止后，將小石子緩慢地加在活塞上，如圖所示。在此過程中，若大氣壓強與室內的溫度均保持不變，下列說法正確的是(　　)A.由于氣缸導熱，故缸內氣體的壓強保持不變B．缸內氣體溫度不變，缸內氣體對活塞的壓力保持不變C．外界對缸內氣體做的功大小等于缸內氣體向外界釋放的熱量D．外界對缸內氣體做功，缸內氣體內能增加解析：選C　將小石子緩慢地加在活塞上，由平衡條件可知氣體對活塞的壓力變大，則氣體壓強變大；氣缸導熱性能良好，缸內氣體溫度不變，故A、B錯誤；溫度不變時，理想氣體內能不變，體積減小，外界對氣體做功，由熱力學第一定律知，外界對氣體做的功與氣體放出的熱量相等，故C正確，D錯誤。7．(多選)如圖，一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如p-V圖中從a到b的直線所示。在此過程中(　　)A．氣體溫度一直降低B．氣體內能一直增加C．氣體一直對外做功D．氣體一直從外界吸熱解析：選BCD　由理想氣體狀態(tài)方程＝c知，從a到b的過程中氣體溫度一直升高，故A錯誤；一定質量的理想氣體的內能由溫度決定，可知氣體內能一直增加，故B正確；氣體體積逐漸膨脹，一直對外做功，故C正確；根據(jù)熱力學第一定律可知，氣體一直從外界吸熱，吸收的熱量一部分用來對外做功，一部分用來增加氣體的內能，故D正確。8．三峽水力發(fā)電站是我國最大的水力發(fā)電站。三峽水庫蓄水后，平均水位落差約為100 m，用于發(fā)電的水流量約為1.0×104 m3/s。如果通過水輪機以后水的動能忽略不計，水流減少的機械能有90%轉化為電能，按照以上數(shù)據(jù)估算，三峽發(fā)電站的發(fā)電功率最大數(shù)量級最接近(g取10 m/s2)(　　)A．1010 W　　　　　　　　　 B．108 WC．107 W  D．105 W解析：選A　每秒鐘水流質量m＝ρQ，每秒鐘流水的勢能Ep＝mgh，每秒鐘流水轉化的電能E＝90%Ep，所以三峽發(fā)電站的發(fā)電功率P＝＝0.9ρQgh＝0.9×1.0×103×1.0×104×10×100 W＝0.9×1010 W，即三峽發(fā)電站的發(fā)電功率最大數(shù)量級最接近1010 W，故A正確，B、C、D錯誤。9.如圖所示，有人設計了這樣一臺“永動機”：距地面一定高度架設一個水槽，水從槽底的管中流出，沖擊一個水輪機，水輪機的軸上安裝一個抽水機和一個砂輪。他指望抽水機把地面水槽里的水抽上去，這樣循環(huán)不已，機器不停地轉動，就可以永久地用砂輪磨制工件做功了。請你分析一下，高處水槽中水的勢能轉變成哪幾種形式的能，說明這個機器是否能夠永遠運動下去。解析：取頂部水槽中流出的水為研究對象，在其從頂部水槽中流出至底部水槽的過程中，它的重力勢能一部分轉化為自身的動能，一部分轉化為水輪機、抽水機、砂輪的動能，一部分轉化為砂輪和工件的內能，還有一部分轉化為抽水機抽上的水的重力勢能。由能的轉化和守恒定律知，抽水機抽上的水的重力勢能必然小于流下的水的重力勢能，如果上抽的水管的橫截面積大于或等于下流的水管的橫截面積，則根本不可能將底部水槽中的水抽至頂部水槽，即使上抽水管的橫截面積小于下流水管的橫截面積也不一定能將水抽上去，如果上抽水管比下流水管細很多且能夠將底部水槽中的水抽至頂部水槽，則相等時間里抽上去的水也要比流下的水的質量小得多，最后頂部水槽中的水很快就會流光。答案：見解析B組—重應用·體現(xiàn)創(chuàng)新10.(2021·廣州調研)(多選)車輪的輪胎在正常情況下是充滿氣體的，但在維修車輪時有時要將輪胎內的氣體放掉。若迅速拔掉輪胎的氣門芯，如圖所示，輪胎里面的氣體會在一瞬間釋放出來，此時用手立即去觸摸充氣嘴處，會感覺到充氣嘴的溫度降低，這種現(xiàn)象在夏天比較明顯。將輪胎內的氣體視為理想氣體。噴氣時間極短，視輪胎為絕熱材料，下列說法正確的是(　　)A．輪胎內氣體在噴出過程中其內能迅速減小B．輪胎內部氣體壓強迅速減小C．輪胎內的氣體迅速向外噴出是由于分子做擴散運動引起的D．氣體噴完后瞬間充氣嘴有較涼的感覺，是由輪胎內氣體迅速膨脹對外做功而溫度下降導致的解析：選ABD　輪胎為絕熱材料，Q＝0，向外噴射氣體，氣體體積增大，對外做功，W<0，則ΔU<0，所以輪胎內氣體在噴出過程中其內能迅速減小，故A正確；理想氣體的內能由分子動能決定，輪胎放氣時，胎內氣體迅速膨脹對外做功，內能減小時，分子的平均動能減小，由于溫度是分子平均動能的標志，所以溫度會下降，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝C，體積變大，溫度下降，壓強會迅速減小，故B、D正確；輪胎內的氣體迅速向外噴出是由于輪胎內外壓強差引起的，不是分子擴散的原因，故C錯誤。11.(2021·山東肥城高二下期中)(多選)如圖為某同學設計的噴水裝置，內部裝有2 L水，上部密封1 atm的空氣0.5 L，保持閥門關閉，再充入1 atm的空氣0.1 L，設在所有過程中空氣均為理想氣體，且溫度不變，下列說法正確的是(　　)A．充氣后，密封氣體壓強增大B．充氣后，密封氣體的分子平均動能增加C．打開閥門后，密封氣體對外界做正功D．打開閥門后，不再充氣也能把水全部噴出解析：選AC　溫度不變，氣體分子平均動能不變，充氣后由于氣體的質量增大，溫度、體積不變，氣體的壓強增大，且大于1 atm，選項A正確，B錯誤；打開閥門后，氣體膨脹，對水做正功，選項C正確；溫度不變，如果水全排出，假設氣體壓強為p2，由玻意耳定律得p2(2＋0.5)＝p1(0.5＋0.1)，其中p1＝1 atm，則p2＝0.24 atm，但實際氣體壓強不可能小于1 atm，故不再充氣不能把水噴光，選項D錯誤。12.爆米花酥脆可口、老少皆宜，是許多人喜愛的休閑零食，如圖所示為高壓爆米花的裝置原理圖，玉米在鐵質的密閉容器內被加熱，封閉氣體被加熱成高溫高壓氣體，當打開容器蓋后，“嘭”的一聲氣體迅速膨脹，壓強急劇減小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花。設當?shù)販囟葹?/span>t1＝27 ℃，大氣壓強為p0，已知密閉容器打開前的氣體壓強達到4p0，試分析：(1)容器內的氣體看作理想氣體，求容器內氣體的溫度。(2)假定在一次打開的過程中，容器內氣體膨脹對外界做功15 kJ，并向外釋放了20 kJ的熱量，容器內原有氣體的內能如何變化？變化了多少？解析：(1)根據(jù)查理定律：＝p1＝p0，T1＝300 K，p2＝4p0整理得：T2＝1 200 K，t2＝927 ℃。(2)由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W得ΔU＝－20 kJ－15 kJ＝－35 kJ，故內能減少35 kJ。答案：(1)927 ℃　(2)減少　35 kJ

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第一節(jié) 熱力學第一定律

版本： 粵教版 (2019)

年級： 選擇性必修 第三冊

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