课时测评14 热力学第一定律 3.能量守恒定律-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义配套练习（人教版2019）

课时测评14　热力学第一定律　能量守恒定律 (时间：30分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－10题，每题5分，共50分) 1.压力锅结构如图所示，盖好锅盖，将压力阀套在出气孔上，对压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起。假定在压力阀被顶起时，停止加热。若在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功为1.5 J，并向外界释放了2.5 J的热量，则下列说法正确的是(　　 ) A．锅内原有气体的内能没有发生变化 B．锅内原有气体的内能增加了3 J C．锅内原有气体的内能减少了3 J D．锅内原有气体的内能减少了4 J 答案：D 解析：根据热力学第一定律可知ΔU＝Q＋W＝－2.5 J＋(－1.5 J)＝－4 J，即锅内原有气体的内能减少了4 J，故D正确。 2.如图所示，现用活塞压缩封闭在气缸内的空气，活塞对空气做了90 J的功，气缸内空气的内能增加了69 J。关于气缸内空气与外界热量交换的情况，下列说法正确的是(　　) A．气缸内的空气向外界散热159 J B．气缸内的空气向外界散热21 J C．气缸内的空气从外界吸热159 J D．气缸内的空气从外界吸热21 J 答案：B 解析：根据题意，由热力学第一定律可得Q＝ΔU－W＝69 J－90 J＝－21 J，即气缸内的空气向外界散热21 J。故选B。 3．(多选)下列说法正确的是(　　) A．随着科技的发展，第一类永动机是可以制成的 B．在低速运动时，宏观物体的运动服从牛顿运动定律 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生 答案：BC 解析：第一类永动机违反了能量守恒定律，不可能制成，A错误；牛顿运动定律适用于宏观低速的物体运动，B正确；“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的，C正确；由能量守恒定律可知，能量是不能凭空产生的，D错误。 4.如图所示，密闭导热气缸被活塞分成左、右两室，起初左室气体压强小于右室，现让活塞缓慢移动直至两室气体压强相等，期间环境温度始终不变，则此过程中(　　) A．左室气体吸热，右室气体放热 B．左室气体放热，右室气体吸热 C．左、右室气体均吸热 D．左、右室气体均放热 答案：B 解析：左室气体压强变大，体积减小，W左＞0；右室气体压强变小，体积增大，W右＜0。环境温度始终不变，ΔU＝0，根据热力学第一定律可得ΔU＝Q左＋W左，ΔU＝Q右＋W右，可得Q左＜0，Q右＞0，即左室气体放热，右室气体吸热。故选B。 5.如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡状态。经过此过程(　　 ) A．Ep全部转化为气体的内能 B．Ep一部分转化成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 C．Ep全部转化成活塞的重力势能和气体的内能 D．Ep一部分转化成活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 答案：D 解析：当绳子突然断开时，活塞受弹簧的弹力F、重力G、封闭气体对活塞向下的压力F′共同作用，其合力方向向上，经多次往复运动后活塞静止时，活塞处于三力平衡状态，气体体积必定减小，外力对气体做功，由于容器绝热，则气体的内能增加，而活塞最终的静止位置比初始位置高，其重力势能增加，弹力与另外两个力的合力平衡，弹簧仍有形变量。设最终弹簧的弹性势能为Ep′，由能量守恒定律得Ep＝Ep′＋ΔEp(活塞增加的重力势能)＋ΔE(气体增加的内能)，故D正确。 6.如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高。则在移动P的过程中(　　) A．外力对乙做功，甲的内能不变 B．外力对乙做功，乙的内能不变 C．乙给甲传递热量，乙的内能增加 D．乙的内能增加，甲的内能不变 答案：C 解析：将活塞P缓慢地向B移动的过程中，外力对乙做功，乙的内能增加，温度升高，由于固定隔板B导热，所以乙将给甲传递热量，甲、乙两部分气体的温度最终相同，均高于初态温度，所以甲、乙的内能均增加，故C正确。 7.一定质量的理想气体从状态a开始。第一次经绝热过程到状态b；第二次先经等压过程到状态c，再经等容过程到状态b。p-V图像如图所示。则(　　) A．c→b过程，气体从外界吸热 B．a→c→b过程比a→b过程气体对外界所做的功多 C．气体在状态a时比在状态b时的分子平均动能小 D．气体在状态a时比在状态c时单位时间内撞击在单位面积上的分子数少 答案：B 解析：c→b过程，气体体积不变，即为等容变化过程，气体压强变小，故温度降低，内能减小，该过程气体对外不做功，故气体向外界放热，A错误；由微元法可得p-V图像与横坐标围成的面积表示为气体做功的多少，由题图可知，a→c→b过程比a→b过程气体对外界所做的功多，B正确；a→b过程为绝热过程，气体体积变大，对外做功，由热力学第一定律可知，气体内能减小，温度降低，温度是分子平均动能的标志，故气体在状态a时比在状态b时的分子平均动能大，C错误；a→c过程，气体的压强不变，体积变大，则温度升高，分子的平均速率变大，由气体压强的微观解释可知，在状态a时比在状态c时单位时间内撞击在单位面积上的分子数多，D错误。故选B。 8．一定质量的理想气体由状态A经如图所示的状态变化回到原状态，下列说法正确的是(　　) A．A→B温度升高，压强变大 B．C→A体积减小，压强不变 C．B→C体积不变，气体从外界吸收热量 D．A→B气体对外做功大于C→A外界对气体做功 答案：D 解析：由题图可知，A→B为等压线，A→B温度升高，压强不变，故A错误；B→C体积不变，压强变小，所以C→A体积减小，压强变大，故B错误；B→C体积不变，温度降低，内能减小，所以气体对外界放出热量，故C错误；A→B过程气体体积变化等于C→A过程气体体积变化，但A→B过程气体平均压强大于C→A过程气体平均压强，所以A→B过程气体对外做功大于C→A过程外界对气体做功，故D正确。故选D。 9.(多选)如图为一消毒水简易喷洒装置，内部装有一定量的水，水上部是密封的空气，喷洒口管径细小。现保持阀门紧闭，通过打气筒再充入一些空气。设所有过程温度保持不变，下列说法正确的有(　　 ) A．充气后，密封气体分子单位时间内撞击器壁的次数增多 B．充气后，密封气体的分子平均动能增大 C．打开阀门后，密封气体对外界做正功 D．打开阀门后，密封气体从外界吸热 答案：ACD 解析：充气后，温度不变，密封气体的分子平均动能不变，分子数增多，密封气体分子单位时间内撞击器壁的次数增多，气体压强增大，大于外界大气压强；打开阀门后，密封气体对外界做正功，又温度不变，故内能不变，由热力学第一定律可知密封气体从外界吸热，故A、C、D正确，B错误。 10.如图所示，容器A、B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压强恒定。A、B的底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。起初，A中水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐流向B中，最后达到平衡。在这个过程中，下列说法正确的是(　　) A．大气压力对水做功，水的内能减小 B．水克服大气压力做功，水的内能减小 C．大气压力对水不做功，水的内能不变 D．大气压力对水不做功，水的内能增加 答案：D 解析：平衡前，A容器中的活塞向下移动，设A中活塞横截面积为S1，移动距离为l1，大气压力推动A中活塞向下移动时对水做的功WA＝p0S1l1；平衡前，B容器中的活塞向上移动，设B中活塞横截面积为S2，移动距离为l2，水通过活塞对外界做功，WB＝－p0S2l2，由于水的总体积不变，则有S1l1＝S2l2，即A容器中大气压力对水做的功与B容器中水克服大气压力做的功相等。在整个过程中，大气压力对水做的功是上述两个功(正功WA、负功WB)的代数和，即WA＋WB＝p0S1l1－p0S2l2＝0，选项A、B错误；大气压力对水不做功，同时整个装置与外界绝热，在水从容器A流向容器B的过程中，水的重心下降，水的重力做正功，水的重力势能减小，根据能量守恒定律可知，减少的水的势能转化为水的内能，水的内能增加，选项C错误，D正确。 11.(10分)如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的气缸内，活塞可沿气缸无摩擦地滑动。活塞面积S＝1.0×10-3 m2，质量m＝2 kg，气缸竖直放置时，活塞相对于底部的高度h＝1.2 m，室温等于27 ℃；现将气缸置于温度恒为77 ℃的热水中，已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，g取10 m/s2，T＝t＋273 K。 (1)求平衡时活塞离气缸底部的距离； (2)此过程中内部气体吸收热量28.8 J，求气体内能的变化量。 答案：(1)1.4 m　(2)4.8 J 解析：(1)设平衡时活塞距气缸底部的距离为h1，取封闭气体为研究对象，气体发生等压变化，由盖吕萨克定律有＝，解得h1＝1.4 m。 (2)在此过程中气体对外界做的功W＝pΔV＝pS(h1－h)，其中p＝＋p0 由热力学第一定律有ΔU＝Q－W 联立解得ΔU＝4.8 J。 学科网（北京）股份有限公司 $$