第3章 1.功、热和内能的改变-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册作业与测评word（人教版2019）

1.功、热和内能的改变 典型考点一　焦耳的实验 1．(多选)如图为焦耳实验装置简图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高，关于这个实验，下列说法正确的是(　　) A．这个装置可测定做功与内能变化的关系 B．做功增加了水的热量 C．做功增加了水的内能 D．功和热量是完全等价的，无区别 答案　AC 解析　题图所示实验装置可测定做功与内能变化的关系，A正确；因为功是能量转化的量度，热量是物体内能转移的量度，B、D错误；由于功是能量转化的量度，做功增加了水的内能，C正确。 典型考点二　功与内能的改变 2．一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中(　　) A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加 B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少 C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加 D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少 答案　D 解析　绝热膨胀过程是指气体膨胀过程与外界没有热量交换，膨胀过程气体体积增大，气体对外界做功，W<0，由ΔU＝U2－U1＝W可知，气体内能减小，由于气体分子间的势能忽略，故气体分子的平均动能减小，故D正确。 3．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中(　　) A．气体对外界做功，温度降低，内能减少 B．气体对外界做功，温度不变，内能减少 C．气体不做功，温度不变，内能不变 D．气体不做功，温度不变，内能减少 答案　C 解析　气体在真空中自由膨胀时，对外不做功，又因为该过程绝热，故气体内能不变，温度不变，C正确。 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 答案　B 解析　阳光照射衣服，衣服的温度升高，是通过传热改变衣服的内能，A错误；用打气筒打气，筒壁变热，是通过做功改变打气筒的内能，B正确；将高温金属块放在水中，水的温度升高，是通过传热改变水的内能，C错误；放进冰箱冷冻室的水变成冰块，是通过传热改变水的内能，D错误。 5．水滴以10 m/s的速度从30 m高处落下，机械能减少50%，所减少的机械能的80%使水自身变热，水滴落到地上后，温度升高了多少？[水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)，g＝10 m/s2] 答案　0.033 ℃ 解析　设水滴的质量为m，选取地面为零势能面，开始水滴具有的机械能为 E机＝mv2＋mgh＝×m×102 J＋m×10×30 J＝350m J 水滴落地过程，使自身变热的能量 E热＝E机×50%×80%＝140m J 设温度升高了Δt，则有cmΔt＝E热 所以Δt＝＝ ℃＝0.033 ℃。 典型考点三　热与内能的改变 6．下列现象中，通过传热的方法来改变物体内能的是(　　) A．打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加 B．太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高 C．用磨刀石磨刀时，刀片的温度升高，内能增加 D．打击铁钉，铁钉的温度升高，内能增加 答案　B 解析　打开电灯开关，灯丝的温度升高，是通过电流做功的方法来改变物体内能的，A错误；太阳能热水器中水的内能的增加是以传热方式进行的，B正确；用磨刀石磨刀时，刀片温度升高，是通过摩擦力做功的方法来改变物体内能的，C错误；打击铁钉，铁钉温度升高，是通过做功的方法来改变物体内能的，D错误。 7．关于物体间的传热，下列说法正确的是(　　) A．传热的实质是温度的传递 B．物体间存在着温度差，才能发生传热 C．传热可以在任何情况下进行 D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量 答案　B 解析　传热的实质是热量的传递，A错误；物体间存在着温度差，才能传热，若两物体温度相同，它们之间便不会发生传热，B正确，C错误；内能变化不一定是传热引起的，也可能是做功引起的，D错误。 8．太阳向地球表面每平方米辐射光能的功率是1.4 kW，今要用凹面镜制成的太阳灶烧水，并要使初温为20 ℃、质量为5 kg的水在1200 s内沸腾，则太阳灶中凹面镜受光照面积的直径至少应该是多少？[设太阳灶的总效率为50%，水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)] 答案　1.6 m 解析　设凹面镜受光照面积的直径至少为d，在t＝1200 s内太阳辐射到凹面镜的能量： E＝Pt·S 又S＝π· 50%E＝cmΔt 联立并代入数据解得d＝1.6 m。 典型考点四　做功、传热与物体内能变化的综合分析 9．关于物体的内能以及变化，以下说法正确的是(　　) A．物体的温度改变时，其内能必定改变 B．物体对外做功，其内能不一定改变，向物体传递热量，其内能不一定改变 C．物体对外做功，其内能必定改变，物体向外传出一定热量，其内能必定改变 D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变 答案　B 解析　一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定，物体的温度改变时，其内能不一定改变，A错误。做功和传热是改变物体内能的两种方式，若物体对外做功W，同时吸收Q的热量，当W>Q时，物体的内能减少；当W＝Q时，物体的内能不变；当W<Q时，物体的内能增加，故B正确。同理，C、D错误。 10．(多选)下列对于热量、功和内能三者的说法中，正确的是(　　) A．三者单位相同，物理意义相同 B．热量和功是内能的量度 C．热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定 D．系统内能增加了100 J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J，也可能是外界单纯地向系统传热100 J 答案　CD 解析　热量、功和内能三者尽管单位相同，但物理意义有本质区别，A错误；热量和功由过程决定，内能由物体状态决定，热量和功是内能变化的量度，B错误，C正确；系统内能增加了100 J，对一个绝热过程，有ΔU＝W＝100 J，对一个单纯传热过程，有ΔU＝Q＝100 J，D正确。 1．关于物体的内能和热量，下列说法中正确的是(　　) A．热水的内能比冷水的内能多 B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大 C．在传热过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等 D．热量是传热过程中内能转移的量度 答案　D 解析　物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，不只由温度决定，故A、B错误；在传热过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，C错误；热量是传热过程中内能转移的量度，D正确。 2．下列关于做功和传热的说法中，正确的是(　　) A．做功和传热都能引起系统内能的改变 B．只要外界对物体做功，物体的内能就一定改变 C．传热的条件是物体间存在内能差 D．做功和传热改变物体内能的实质是一样的 答案　A 解析　做功和传热都能引起系统内能的改变，但它们的实质不同，做功是其他形式的能和内能之间的转化，而传热是不同物体或一个物体的不同部分间内能的转移，A正确，D错误；因为传热情况未知，所以外界对物体做功，物体的内能不一定改变，B错误；传热的条件是存在温度差，而不是存在内能差，C错误。 3．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．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 答案　C 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，C正确。 4．下列关于温度、内能和热量的说法中，正确的是(　　) A．物体吸收热量时内能增加，温度一定升高 B．在汽油机的压缩冲程中，机械能转化为内能 C．用锯条锯木板，锯条从木板吸收了热量，锯条的温度升高 D．人们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤含有的热量较多 答案　B 解析　物体吸收热量时内能增加，但温度不一定升高，例如晶体熔化过程中，吸收热量，内能增加，但温度不变，故A错误；汽油机在压缩冲程中对汽油和空气的混合物做功，使汽油和空气混合物的温度升高，把机械能转化为内能，故B正确；用锯条锯木板，克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，使锯条的温度升高，故C错误；热量的概念只有在涉及能量的转移时才有意义，只能说某一过程中物体吸收或放出多少热量，不能说物体含有多少热量，故D错误。 5.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。U甲、U乙分别表示甲、乙两气室中理想气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中(　　) A．U甲不变，U乙减小 B．U甲不变，U乙增大 C．U甲增大，U乙不变 D．U甲增大，U乙减小 答案　D 解析　在将拉杆缓慢向外拉的过程中，对甲气室内的理想气体，活塞左移，压缩气体，外界对甲气室内的气体做功，其内能应增大；对乙气室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能应减小。D正确，A、B、C错误。 6.如图所示，柱形容器内封有一定质量的空气，质量为m的光滑活塞与容器都用良好的隔热材料制成。另有质量为M的物块从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止。在这一过程中，空气内能的改变量ΔU、外界对气体所做的功W与物块及活塞的重力势能变化关系是(　　) A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋W B．ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔh C．ΔU＝W，W<Mgh＋mgΔh D．ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh 答案　C 解析　物块与活塞碰撞时有机械能损失，因此物块和活塞的重力势能减少量大于气体内能的增加量，由于此过程绝热，根据功与内能的变化量相等，可得ΔU＝W，W<Mgh＋mgΔh，C正确，A、B、D错误。 7.某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图。这是因为烧瓶里的气体吸收了水的________，温度________，体积________。 答案　热量　升高　增大 解析　由于烧瓶和水存在温度差，所以烧瓶里的气体吸收水的热量，温度升高，同时体积增大。 8．下面是晓阳在题为《能源利用和节约能源》的研究性学习中收集到的有关太阳能的资料： 太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，1 m2地面上在1 s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103 J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经非常广泛地出现在我们的生活中。 晓阳在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告： 容积(V)　　　　　　　　　100 L 集热管的采光面积(S) 1.5 m2 效率(η) 40 % 使用年限(z) 15年 (1)晓阳家每天大约需要100 kg热水，用这种热水器将这些水从25 ℃加热到45 ℃需要多长时间？ (2)与效率为80%的电热水器相比，晓阳家每天节约多少电能？[水的比热容c＝4.2×103 J/(kg· ℃)] 答案　(1)3.9 h　(2)2.9 kW·h 解析　(1)100 kg的水从25 ℃加热到45 ℃吸收的热量Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103×100×(45－25) J＝8.4×106 J 设T为需要的光照时间，k为1 m2地面上1 s内平均得到的太阳辐射能，太阳能热水器传给水的热量Q＝kSTη 因为Q吸＝Q，所以 T＝＝ s＝1.4×104 s＝3.9 h。 (2)由Q电＝Wη1，且Q电＝Q吸得 节约的电能 W＝＝ J＝1.05×107 J＝2.9 kW·h。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$