第3章 课时练9 热力学第一定律 能量守恒定律-【百汇大课堂·高中学习测试卷】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

支，气体微等温安化，根据y-C可知p=CT·,所以p D连线为等压线，从状态C到D,气体的压强不变，选项B错 误：从D到A过程中，气体的温度不变，则单个气体分子碰撞 图线是延长线过源点的直线，气体的体积增大，压强减小。 1 器壁的力不变，体积增大，气体压强减小，单位时间内碰撞器 壁单位面积的分子数减少，选项C正确：气体从状态C到D, B正确。 由U=W十Q得Q=8kJ,气体从外界吸收热量8kJ,选项D 9.C解析：绝热活塞使得气体不能与外界发生热传递，那么活 错误。 塞向下移动的过程中，外力对气体做正功，导致气体内能增 9.B解析：初始时，对活塞根据平衡条件有p:S=poS十mg, 加，而气体内能主要取决于分子平均动能，分子平均动能的标 志是温度，所以内能增加，温度升高，根据体积变小，分子平均 解得D:一得+p,选项A错误：对气体缓慢加热过程中，气 动能变大，那么单位时间内分子对单位面积的容器壁撞击力 增大，压强增大。C正确。 体货等压变化，报器量-昌萨克定律有气-空，解得T 10.C解析：气体向真空膨张，不做功，此为绝热容器，无传热， 2T。,选项B正确：该过程中，外界对气体做功为W=一1SL Q=0,所以气体内能不变。C正确。 =一mgL一pSL,根据热力学第一定律可得=Q十W=Q 11.B解析：A,B两球升高同样的温度，体积变化又相同，则二 一ngL一poSL,选项C、D错误。 者内能的变化量相同，而B球是处在水银中的，B球膨胀时10.C解析：气体在a→b过程中体积增大，气体对外做功，在b 受到的压力大，对外做功多，因此B球吸收的热量较多。B →（过程中体积增大，气体对外做功，根据p一V图像与横轴 正确。 所围的面积表示做的功可知，在这两个过程中气体对外做的 12.答案：1030J 功相等，选项A错误：气体在a→b过程中体积增大，气体对 解析：汽缸及活塞均绝热，外界对气体所做的功全部转化为 外做功，由理想气体状态方程可知，、b两个状态温度相等， 气体的内能，即 内能不变，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外 △U=W#=(m海客十m体)g△h十poS△h 做的功：气体在b→℃过程中体积增大，气体对外做功，由理 代入数据解得△U=1030J。 想气体状态方程可知，c状态的温度高于b状态的温度，内能 课时练9热力学第一定律能量守恒定律 增加，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的 功与内能增加量之和，即气体在α→b过程中吸收的热量小 1.C解析：由热力学第一定律得△U=W+Q=一100J一40J= 于气体在b→c过程中吸收的热量，选项B错误，气体在c→a -140J。C正确。 的过程中，体积减小，温度降低，外界对气体做功，内能减小， 2.D解析：根据热力学第一定律知△U=W十Q=一4J,即锅内 根据热力学第一定律，外界对气体做的功小于气体放出的热 气体内能减少了4J。D正确。 量，选项C正确：由理想气体状态方程可知，、b两个状态温 3.D解析：子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦阻力做功，有一部 度相等，内能相等，所以气体在c→a的过程中内能的减少量 分动能转化成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转化成沙箱 等于气体在→c过程中内能的增加量，选项D错误。 和子弹的机械能。D正确。 11.B解析：利用潮汐发电，就是将水的重力势能转化为电能， 4.A解析：由题图可知，气体从状态A变化到状态B为等压过 一次退潮水坝内水的势能减少 程，气体膨胀对外做功，则外界对气体做功为W=一Sd= W*=G△h=mg△M=P*VgMh=P泰Sg欧△M, 一p△V=-0.4×10°×2×10J=一80J,根据热力学第-定 海水平均潮差为3.0m,则水的重心下降的高度 律可知，气体内能变化量为△U=Q十W=220J。A正确。 5.D解析：由W=p·S·△h=p·△V可知，大气压力对A、B: 丛-29m=15m… 中水做功的代数和为零，但由于水的重心下降，重力势能减 水能转化电能的效率是10%，则水的势能可转变成的电能为 小，由能量守恒定律可知水的内能增加。D正确。 W电=W*×10%=P*Sgh△hX10%=1.0×103×5.0×10 6.A解析：缓慢推倒汽缸，汽缸内气体压强减小，而环境温度不 ×10×3.0×1.5×0.1J=2.25×102J, 变，则气体体积增大，单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分 每天两次涨潮，则该电站一天能发电4.5×1012J,所以每天的 子数减少，该过程气体对外做功，由于温度不变，分子平均动 能不变，分子撞击汽缸壁的平均作用力不变，内能不变，由热 平均功率为P=45×10 24×3600 W≈5.2×10kW。 力学第一定律可知，气体吸收热量。A正确。 12.答案：(1)2T。 7.C解析：充气过程中，储气室内气体质量增大，温度不变，平 @0p5-) 均动能不变，但内能增大，故A、B错误；喷水过程中，液体液面 解析：(1)在活塞碰到挡板前，气体发生等压变化，则 下降，气体体积增大，储气室内气体压强减小。气体体积增 0.5HS 大，对外做功，而温度不变，由热力学第一定律知储气室内气 T。 T 体吸热，故C正确，D错误。 解得T1=2T0 8.C解析：从状态A到B,气体体积不变，外界对气体不做功， (2)从T。升高到3T。的过程中，气体先做等压变化，活塞碰 温度降低，气体内能减小，由热力学第一定律，气体放出热量， 到挡板后气体做等容变化，在等压变化过程中，设气体的压 造项A蜡误：由理想气体状态方程兴-C,得V-号T,知C、 强为力，对汽缸有 Mg十S=pS 此过程气体对外做功W=一0.5pS日 :9.AD解析：M中的气体自由扩撒膨张，没有对外界做功，又因 根据热力学第一定律有△U=Q+W 为整个系统与外界没有热交换，根据热力学第一定律△U=W 解得山=Q一号p,S-M). 十Q,可知气体内能不变，A正确，B错误；因气体内能不变，故 温度不变，又扩散后气体的体积V增大，根据pV=C,可知气 课时练10热力学第二定律 体压强p减小，C错误；由热力学第二定律可知，一切宏观热 现象均具有方向性，故N中气体不能自发地全部遇回到M 1.B解析：扩散现象是不同物质相互接触，彼此进入对方的现 中，D正确。 象，具有自发性，酒精具有易挥发的特性，用蒸发使酒精挥发， :10.BD解析：热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的 这个过程引起了其他变化，所以说扩散现象具有方向性。B 转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学 正确。 过程，C错误：根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温 2.CD解析：根据热力学第二定律可知，内能不可以全部转化为 物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，A错误，B正 机械能而不引起其他变化，故A错误；根据能量守恒定律可 确：“工作中产生的其他一切影响”属于能量耗散，这种影响 知，各种形式的能可以相互转化，根据热力学第二定律可知， 不可能消除，D正确。 宏观自然的过程都具有方向性，故B错误：根据热力学第一定：11.C解析：由1度=1kW·h=3.6×10°J,这个屋顶在一天 律可知，若外界对物体做的功等于物体向外界放出的热量，物 内发电大约有E=作St=1400×10×5×6×3600×23%J 体的内能不变，故C正确：根据热力学第二定律可知，气体向 ≈100度。C正确。 真空的自由膨胀是不可逆的，故D正确。 12.答案：3.4kW 3.C解析：此过程虽然是气体从单一热库吸热，全部用来对外 解析：在时间t内作用于风车的气流质量为 做功，但引起了其他变化，所以此过程不违反热力学第二定 m=ar'oto, 律。C正确。 这趣气流的动能为m,转交的电能为 4.D解析：机械能可以全部转化为内能，故A错误；第二类永 动机不可能制造成功是因为它违背了热力学第二定律，故B E=2m2X10%, 错误：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但如果不是 故风车带动电动机功率为 自发的，是可以进行的，故C错误；从单一热源吸收热量全部 用来做功而不引起其他变化，是不可能的，但如果是从单一热 P￡、1 1=2wm3×10%, 源吸收热量全都变为功的同时也引起了其他的变化，是可能 代入数据解得P≈3.4kW。 的，故D正确。 第四章原子结构和波粒二象性 5.C解析：热量能由低温物体传递到高温物体，此过程会引起 其他的变化，A错误：效率为100%的热机不可能制成，不违反 课时练11普朗克黑体辐射理论 能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律，因此它不可能制 成，B错误：由墒增加原理可知，一切自然过程总是沿着分子 1,A解析：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温 热运动无序性增大的方向进行，C正确：根据热力学第一定 度有关，故A正确。 律，即△U=W十Q,物体的内能的变化与外界做功和物体的吸 :2.D解析：自然界的任何物体都在向外辐射电磁波，故A错 收热量有关，外界对物体做功，物体对外放热，物体的内能可 误：黑体对于外界过来的电磁波只吸收面不反射，但黑体辐射 能减小，D错误。 光，肉跟能看到黑体，故C错误：温度升高，黑体辐射各种波长 6.ACD解析：第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动 的辐射强度都有增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的 机违背了热力学第二定律，选项A正确，B错误；热力学第一 方向移动，故B错误，D正确。 定律与热力学第二定律相辅相成，相互独立，选项C正确：热 3.A解析：黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越 力学第二定律的两种表述是等效的，选项D正确。 高，辐射强度越大，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向 7.C解析：根据能量守恒定律可知选项A错误；在能源的利用 移动。A正确。 过程中，虽然能量在数量上并未减少，但是能源的品质在降 4.D解析：人的个数只能取正整数，是量子化的。D正确。 低，所以还需要节约能源，选项B错误；根据热力学第二定律 5.A解析：带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值一能 量子e的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的。A 可知，自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性，选 正确。 项C正确：能量耗散现象说明，在能量转化的过程中，虽然能 的总量并不减小，但能量品质降低了，选项D错误。 6.A解析：由c=心可知v=,由能量子公式e=hy得e= 8.B解析：空调的工作原理对应的是热力学第二定律的克劳修 斯表述，选项A错误：空调的工作原理反峡了热传导的方向 h子。A正确， 性，热量不能自发从低温物体传递给高温物体，但在外界帮助 :7,C解析：由图甲可知，温度为T:的图线中速率大的分子占据 下，可以从低温物体传递给高温物体，选项B正确，D错误；此 的比例较大，则说明其对应的分子平均动能较大，对应的温度 原理图中的Q1>Q2,选项C错误。 较高，故T1<T2。图乙中，随着温度的升高，各种波长的辐射 ·8·课时练9 热力学第一定律 能量守恒定律 (时间：40分钟满分：50分) 基础达标 A.220J B.-220J 1~7题每题3分，共21分. C.380J D.-80J 1.一定质量的气体膨胀对外做功100J,同时对外放热 5.如图所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活 40J,气体内能的增加量△U是 ( 塞，活塞下是水，上为空气，大气压强恒定。A,B底 A.60J B.-60J 部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。 C.-140J D.140J 原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐 2.压力锅结构如图所示，盖好锅盖，将压力阀套在出气 渐向B中流，最后达到平衡。在此过程中，下列说法 孔上，对压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值 正确的是 时，气体就把压力阀顶起。在压力阀被顶起时，停止 加热。假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀 及外界做功1.5J,并向外界释放了2.5J的热量，则 下列说法正确的是 ( A.大气压力对水做功，水的内能增加 出气孔 锅盖 B.水克服大气压力做功，水的内能减少 压力阀 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 A.锅内原有气体的内能没有发生变化 6.如图所示，有一导热性良好的汽缸放在水平面上，活 B.锅内原有气体的内能增加了3J 塞与汽缸壁间的摩擦不计，汽缸内用一定质量的活 C.锅内原有气体的内能减少了3J 塞封闭了一定质量的气体，忽路气体分子间的相互 D.锅内原有气体的内能减少了4J 作用（即分子势能视为零），忽略环境温度的变化。 3.如图所示为冲击摆实验装置，一水 现缓慢推倒汽缸，在此过程中 () 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正 确的是 A.气体吸收热量，内能不变 A.子弹的动能转化成沙箱和子弹 B.汽缸内分子的平均动能增大 的内能 C,单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多 B.子弹的动能转化成沙箱和子弹的重力势能 D.汽缸内分子撞击汽缸壁的平均作用力增大 C.子弹的动能转化成沙箱和子弹的动能 7.如图是某喷水壶示意图。未喷阀门K 压 一打气简 D.子弹的动能一部分转化成沙箱和子弹的内能，另 水时阀门K闭合，压下压杆A喷嘴 按柄B 一部分转化为沙箱和子弹的机械能 可向瓶内储气室充气；多次充 4.(2024·河南信阳期中)如图所示，一定质量的理想 导管 气后按下按柄B,打开阀门K, 储气室 气体从状态A变化到状态B,已知在此过程中，气体 水会自动经导管从喷嘴处喷 吸收了300J的热量，则该过程中气体内能变化为 出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷水过 程温度保持不变，则 () ↑p/10Pa) A充气过程中，储气室内气体内能不变 A 0.4 B.充气过程中，储气室内气体分子平均动能增大 C.喷水过程中，储气室内气体吸热 2.0 4.0V10'm) D.喷水过程中，储气室内气体压强不变 拓展提升 D.气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过 8~11题每题4分，12题13分，共29分。 程中内能的增加量 8.(2024·江苏南通海安高中期中)某汽缸内封闭有一 11.(情景创新)如图所示是某类潮汐发电示意图。涨 定质量的理想气体，气体从状态A依次经过状态B、 潮时开闸，水由通道进人海湾水库蓄水，待水面升 C和D后再回到状态A,其V-T图像如图所示，则 至最高点时关闭闸门（如图甲所示），当落潮时，开 在该循环过程中 ( 闸放水发电（如图乙所示）。设海湾水库面积为5.0 A.从状态A到B,气体吸收 ×108m2,平均潮差为3.0m,一天涨落潮两次，发 R 热量 电的平均能量转化率为10%，则一天内发电的平均 B.从状态C到D,气体的压强 功率约为(p水取1.0×103kg·m-3,g取10m/s2) 增大 () C.从状态D到A,单位时间内 T 碰撞器壁单位面积的分子数诚少 D.若气体从状态C到D,内能增加3k,对外做功5 易水流 会放水发电 kJ,则气体向外界放出热量8k灯 甲 A.2.6×10kW B.5.2×10kW 9.(教材习题变式)一定质量的理想气体 C.2.6×105kW D.5.2×105kw 被质量为m的绝热活塞封闭在竖直放 置、内壁光滑的绝热汽缸中，活塞的面 12.如图所示，质量为M、内部高为 H、底面积为S的绝热汽缸内部 积为S,与汽缸底部相距L,气体温度 电热丝 带有加热装置，汽缸顶部有挡板， 为T。现接通电热丝给气体缓慢加 热，活塞缓慢向上移动距离L后停止 用绝热活塞封闭一定质量的理想 0.5H 气体，用绳将活塞悬挂在天花板 加热，整个过程中，气体吸收的热量为Q,大气压强 上，开始时缸内气体温度为T。,活塞到汽缸底部的 为，重力加速度为g。则 ( A.初始时，气体压强p1=g 距离为0.5H。已知大气压强恒为p。,忽略活塞和 汽缸壁的厚度，不计一切摩擦，重力加速度为g。 B.停止加热时，气体的温度T=2T。 (1)求活塞刚碰到挡板时气体温度： C.该过程中，气体内能增加量△U=Q一mgL (2)汽缸内气体的温度从T。升高到3T。的过程中， D.该过程中，气体内能增加量△U=Q一pSL 气体吸收的热量为Q,求气体内能的增加量。 10.一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、bc、 c→a三个过程后回到初始状态a,其p-V图像如 图所示。已知三个状态的坐标分别为a(V。,2pa), b(2V。,p。),c(3V。,2p。)。以下判断正确的是 0 2.3。 A.气体在ab过程中对外界做的功小于在b→c 过程中对外界做的功 B.气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b ℃过程中从外界吸收的热量 C.在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向 外界放出的热量 18