人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE1第2節熱力學第一定律第3節能量守恒定律(限時25分鐘)題組一熱力學第一定律的理解和應用1.在熱力學第一定律的表達式ΔU＝Q＋W中關于ΔU、Q、W各個物理量的正、負，下列說法中正確的是()A.外界對物體做功時W為正，吸熱時Q為負，內能增加時ΔU為正B.物體對外界做功時W為負，吸熱時Q為正，內能增加時ΔU為負C.物體對外界做功時W為負，吸熱時Q為正，內能增加時ΔU為正D.外界對物體做功時W為負，吸熱時Q為負，內能增加時ΔU為負〖答案〗C〖解析〗外界對物體做功時W為正，反之為負；吸熱時Q為正，反之為負；內能增加時ΔU為正，反之為負，故C正確。2.一定質量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104J的功，氣體的內能減少了1.2×105J，則下列各式正確的是()A.W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB.W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC.W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD.W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J〖答案〗B〖解析〗因為外界對氣體做功，W取正值，即W＝8×104J；氣體內能減少，ΔU取負值，即ΔU＝－1.2×105J；根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，選項B正確。3.一定質量的理想氣體，從某一狀態開始經過一系列改變后又回到開始狀態，用W1表示外界對氣體做功，W2表示氣體對外界做功，Q1表示氣體吸收的熱量，Q2表示氣體放出的熱量，則整個過程一定有()A.Q1－Q2＝W2－W1 B.Q1＝Q2C.W2＝W1 D.Q1＞Q2〖答案〗A〖解析〗由題意知，W1為正功，W2為負功Q1為正，Q2為負，故W＝W1－W2，Q＝Q1－Q2由于從某一狀態開始，經過一系列變化后又回到開始的狀態，所以ΔU＝W＋Q＝0即得Q1－Q2＝W2－W1，故選項A正確。4.關于內能的變化，以下說法正確的是()A.物體吸收熱量，內能一定增大B.物體對外做功，內能一定減少C.物體吸收熱量，同時對外做功，內能可能不變D.物體放出熱量，同時對外做功，內能可能不變〖答案〗C〖解析〗根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，物體內能的變化與做功及傳熱兩個因素均有關.物體吸收熱量，內能不一定增大，因為物體可能同時對外做功，故內能有可能不變或減少，A錯誤；物體對外做功，可能同時吸收熱量，內能還有可能不變或增大，B錯誤，C正確；物體放出熱量，同時對外做功，內能一定減少，D錯誤。5.固定不動的水平汽缸內由活塞B封閉著一定質量的理想氣體，氣體分子之間的相互作用可以忽略。假設汽缸的導熱性能很好，環境的溫度保持不變。若用外力F將活塞B緩慢地向右拉動，如圖所示，則在拉動活塞的過程中，關于汽缸內氣體的下列結論，其中正確的是()A.氣體對外做功，氣體內能減小B.氣體對外做功，氣體內能不變C.外界對氣體做功，氣體內能不變D.氣體向外界放熱，氣體內能不變〖答案〗B〖解析〗用力F緩慢拉動活塞時，氣體膨脹，對外做功，但由于汽缸的導熱性能很好，環境溫度又不變，汽缸會從外界吸收熱量而保持與環境溫度相同，因而氣體的內能不變，故B選項正確。題組二能量守恒定律的理解和應用6.有關能量的轉化和守恒定律，下列說法正確的是()A.只適用于機械能與內能的相互轉化B.只適用能量轉化過程C.“摩擦生熱”是創造了熱，它不符合能量守恒定律D.根據能量守恒定律，宇宙中的能量總和不變〖答案〗D〖解析〗能量的轉化和守恒定律是自然界普遍遵循的一個規律，適用于一切能量和一切物理過程，故D正確，A、B、C錯誤。7.一種冷暖兩用型空調在制熱時，每消耗1J電能，放出約3J的熱量。下列說法正確的是()A.空調制熱過程產生了新能量B.空調制熱時放出的熱量全部是由電能轉化而來的C.此過程違反了能量守恒定律D.空調制熱時放出的熱量，一部分是由電能轉化而來，另一部分則是從外界吸收〖答案〗D〖解析〗該空調向室內放出的熱量，一部分是通過電流做功，消耗電能轉化而來，另一部分則是通過從外界吸收，因此并不違反能量守恒定律，故選項D正確，A、B、C錯誤。8.(多選)下列關于第一類永動機的說法正確的是()A.永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷地對外做功的機器B.永動機不能制成的原因是違背了熱力學第一定律C.永動機不能制成的原因是技術問題D.永動機不能制成的原因是違背了能量守恒定律〖答案〗ABD〖解析〗永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷對外做功的機器，這是人們的美好愿望，但它違背了能量守恒定律，這也是它不能制成的原因，而不是因為技術問題。故選項A、B、D正確。9.(多選)下列說法正確的是()A.隨著科技的發展，永動機是可以制成的B.在低速運動時，宏觀物體的運動服從牛頓運動定律C.“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量轉化和守恒定律，因而是不可能的D.有種“全自動”手表，不用上發條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動，說明能量可以憑空產生〖答案〗BC〖解析〗永動機違反能量守恒定律，即使隨著科技的發展，永動機也是不可以制成的，A錯誤；牛頓運動定律適用于宏觀低速的物體運動，B正確；“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，因而是不可能的，C正確；由能量守恒定律可知，能量是不能憑空產生的，D錯誤。10.(2021·濟南市期中)如圖所示，內壁光滑的絕熱汽缸固定在水平面上，其右端由于有擋板，厚度不計的絕熱活塞不能離開汽缸，汽缸內封閉著一定質量的理想氣體，活塞距汽缸右端的距離為0.2m。現對封閉氣體加熱，活塞緩慢移動，一段時間后停止加熱，此時封閉氣體的壓強變為2×105Pa。已知活塞的橫截面積為0.04m2，外部大氣壓強為1×105Pa，加熱過程中封閉氣體吸收的熱量為2000J，則封閉氣體的內能變化量為()A.400J B.1200JC.2000J D.2800J〖答案〗B〖解析〗由題意可知，氣體先等壓變化，到活塞運動到擋板處再發生等容變化，等壓變化過程氣體對外做功，做功為W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2J＝－800J，由熱力學第一定律可知，封閉氣體的內能變化量為ΔU＝Q＋W＝(2000－800)J＝1200J，故B正確。11.(多選)如圖所示，水平放置的密封汽缸內的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在汽缸內無摩擦滑動，右側氣體內有一電熱絲。汽缸壁和隔板均絕熱。初始時隔板靜止，左右兩邊氣體溫度相等。現給電熱絲提供一微弱電流，通電一段時間后切斷電源。當缸內氣體再次達到平衡時，與初始狀態相比()A.右邊氣體溫度升高，左邊氣體溫度不變B.左右兩邊氣體溫度都升高C.左邊氣體壓強增大D.右邊氣體內能的增加量等于電熱絲放出的熱量〖答案〗BC〖解析〗右邊氣體吸收熱量后，溫度升高，壓強增大，隔板不再靜止，向左移動，右邊氣體對左邊氣體做功，由于隔板和汽缸均絕熱，則左邊氣體的內能增加，溫度升高，A錯誤；左邊氣體體積減小，溫度升高，由eq\f(pV,T)＝C，可知壓強增大，B、C均正確；右邊氣體對左邊氣體做了功，根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，得右邊氣體內能的增加量小于電熱絲放出的熱量，D錯誤。12.(多選)如圖所示，長木板A放在光滑的水平地面上，物體B以水平速度v0沖上A后，由于摩擦力作用，最后停止在木板A上，則從B沖到木板A上到相對木板A靜止的過程中，下述說法中正確的是()A.物體B動能的減少量等于系統損失的機械能B.物體B克服摩擦力做的功等于系統內能的增加量C.物體B損失的機械能等于木板A獲得的動能與系統損失的機械能之和D系統克服摩擦力做的總功等于系統內能的增加量〖答案〗CD〖解析〗物體B以水平速度沖上木板A后，由于摩擦力作用，B減速運動，木板A加速運動，根據能量守恒定律，物體B動能的減少量等于木板A增加的動能和系統產生的熱量之和，故A錯誤；根據動能定理，物體B克服摩擦力做的功等于物體B損失的動能，故B錯誤；由能量守恒定律可知，物體B損失的機械能等于木板A獲得的動能與系統損失的機械能之和，故C正確；物體B克服摩擦力做的功等于物體B動能的減少量，摩擦力對木板A做的功等于木板A動能的增加量，整個系統克服摩擦力做的功等于系統動能的減少量，由能量守恒定律，整個系統克服摩擦力做的功等于系統內能的增加量，故D正確。13.空氣壓縮機在一次壓縮中，活塞對空氣做了2×105J的功，同時空氣的內能增加了1.5×105J，這一過程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？〖答案〗5×104J〖解析〗選擇被壓縮的空氣為研究對象，根據熱力學第一定律有ΔU＝Q＋W。由題意可知W＝2×105J，ΔU＝1.5×105J，代入上式得Q＝ΔU－W＝1.5×105J－2×105J＝－5×104J。負號表示空氣向外釋放熱量，即空氣向外界傳遞的熱量為5×104J。14.若將氣泡內的氣體視為理想氣體，氣泡從湖底緩慢上升到湖面的過程中，對外界做了0.6J的功，(設上下湖水的溫度相等且保持不變)(1)氣泡上升過程中吸收的熱量是多少？(2)氣泡到達湖面后，由于太陽的照射，在溫度上升的過程中又對外界做了0.1J的功，同時吸收了0.3J的熱量，則此過程中，氣泡內氣體內能增加了多少？〖答案〗(1)0.6J(2)0.2J〖解析〗(1)氣體溫度不變，內能不變，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，則Q＝ΔU－W＝0－(－0.6J)＝0.6J(2)由熱力學第一定律得ΔU′＝Q′＋W′＝0.3J＋(－0.1J)＝0.2J內能增加0.2J。第2節熱力學第一定律第3節能量守恒定律(限時25分鐘)題組一熱力學第一定律的理解和應用1.在熱力學第一定律的表達式ΔU＝Q＋W中關于ΔU、Q、W各個物理量的正、負，下列說法中正確的是()A.外界對物體做功時W為正，吸熱時Q為負，內能增加時ΔU為正B.物體對外界做功時W為負，吸熱時Q為正，內能增加時ΔU為負C.物體對外界做功時W為負，吸熱時Q為正，內能增加時ΔU為正D.外界對物體做功時W為負，吸熱時Q為負，內能增加時ΔU為負〖答案〗C〖解析〗外界對物體做功時W為正，反之為負；吸熱時Q為正，反之為負；內能增加時ΔU為正，反之為負，故C正確。2.一定質量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104J的功，氣體的內能減少了1.2×105J，則下列各式正確的是()A.W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB.W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC.W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD.W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J〖答案〗B〖解析〗因為外界對氣體做功，W取正值，即W＝8×104J；氣體內能減少，ΔU取負值，即ΔU＝－1.2×105J；根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，選項B正確。3.一定質量的理想氣體，從某一狀態開始經過一系列改變后又回到開始狀態，用W1表示外界對氣體做功，W2表示氣體對外界做功，Q1表示氣體吸收的熱量，Q2表示氣體放出的熱量，則整個過程一定有()A.Q1－Q2＝W2－W1 B.Q1＝Q2C.W2＝W1 D.Q1＞Q2〖答案〗A〖解析〗由題意知，W1為正功，W2為負功Q1為正，Q2為負，故W＝W1－W2，Q＝Q1－Q2由于從某一狀態開始，經過一系列變化后又回到開始的狀態，所以ΔU＝W＋Q＝0即得Q1－Q2＝W2－W1，故選項A正確。4.關于內能的變化，以下說法正確的是()A.物體吸收熱量，內能一定增大B.物體對外做功，內能一定減少C.物體吸收熱量，同時對外做功，內能可能不變D.物體放出熱量，同時對外做功，內能可能不變〖答案〗C〖解析〗根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，物體內能的變化與做功及傳熱兩個因素均有關.物體吸收熱量，內能不一定增大，因為物體可能同時對外做功，故內能有可能不變或減少，A錯誤；物體對外做功，可能同時吸收熱量，內能還有可能不變或增大，B錯誤，C正確；物體放出熱量，同時對外做功，內能一定減少，D錯誤。5.固定不動的水平汽缸內由活塞B封閉著一定質量的理想氣體，氣體分子之間的相互作用可以忽略。假設汽缸的導熱性能很好，環境的溫度保持不變。若用外力F將活塞B緩慢地向右拉動，如圖所示，則在拉動活塞的過程中，關于汽缸內氣體的下列結論，其中正確的是()A.氣體對外做功，氣體內能減小B.氣體對外做功，氣體內能不變C.外界對氣體做功，氣體內能不變D.氣體向外界放熱，氣體內能不變〖答案〗B〖解析〗用力F緩慢拉動活塞時，氣體膨脹，對外做功，但由于汽缸的導熱性能很好，環境溫度又不變，汽缸會從外界吸收熱量而保持與環境溫度相同，因而氣體的內能不變，故B選項正確。題組二能量守恒定律的理解和應用6.有關能量的轉化和守恒定律，下列說法正確的是()A.只適用于機械能與內能的相互轉化B.只適用能量轉化過程C.“摩擦生熱”是創造了熱，它不符合能量守恒定律D.根據能量守恒定律，宇宙中的能量總和不變〖答案〗D〖解析〗能量的轉化和守恒定律是自然界普遍遵循的一個規律，適用于一切能量和一切物理過程，故D正確，A、B、C錯誤。7.一種冷暖兩用型空調在制熱時，每消耗1J電能，放出約3J的熱量。下列說法正確的是()A.空調制熱過程產生了新能量B.空調制熱時放出的熱量全部是由電能轉化而來的C.此過程違反了能量守恒定律D.空調制熱時放出的熱量，一部分是由電能轉化而來，另一部分則是從外界吸收〖答案〗D〖解析〗該空調向室內放出的熱量，一部分是通過電流做功，消耗電能轉化而來，另一部分則是通過從外界吸收，因此并不違反能量守恒定律，故選項D正確，A、B、C錯誤。8.(多選)下列關于第一類永動機的說法正確的是()A.永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷地對外做功的機器B.永動機不能制成的原因是違背了熱力學第一定律C.永動機不能制成的原因是技術問題D.永動機不能制成的原因是違背了能量守恒定律〖答案〗ABD〖解析〗永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷對外做功的機器，這是人們的美好愿望，但它違背了能量守恒定律，這也是它不能制成的原因，而不是因為技術問題。故選項A、B、D正確。9.(多選)下列說法正確的是()A.隨著科技的發展，永動機是可以制成的B.在低速運動時，宏觀物體的運動服從牛頓運動定律C.“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量轉化和守恒定律，因而是不可能的D.有種“全自動”手表，不用上發條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動，說明能量可以憑空產生〖答案〗BC〖解析〗永動機違反能量守恒定律，即使隨著科技的發展，永動機也是不可以制成的，A錯誤；牛頓運動定律適用于宏觀低速的物體運動，B正確；“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，因而是不可能的，C正確；由能量守恒定律可知，能量是不能憑空產生的，D錯誤。10.(2021·濟南市期中)如圖所示，內壁光滑的絕熱汽缸固定在水平面上，其右端由于有擋板，厚度不計的絕熱活塞不能離開汽缸，汽缸內封閉著一定質量的理想氣體，活塞距汽缸右端的距離為0.2m。現對封閉氣體加熱，活塞緩慢移動，一段時間后停止加熱，此時封閉氣體的壓強變為2×105Pa。已知活塞的橫截面積為0.04m2，外部大氣壓強為1×105Pa，加熱過程中封閉氣體吸收的熱量為2000J，則封閉氣體的內能變化量為()A.400J B.1200JC.2000J D.2800J〖答案〗B〖解析〗由題意可知，氣體先等壓變化，到活塞運動到擋板處再發生等容變化，等壓變化過程氣體對外做功，做功為W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2J＝－800J，由熱力學第一定律可知，封閉氣體的內能變化量為ΔU＝Q＋W＝(2000－800)J＝1200J，故B正確。11.(多選)如圖所示，水平放置的密封汽缸內的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在汽缸內無摩擦滑動，右側氣體內有一電熱絲。汽缸壁和隔板均絕熱。初始時隔板靜止，左右兩邊氣體溫度相等。現給電熱絲提供一微弱電流，通電一段時間后切斷電源。當缸內氣體再次達到平衡時，與初始狀態相比()A.右邊氣體溫度升高，左邊氣體溫度不變B.左右兩邊氣體溫度都升高C.左邊氣體壓強增大D.右邊氣體內能的增加量等于電熱絲放出的熱量〖答案〗BC〖解析〗右邊氣體吸收熱量后，溫度升高，壓強增大，隔板不再靜止，向左移動，右邊氣體對左邊氣體做功，由于隔板和汽缸均絕熱，則左邊氣體的內能增加，溫度升高，A錯誤；左邊氣體體積減小，溫度升高，由eq\f(pV,T)＝C，可知壓強增大，B、C均正確；右邊氣體對左邊氣體做了功，根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，得右邊氣體內能的增加量小于電熱絲放出的熱量，D錯誤。12.(多選)如圖所示，長木板A放在光滑的水平地面上，物體B以水平速度v0沖上A后，由于摩擦力作用，最后停止在木板A上，則從B沖到木板A上到相對木板A靜止的過程中，下述說法中正確的是()A.物體B動能的減少量等于系統損失的機械能B.物體B克服摩擦力做的功等于系統內能的增加量C.物體B損失的機械能等于木板A獲得的動能與系統損失的機械能之