人教高中物理同步講義練習(xí)選擇性必修三3.2-3.3熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律（原卷版）

3.2-3.3熱力學(xué)第一定律能量守恒定律知識(shí)點(diǎn)一、熱力學(xué)第一定律1．改變內(nèi)能的兩種方式：與兩者對(duì)改變系統(tǒng)的內(nèi)能是2．熱力學(xué)第一定律：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的與外界對(duì)它所的和．1．對(duì)公式ΔU＝Q＋W符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQΔU＋體積減小，外界對(duì)熱力學(xué)系統(tǒng)做功熱力學(xué)系統(tǒng)吸收熱量?jī)?nèi)能增加－體積增大，熱力學(xué)系統(tǒng)對(duì)外界做功熱力學(xué)系統(tǒng)放出熱量?jī)?nèi)能減少2.氣體狀態(tài)變化的幾種特殊情況(1)絕熱過程：Q＝0，則ΔU＝W，系統(tǒng)內(nèi)能的增加(或減少)量等于外界對(duì)系統(tǒng)(或物體對(duì)外界)做的功．(2)等容過程：W＝0，則ΔU＝Q，物體內(nèi)能的增加量(或減少量)等于系統(tǒng)從外界吸收(或系統(tǒng)向外界放出)的熱量．(3)等溫過程：始末狀態(tài)一定質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對(duì)系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)放出的熱量(或系統(tǒng)吸收的熱量等于系統(tǒng)對(duì)外界做的功)．3．判斷氣體是否做功的方法一般情況下看氣體的體積是否變化．①若氣體體積增大，表明氣體對(duì)外界做功，W<0.②若氣體體積減小，表明外界對(duì)氣體做功，W>0.4．應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟(1)根據(jù)符號(hào)法則寫出各已知量(W、Q、ΔU)的正負(fù)；(2)根據(jù)方程ΔU＝W＋Q求出未知量；(3)再根據(jù)未知量結(jié)果的正負(fù)來確定吸放熱情況、做功情況或內(nèi)能變化情況．知識(shí)點(diǎn)二、氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用熱力學(xué)第一定律與理想氣體狀態(tài)方程結(jié)合問題的分析思路：(1)利用體積的變化分析做功情況．氣體體積增大，氣體對(duì)外界做功；氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功．(2)利用溫度的變化分析理想氣體內(nèi)能的變化．一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，溫度升高，內(nèi)能增加；溫度降低，內(nèi)能減小．(3)利用熱力學(xué)第一定律判斷是吸熱還是放熱．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，則Q＝ΔU－W，若已知?dú)怏w的做功情況和內(nèi)能的變化情況，即可判斷氣體狀態(tài)變化是吸熱過程還是放熱過程知識(shí)點(diǎn)三、能量守恒定律1．能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化(1)各種運(yùn)動(dòng)形式都有對(duì)應(yīng)的能：機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，分子的熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，還有電磁能、化學(xué)能、核能等．(2)各種形式的能，通過某種力做功可以相互轉(zhuǎn)化．例如：利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，輪子溫度升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．2．能量守恒的兩種表達(dá)(1)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等．(2)某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等．3．第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因分析如果沒有外界供給熱量而對(duì)外做功，由ΔU＝W＋Q知，系統(tǒng)內(nèi)能將減小．若想源源不斷地做功，在無(wú)外界能量供給的情況下是不可能的．（多選）（2023秋?密山市期末）某同學(xué)用喝完的飲料罐，制作一個(gè)簡(jiǎn)易氣溫計(jì)。如圖所示，在這個(gè)空的鋁制飲料罐中插入一根粗細(xì)均勻的透明吸管，接口處用蠟密封。吸管中引入一段長(zhǎng)度可忽略的油柱，在吸管上標(biāo)上溫度刻度值。罐內(nèi)氣體可視為理想氣體，外界大氣壓不變，以下說法中正確的有（）A．吸管上的溫度刻度值左小右大 B．吸管上的溫度刻度分布不均勻 C．氣溫升高時(shí)，罐內(nèi)氣體增加的內(nèi)能大于吸收的熱量 D．在完全失重的環(huán)境下，這個(gè)氣溫計(jì)仍可使用（2023春?桂林期末）一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其V﹣T圖像如圖所示。已知該氣體在狀態(tài)B的壓強(qiáng)為2.0×105Pa。下列說法正確的是（）A．狀態(tài)A→B過程是等容變化 B．狀態(tài)B→C過程是等溫變化 C．狀態(tài)A→B的過程氣體吸熱 D．狀態(tài)B→C過程氣體對(duì)外做功200J（2023秋?天津期中）一定質(zhì)量的理想氣體在某過程中，從外界吸收熱量30J，同時(shí)對(duì)外界做功20J，關(guān)于該氣體在此過程中的內(nèi)能變化量ΔU，說法正確的是（）A．ΔU＝+10J B．ΔU＝+50J C．ΔU＝﹣10J D．ΔU＝﹣50J（2023?道里區(qū)校級(jí)開學(xué)）媽媽正在廚房用燃?xì)庠铎译u湯，雞湯香氣四溢，鍋蓋不斷被水蒸氣頂起而發(fā)生“跳動(dòng)”，此過程涉及的有關(guān)物理現(xiàn)象表述正確的是（）A．煲雞湯過程中，主要是通過做功的方式改變內(nèi)能的 B．雞湯香氣四溢屬于擴(kuò)散現(xiàn)象 C．燃?xì)馊紵^程中熱值減小，雞湯溫度升高，內(nèi)能增大 D．鍋蓋“跳動(dòng)”過程的能量轉(zhuǎn)化與內(nèi)燃機(jī)的壓縮沖程相似（2023秋?南通期中）A、B導(dǎo)熱汽缸，封閉質(zhì)量相同的同種理想氣體，如圖所示，在甲、乙兩個(gè)環(huán)境中，兩汽缸內(nèi)氣體體積相同，現(xiàn)將甲、乙兩環(huán)境升高相同的溫度，則A、B氣缸內(nèi)的氣體（）A．分子的平均動(dòng)能相同 B．內(nèi)能的增加量不相同 C．體積的增加量相同 D．吸收的熱量相同（2023?亭湖區(qū)校級(jí)模擬）一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A開始分別經(jīng)過等溫膨脹和絕熱過程，到達(dá)狀態(tài)B和C，B、C狀態(tài)的體積相同，則（）A．狀態(tài)B的內(nèi)能等于狀態(tài)C B．狀態(tài)B的內(nèi)能小于狀態(tài)C C．A→B與A→C過程對(duì)外做功相等 D．A→B過程吸收的熱量大于A→C過程對(duì)外做的功（2023春?清遠(yuǎn)期末）騎自行車既是安全、綠色的出行方式之一，又是比較不錯(cuò)的有氧運(yùn)動(dòng)。山地自行車安裝了氣壓式減震裝置來抵抗顛簸從而受到不少人的喜愛，其原理如圖所示。如果路面不平，隨著騎行時(shí)自行車的顛簸，活塞上下振動(dòng)，下列說法正確的是（）A．活塞迅速下壓時(shí)汽缸內(nèi)的氣體對(duì)外界做負(fù)功 B．活塞迅速下壓時(shí)汽缸內(nèi)的氣體溫度可能減小 C．活塞迅速下壓時(shí)汽缸內(nèi)的氣體的壓強(qiáng)變小 D．活塞迅速下壓時(shí)汽缸內(nèi)的氣體的內(nèi)能減?。?023?全國(guó)）一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在汽缸中，p﹣V圖中的a、b、c三點(diǎn)對(duì)應(yīng)其三種狀態(tài)，若a、b兩狀態(tài)體積相等，則氣體無(wú)論通過什么途徑（）A．從狀態(tài)a變化到c，內(nèi)能一定增加 B．從狀態(tài)b變化到c的過程中，氣體始終對(duì)外做功 C．從狀態(tài)b變化到a的過程中，氣體始終對(duì)外做功 D．從狀態(tài)a變化到b，吸收的熱量一定大于放出的熱量（2022秋?武漢期末）北京時(shí)間2022年11月1日4時(shí)27分，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙成功對(duì)接于天和核心艙前向端口，形成“T”字基本構(gòu)型。12塊太陽(yáng)能電池板為中國(guó)空間站的正常工作提供能量。下列說法正確的是（）A．太陽(yáng)能電池板能將太陽(yáng)能100%轉(zhuǎn)化為電能 B．能量守恒的過程不一定能自發(fā)地發(fā)生 C．人們對(duì)太陽(yáng)能的開發(fā)和利用，說明能量可以憑空產(chǎn)生 D．能的轉(zhuǎn)化過程符合能量守恒定律，因此不會(huì)發(fā)生能源危機(jī)（2023春?開福區(qū)校級(jí)期末）如圖所示，一演示用的“永動(dòng)機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有形狀記憶合金制成的葉片，輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)。下列說法正確的是（）A．熱水將熱量傳遞給葉片，所以熱水的溫度會(huì)降低 B．由形狀記憶合金自身提供了轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的能量 C．轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性一直轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要消耗外界能量 D．葉片在熱水中吸收的熱量等于在空氣中釋放的熱量（2023?京口區(qū)校級(jí)開學(xué)）網(wǎng)上熱賣的一款“鋼球永動(dòng)機(jī)”如圖所示。小球從平臺(tái)中心小孔P由靜止下落，經(jīng)小孔下方快速旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)輪加速后，由Q點(diǎn)拋出并落回平臺(tái)，每次軌跡如圖中虛線所示。則（）A．該“鋼球永動(dòng)機(jī)”不違背能量守恒定律 B．小球在空中上升過程中，處于超重狀態(tài) C．小球在空中上升過程中，速度變化的方向豎直向上 D．小球在空中上升過程中，克服重力做功的功率恒定（2023春?馬鞍山期末）某風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可形成半徑為R的圓面。某時(shí)間內(nèi)該地區(qū)的風(fēng)速是v，風(fēng)向恰好跟葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的圓面垂直，空氣的密度為ρ，發(fā)電機(jī)將圓內(nèi)空氣動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為η。則（）A．單位時(shí)間內(nèi)沖擊風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片圓面的氣流的體積為2πR2v B．單位時(shí)間內(nèi)沖擊風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片圓面的氣流的動(dòng)能為ρπRC．風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電的功率為ηρπR2v3 D．風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電的功率為ηρπ（2023?呂梁開學(xué)）如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體，從圖中A狀態(tài)開始，經(jīng)歷了B、C狀態(tài)，最后到D狀態(tài).，AB的反向延長(zhǎng)線過O點(diǎn)，BC和DA連戰(zhàn)與橫軸平行，CD與縱軸平行，則下列判斷正確的是（）A．A→B過程，氣體放出熱量 B．B→C過程，氣體體積增大 C．C→D過程，氣體壓強(qiáng)減小的原因是氣體分子數(shù)密度減小 D．整個(gè)過程，氣體對(duì)外做的功大于外界對(duì)氣體做的功（2023?山東模擬）一定質(zhì)量的理想氣體自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，又變化到狀態(tài)P，其變化過程中各狀態(tài)的壓強(qiáng)p和體積V的關(guān)系如圖所示，其中MN的反向延長(zhǎng)線過原點(diǎn)，NP段為雙曲線的一支。下列說法正確的是（）A．自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，氣體的內(nèi)能沒有變化 B．自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，氣體吸收的熱量為300J C．自狀態(tài)N變化到狀態(tài)P，氣體吸收的熱量約為475J D．自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，再變化到狀態(tài)P，氣體對(duì)外做的功為600J（2023?北京開學(xué)）如圖所示，將一個(gè)小玻璃瓶開口向下放入密封的塑料礦泉水?中，小玻璃瓶中封閉一段空氣?，F(xiàn)用手?jǐn)D壓礦泉水瓶，小玻璃瓶緩慢下沉到底部；適當(dāng)減小擠壓礦泉水瓶的程度，使小玻璃瓶緩慢上浮。若小玻璃瓶上浮過程中其內(nèi)部的空氣溫度保持不變，忽略氣體分子個(gè)數(shù)變化，則在此過程中小玻璃瓶中的空氣（）A．體積不變，內(nèi)能不變 B．體積減小，內(nèi)能減小 C．體積增大，對(duì)外界做正功 D．對(duì)外界做正功，并放出熱量（2023春?黔西南州期末）如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸內(nèi)用絕熱活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，初始時(shí)汽缸開口向上放置，活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，將汽缸緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)90°過程中，缸內(nèi)氣體（）A．內(nèi)能增加，外界對(duì)氣體做正功 B．內(nèi)能減小，氣體壓強(qiáng)增加 C．溫度降低，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少 D．溫度升高，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加（2023?海安市開學(xué)）1824年，法國(guó)工程師卡諾提出了具有重要理論意義的循環(huán)過程——卡諾循環(huán)。如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體卡諾循環(huán)的p﹣V圖像，該循環(huán)由兩個(gè)絕熱和兩個(gè)等溫過程組成，則下列說法正確的是（）A．TA＜TB B．TB＜TC C．整個(gè)循環(huán)過程中系統(tǒng)吸收的熱量大于放出的熱量 D．A→B氣體對(duì)外界做的功等于C→D外界對(duì)氣體做的功（2023春?安徽期末）如圖是密閉的汽缸，外力推動(dòng)活塞P壓縮理想氣體，對(duì)缸內(nèi)氣體做功200J，同時(shí)氣體向外界放熱100J，缸內(nèi)氣體的（）A．溫度升高，內(nèi)能增加100J B．溫度升高，內(nèi)能減少200J C．溫度降低，內(nèi)能增加100J D．溫度降低，內(nèi)能減少200J（2023?順德區(qū)模擬）如圖，小明把空的玻璃瓶開口向下緩慢壓入恒溫水中，瓶?jī)?nèi)空氣無(wú)泄漏，在下降過程中（）A．氣體從外界吸熱 B．單位面積單位時(shí)間氣體分子撞擊瓶壁次數(shù)增多 C．氣體內(nèi)能增大 D．氣體對(duì)外做功（2023春?楊浦區(qū)校級(jí)期末）如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A開始，經(jīng)歷AB、BC、CD、DA四個(gè)過程回到原狀態(tài)A，其中AB、CD為等壓過程，BC、DA為等溫過程，狀態(tài)C、D的壓強(qiáng)和體積未知，下列說法正確的是（）A．在過程BC中氣體和外界沒有發(fā)生熱傳遞 B．氣體在狀態(tài)A的內(nèi)能大于在狀態(tài)D的內(nèi)能 C．氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B對(duì)外做功40J D．在過程CD中外界對(duì)氣體做的功等于在過程AB中氣體對(duì)外界做的功（2024?天河區(qū)一模）我國(guó)自古有“晝漲稱潮，夜?jié)q稱汐”的說法。潮汐主要是由太陽(yáng)和月球?qū)Ｋ囊υ斐傻?，以月球?qū)Ｋ囊橹鳌Ｈ鐖D是某類潮汐發(fā)原理圖，利用高、低潮位之間的落差，將海水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。設(shè)海灣水庫(kù)的面積為1.0×106m2，漲潮時(shí)水深20m，此時(shí)關(guān)上水壩的閘門時(shí)，可使水位保持20m不變，退潮時(shí)，壩外水位降至18m，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為10%。每天有兩次漲潮，漲潮和退潮時(shí)水流都推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，估算該電站一天能發(fā)的電能為（）A．2.0×103kW?h B．4.0×104kW?h C．6.0×108kW?h D．8.0×109kW?h（2023春?遼陽(yáng)期末）一種叫作“壓電陶瓷”的電子元件，當(dāng)對(duì)它擠壓或拉伸時(shí)，它的兩端就會(huì)形成一定的電壓，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一種燃?xì)獯蚧饳C(jī)，就是應(yīng)用了該元件的壓電效應(yīng)制成的。只要用大拇指壓一下打火機(jī)上的按鈕，壓電陶瓷片就會(huì)產(chǎn)生10kV～20kV的高壓，形成火花放電，從而點(diǎn)燃可燃?xì)怏w。上述過程中，壓電陶瓷片完成的能量轉(zhuǎn)化是（）A．化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 B．內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能 C．光能轉(zhuǎn)化為電能 D．機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能（2023秋?溫州期中）位于錢塘江南岸的杭州奧體中心主體育場(chǎng)俗稱“大蓮花”。為這朵“大蓮花”調(diào)節(jié)溫度的，不僅有中央空調(diào)，還有江水源空調(diào)。江水源空調(diào)就是用多組江水源熱泵抽取錢塘江的水，再利用江水與體育場(chǎng)室內(nèi)空氣的溫差，實(shí)現(xiàn)制冷和制熱，從而讓場(chǎng)館達(dá)到冬暖夏涼的效果。