C.QA>QBD.无法确定QA、QB的大小
2.水能不产生污染物,是一种清洁能源,位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达每秒6000m3,而且一年四季流量稳定,瀑布落差50m,若利用这一资源发电,设其效率为50%,估算发电机的输出功率.(g取10m/s2)
知识点二 改变内能的两种方式
3.采用绝热(即不与外界交换热量)的方式使一定量的气体由初态A变化至末态B.对于不同的绝热方式,下列说法正确的是( )
A.对气体所做的功不同
B.对气体所做的功相同
C.对气体不需做功,因为没有能量的传递
D.以上三种说法都不对
4.一铜块和一铁块,质量相等,铜块的温度T1比铁块的温度T2高,当它们接触在一起时,如果不和外界交换能量,则( )
A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中,铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C.达到热平衡时,铜块的温度比铁块的低
D.达到热平衡时,两者的温度相等
知识点三 热力学第一定律
5.一定质量的气体在某一过程中,外界对气体做了8×104J的功,气体的内能减少了1.2×105J,则下列各式中正确的是( )
A.W=8×104J,ΔU=1.2×105J,Q=4×104J
B.W=8×104J,ΔU=-1.2×105J,Q=-2×105J
C.W=-8×104J,ΔU=1.2×105J,Q=2×104J
D.W=-8×104J,ΔU=-1.2×105J,Q=-4×104J
6.下列关于物体内能的说法正确的是( )
A.物体吸收热量,内能一定增加
B.物体放出热量,内能一定减少
C.当做功和热传递同时存在时,物体的内能可能不变
D.物体对外做功,内能可能增加
【方法技巧练】
热力学第一定律的应用技巧
7.一定质量的气体在保持压强恒等于1.0×105Pa的状况下,体积从20L膨胀到30L,这一过程中气体从外界吸热4×103J,则气体内能的变化为( )
A.增加了5×103JB.减少了5×103J
C.增加了3×103JD.减少了3×103J
8.如
图2
图2所示,A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态,当气体从状态A变化到状态B时( )
A.体积必然变大
B.有可能经过体积减小的过程
C.外界必然对气体做正功
D.气体必然从外界吸热
1.“第一类永动机”不可能制成,是因为( )
A.不符合机械能守恒定律
B.违背了能量守恒定律
C.做功产生的热不符合热功当量
D.找不到合适的材料和合理的设计方案
2.行驶中的汽车制动后滑行一段距离,最后停下;流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰;降落伞在空中匀速下降;条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈,线圈中产生电流.上述不同现象所包含的相同物理过程是( )
A.物体克服阻力做功
B.物体的动能转化为其他形式的能量
C.物体的势能转化为其他形式的能量
D.物体的机械能转化为其他形式的能量
3.
图3
如图3所示为冲击摆实验装置,一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体,共同摆起一定高度,则下面有关能的转化的说法中正确的是( )
A.子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能
B.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的热能
C.子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能
D.子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能,另一部分转变成沙箱和子弹的机械能
4.在给自行车轮胎打气时,会发现胎内空气温度升高,这是因为( )
A.胎内气体压强不断增大,而容积不变
B.轮胎从外界吸热
C.外界空气温度本来就高于胎内气体温度
D.打气时,外界不断地对胎内气体做功
5.一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
6.下列关于系统的内能的说法正确的是( )
A.系统的内能是由系统的状态决定的
B.分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的
C.做功可以改变系统的内能,但单纯地对系统传热不能改变系统的内能
D.气体在大气中做绝热膨胀时做了功,但气体的内能不变
7.某气体温度升高了(体积不变),可能的原因是( )
A.气体一定吸收了热量
B.气体可能放出了热量
C.外界对气体可能做了功
D.气体可能吸收了热量
8.
图4
如图4所示,用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分,先把活塞锁住,将质量和温度都相同的理想气体氢气和氧气分别充入容器的两部分,然后提起销子,使活塞可以无摩擦地滑动,当活塞平衡时( )
A.氢气的温度不变
B.氢气的压强减小
C.氢气的体积增大
D.氧气的温度升高
9.
图5
如图5,一绝热容器被隔板K隔开a、b两部分.已知a内有一定量的稀薄气体,b内为真空.抽开隔板K后,a内气体进入b,最终达到平衡状态.在此过程中( )
A.气体对外界做功,内能减少
B.气体不做功,内能不变
C.气体压强变小,温度降低
D.气体压强变小,温度不变
10.一定质量的理想气体,从某一状态开始,经过一系列变化后又回到开始的状态,用W1表示外界对气体做的功,W2表示气体对外界做的功,Q1表示气体吸收的热量,Q2表示气体放出的热量.则在整个过程中一定有( )
A.Q1-Q2=W2-W1B.Q1-Q2=W1-W2
C.W1=W2D.Q1=Q2
11.
图6
如图6所示是一定质量的理想气体从状态A经B至C的p—
图线,则在此过程中( )
A.气体的内能改变
B.气体的体积增大
C.气体向外界放热
D.气体对外界做功
12.
图7
如图7所示,a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态,图中ad平行于横坐标轴,dc平行于纵坐标轴,ab的延长线过原点,以下说法正确的是( )
A.从状态d到c,气体不吸热也不放热
B.从状态c到b,气体放热
C.从状态a到d,气体对外做功
D.从状态b到a,气体吸热
13.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起,若不计气泡内空气分子势能的变化,则( )
A.气泡对外做功,内能不变,同时放热
B.气泡对外做功,内能不变,同时吸热
C.气泡内能减少,同时放热
D.气泡内能不变,不吸热也不放热
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
答案
14.一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量,内能增加了4.2×105J,是气体对外界做了功,还是外界对气体做了功?
做了多少功?
如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变,但是内能只增加了1.6×105J,这一过程做功情况怎样?
能量守恒定律的发现
课前预习练
1.凭空产生 凭空消失 转化 转移 总量
2.吸收热量 放出热量 增加多少 减少多少 W
3.增加多少 减少多少 Q
4.外界对物体所做的功 物体从外界吸收的热量Q
Q+W > < > < > <
5.BD [物体沿斜面上滑的过程中,有摩擦力对物体做负功,所以物体的机械能减少.由能量守恒定律知,内能应增加,总能量不变.]
6.B [热传递的实质是物体间内能的转移,故A错;热传递的条件是物体间存在温度差,高温物体放出热量,低温物体吸收热量,若两物体温度相同,它们之间便不再发生热传递,即达到了热平衡,故B对,C错;物体吸收或放出热量,内能会发生变化,但内能变化不一定是热传递引起的,还可以通过做功的方式实现,故D错.]
7.C [根据热力学第一定律ΔU=W+Q,物体内能的变化与外界对物体做功(或物体对外界做功),物体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关.物体吸收热量,但有可能同时对外做功,故内能有可能不变甚至减小,故A错;同理,物体对外做功的同时有可能吸热,故内能不一定减少,B错;若物体吸收的热量与对外做的功相等,则内能可能不变,C正确;若物体放热的同时对外做功,物体内能一定减少,故D错.]
课堂探究练
1.C [对A球:
吸热后膨胀,重心升高,重力势能增加,则吸收的热量等于增加的重力势能和内能之和,即QA=ΔEPA+ΔUA;对B球:
吸热后也膨胀,但重心下降,则吸收的热量和重力势能的减少量等于B球内能的变化,即QB+ΔEPB=ΔUB,两球内能的变化量相同,即ΔUA=ΔUB,故QA>QB,选项C正确.]
点评 应用能量守恒定律解决问题时,首先应明确有哪几种能量参与转化或转移,哪些增、哪些减,然后利用守恒观点列出方程求解.
2.1.5×109W
解析 水力发电的基本原理是水的机械能转化为电能.
每秒钟流下的水的质量为:
m=ρV=1×103×6000kg=6×106kg.
每秒钟水减少的机械能为:
E=mgh=6×106×10×50J=3×109J.
设发电机的输出功率为P,则由能量守恒定律可得:
Eη=Pt,
解得P=3×109×50%W=1.5×109W.
点评 能量守恒定律是普遍适用的定律,在解决有关能量转化问题时,必须想到利用能量守恒定律.
3.B [对于一定量的气体,不管采用任何一种绝热方式由状态A变化到状态B,都是绝热过程.在这一过程中,气体在初状态A有一确定的内能UA,在状态B有另一确定的内能UB,由绝热过程中ΔU=UB-UA=W知,W为恒量,所以B选项正确.]
点评 在绝热过程中,内能和其他形式的能一样也是状态量.气体的初、末状态确定了,在初、末状态的内能也就相应地确定了,故内能的变化ΔU也确定了.而功是能量转化的量度,所以ΔU=W,即W为恒量.
4.AD [热平衡条件是温度相等,热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体.在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,因此A、D正确,B、C错误.]
点评
(1)热传递是从高温物体传向低温物体.
(2)热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量.
(3)在单纯的热传递中,系统从外界吸收多少热量,系统的内能就增加多少;系统向外界放出多少热量,系统的内能就减少多少.
5.B [因为外界对气体做功,W取正值,即W=8×104J;内能减少,ΔU取负值,即ΔU=-1.2×105J;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q=ΔU-W=-1.2×105J-8×104J=-2×105J,即B选项正确.]
点评 热力学第一定律的表达式为ΔU=W+Q,应用时要熟练掌握各物理量的符号法则.
6.CD [当物体从外界吸收的热量与对外做的功正好相等时,物体的内能不变,C正确;物体对外做功,如果同时吸收热量,且吸收的热量比对外做的功多时,内能就会增加.]
点评 本题易错之处是有些同学把吸热和内能混为一谈.不假思索就认为物体吸热内能增加,物体放热内能减少而错选A、B.而A和B中只谈到一种改变内能的方式,但并不能否认还可能存在着另一种改变内能的方式——做功.
7.C [气体等压膨胀过程对外做功W=pΔV=1.0×105Pa×(30-20)×10-3m3=1.0×103J.这一过程气体从外界吸热Q=4×103J.由热力学第一定律ΔU=W+Q,由于气体对外做功,W应取负值,则可得ΔU=-1.0×103J+4.0×103J=3.0×103J,即气体内能增加3×103J.]
方法总结 若气体等压变化,压强为p,体积变化为ΔV,则气体做功W=p·ΔV.
8.ABD [本题是气体状态变化图象与热力学第一定律结合的综合分析题.连接OA、OB,得到两条等容线,故有VB>VA,所以A正确;由于没有限制从状态A变化到状态B的过程,所以可先减小气体的体积再增大气体的体积到B状态,故B正确;因为气体体积增大,所以是气体对外做功,C错误;因为气体对外界做功,而气体的温度又升高,内能增大,由热力学第一定律知气体一定从外界吸热,D正确.]
方法总结
(1)一定质量的理想气体的内能只由温度决定,与体积无关.
(2)应注意W+Q=ΔU和气体实验定律及图象的巧妙结合,综合分析.
课后巩固练
1.B
2.AD [此题考查学生综合分析能力,从若干不同的现象中分析找出相同的规律,这四个现象中物体在运动过程中都受到阻力,汽车主要受制动阻力,流星、降落伞受空气阻力,条形磁铁下落受磁场阻力,因而物体都克服阻力做功,A对;四个物体运动过程中,汽车是动能转化成了内能,流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能,总之是机械能转化成了其他形式的能,D对.]
3.D [子弹在射入沙箱瞬间,要克服摩擦阻力做功,有一部分动能转变成沙箱和子弹的内能;还有一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能.]
4.D [给自行车轮胎打气,人对胎内气体做功,气体内能增加,所以温度升高.]
5.D [绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递,膨胀过程气体体积增大,气体对外界做功,气体内能减小.由于气体分子间的势能可忽略,故气体分子的平均动能减小.]
6.AB [系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量,所以是由系统的状态决定的,A对;正因为内能是由系统的状态决定的,所以分子动理论中引入的内能和热力学中引入的内能是一致的,B对;做功和热传递都可以改变系统的内能,C错;气体做绝热膨胀时对外界做了功,又因为与外界没有热交换,所以系统的内能要减小,故D错.]
7.A [体积不变,说明外界对气体做的功W=0,由于温度是分子平均动能的标志,温度升高,分子平均动能增大,气体内能增加,由ΔU>0知Q>0,即一定是吸收了热量.]
8.BCD [理想气体氢气和氧气的质量虽然相同,但由于氢气的摩尔质量小,故氢气物质的量多,又体积和温度相同,pV=CT,所以氢气产生的压强大,当拔掉销子后,会推动活塞向氧气一方移动,这时氢气对外做功,又无热传递,由ΔU=W+Q可知,氢气内能减少,温度降低,对氧气而言,外界对它做功,体积减小,由热力学第一定律ΔU=W+Q,无热传递的情况下,氧气内能增加,温度升高.]
9.BD [因b内为真空,所以抽开隔板后,a内气体可以“自发”进入b,气体不做功.又因容器绝热,不与外界发生热量传递,根据热力学第一定律可以判断其内能不变,温度不变.由理想气体状态方程可知:
气体体积增大,温度不变,压强必然变小,综上可判断B、D项正确.]
10.A [气体初、末状态相同,内能相同,由热力学第一定律知ΔW+ΔQ=0,即W2-W1=Q1-Q2,故选项A正确.]
11.C [由图象可知该理想气体发生的是等温变化,故气体的内能不变,ΔU=0;但气体的体积在减小,故外界对气体做功,W>0;由热力学第一定律ΔU=W+Q知,Q<0,气体向外界放热,故C正确.]
12.BCD [从状态d到c,温度不变,理想气体内能不变,但是由于压强减小,所以体积增大,对外做功,要保持内能不变,一定要吸收热量,故答案A错;气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程,同时体积减小,外界对气体做功,而气体的内能还要减小(降温),就一定要伴随放热的过程,故选项B正确;气体从状态a到状态d是一个等压、升温的过程,同时体积增大,所以气体要对外做功,选项C正确;气体从状态b到状态a是个等容变化过程,随压强的增大,气体的温度升高,内能增大,而在这个过程中气体的体积没有变化,就没有做功,气体内能的增大是因为气体吸热的结果,故选项D正确.]
13.B [在气泡缓慢上升的过程中,气泡外部的压强逐渐减小,气泡膨胀,对外做功,故气泡中空气分子的内能减小,温度降低.但由于外部恒温,且气泡缓慢上升,故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度,内能不变,故需从外界吸收热量,且吸收的热量等于泡内空气对外界所做的功.]
14.外界对气体做功,做功为1.6×105J
气体对外界做功,做功为1.0×105J
解析 由题意知Q=2.6×105J,ΔU=4.2×105J,根据ΔU=Q+W,代入可得W=1.6×105J,W为正值,外界对气体做功,做功为1.6×105J.
同理由题意可知Q′=2.6×105J,ΔU′=1.6×105J,利用热力学第一定律得W′=-1.0×105J,这说明气体对外界做功(气体体积变大),做功为1.0×105J.