新教材2023高中物理第三章热力学定律3.1功热和内能的改变同步测试新人教版选择性必修第三册

第三章  热力学定律

1  功、热和内能的改变

【基础巩固】

1.下列现象属于通过传热改变物体内能的是 (　　)

A.将一段铁丝反复弯折,弯折处会发热

B.放在空气中的一杯热水会冷却

C.在转动的砂轮上磨车刀,车刀发热

D.电流通过电阻丝,电阻丝会发热

解析:不论物体是发热还是冷却,物体的温度都发生了变化,物体的内能发生改变.弯折铁丝是对铁丝做功,在转动的砂轮上磨车刀,摩擦力对车刀做功,电流通过电阻丝,电流做功,所以选项A、C、D所述现象都是通过做功来改变物体的内能的.热水放在空气中温度降低,这是通过传热改变物体内能的,选项B正确.

答案:B

2.在绝热过程中,外界压缩气体做功20 J,下列说法正确的是 (　　)

A.气体内能一定增加20 J

B.气体内能增加必定小于20 J

C.气体内能增加可能小于20 J

D.气体内能可能不变

解析:做功的过程是能量转化的过程,在绝热过程中,外界对物体做多少功,物体内能就增加多少,所以选项A正确.

答案:A

3.金属制成的汽缸中装有柴油与空气的混合物,有可能使汽缸中柴油达到着火点的操作是 (　　)

A.迅速向里推活塞

B.迅速向外拉活塞

C.缓慢向里推活塞

D.缓慢向外拉活塞

解析:气体被压缩或膨胀时内能发生变化.如果将装有柴油与空气混合物的汽缸中的活塞迅速向里推,一方面混合气体来不及与外界发生热交换,可以认为这是一个绝热过程;另一方面由于外界通过活塞对气体做功,气体的内能增加,温度升高,可以使柴油达到着火点.选项A正确.

答案:A

4.关于物体的内能和热量,下列说法正确的是 (　　)

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.在传热中,放出热量的物体的内能一定大于吸收热量的物体的内能

D.热量总是自发地从温度高的物体传到温度低的物体

解析:物体的内能由温度、体积及物质的量决定,不是只由温度决定,选项A、B错误.在传热过程中,热量自发地从温度高的物体传到温度低的物体,温度高的物体的内能不一定大,选项C错误,选项D正确.

答案:D

5.关于温度、热量、功和内能,下列说法正确的是 (　　)

A.同一物体温度高时,含有的热量多

B.物体的内能越大,含有的热量就越多,温度也越高

C.外界对系统做功,系统的内能必定增加

D.发生传热的条件是两物体之间存在温度差

解析:热量是物体间传热时转移的内能,不能说物体含有多少热量,选项A、B错误.由于做功和传热都可以引起物体内能的变化,只根据做功无法判断物

体内能的变化,选项C错误.物体间发生传热的条件是存在温度差,选项D正确.

答案:D

6.(多选)下列说法正确的是 (　　)

A.做功使物体的内能改变,是其他形式的能和内能之间的转化;传热是物体内能的转移

B.外界对物体做功,物体的内能一定增大

C.物体向外界放热,物体的内能一定增大

D.热量是在传热过程中,从一个物体向另一个物体或物体的一部分向另一部分转移内能的多少

解析:做功和传热改变物体内能的本质不同,因为做功的过程一定是不同形式的能相互转化的过程,而传热是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或同一物体不同部分之间的转移,选项A正确.做功和传热都可以改变物体的内能,只知道一个方面的情况无法判断系统内能的变化,选项B、C错误.热量是内能转移的量度,选项D正确.

答案:AD

7.两人共同拉锯锯木材,每人在180 s内拉动60次,每次拉动的距离为75 cm,两人用的力大小均为20 N,做功的40%转变为内能.

(1)每秒产生的热量是多少?

(2)若产生热量的20%被钢锯吸收,则60 s后钢锯的温度将升高多少?钢的比热容为1.2×102 J/(kg·℃),钢锯的质量为0.5 kg.

解析:(1)每秒做功W=Pt=2××0.75×20×1 J=10 J,

每秒产生的热量Q=ηW=40%×10 J=4 J.

(2)钢锯吸收的热量Q钢=Q×60×20%=cmΔt,

解得Δt=0.8 ℃.

答案:(1)4 J　(2)0.8 ℃

【拓展提高】

8.下图为某种椅子与其升降部分的结构示意图,M、N两筒间密闭了一定质量的气体,M可沿N的内壁上下滑动,设筒内气体不与外界发生热交换,在M向下滑动的过程中              (　　)

A.外界对气体做功,气体内能增大

B.外界对气体做功,气体内能减小

C.气体对外界做功,气体内能增大

D.气体对外界做功,气体内能减小

解析:由题意知,在M向下滑动的过程中压缩密封的气体,对气体做功,气体的内能增大,选项A正确.

答案:A

9.(多选)人们常用密封性好、充满气体的充气袋包裹易碎品,如图所示.充气袋被里面的物体挤压时,假设袋内的理想气体与外界无热交换,袋内气体

(　　)

A.体积减小,内能增大

B.体积减小,压强减小

C.对外界做负功,内能增大

D.对外界做正功,压强减小

解析:充气袋被挤压时,气体体积减小,外界对气体做功,由于袋内气体与外界无热交换,气体内能增加,选项C正确.体积减小,内能增加,温度升高,由理想气体状态方程可知压强变大,选项A正确.

答案:AC

10.(2022·广东汕头)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.系统状态的改变只能通过传热来实现

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

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.故选项C正确.

答案:C

11.如图所示,活塞将汽缸分成甲、乙两个气室,汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的,汽缸不漏气.E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能,在将拉杆缓慢向左拉的过程中              (　　)

A.E甲不变,E乙减小

B.E甲不变,E乙增大

C.E甲增大,E乙不变

D.E甲增大,E乙减小

解析:绝热过程中只有做功改变物体的内能,外界对气体做功,气体内能增加;气体对外界做功,气体内能减少.题述热力学系统是绝热的,拉动拉杆,对乙中的气体来讲,气体对外界做功,内能减小,温度降低;对甲中的气体来讲,外界对气体做功,内能增大.

答案:D

12.某校开展探究性课外活动,一同学用如图所示的装置研究气体压强、体积、温度三者之间的关系.该同学选用导热良好的汽缸,使其开口向下,内装理想气体,并将汽缸固定,但缸内活塞可自由滑动且不漏气,他把一温度计通过缸底小孔插入缸内,插口处密封良好,活塞下挂一个沙桶,沙桶装满沙子时活塞恰好静止.他把沙桶底部钻一个小洞,让细沙慢慢漏出,外部环境温度恒定.由此可确定              (　　)

A.外界对气体做功,气体内能增大

B.外界对气体做功,温度计示数不变

C.气体体积减小,温度计示数减小

D.外界对气体做功,温度计示数增大

解析:细沙慢慢漏出,活塞受到的拉力逐渐减小,在大气压力的作用下,活塞缓慢上移,此过程中活塞压缩气体,对气体做功,气体内能增大,温度有升高的趋势;由于汽缸导热良好,且过程十分缓慢,汽缸内气体能够及时与外界进行热交换而保持与外界环境温度相同,外界环境温度恒定,汽缸内气体温度不变,内能也就不变.

答案:B

【挑战创新】

13.在炎热的夏季,用打气筒为自行车轮胎打气,若打气太足,在太阳暴晒下,很容易发生车胎爆裂.已知打气筒的容积为V0,轮胎容积为打气筒容积的20倍,打气前轮胎内、外压强相等,温度为T0,用打气筒给轮胎打气,假设打气过程气体温度不变,大气压强为p0,轮胎能够承受的最高气压为2.7p0.下列说法正确的是              (　　)

A.让轮胎内气体压强达到2p0,需要打气20次

B.让轮胎内气体压强达到2p0,需要打气40次

C.爆胎瞬间气体的温度为2.7T0

D.爆胎过程气体放出热量,内能减小

解析:由题意可知,轮胎的容积V=20V0.以轮胎内原有气体及充入的气体整体为研究对象,气体初状态参量:p1=p0,V1=20V0+nV0=(20+n)V0.末状态参量:p2=2p0,V2=20V0.气体发生等温变化,由玻意耳定律得p1V1=p2V2,即p0×(20+n)V0=2p0×20V0,解得n=20,故A正确,B错误.轮胎容积不变,气体发生等容变化,气体初状态的参量:p2=2p0,T2=T0;气体末状态参量:p3=2.7p0.由查理定律得=,即=,解得T3=1.35T0,故C错误.爆胎的过程中气体对外做功,内能减小,故D错误.

答案:A