1、内能及能量守恒定律试题及解答讲解第二章 内能及能量守恒定律概念：（一）物体的内能： 1物体的内能：物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能，也叫做物体的热力学能。 2任何物体都具有内能，因为一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子所组成。 3决定物体内能的因素： （1）从宏观上看：物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定； （2）从微观上看：物体内能的大小由组成物体的分子总数，分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。 4、改变内能的两种方式： （1）做功可以改变物体的内能： 外界对物体做功，物体的内能增加； 物体对外界做功，物体的内能减少；
2、做功使物体内能发生改变的时候，内能的改变就用功数值来量度外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少。（二）能量守恒定律： 1、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。 另一种表述：第一类用动机是不可能制成的。 2、能量守恒定律的历史意义 3、能的转化和守恒是自然界的普遍规律，违背该定律的永动机是永远无法实现的。它是没有条件的。 4、物质的不同运动形式对应不同形式的能，各种形式的能在一定条件下可以转化或转移，在转化或转移过程中，能的总量守恒。 5、理解：
3、 （1）某种形式的能减小，一定存在其他形式的能增加，且减小量和增加量一定相等。 （2）某个物体的能减小，一定存在其他物体的能量增加，且减小量和增加量一定相等。例题分析【例1】关于物体内能及其变化，下列说法正确的是(B) A.物体的温度改变时，其内能必定改变 B.物体对外做功，其内能不一定改变，向物体传递热量，其内能不一定改变 C.对物体做功，物体内能必定改变；物体向外传出一定热量，其内能必定改变 D.若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变【解析】一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定 物体的温度改变时，其内能不一定改变.所以A错误.做功和热传递是改变物体内能的两种方式 若物体对外
4、做功W焦，同时吸收Q焦的热量，且WQ，则物体的内能减少；WQ，则物体的内能不变；WQ，则物体的内能增加，所以只有B正确. 【例2】下面设想符合能量转化和守恒定律的是(D) A.利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械 B.做成一条船，利用流水的能量逆水航行 C.通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行 D.利用核动力，驾驶地球离开太阳系【解析】利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使转动停止，故A错，让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光
5、能转化为飞机的动能，实现飞机起飞；故B、C可选；设计一种利用反冲理论以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故D可选.【例3】关于物体内能，下列说法中正确的是 A手感到冷时，搓搓手就会感到暖和些，这是利用做功改变物体的内能 B将物体举高或使它们的速度增大，是利用做功来使物体的内能增大 C阳光照晒衣服，衣服的温度升高，是利用热传递来改变物体的内能 D用打气筒打气，简内气体变热，是利用热传递来改变物体的内能【解析】AC【变式一】下面关于物体内能改变的说法中正确的是 A、物体对外做功，其内能必定改变 B、物体对外做功，其内能不一定改变 C、物体吸收热量，其内能必增加
6、D、外界对物体做功，物体同时吸收热量，其内能必增加 【解析】B【变式二】对于热量、功和内能三个物理量，下列各种说法中正确的是 A热量和功由过程决定，而内能由状态决定 B热量、功和内能的物理意义相同 C热量和功都可以作为内能的量度 D内能大物体含有的热量多【解析】A 【例4】下列说法正确的是 A、第二类永动机与第一类永动机一样违背了能量守恒定律 B、自然界中的能量是守恒的，所以能量永不枯竭，不必节约能源 C、自然界中有的能量便于利用，有的不便于利用 D、不可能让热量由低温物体传递给高温物体而不引起其它任何变化 【解析】CD【自我检测】一： 一、选择题1关于物体的内能及其变化，以下说法正确的是()
7、 A物体的温度改变时，其内能必定改变 B物体对外做功，其内能不一定改变，向物体传递热量，其内能也不一定改变 C物体对外做功，其内能必定改变物体向外传出一定热量其内能必定改变 D若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变2下列关于做功和热传递的说法中正确的是() A做功和热传递的实质是相同的 B做功和热传递在改变物体内能上是等效的 C做功和热传递是对同一过程中的两种说法 D做功和热传递是不可能同时发生的3“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为它() A不符合热力学第一定律 B做功产生的热量太少 C由于有摩擦、热损失等因素的存在 D找不到合适的材料和合理的设计方案4(2010年高考重庆卷)
8、给旱区送水的消防车停于水平地面在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体() A从外界吸热 B对外界做负功 C分子平均动能减小 D内能增加5一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8104J的功，气体的内能减少了1.2105 J，则下列个式中正确的是() AW8104J，U1.2105J，Q4104 J BW8104J，U1.2105J，Q2105J CW8104J，U1.2105J，Q2104J DW8104J，U1.2105J，Q4104J6.(2010年高考广东理综卷)图417是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界
9、放热200 J，缸内气体的() 图417 A温度升高，内能增加600 J B温度升高，内能减少200 J C温度降低，内能增加600 J D温度降低，内能减少200 J7(2011年高考新课标全国卷)对于一定量的理想气体，下列说法正确的是() A若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变 B若气体的内能不变，其状态也一定不变 C若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大 D气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关 E当气体温度升高时，气体的内能一定增大8关于物体内能的变化，以下说法中正确的是() A物体吸收热量，内能一定增大 B物体对外做功，内能一定减少 C物体吸收热量，同时
10、对外做功，内能可能不变 D物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变9一木箱静止于水平面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek，分别是() AU200 J，Ek600 J BU600 J，Ek200 J CU600 J，Ek800 J DU800 J，Ek200 J10(2011年高考重庆理综卷)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图415所示在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体() 图415
11、A对外做正功，分子的平均动能减小 B对外做正功，内能增大 C对外做负功，分子的平均动能增大 D对外做负功，内能减小二、非选择题1风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮上，设空气密度为，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高h的高度，效率为80%，则单位时间最多可提升的水的质量m_.2一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做多少功？3(2011年陕西高二质
12、检)山峡水利工程的坝高h0185 m，正常水位为h175 m，水库容积V3.931010m3，装机容量(发电机的总功率)P1.768107 kW，发电量W8.41010kWh.假设发电机效率为80%，试根据这些数据计算出水利枢纽的流量Q，并写出每个物理量应选用的单位(不进行具体计算，用字母表示)4.如图416所示，一导热汽缸放在水平面上，其内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮组与一重物连接，并保持平衡，已知汽缸高度为h，开始活塞在汽缸中央，初始温度为t摄氏度，活塞面积为S，大气压强为p0.物体重力为G，活塞质量及一切摩擦不计，缓慢升高环境温度，使活塞上升x，封闭气体吸收了Q的热量(汽缸始
13、终未离开地面)求： 图416 (1)环境温度升高了多少度？ (2)气体的内能如何变化？变化了多少？一、选择题1、解析：选B.温度变化物体的分子动能变化，但内能可能不变，A错；改变内能有两种方式：做功和热传递，由热力学第一定律可知B正确，C、D错2、解析：选B.做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但本质不同，做功是将其他形式的能量转化为内能或将内能转化为其他形式的能量，热传递是内能的转移，且做功和热传递可以同时进行，故B选项正确3、解析：选A.第一类永动机是指不消耗能量而且还能对外做功，故违背了能量的转化与守恒4、解析：选A.本题考查了热力学定律由于车胎内温度保持不变，故分子的平均动能不变，内
14、能不变放水过程中体积增大对外做功，由热力学第一定律可知，胎内气体吸热A选项正确5、解析：选B.由符号法则可知，外界对气体做功W取正，气体内能减少，U为负值，代入热力学第一定律表达式得Q2105J.故选B.6、解析：选A.对一定质量的气体，由热力学第一定律UWQ可知，U800 J(200 J)600 J，U为正表示内能增加了600 J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确7、解析：选ADE.A选项，p、V不变，则T不变，气体的内能不变，故选项A正确B选项，内能不变，温度不变，p、V可能变，选项B错误C选项，气体温
15、度升高，压强不一定增大，故选项C错误D选项，气体温度每升高1 K吸收的热量与气体对外做功多少有关，即与经历的过程有关，故选项D正确E选项，温度升高，理想气体的内能一定增大，故选项E正确8、解析：选C.做功和热传递可以改变物体的内能，当做功和热传递同时发生时，物体的内能可能不变，比如物体吸热的同时又对外做功，且吸收的热量与对外做的功在数值上相等，此时物体的内能不发生变化9、解析：选B.由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积为物体的内能即：U6010 J600 J由能量守恒定律可得：EkW总U8010 J600 J200 J，故B正确10、解析：选A.气体膨胀，气体对外做正功，又因气体
16、与外界无热交换，由热力学第一定律可知气体内能减小，因忽略气体分子间相互作用，没有分子势能，所以分子的平均动能减小，选项A正确二、非选择题1、解析：设在t时间内吹在风车上的空气的质量为md2vt，风的动能Ekmv2d2v3t.根据题意：d3v2t50%80%mgh.则.答案：2、解析：(1)由热力学第一定律可得UWQ120 J280 J160 J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从2状态回到1状态过程中内能的变化应等于从1状态到2状态过程中内能的变化，则从2状态到1状态的内能应减少160 J即U160 J，又Q240 J，根据热力学第一定律得：UWQWUQ160 J(240 J)80
17、J即外界对气体做功80 J.答案：(1)增加了160 J(2)外界对气体做功80 J3、解析：设在时间t内，有V的水通过水利枢纽，则：Q，VQt减少的重力势能EpmghVghQtgh发电机的功率：PQgh流量为Q.(其中各物理量均取国际制单位)4、解析：(1)活塞缓慢移动，任意状态都处于平衡状态，故气体做等压变化，由盖吕萨克定律可知：得T(273t)(2)设汽缸内压强为p，由平衡条件得：pSp0SG封闭气体对外做功WpSx(p0SG)x由热力学第一定律得：UQ(W)Q(p0SG)x.1关于物体内能的变化，以下说法中正确的是()A物体吸收热量，内能一定增大B物体对外做功，内能一定减少C物体吸收热
18、量，同时对外做功，内能可能不变D物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变解析：选C.做功和热传递可以改变物体的内能，当做功和热传递同时发生时，物体的内能可能不变，比如物体吸热的同时又对外做功，且吸收的热量与对外做的功在数值上相等，此时物体的内能不发生变化2一木箱静止于水平面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek，分别是()AU200 J，Ek600 J BU600 J，Ek200 JCU600 J，Ek800 J DU800 J，Ek200 J解析：选B.由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移
19、的乘积为物体的内能即：U6010 J600 J由能量守恒定律可得：EkW总U8010 J600 J200 J，故B正确3(2011年高考重庆理综卷)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图415所示在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体()图415A对外做正功，分子的平均动能减小B对外做正功，内能增大C对外做负功，分子的平均动能增大D对外做负功，内能减小解析：选A.气体膨胀，气体对外做正功，又因气体与外界无热交换，由热力学第一定律可知气体内能减小，因忽略气体分子间相互作用，没有分子势能，所以
20、分子的平均动能减小，选项A正确4.如图416所示，一导热汽缸放在水平面上，其内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮组与一重物连接，并保持平衡，已知汽缸高度为h，开始活塞在汽缸中央，初始温度为t摄氏度，活塞面积为S，大气压强为p0.物体重力为G，活塞质量及一切摩擦不计，缓慢升高环境温度，使活塞上升x，封闭气体吸收了Q的热量(汽缸始终未离开地面)求：图416(1)环境温度升高了多少度？(2)气体的内能如何变化？变化了多少？解析：(1)活塞缓慢移动，任意状态都处于平衡状态，故气体做等压变化，由盖吕萨克定律可知：得T(273t)(2)设汽缸内压强为p，由平衡条件得：pSp0SG封闭气体对外做功Wp
21、Sx(p0SG)x由热力学第一定律得：UQ(W)Q(p0SG)x.答案：见解析【自我检测】二：一、选择题1关于物体的内能及其变化，以下说法正确的是()A物体的温度改变时，其内能必定改变B物体对外做功，其内能不一定改变，向物体传递热量，其内能也不一定改变C物体对外做功，其内能必定改变物体向外传出一定热量其内能必定改变D若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变解析：选B.温度变化物体的分子动能变化，但内能可能不变，A错；改变内能有两种方式：做功和热传递，由热力学第一定律可知B正确，C、D错2下列关于做功和热传递的说法中正确的是()A做功和热传递的实质是相同的B做功和热传递在改变物体内能上是
22、等效的C做功和热传递是对同一过程中的两种说法D做功和热传递是不可能同时发生的解析：选B.做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但本质不同，做功是将其他形式的能量转化为内能或将内能转化为其他形式的能量，热传递是内能的转移，且做功和热传递可以同时进行，故B选项正确3“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为它()A不符合热力学第一定律B做功产生的热量太少C由于有摩擦、热损失等因素的存在D找不到合适的材料和合理的设计方案解析：选A.第一类永动机是指不消耗能量而且还能对外做功，故违背了能量的转化与守恒4(2010年高考重庆卷)给旱区送水的消防车停于水平地面在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变
23、，不计分子间势能，则胎内气体()A从外界吸热 B对外界做负功C分子平均动能减小 D内能增加解析：选A.本题考查了热力学定律由于车胎内温度保持不变，故分子的平均动能不变，内能不变放水过程中体积增大对外做功，由热力学第一定律可知，胎内气体吸热A选项正确5一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8104J的功，气体的内能减少了1.2105 J，则下列个式中正确的是()AW8104J，U1.2105J，Q4104 JBW8104J，U1.2105J，Q2105JCW8104J，U1.2105J，Q2104JDW8104J，U1.2105J，Q4104J解析：选B.由符号法则可知，外界对气体做功W取正，
24、气体内能减少，U为负值，代入热力学第一定律表达式得Q2105J.故选B.6.(2010年高考广东理综卷)图417是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的() 图417A温度升高，内能增加600 JB温度升高，内能减少200 JC温度降低，内能增加600 JD温度降低，内能减少200 J解析：选A.对一定质量的气体，由热力学第一定律UWQ可知，U800 J(200 J)600 J，U为正表示内能增加了600 J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确7
25、(2011年高考新课标全国卷)对于一定量的理想气体，下列说法正确的是()A若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变B若气体的内能不变，其状态也一定不变C若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大D气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关E当气体温度升高时，气体的内能一定增大解析：选ADE.A选项，p、V不变，则T不变，气体的内能不变，故选项A正确B选项，内能不变，温度不变，p、V可能变，选项B错误C选项，气体温度升高，压强不一定增大，故选项C错误D选项，气体温度每升高1 K吸收的热量与气体对外做功多少有关，即与经历的过程有关，故选项D正确E选项，温度升高，理想气体的内能一定
26、增大，故选项E正确二、非选择题8风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮上，设空气密度为，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高h的高度，效率为80%，则单位时间最多可提升的水的质量m_.解析：设在t时间内吹在风车上的空气的质量为md2vt，风的动能Ekmv2d2v3t.根据题意：d3v2t50%80%mgh.则.答案：9一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做
27、功？做多少功？解析：(1)由热力学第一定律可得UWQ120 J280 J160 J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从2状态回到1状态过程中内能的变化应等于从1状态到2状态过程中内能的变化，则从2状态到1状态的内能应减少160 J即U160 J，又Q240 J，根据热力学第一定律得：UWQWUQ160 J(240 J)80 J即外界对气体做功80 J.答案：(1)增加了160 J(2)外界对气体做功80 J10(2011年陕西高二质检)山峡水利工程的坝高h0185 m，正常水位为h175 m，水库容积V3.931010m3，装机容量(发电机的总功率)P1.768107 kW，发电量W
28、8.41010kWh.假设发电机效率为80%，试根据这些数据计算出水利枢纽的流量Q，并写出每个物理量应选用的单位(不进行具体计算，用字母表示)解析：设在时间t内，有V的水通过水利枢纽，则：Q，VQt减少的重力势能EpmghVghQtgh发电机的功率：PQgh流量为Q.(其中各物理量均取国际制单位)答案：见解析 【自我检测】三：1关于热传导的方向性，下列说法正确的是()A热量能自发地由高温物体传给低温物体B热量能自发地由低温物体传给高温物体C在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体D热量一定不可能从低温物体传给高温物体解析：选AC.在有外力做功的情况下，热量可以从低温物体传给高温物体，而热
29、量只能自发地从高温物体传给低温物体2对于孤立体系中发生的实际过程，下列说法中正确的是()A系统的总熵只能增大或不变，不可能减小B系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小C系统逐渐从比较有序的状态向更加无序的状态发展D系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展解析：选AC.根据熵增加原理，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少可知，A对，B错根据热力学第二定律的微观解释可知，一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，所以C对，D错3第二类永动机不可能制成，这是因为()A它违背了能量守恒定律B热量总是从高温物体传递到低温物体C机械能不可能全部转变为内能D内能不能全部转化为机械能
