Тест по физике 10 класс: первый закон термодинамики

Что нужно знать

Первый закон термодинамики выражает закон сохранения энергии для тепловых процессов: количество теплоты, переданное системе, расходуется на изменение её внутренней энергии и совершение системой работы. Основная формула: Q = ΔU + A, где Q — количество теплоты (Дж), ΔU — изменение внутренней энергии (Дж), A — работа, совершённая газом (Дж). Если газ получает теплоту, Q считается положительным, а если отдаёт — отрицательным; работа газа при расширении положительна, а при сжатии отрицательна. Изменение внутренней энергии можно определить по формуле: ΔU = Q − A. Если газ не совершает работу, всё полученное количество теплоты идёт на изменение его внутренней энергии. Если процесс происходит без теплообмена с окружающей средой, то Q = 0 и ΔU = −A. При изохорном процессе объём газа не изменяется, поэтому работа газа равна нулю, а переданная теплота изменяет внутреннюю энергию. Например, при нагревании воздуха в закрытом жёстком сосуде его внутренняя энергия увеличивается, поскольку газ не расширяется и не совершает работу. Типичная ошибка учеников — путать работу газа с работой, совершаемой над газом, и неправильно определять знак работы в формуле первого закона термодинамики.

Тест: 12 вопросов

Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.

  1. 1. Что выражает первый закон термодинамики?

    • Закон сохранения энергии для тепловых процессов
    • Закон сохранения массы при химических реакциях
    • Закон зависимости давления газа от его объёма
    • Закон равномерного распределения температуры в газе
    Первый закон термодинамики устанавливает, что переданное системе количество теплоты идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы.

  2. 2. Какая формула правильно выражает первый закон термодинамики, если A — работа, совершённая газом?

    • Q = A − ΔU
    • Q = ΔU + A
    • Q = ΔU − A
    • Q = ΔU · A
    Полученная газом теплота расходуется на изменение внутренней энергии и совершение работы газом.

  3. 3. В каких единицах СИ измеряются количество теплоты, работа газа и изменение внутренней энергии?

    • В кельвинах (К)
    • В паскалях (Па)
    • В джоулях (Дж)
    • В ваттах (Вт)
    Количество теплоты, работа и энергия являются энергетическими величинами, поэтому в системе СИ измеряются в джоулях.

  4. 4. Газ получил количество теплоты 500 Дж и совершил работу 200 Дж. Как изменилась его внутренняя энергия?

    • Уменьшилась на 300 Дж
    • Увеличилась на 700 Дж
    • Уменьшилась на 700 Дж
    • Увеличилась на 300 Дж
    По первому закону термодинамики ΔU = Q − A = 500 − 200 = 300 Дж. Внутренняя энергия увеличилась.

  5. 5. Газ получил 800 Дж теплоты, при этом его внутренняя энергия увеличилась на 500 Дж. Какую работу совершил газ?

    • 300 Дж
    • 500 Дж
    • 800 Дж
    • 1300 Дж
    Из формулы Q = ΔU + A получаем A = Q − ΔU = 800 − 500 = 300 Дж.

  6. 6. Как изменяется внутренняя энергия газа при изохорном нагревании, если газ получает теплоту?

    • Уменьшается на величину полученного количества теплоты
    • Увеличивается на величину полученного количества теплоты
    • Увеличивается на величину работы газа
    • Не изменяется, поскольку объём постоянен
    При изохорном процессе объём не меняется, поэтому работа газа равна нулю. Следовательно, ΔU = Q.

  7. 7. Газ отдал окружающей среде 400 Дж теплоты и совершил работу 100 Дж. Чему равно изменение его внутренней энергии?

    • 500 Дж
    • −300 Дж
    • −500 Дж
    • 300 Дж
    Газ отдаёт теплоту, поэтому Q = −400 Дж. По формуле ΔU = Q − A = −400 − 100 = −500 Дж.

  8. 8. Что происходит с внутренней энергией идеального газа при адиабатическом расширении, если газ совершает положительную работу?

    • Увеличивается
    • Сначала увеличивается, затем уменьшается
    • Не изменяется
    • Уменьшается
    При адиабатическом процессе теплообмена нет, поэтому Q = 0. Из первого закона термодинамики ΔU = −A, следовательно, при положительной работе газа его внутренняя энергия уменьшается.

  9. 9. Газ находится в закрытом жёстком сосуде и получает 600 Дж теплоты. Как изменятся его внутренняя энергия и работа?

    • Внутренняя энергия увеличится на 600 Дж, работа газа равна нулю
    • Внутренняя энергия увеличится на 300 Дж, работа газа равна 300 Дж
    • Внутренняя энергия уменьшится на 600 Дж, работа газа равна нулю
    • Внутренняя энергия не изменится, работа газа равна 600 Дж
    Жёсткий сосуд не позволяет газу изменять объём, поэтому работа газа A = 0. По первому закону ΔU = Q = 600 Дж.

  10. 10. При сжатии газа внешние силы совершают над ним работу 250 Дж. Теплообмен с окружающей средой отсутствует. Как изменится внутренняя энергия газа?

    • Не изменится
    • Увеличится на 250 Дж
    • Уменьшится на 250 Дж
    • Увеличится на 500 Дж
    При сжатии работа, совершённая над газом, увеличивает его внутреннюю энергию. Поскольку Q = 0, а работа газа A = −250 Дж, получаем ΔU = 0 − (−250) = 250 Дж.

  11. 11. Газ получил 1200 Дж теплоты и совершил работу 450 Дж. Чему равно изменение его внутренней энергии?

    • 1200 Дж
    • 1650 Дж
    • 750 Дж
    • 450 Дж
    Используем формулу ΔU = Q − A. Подставляем значения: ΔU = 1200 − 450 = 750 Дж.

  12. 12. Какой пример наиболее точно иллюстрирует применение первого закона термодинамики в повседневной жизни?

    • Падение камня под действием силы тяжести
    • Движение автомобиля по инерции после выключения двигателя
    • Изменение цвета металлического предмета при освещении
    • Нагревание воздуха при быстром сжатии велосипедным насосом
    При быстром сжатии воздух получает энергию за счёт работы внешних сил. Его внутренняя энергия увеличивается, поэтому температура повышается.
Тесты по физике 10 класс