课时测评13 热力学第一定律与气体实验定律的综合问题-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义配套练习（粤教版2019）

课时测评13　热力学第一定律与气体实验定律的综合问题 (时间：30分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－10题，每题4分，共40分) 1.一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中气体(　　) A．对外界做正功 B．压强保持不变 C．向外界放热 D．内能减少 答案：A 解析：由题图可知，理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，则理想气体对外界做正功，A正确；由＝c可得V＝·T，因a、b与O点连线的斜率ka>kb，则pa<pb，B错误；理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，D错误；理想气体从状态a变化到状态b，理想气体对外界做正功且内能增大，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，C错误。 2.如图所示，一定质量的某种理想气体从状态A变化到状态B，此过程中(　　) A．气体体积减小 B．气体内能减小 C．气体一定从外界吸热 D．外界一定对气体做正功 答案：C 解析：A、B与O点的连线均表示等容变化，直线AO斜率大，则A状态的气体体积小于B状态的气体体积，故A错误；气体自状态A到状态B的过程中，温度升高，所以内能增大，故B错误；整个过程，气体体积增大，气体对外做功，而内能增大，由热力学第一定律可知，气体一定从外界吸热， 故C正确，D错误。 3.一定质量的理想气体分别经历A→B→D和A→C→D两个变化过程，如图所示。A→B→D过程，气体对外做功为W1，与外界交换的热量为Q1；A→C→D过程，气体对外做功为W2，与外界交换的热量为Q2。两过程中(　　) A．气体吸热，Q1>Q2 B．气体吸热，W1＝W2 C．气体放热，Q1＝Q2 D．气体放热，W1>W2 答案：A 解析：p­V图像中，图线与横轴所包围的面积为气体对外所做的功，所以W1>W2，由于两过程的初、末状态p、V乘积相同，由理想气体状态方程可知，初、末状态温度相同，则气体内能相同，根据热力学第一定律可知两过程气体吸热，且Q1>Q2。故选项A正确。 4.一定质量的理想气体，在温度T1和T2下的压强p与体积倒数的关系图像如图所示，气体由状态A等压变化到状态B的过程中，下列说法正确的是(　　) A．温度升高，吸收热量 B．温度升高，放出热量 C．温度降低，吸收热量 D．温度降低，放出热量 答案：A 解析：根据＝c可得p＝cT·，则在p­图像中，过原点直线的斜率越大，温度越高，气体由状态A等压变化到状态B的过程中，气体温度升高，内能增加，体积变大，对外做功，根据热力学第一定律可知气体吸收热量，故A正确。 5.五颜六色的气球是很多小孩非常喜欢的玩具。将一个气球从较冷的室外带到较温暖的室内(室内外温差较大)，一段时间后球内气体状态稳定，气球无漏气现象。在此过程中关于气球内气体说法正确的是(　　) A．分子平均间距减小 B．分子平均动能减小 C．气体的压强不会发生变化 D．气体吸收的热量大于内能的增加量 答案：D 解析：假设气球体积不变，根据理想气体状态方程可知，当温度升高时，气体压强增大，由于外界大气压强不变，气球体积增大，重新达到平衡，则分子平均间距增大，A错误；温度升高，分子热运动的平均动能增大，B错误；气球体积膨胀，由气球弹性膜收缩造成压强增大，外界大气压强不变，故气球内气体压强增大，C错误；温度升高，内能增加，ΔU>0，体积膨胀，气体对外做功，W<0，由热力学第一定律可知Q>0，气体从外界吸热且Q>ΔU，D正确。 6.(多选)如图所示，导热的气缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞恰好静止，现将沙桶底部钻一个小洞，让细沙慢慢漏出。气缸外部温度恒定不变，则(　　) A．缸内的气体压强减小，内能减小 B．缸内的气体压强增大，内能减小 C．缸内的气体压强增大，内能不变 D．外界对气体做功，缸内的气体放热 答案：CD 解析：设活塞和沙桶整体重力为G，活塞的横截面积为S，大气压强为p0，以活塞为研究对象，根据力的平衡得到气缸内气体的压强p＝p0－，由于G减小，则p增大，即气体压强增大，由玻意耳定律pV＝c可知气体体积V变小，则外界对气体做功，由于气缸是导热的，气体的温度与环境温度相等，保持不变，其内能不变，根据热力学第一定律可知气体放热。故选CD。 7.(多选)如图所示，一导热性良好的气缸竖直放置于恒温的环境中，气缸内有一质量不可忽略的水平活塞，将一定质量的理想气体封在气缸内，活塞与气缸壁无摩擦，气缸不漏气，整个装置处于平衡状态。活塞上开始就放置一广口瓶，瓶中盛有一定量的酒精，经过较长一段时间后，与原来相比较(　　) A．气体的压强减小 B．气体的压强不变 C．气体的内能减小 D．气体吸收热量 答案：AD 解析：对活塞、广口瓶和酒精受力分析，由受力平衡可知p0S＋mg＝pS，由于酒精挥发，酒精质量减小，故气体的压强减小，A正确，B错误；导热性良好的气缸置于恒温环境中，温度不变，气体的内能不变，C错误；气体的变化为等温变化，ΔU＝0，压强减小，体积增大，气体对外做功，W＜0，由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W＝0，可得Q＞0，气体吸热，D正确。 8．(多选)一定质量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104 J，气体对外界做功1.0×104 J，则下列关于该理想气体的说法正确的是(　　) A．气体的温度一定升高 B．气体的内能一定减少 C．气体的压强一定不变 D．分子间的平均距离一定增大 答案：AD 解析：由题意结合热力学第一定律可知，气体内能的增加量ΔU＝Q＋W＝2.5×104 J－1.0×104 J＝1.5×104 J，气体的内能增加，则温度一定升高，A正确，B错误；气体对外界做功，气体体积变大，则分子间的平均距离一定变大，由＝c可知，温度升高，体积变大，压强不一定不变，C错误，D正确。 9.如图所示，一定质量的理想气体经历了A→B的等压过程，B→C的绝热过程(气体与外界无热量交换)，其中B→C过程中内能减少1 000 J，则A→B→C过程中气体对外界做的总功为(　　) A．1 600 J B．400 J C．1 000 J D．600 J 答案：A 解析：由题图可知，A→B过程中外界对气体做功为W1＝p(VA－VB)＝6×105×(2－3)×10－3 J＝－600 J，B→C过程绝热，Q＝0，由热力学第一定律有ΔU＝W2，解得W2＝－1 000 J，所以在A→B→C过程中外界对气体做的总功为W＝W1＋W2＝－600 J＋(－1 000 J)＝－1 600 J，因此气体对外界做的总功为1 600 J，A正确，B、C、D错误。 10.(多选)一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其T­V图像如图所示。下列说法正确的是(　　) A．气体在a→b过程中压强增大 B．气体在b→c过程中从外界吸收的热量等于增加的内能 C．气体在c→a过程中外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量 D．气体在a→b过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量 答案：BC 解析：根据理想气体状态方程＝c，气体在a→b过程中，体积膨胀，温度降低，因此压强减小，A错误；气体在b→c过程中，体积保持不变，则没有做功过程，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知从外界吸收的热量全部用来增加物体的内能，B正确；气体在c→a过程中，温度保持不变，也就是内能不变，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量，C正确；由于a、c状态温度相同，则a、c状态内能相同，因此a→b过程中内能的减少量等于b→c过程中内能的增加量，D错误。 11.(10分)如图为拧紧瓶盖的空饮料瓶。27 ℃时，瓶内气体压强为1.050×105 Pa；当温度升高到37 ℃过程中，瓶内气体吸收了7 J的热量，瓶内气体视为理想气体且整个过程中体积保持不变，T＝t＋273，求： (1)37 ℃时，瓶内气体的压强； (2)气体内能的增加量。 答案：(1)1.085×105 Pa　(2)7 J 解析：(1)气体体积不变，则根据查理定律可得 ＝ 解得p2＝p1＝×1.050×105 Pa ＝1.085×105 Pa。 (2)气体体积不变，则W＝0，瓶内气体吸收了7 J的热量，则Q＝7 J，根据ΔU＝Q＋W 解得ΔU＝7 J 即气体内能的增加量为7 J。 12．(10分)若某个汽车轮胎充气后容积为V，内部气体压强为p，温度为T。当外界温度降低导致轮胎内气体温度降低了时，轮胎的容积几乎不变，轮胎内的气体可视为理想气体。 (1)试判断轮胎内气体吸放热情况，并说明理由； (2)求此时轮胎内气体的压强。 答案：(1)放热，理由见解析　(2)p 解析：(1)轮胎的容积几乎不变，则外界对气体不做功；由轮胎内气体温度降低，可知气体的内能减少，即ΔU<0; 根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，轮胎内气体放热。 (2)轮胎的容积几乎不变，气体发生等容变化，根据查理定律得＝，其中ΔT＝ 解得p′＝＝p。 学生用书↓第54页 学科网（北京）股份有限公司 $$