第3章 2 热力学第一定律(Word练习)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

[基础训练] 1．在一个大气压下，1 kg 100 ℃的水变为1 kg 100 ℃的水蒸气的过程，下列说法正确的是(　　) A．内能不变，对外界做功，一定是吸热过程 B．内能增加，吸收的热量等于内能的增加量 C．内能不变，吸收的热量等于对外界做的功 D．内能增加，从外界吸热，吸收的热量等于对外界做的功和增加的内能之和 解析　水变成同温度的水蒸气时，分子间距从r0增大到约10r0，体积要扩大约1 000倍，故需克服大气压力对外做功，同时克服分子力做功，分子势能增加，内能增加，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，则Q＝ΔU－W，其中W为负值，故D正确。 答案　D 2．(多选)如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止状态，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中(　　) A．气体对外做功，气体温度可能不变 B．气体对外做功，内能一定减少 C．气体压强减小，内能可能不变 D．气体从外界吸热，内能一定增加 解析　由于汽缸导热，则可与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，压强减小，可能与外界进行热交换吸热使内能不变，故A、C正确，B、D错误。 答案　AC 3．(多选)下列过程可能发生的是(　　) A．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加 B．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少 C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少 D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加 解析　当物体吸收的热量多于物体对外做的功时，物体的内能就增加，A正确；当物体吸收的热量少于物体对外做的功时，物体的内能就减少，B正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能必增加，C错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增加，D正确。 答案　ABD 4．(多选)如图，两端开口、下端连通导热汽缸，用两个轻质绝热活塞(截面积分别为S1和S2)封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m，在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下列说法正确的是(　　) A．整个过程，外力F做功大于0，小于mgh B．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变 C．整个过程，理想气体的内能增大 D．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于(p0S1h＋mgh) E．左端活塞到达B位置时，外力F等于 解析　根据做功的两个必要因素有力和在力的方向上有位移，由于活塞S2没有移动，可知整个过程，外力F做功等于0，A错误；根据汽缸导热且环境温度没有变，可知汽缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，内能不变，B正确，C错误；由内能不变可知理想气体向外界释放的热量等于外界对理想气体做的功Q＝W<p0S1h＋mgh，D正确；左端活塞到达 B 位置时，根据压强平衡可得p0＋＝p0＋，即F＝，E正确。故选BDE。 答案　BDE 5．(多选)(2024·新课标卷)如图所示，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量)，2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1为等容过程。上述四个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是(　　) A．1→2过程中，气体内能增加 B．2→3过程中，气体向外放热 C．3→4过程中，气体内能不变 D．4 →1过程中，气体向外放热 解析　1→2为绝热过程，Q＝0，气体体积减小，外界对气体做功，W>0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU>0，气体内能增加，A正确；2→3为等压膨胀过程，W<0，由盖­吕萨克定律可知气体温度升高，内能增加，即ΔU>0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q>0，气体从外界吸热，B错误；3→4过程为绝热过程，Q＝0，气体体积增大，W<0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU<0，气体内能减少，C错误；4→1过程中，气体做等容变化，W＝0，又压强减小，则由查理定律可知气体温度降低，内能减少，即ΔU<0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q<0，气体对外放热，D正确。 答案　AD 6．一定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，则该理想气体的(　　) A．温度降低，密度增大 B．温度降低，密度减小 C．温度升高，密度增大 D．温度升高，密度减小 解析　理想气体的内能仅用温度来衡量，由热力学第一定律ΔU＝W＋ΔQ可知，ΔU＝1.5×104 J，即气体内能增加，故温度升高，因对外做功，体积膨胀，所以密度减小，故D正确。 答案　D [能力提升] 7．如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞。现对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小。若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体(　　) A．温度升高，压强增大，内能减少 B．温度降低，压强增大，内能减少 C．温度升高，压强增大，内能增加 D．温度降低，压强减小，内能增加 解析　由于F对密闭的气体做正功，容器及活塞绝热，由热力学第一定律知理想气体内能增大，T升高，再根据＝C，V减小，p增大，故选C。 答案　C 8．(多选)如图所示，绝热容器的气体被绝热光滑密封活塞分为两部分A、B，已知初始状态下A、B两部分体积、压强、温度均相等，A中有一电热丝对A部分气体加热一段时间，稳定后(　　) A．A气体体积增大，气体分子对器壁单位面积的平均作用力变小 B．B气体分子平均动能变大，单位时间内对器壁单位面积碰撞的次数增多 C．B气体的体积减小，压强增大 D．A气体的内能变化量等于B气体的内能变化量 解析　A气体体积增大，B气体被压缩W>0 ，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知，Q＝0，则ΔU>0，B气体的内能增大，温度升高，其压强增大，稳定时两气体的压强相等，则A气体分子对器壁单位面积的平均作用力变大，所以A错误，C正确；由于B气体的内能增大，温度升高，其压强增大，则B气体分子平均动能变大，单位时间内对器壁单位面积碰撞的次数增多，所以B正确；根据＝，由于pA＝pB ，VA>VB，则有TA>TB，所以A气体的内能变化量大于B气体的内能变化量，则D错误。 答案　BC 9.如图所示，带有活塞的汽缸中封闭一定质量的理想气体。将一个半导体NTC热敏电阻R(温度降低，电阻变大)置于汽缸中，热敏电阻与容器外的电源E和电流表A组成闭合回路，汽缸和活塞具有良好的绝热(与外界无热交换)性能。若发现电流表的读数增大时，以下判断正确的是(　　) A．气体一定对外做功 B．气体体积一定增大 C．气体内能一定增大 D．气体压强一定增大 解析　电流表读数增大，说明热敏电阻温度升高，由于汽缸绝热，故气体温度升高，则内能一定增大，C正确。 答案　C 10．(2024·陕西咸阳校考)一定质量的理想气体，从状态A开始，先后经历B、C两个状态又回到状态A，压强p与体积V的关系图像如图所示，AC是双曲线，AB是与纵轴垂直的直线，BC是与横轴垂直的直线，已知气体在B、C状态的热力学温度分别为4T0、T0，图中阴影部分的面积为S，图像的坐标值均为已知量，求： (1)气体在状态A的体积； (2)气体从状态A到状态B对外做的功； (3)整个过程中气体吸收的热量与放出的热量之差。 解析　(1)AC是双曲线，气体从C到A做等温变化，则分子的平均动能不变，气体在状态C的温度为T0，则在状态A的温度也为T0。设气体在状态A的体积为VA，气体从A到B，由等压变化规律可得＝，VA＝V0。 (2)直线AB与横轴所围成的面积为 S1＝4p0＝12p0V0 由功的定义可得气体对外界做的功等于pV关系图像与横轴所围成的面积，气体从状态A到状态B对外做的功为W1＝S1＝12p0V0。 (3)设双曲线AC与横轴所围成的面积S2，则气体从C到A的过程中外界对气体做的功为W2＝S2，由题意可得S1－S2＝S 设整个过程中气体吸收的热量为Q1，放出的热量为Q2，由热力学第一定律可得 ΔU＝－W1＋W2＋Q1－Q2 一个循环ΔU＝0，综合解得Q1－Q2＝S。 答案　(1)V0　(2)12p0V0　(3)Q1－Q2＝S 11．某民航客机在一万米左右高空飞行时，需利用空气压缩机来保持机舱内外气体压之比为4∶1。机舱内有一导热汽缸，活塞质量m＝2 kg、横截面积S＝10 cm2，活塞与汽缸壁之间密封良好且无摩擦。客机在地面静止时，汽缸如图(a)所示竖直放置，平衡时活塞与缸底相距l1＝8 cm；客机在高度h处匀速飞行时，汽缸如图(b)所示水平放置，平衡时活塞与缸底相距l2＝10 cm。汽缸内气体可视为理想气体，机舱内温度可认为不变。已知大气压强随高度的变化规律如图(c)所示地面大气压强p0＝1.0×105Pa，地面重力加速度g＝10 m/s2。 (1)判断汽缸内气体由图(a)状态到图(b)状态的过程是吸热还是放热，并说明原因； (2)求高度h处的大气压强，并根据图(c)估测出此时客机的飞行高度。 解析　(1)根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q 由于气体体积膨胀，对外做功，而内能保持不变，因此气体吸热。 (2)初态封闭气体的压强p1＝p0＋＝1.2×105 Pa 根据p1l1S＝p2l2S 可得p2＝0.96×105 Pa 机舱内外气体压之比为4∶1，因此舱外气体压强p2′＝·p2＝0.24×105 Pa 对应表可知飞行高度为104 m。 答案　(1)吸热　原因见解析　(2) 0.24×105Pa　104 m 12.某兴趣小组设计了一温度报警装置，原理图如图。一定质量的理想气体被一上表面涂有导电物质的轻活塞密封在导热汽缸内，活塞厚度不计，横截面积S＝100 cm2，开始时活塞距汽缸底部的高度为h＝0.3 m，周围环境温度为t0＝27°，当环境温度上升，活塞上移Δh＝0.01 m时，活塞上表面与a、b两触点接触，报警器报警。不计一切摩擦，大气压强恒为p0＝1.0×105Pa。 (1)求该报警装置的报警温度为多少摄氏度； (2)若上述过程气体吸收的热量为30 J，则此过程气体内能增加多少？ 解析　(1)气体发生是等压变化，由气体实验定律＝，得＝ 代入数据解得t2＝37 ℃，则报警温度为 37 ℃。 (2)气体等压膨胀对外做功 W＝－p0·ΔV＝－p0(S·Δh) 代入数据得W＝－10 J 由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q 代入数据ΔU＝－10 J＋30 J＝20 J。 答案　(1)37 ℃　(2)20 J 学科网（北京）股份有限公司 $$