作业(十) 热力学第一定律-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册知能达标训练（人教版2019）

。物理·选择性必修 第三册（配RJ版） 作业（十） 热力学第一定律 [基础训练] 到B位置时，活塞上细沙的总质量为m, 1.在一个大气压下，1kg100℃的水变为1kg 在此过程中，用外力F作用在右端活塞 100℃的水蒸气的过程，下列说法正确的是 上，使活塞位置始终不变。整个过程环境 () 温度和大气压强p。保持不变，系统始终处 A.内能不变，对外界做功，一定是吸热 于平衡状态，重力加速度为g。下列说法 过程 正确的是 B.内能增加，吸收的热量等于内能的增 加量 细沙 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 2.（多选)如图所示，活塞将 A.整个过程，外力F做功大于0，小 定质量的气体封闭在直立圆 于mgh 筒形导热的汽缸中，活塞上 B.整个过程，理想气体的分子平均动能保 堆放细沙，活塞处于静止状 持不变 态，现逐渐取走细沙，使活塞 C.整个过程，理想气体的内能增大 缓慢上升，直到细沙全部取走。若活塞与汽 D.整个过程，理想气体向外界释放的热量 缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中( 小于(pS,h十mgh) E.左端活塞到达B位置时，外力F等 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 于mgS2 S C.气体压强减小，内能可能不变 ! 5.(多选)(2024·新课标卷)如图所示，一定 D.气体从外界吸热，内能一定增加 量理想气体的循环由下面4个过程组成： 3.(多选)下列过程可能发生的是 ( 1→2为绝热过程（过程中气体不与外界交 A.物体吸收热量，对外做功，同时内能 换热量)，2→3为等压过程，3→4为绝热过 增加 程，4→1为等容过程。上述四个过程是四 B.物体吸收热量，对外做功，同时内能 冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说 减少 法正确的是 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 4.(多选)(2021·湖南卷)如图，两端开口、下 端连通导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截 A.1→2过程中，气体内能增加 面积分别为S1和S2)封闭一定质量的理 B.2→3过程中，气体向外放热 想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端 C.3→4过程中，气体内能不变 活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度 D.4→1过程中，气体向外放热 22 6.一定量的理想气体在某一过程中，从外界： 低，电阻变大)置于汽缸中，热敏电阻与容 吸收热量2.5×10J,气体对外界做功 器外的电源E和电流表A组成闭合回路， 1.0×10J,则该理想气体的 ( 汽缸和活塞具有良好的绝热（与外界无热 A.温度降低，密度增大 交换)性能。若发现电流表的读数增大 B.温度降低，密度减小 时，以下判断正确的是 ( C.温度升高，密度增大 A.气体一定对外做功 D.温度升高，密度减小 B.气体体积一定增大 [能力提升] C.气体内能一定增大 7.如图所示，一定质量的理想 D.气体压强一定增大 气体密封在绝热（即与外界 10.(2024·陕西咸阳校考)一定质量的理想 不发生热交换)容器中，容 气体，从状态A开始，先后经历B、C两个 器内装有一可以活动的绝 状态又回到状态A,压强p与体积V的 热活塞。现对活塞施以一 7777777777777777 关系图像如图所示，AC是双曲线，AB是 竖直向下的压力F,使活塞缓慢向下移动 与纵轴垂直的直线，BC是与横轴垂直的 一段距离后，气体的体积减小。若忽略活 直线，已知气体在B、C状态的热力学温 塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体 度分别为4T。、T。,图中阴影部分的面积 ( 为S,图像的坐标值均为已知量，求： A.温度升高，压强增大，内能减少 p 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 8.（多选)如图所示，绝热容 0 4V 器的气体被绝热光滑密封 (1)气体在状态A的体积； 活塞分为两部分A、B,已 (2)气体从状态A到状态B对外做的功； 知初始状态下A、B两部分体积、压强、温 (3)整个过程中气体吸收的热量与放出的 度均相等，A中有一电热丝对A部分气体 热量之差。 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 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 23 。物理·选择性必修第三册（配RJ版） 11.某民航客机在一万米左右高空飞行时，需 :12.某兴趣小组设计了一温 电源报警器 利用空气压缩机来保持机舱内外气体压之 度报警装置，原理图如 比为4：1。机舱内有一导热汽缸，活塞质 图。一定质量的理想气 量m=2kg、横截面积S=10cm2,活塞与 体被一上表面涂有导电 汽缸壁之间密封良好且无摩擦。客机在 物质的轻活塞密封在导 地面静止时，汽缸如图(a)所示竖直放置， 热汽缸内，活塞厚度不计，横截面积S= 平衡时活塞与缸底相距L1=8cm;客机在 100cm,开始时活塞距汽缸底部的高度 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=10cm。 为h=0.3m,周围环境温度为t。=27°， 汽缸内气体可视为理想气体，机舱内温度 当环境温度上升，活塞上移△h=0.01m 可认为不变。已知大气压强随高度的变 时，活塞上表面与a、b两触点接触，报警 化规律如图(c)所示地面大气压强p。= 器报警。不计一切摩擦，大气压强恒为 1.0×10Pa,地面重力加速度g=10m/s2。 p=1.0X105Pa。 (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30J, 则此过程气体内能增加多少？ (a) (b) 4p/×10的Pa 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 02 4681012h/(×10m () (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。 24⑧ (2)由于做的是匀递圆周运动，分子作 ↑E 8.BCA气体体积增大，B气体被压缩W>0·根据热力 用力表现应该是引力，此时分子的加速 学第一定律△U=W十Q,可知，Q=0,则△U>0,B气体 度最大，即分子力最大，故在势能E。与 的内能增大，温度升高，其压强增大，稳定时两气体的压 两者之间距离r的关系曲线中，川1在0 强相等，则A气体分子对器壁单位面积的平均作用力 右边曲线斜率最大的，点上，如图所示， 变大，所以A错误，C正确：由于B气体的内能增大，温 由题意可知E=En1十R瓜=号m2,F= 度升高，其压强增大，则B气体分子平均动能变大，单位 r 联立解得F-2(E-En) 时间内对器壁单位面积碰撞的次数增多，所以B正确： 答案(1)当r=。时两分子间相互作用力0，曲线斜率绝 根据VA=V,由于pA=pBVA>Vg,则有TA> TA TB 对值的大小表示分子间作用力的大小，曲线斜率为正时， TB,所以A气体的内能变化量大于B气体的内能变化 分子力表现为引力，曲线斜率为负时，分子力表现为斥力 量，则D错误。 (2)1的坐标大致位置见解析图，此时两分子之间的分 :9.C电流表读数增大，说明热敏电阻温度升高，由于汽 子作用力大小为2(E-E) 缸绝热，故气体温度升高，则内能一定增大，C正确。 : 10.解析(1)AC是双曲线，气体从C到A做等温变化， 作业（十）热力学第一定律 则分子的平均动能不变，气体在状态C的温度为T。· 1.D水变成同温度的水蒸气时，分子间距从。增大到约 10r0,体积要扩大约1000倍，故需克服大气压力对外做 则在状态A的温度也为T。。设气体在状态A的体积 功，同时克服分子力做功，分子势能增加，内能增加，由 为V,气体从A到B,由等压变化规律可得-元， 热力学第一定律△U=Q十W,则Q=△U-W,其中W 为负值，故D正确。 VA=Voe 2.AC由于汽缸导热，则可与外界进行热交换，细沙减少 (2)直线AB与横轴所围成的面积为 时，气体膨胀对外做功，压强减小，可能与外界进行热交 S1=4o(4Vo-VA)=12PoVo 换吸热使内能不变，故A、C正确，B、D错误 由功的定义可得气体对外界做的功等于p-V关系图 3.ABD当物体吸收的热量多于物体对外做的功时，物体 像与横轴所围成的面积，气体从状态A到状态B对外 的内能就增加，A正确：当物体吸收的热量少于物体对 做的功为W,=S:=12poVo 外做的功时，物体的内能就减少，B正琉：外界对物体做： (3)设双曲线AC与横轴所围成的面积S2,则气体从C 功，同时物体吸热，则物体的内能必增加，C错误：当物： 到A的过程中外界对气体做的功为W2=S2,由题意 体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增 可得S1-S2=S 加，D正确。 4.BDE根据做功的两个必要因素有力和在力的方向上！ 设整个过程中气体吸收的热量为Q1,放出的热量为 有位移，由于活塞S2没有移动，可知整个过程，外力F Q2,由热力学第一定律可得 做功等于0，A错误：根据汽缸导热且环境温度没有变， △U=-W1+W2+Q1-Q2 可知汽缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体 一个循环△U=0,综合解得Q1-Q2=S。 的分子平均动能保持不变，内能不变，B正确，C错误；： 答案(1)V。(2)12pV。(3)Q1-Q2=S 由内能不变可知理想气体向外界释放的热量等于外界：11.解析(1)根据热力学第一定律△U=W十Q 对理想气体做的功Q=W<pS1h十mgh,D正确：左端： 由于气体体积膨胀，对外做功，而内能保持不变，因此 活塞到达B位置时，根据压强平衡可得p0十=p0十 : 气体吸热。 S F,即下=m,E正确。故选BDE。 (2)初态封闭气体的压强p1=0+"墨=1.2X105Pa 根据p1l1S=p2lS 5.AD1→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△U=Q+W可知 可得p2=0.96×105Pa △U>0,气体内能增加，A正确：2→3为等压膨胀过程， 机舱内外气体压之比为4：1，因此舱外气体压强2'= W<0,由盖-吕萨克定律可知气体温度升高，内能增加， 4·p2=0.24X105Pa 1 即△U>0,由热力学第一定律△U=Q十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, 对应表可知飞行高度为104m。 气体体积增大，W<0,由热力学第一定律△U=Q十W 答案(1)吸热原因见解析 可知△U<0,气体内能减少，C错误：4→1过程中，气体 (2)0.24×105Pa101m 微等容变化，W一0，又压强减小，则由查理定律可知气 12.解析(1)气体发生是等压变化，由气体实验定律得 体温度降低，内能减少，即△U<0,由热力学第一定律 △U=Q十W可知Q<0,气体对外放热，D正确。 片告祭 6.D理想气体的内能仅用温度来衡量，由热力学第一定 代入数据解得t2=37℃，则报警温度为37℃。 律J=W+△Q可知，△=1.5×10J,即气体内能增加， (2)气体等压膨胀对外做功 故温度升高，因对外做功，体积膨胀，所以密度减小，故 D正确。 W=-po·△V=-po(S·△h) 代入数据得W=一10J 7.C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 由热力学第一定律得△U=W十Q Y=C,V减小，p增大，故选C 代入数据△U=-10J+30J=20J。 答案(1)37℃(2)20J 34