课时梯级训练(12) 热力学第一定律（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

课时梯级训练(12)　热力学第一定律 1．(多选)下列有关物体的内能、温度、热量的说法中，正确的是(　　) A．只要两物体的质量、温度和体积相等，两物体内能一定相等 B．只要温度升高，每个分子的动能就都增加 C．热量是热传递过程中物体内能变化的量度 D．做功和热传递都能改变物体的内能，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同 CD　解析：物体的内能由物体中的分子数、温度和体积共同决定，两物体的质量相等，而分子数不一定相同， A错误；温度升高，分子的平均动能增加，每个分子的动能不一定都增加，B错误；热量是热传递过程中物体内能变化的量度，C正确；做功和热传递都能改变物体的内能，做功是能量转化的过程，热传递是能量转移的过程，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同，D正确。 2．(2022·北京期末)一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有(　　) A．Q1－Q2＝W2－W1 B．Q1＝Q2 C．W1＝W2 D．Q1>Q2 A　解析：一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，说明整个变化过程内能的变化为零，根据热力学第一定律可得ΔU＝W1－W2＋Q1－Q2＝0，可得Q1－Q2＝W2－W1，因为没有具体的变化过程，所以无法判断W1与W2的大小关系，也无法判断Q1与Q2的大小关系，A正确，B、C、D错误。 3．(多选)在实验室将一容积比较大的烧瓶放入冰箱冷冻室内，经过几小时后，将烧瓶从冰箱内迅速取出，并立即用小气球紧紧地套在烧瓶的瓶口，然后将烧瓶放入装有热水的烧杯中，如图所示，将烧瓶及气球内的气体看成是理想气体。则下列说法正确的是(　　) A．经过一段时间后气球会膨胀起来 B．气球的体积一直都不会发生变化 C．烧瓶及气球内的气体内能增加 D．烧瓶及气球内的气体的压强一定变大 ACD　解析：由于热水的温度较高，将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，烧瓶及气球内气体吸收了热水的热量，温度升高，内能增大，体积增大，A、C正确，B错误；初始时烧瓶及气球内气体的压强等于大气压，吸收热量后，烧瓶及气球内气体的压强大于大气压，气球膨胀，D正确。 4．(2023·天津卷)如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体(　　) A．对外做功 B．内能减小 C．吸收热量 D．压强不变 B　解析：由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，A错误；爬山过程中温度降低，则气体内能减小，B正确；根据热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q，爬山过程中气体不做功，但内能减小，故可知气体放出热量，C错误；爬山过程中氧气瓶里的气体容积质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程有＝C可知气体压强减小，D错误。 5．如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°过程中，缸内气体(　　) A．内能增加，外界对气体做正功 B．内能减小，气体压强增加 C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少 D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加 C　解析：初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则有(p1－p0)S＝mg，汽缸在缓慢转动的过程中，汽缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸内气体缓慢的将活塞往外推，最后汽缸水平，缸内气压等于大气压。汽缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，汽缸内气体压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得：气体内能减小，气体压强减小，A、B错误；气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，故速率大的分子数占总分子数的比例减小，C正确，D错误。 6．如图所示的汽车轮胎内有一定质量的理想空气。入秋后胎内气体的温度降低，假设此过程气体的体积视为不变。下列关于轮胎内空气说法正确的是(　　) A．每个分子运动的动能都减小 B．速率大的区间的分子数减少 C．气体的压强增大 D．气体从外界吸收热量 B　解析：温度降低，分子的平均动能减小，但不是每个分子运动的动能都减小，A错误；根据气体分子速率分布规律可知，温度降低，速率大的分子比例减小，则速率大的区间的分子数减少，B正确；根据题意可知，气体体积不变，由查理定律可知，温度降低，气体压强降低，C错误；气体温度降低，内能减小，体积不变，气体与外界不做功，由热力学第一定律可知，气体放热，D错误。 7．(多选)潜水员在水中呼出的CO2气泡，从水下几米深处快速上升到水面，这一过程中气体与外界未实现热交换。将气泡内的CO2气体视为理想气体，则在这一过程中，下列说法正确的是(　　) A．CO2分子的平均动能保持不变 B．单位时间内与气泡壁碰撞的CO2分子数减少 C．气泡内CO2分子的密度减少 D．CO2气体对外做功，压强减少 BCD　解析：设CO2气泡在水下深度为h，则气泡压强为p＝p0＋ρgh，可见从水下几米深处快速上升到水面的过程中，压强变小，假设气体温度不变，则由玻意耳定律知p1V1＝p2V2，则随着气泡压强变小，气泡体积会增大，则气体对外做功，W<0，又因为这一过程中气体与外界未实现热交换，由热力学第一定律知ΔU＝W＋Q，其中Q＝0，则ΔU＝W<0，即气体内能减少，又因为将气泡内的CO2气体视为理想气体，则内能减小，温度会降低，与假设矛盾，即气体温度会降低，则CO2分子的平均动能变小，A错误，D正确；因为气体平均动能减小且气体体积增大，则气泡内CO2分子的密度减少，单位时间内与气泡壁碰撞的CO2分子数减少，B、C正确。 8.(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 AD　解析：1→2为绝热过程，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知此时气体体积减小，外界对气体做功，故内能增加，A正确；2→3为等压过程，根据盖­吕萨克定律可知气体体积增大时温度增加，内能增大，此时气体体积增大，气体对外界做功W<0，故气体吸收热量，B错误；3→4为绝热过程，此时气体体积增大，气体对外界做功W<0，根据热力学第一定律可知气体内能减小，C错误；4→1为等容过程，根据查理定律可知压强减小时温度减小，故内能减小，由于体积不变W＝0，故可知气体向外放热，D正确。 9．如图所示，圆柱形汽缸竖直放置。质量m＝1 kg、横截面积S＝1.0×10－3 m2的活塞封闭某理想气体，缓慢加热气体使活塞从A位置上升到B位置。已知A、B距汽缸底面高度hA＝0.5 m，hB＝0.6 m，活塞在A位置时气体温度TA＝300 K，活塞从A到B过程中气体内能增量ΔU＝100 J，此时外界大气压强p0＝1.0×105 Pa，不计摩擦，g取10 m/s2。求： (1)活塞在B位置时密闭气体的温度TB； (2)上述过程中缸内气体吸收的热量Q。 答案：(1)360 K　(2)111 J 解析：(1)活塞从A到B过程中，气体发生等压变化，则有＝ 解得TB＝360 K。 (2)活塞上升过程，外界对气体做功为 W＝－(p0S＋mg)(hB－hA)＝－11 J 根据热力学第一定律 ΔU＝W＋Q 联立解得Q＝111 J。 10．如图，某实验小组为测量一个葫芦的容积，在葫芦开口处竖直插入一根两端开口、内部横截面积为0.1 cm2的均匀透明长塑料管，密封好接口，用氮气排空内部气体，并用一小段水柱封闭氮气。外界温度为300 K时，气柱长度l为 10 cm；当外界温度缓慢升高到310 K时，气柱长度变为50 cm。已知外界大气压恒为1.0×105 Pa，水柱长度不计。 (1)求温度变化过程中氮气对外界做的功； (2)求葫芦的容积； (3)试估算被封闭氮气分子的个数(保留2位有效数字)。已知1 mol氮气在1.0×105 Pa、273 K状态下的体积约为22.4 L，阿伏伽德罗常量NA取6.0×1023 mol－1。 答案：(1)0.4 J　(2)119 cm3　(3)2.9×1021 解析：(1)由于水柱的长度不计，故封闭气体的压强始终等于大气压强。设大气压强为p0，塑料管的横截面积为S，初、末态气柱的长度分别为l1、l2，气体对外做的功为W。根据功的定义有W＝p0S(l2－l1) 解得W＝0.4 J。 (2)设葫芦的容积为V，封闭气体的初、末态温度分别为T1、T2，体积分别为V1、V2，根据盖­吕萨克定律有 ＝ V1＝V＋Sl1 V2＝V＋Sl2 联立以上各式并代入题给数据得 V＝119 cm3。 (3)设在1.0×105 Pa、273 K状态下，1 mol氮气的体积为V0、温度为T0，封闭气体的体积为V3，被封闭氮气的分子个数为n。根据盖­吕萨克定律有 ＝ 其中n＝NA 联立以上各式并代入题给数据得 n＝2.9×1021个。 学科网（北京）股份有限公司 $$