课后提升练（9）热力学第一定律 能量的转化与守恒（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

课后提升练(九)　热力学第一定律　能量的转化与守恒 [对应学生用书P144] 1. 景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端黏着艾绒。猛推推杆，艾绒即可点燃。对筒内封闭的气体，在此压缩过程中(　　) A．气体温度升高，压强不变 B．外界对气体做正功，气体内能增加 C．外界对气体做正功，气体内能减少 D．艾绒燃烧，放出热量，气体内能减少 B　解析：猛推推杆，气体来不及与外界进行热交换，即Q＝0，气体被压缩，外界对气体做功，即W>0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知内能增加，温度升高，体积变小，压强增大，故B正确，A、C错误；气体吸收艾绒放出的热量，所以气体内能增加，故D错误。 2. (2022·云南昆明一中高三开学考试)如图为一个简易天气预报的装置，将玻璃管开口端浸入水银槽中，另一端通过细线悬挂，管内封闭一定量的理想气体。假设环境温度保持不变，当大气压减小时(　　) A．玻璃管内外液面的高度差变大 B．封闭气体压强增大 C．封闭气体吸热 D．细绳拉力可能不变 C　解析：管内气体的压强p＝p0－ρgh，则当大气压减小时，管内气体的压强减小，体积变大，则玻璃管内外液面的高度差变小，此时细线的拉力减小，A、B、D错误；因为气体体积变大，对外做功，则W<0，温度不变，则ΔU＝0，根据热力学第一定律可知Q>0，即气体吸热，C正确。 3．在乘坐飞机时，密封包装的食品从地面上带到空中时包装袋会发生膨胀现象，在此过程中温度不变，把袋内气体视为理想气体，则以下说法正确的是(　　) A．袋内空气分子的平均距离一定增大 B．袋内空气分子的平均动能一定增大 C．袋内空气压强一定增大 D．袋内空气一定向外界放出热量 A　解析：气体膨胀，体积增大，所以袋内空气分子的平均距离一定增大，A正确；温度不变，所以袋内空气分子的平均动能一定不变，B错误；温度不变，根据公式pV＝C，气体体积增大，所以压强减小，C错误；对于理想气体，温度不变，内能不变，气体膨胀对外做功，所以袋内空气一定从外界吸收热量，D错误。 3. (2022·北京清华附中高一期末)伽利略设计的一种测温装置如图所示，细玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定质量的理想气体。实验时，外界大气压强保持不变。若观察到玻璃管中的水柱上升，下列判断正确的是(　　) A.玻璃泡内气体的压强不变 B．外界大气的温度升高 C．玻璃泡内气体对外界放热 D．玻璃泡内的气体对外界做功 C　解析：设玻璃泡中气体压强为p，外界大气压强为p0，则有p0＝p＋ρgh，玻璃管中的水柱上升，玻璃泡内压强减小，A错误；外界温度降低导致玻璃泡的气体温度降低，因此玻璃泡中的压强降低，液柱上升，B错误；气体温度降低内能减少，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律可知，玻璃泡内气体对外界放热，C正确，D错误。 4. (2022·福建德化第一中学高二期末)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p-V图像如图。已知该气体在状态A时的温度为27 ℃。对该气体说法正确的是(　　) A．在状态B时的温度是－3 ℃ B．从状态B到状态C过程中对外做功－54 J C．状态A下气体的内能大于在状态C气体的内能 D．从状态A到状态C的过程中吸收81 J的热量 D　解析：对于理想气体由图像可知A→B等容变化，由查理定律得＝得＝，解得tB＝－3 ℃，故A错误；对于理想气体由图像可知B→C等压变化，则从状态B到状态C过程中对外做功W＝pΔV＝2.7×105×0.3×10-3 J＝81 J，故B错误；由理想气体状态方程可知＝，即＝得tC＝27 ℃＝tA，则状态A下气体的内能等于在状态C气体的内能，故C错误；气体从状态A到状态C体积增大，对外做功，即W＜0，且TA＝TC，A到状态C的过程中内能变化量为0，W＝－81 J，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得Q＝ΔU－W＝0－(－81) J＝81 J，故D正确。 6．有一种在超市中常见的“强力吸盘挂钩”如图甲所示，图乙和图丙是其工作原理示意图。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上(如图乙)，挤出吸盘内部分空气，然后把锁扣扳下(如图丙)，使外界空气不能进入吸盘。由于吸盘内外存在压强差，使吸盘被紧压在墙壁上，挂钩上即可悬挂适量物体。轻质吸盘导热良好、有效面积为8 cm2(不计吸盘和墙壁接触部分的面积)，扳下锁扣前密封体积为1.0 cm3，压强等于大气压强为1×105 Pa，扳下锁扣后吸盘内体积变为2.0 cm3，已知吸盘挂钩能够承受竖直向下的最大拉力是其与墙壁间正压力的2倍，下列说法正确的是(　　) A.扳下锁扣后吸盘内气体压强为2×105 Pa B．扳下锁扣后吸盘内气体密度会变大 C．该吸盘此时能悬挂的物体的重力不能超过80 N D．此过程中吸盘内的气体要放热 C　解析：由于轻质吸盘导热良好，所以扳下锁扣前、后吸盘内气体可视为等温变化，根据玻意耳定律有p0V0＝p1V1，解得扳下锁扣后吸盘内气体压强为p1＝0.5×105 Pa，A错误；扳下锁扣后吸盘内气体质量不变，体积变为原来的2倍，所以密度变为原来的一半，B错误；此时吸盘与墙壁间的正压力大小为FN＝(p0－p1)S＝40 N，该吸盘此时能悬挂的物体的重力不能超过Gmax＝2FN＝80 N，C正确；此过程中吸盘内气体体积变大，气体对外做功，轻质吸盘导热良好故在变化过程中温度不变，内能不变，根据热量学第一定律可知此过程中吸盘内的气体要吸热，D错误。 7. (2022·江苏卷)如图所示，一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程，其中a→b为等温过程，状态b、c的体积相同，则(　　) A．状态a的内能大于状态b B．状态a的温度高于状态c C．a→c过程中气体吸收热量 D．a→c过程中外界对气体做正功 C　解析：由于a→b的过程为等温过程，即状态a和状态b温度相同，分子平均动能相同，对于理想气体状态a的内能等于状态b的内能，A错误；由于状态b和状态c体积相同，且pb<pc，根据理想气体状态方程＝可知Tb<Tc，又因为Ta＝Tb，故Ta<Tc，B错误；因为a→c过程气体体积增大，气体对外界做正功，而气体温度升高，内能增加，根据ΔU＝W＋Q，可知气体吸收热量，C正确，D错误。 8. (2022·安徽歙县教研室高二期末)一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内，汽缸壁导热良好，活塞重力不计，横截面积为S，可沿汽缸壁无摩擦地滑动。开始时外界的温度为T0，大气压强为p0，活塞下表面距汽缸底部的高度为h。现将一小物块轻放在活塞上表面，活塞缓慢向下移动，平衡时，活塞下表面距汽缸底部的高度为h，如图所示，整个过程外界大气压强保持不变，重力加速度大小为g。 (1)求小物块的质量m； (2)若此后外界温度缓慢升高，当活塞恢复到原位置时，缸内气体吸收的热量Q，求此时外界的温度T和此过程中缸内气体内能变化量。 答案：(1)　(2)　Q－ 解析：(1)根据题意，设平衡时汽缸内气体增加的压强为Δp，小物块的质量为m，则有Δp＝ 由玻意耳定律得p0Sh＝(p0＋) 解得m＝。 (2)根据题意，外界温度变为T后，由查理定律得 ＝ 联立解得T＝ 根据题意，由公式W＝pV可得，气体对外做功为 W＝(p0＋)(h－)S＝ 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q有ΔU＝Q－W 代入数据解得ΔU＝Q－。 9．为了方便监控高温锅炉外壁的温度变化，可在锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的汽缸，汽缸内封闭气体温度与锅炉外壁温度相等。如图所示，汽缸右壁的压力传感器与活塞通过轻弹簧连接，活塞左侧封闭气体可看作理想气体。已知大气压强为p0，活塞横截面积为S，不计活塞质量和厚度及与汽缸壁的摩擦。当锅炉外壁温度为T0时，活塞与汽缸左壁的间距为L，传感器的示数为0。温度缓慢升高到某一值时，传感器的示数为p0S，若弹簧的劲度系数为。 (1)求此时锅炉外壁的温度； (2)若已知该过程汽缸内气体吸收的热量为Q，求气体内能的增加量。 答案：(1)4T0　(2)Q－ 解析：(1)传感器的示数为p0S时，封闭气体的压强为 p＝p0＋＝2p0 活塞向右移动的距离为x＝＝L 由理想气体状态方程得＝，解得T＝4T0。 (2)该过程气体对外做功为 W＝L＝ 根据热力学第一定律可得 ΔU＝Q－W＝Q－。 学科网（北京）股份有限公司 $$