课时梯级训练(15) 热力学第一定律 能量守恒定律（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

课时梯级训练(15)　热力学第一定律　能量守恒定律 1．(2024·山西临汾模拟)如图所示，物流运输过程中常用密封性好、充满气体的充气袋包裹易碎品。假设袋内气体与外界无热交换，当充气袋四周被瞬间挤压时，袋内气体(　　) A．压强减小，内能增大 　B．压强减小，内能减小 C．压强增大，内能增大 　D．压强增大，内能减小 C　解析：当充气袋四周被瞬间挤压时，外界对气体做功，由于袋内气体与外界无热交换，根据热力学第一定律可知，气体内能增大，则气体温度升高，根据＝C可知气体压强增大。 2．一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是(　　) A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J B　解析：因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；气体内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，B正确。 3．(多选)下列关于永动机的说法正确的是(　　) A．永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器 B．永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律 C．永动机不能制成的原因是技术问题 D．永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律 AD　解析：永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因，A、D正确，B、C错误。 4．(2024·江苏南京模拟)如图所示，密闭导热汽缸被活塞分成左、右两室，起初左室气体压强小于右室，现让活塞缓慢移动直至两室气体压强相等，期间环境温度始终不变，则此过程中(　　) A．左室气体吸热，右室气体放热 B．左室气体放热，右室气体吸热 C．左、右室气体均吸热 D．左、右室气体均放热 B　解析：左室气体压强变大，体积减小，W左>0，右室气体压强变小，体积增大，W右＜0。环境温度始终不变，ΔU＝0，根据热力学第一定律可得ΔU＝W左＋Q左，ΔU＝W右＋Q右，可得Q左<0，Q右>0，即左室气体放热，右室气体吸热，B正确。 5．(多选)一定质量的理想气体，经历如图所示的循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示，已知a状态的体积为2.0×10－3 m3，则下列说法正确的是(　　) A．各状态气体体积Va＝Vb＞Vc＝Vd B．b→c过程中，气体吸热 C．c→d过程中，气体内能增加 D．d→a过程中，外界对气体做功200 J BD　解析：根据＝C可知，过原点的直线为等容线，且斜率越大的等容线对应的气体体积越小，由题图可知Va＝Vb＜Vc＝Vd，A错误；b→c过程中，气体的体积变大，对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知气体吸热，B正确；c→d过程中，气体温度降低，则气体内能减小，C错误；d→a过程中，气体体积减小，又因为Vd＝Vc，根据理想气体状态方程可知＝，代入数据解得Vc＝Vd＝4.0×10－3 m3，外界对气体做功W＝pΔV＝1.0×105×(4.0×10－3－2.0×10－3) J＝200 J，D正确。 6．(多选)如图所示，用隔板将一个绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是(　　) A．气体自发扩散前后内能相同 B．气体在被压缩的过程中内能增大 C．在自发扩散过程中，气体对外界做功 D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 ABD　解析：因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功。根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，A正确，C错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，B、D正确。 7．(2024·渭南高二统考期末)如图甲所示，在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积S＝100 cm2的质量不计且光滑的活塞密封一定质量的气体，活塞上静置一个质量为m的重物。图乙是密闭气体从状态A变化到状态B的V－T图像，密闭气体在状态A的压强pA＝1.03×105 Pa，从状态A变化到状态B的过程中吸收热量Q＝500 J。已知外界大气压强p0＝1.01×105 Pa，g取10 m/s2，下列说法正确的是(　　) A．重物质量m＝1 kg B．气体在状态B的体积为7.0×10－3 m3 C．从状态A变化到状态B的过程，气体对外界做功202 J D．从状态A变化到状态B的过程，气体的内能增加294 J D　解析：在状态A时的压强为pA＝p0＋，解得m＝2 kg，A错误；根据盖－吕萨克定律有＝，解得VB＝8.0×10－3 m3，B错误；从状态A变化到状态B的过程，气体对外界做功W＝pA(VB－VA)＝206 J ，C错误；从状态A变化到状态B的过程，气体的内能增加ΔU＝Q－W＝500 J－206 J＝294 J，D正确。 8．(2024·天津河西模拟)气压式电脑升降桌通过汽缸上下运动来支配桌子升降，其简易结构如图所示。圆柱形汽缸与桌面固定连接，柱状活塞与底座固定连接。可自由移动的汽缸与活塞之间封闭着一定质量的理想气体，汽缸导热性能良好，活塞可在汽缸内无摩擦活动。设气体的初始状态为A，将电脑放在桌面上保持不动，桌子缓慢下降一段距离后达到稳定状态B。打开空调一段时间后，室内温度降低到设定温度，稳定后气体状态为C。则气体从状态A→B→C的过程中，下列说法正确的是(　　) A．从A到B的过程中，气体等温压缩，压强增大 B．从A到B的过程中，气体从外界吸热 C．从B到C的过程中，气体等压降温，体积增大 D．从B到C的过程中，气体从外界吸热 A　解析：从A到B的过程中，桌子缓慢下降，由于汽缸导热性能良好，可知气体等温压缩，体积减小，根据玻意耳定律可知，压强增大，A正确；从A到B的过程中，气体温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体会向外界放热，B错误；从B到C的过程中，桌面受力不变，气体压强一定，根据盖­吕萨克定律可知，温度降低，体积一定减小，C错误；从B到C的过程中，气体温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体会向外界放热，D错误。 9．如图所示的是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为22 cm，现在用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭空气柱长度变为 2 cm，人对活塞做功100 J，大气压强为p0＝1×105 Pa，不计活塞重力。 (1)若用足够长的时间缓慢压缩气体，压缩后气体的压强为多大？ (2)若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20 J，则气体的内能增加多少？活塞的横截面积S＝1 cm2。 答案：(1)1.1×106 Pa　(2)82 J 解析：(1)设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22 cm， l＝2 cm，V0＝l0S，V＝lS 缓慢压缩气体，温度不变，由玻意耳定律得 p0V0＝pV，解得p＝1.1×106 Pa。 (2)大气压力对活塞做功W1＝p0S(l0－l)＝2 J 人做功W2＝100 J，由热力学第一定律得 ΔU＝W1＋W2＋Q，将Q＝－20 J代入解得ΔU＝82 J。 10．(2024·四川德阳模拟)一定质量的理想气体压强p与热力学温度T的关系图像如图所示，气体从状态C变化到状态B，再变化到状态A，CB线段与T轴平行，BA的延长线过原点，已知该气体在状态C时的体积为30 m3。 (1)求该气体在状态B时的体积； (2)该气体从状态C到状态A的过程中，气体是吸热还是放热，气体与外界交换的热量Q为多少？ 答案：(1)10 m3　(2)放热，2×106 J 解析：(1)气体从状态C变化到状态B为等压变化，由盖­吕萨克定律得＝ 代入数值可得VB＝10 m3。 (2)由图像可知，气体从状态B变化到状态A，为等容变化，则W1＝0 气体从状态C到状态B，外界对气体做功为 W2＝pΔV＝1×105×20 J＝2×106 J 气体从状态C到状态A，温度不变，可知ΔU＝0 由热力学第一定律可知 Q＝ΔU－(W1＋W2)＝－2×106 J 负号表示放热。 学科网（北京）股份有限公司 $$