1. 热力学第一定律（分层作业）物理教科版选择性必修第三册

第3.1课 热力学第一定律 ID： 一、单选题 1．一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变。在上浮过程中气泡内气体（   ） A．内能变大 B．压强变大 C．体积不变 D．从水中吸热 【答案】D 【详解】A．上浮过程气泡内气体的温度不变，内能不变，故A错误； B．气泡内气体压强p = p0＋ρ水gh，故上浮过程气泡内气体的压强减小，故B错误； C．由玻意耳定律pV = C知，气体的体积变大，故C错误； D．上浮过程气体体积变大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU = Q＋W知，气体从水中吸热，故D正确。 故选D。 2．已知理想气体的内能与温度成正比．如图所示的实线为汽缸内一定质量的理想气体由状态1到状态2的变化曲线，则在整个过程中汽缸内气体的内能 A．先增大后减小 B．先减小后增大 C．单调变化 D．保持不变 【答案】B 【详解】试题分析：由为恒量，由图象与坐标轴围成的面积表达乘积，从实线与虚线等温线比较可得出，该面积先减小后增大，说明温度T先减小后增大，而理想气体的内能完全由温度决定，所以内能先将小后增大． 故选B． 3．如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是（　　） A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 【答案】D 【详解】A．转轮转动的过程中克服摩擦力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功，故A错误； B．要维持转轮转动需要外力做功，转轮转动所需能量不能由转轮自己提供，故B错误； C．转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程，同时水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减小，故水温降低，故C错误； D．根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，故D正确。 故选D。 4．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 【答案】B 【详解】A．由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故A错误； B．爬山过程中温度降低，则气体内能减小，故B正确； C．根据热力学第一定律可知 爬山过程中气体不做功，但内能减小，故可知气体放出热量，故C错误； D．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 可知气体压强减小，故D错误； 故选B。 5．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体，气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如图所示，设气体在状态b和状态c的压强分别为和，在过程ab和ac中吸收的热量分别为和，则（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】C 【详解】由图可知Oab是一条过原点的直线，由图像特点可知，Oab直线上各点的压强相等，故 气体从状态a到达状态c是等容变化，根据查理定律可得 故 、状态温度相同，所以过程ab和ac的内能变化量相等，气体从状态到状态，体积增大，气体对外做功，为负值；气体从状态到状态，体积不变，对外不做功，为零，根据热力学第一定律，可知过程吸收的热量多，即 故选C。 二、多选题 6．采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率。将涡轮增压简化为以下两个过程，一定质量的理想气体首先经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度，则（    ） A．绝热过程中，气体分子平均动能增加 B．绝热过程中，外界对气体做负功 C．等压过程中，外界对气体做正功 D．等压过程中，气体内能不变 【答案】AC 【详解】AB．一定质量的理想气体经过绝热过程被压缩，可知气体体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体内能增加，则气体温度升高，气体分子平均动能增加，故A正确，B错误； CD．一定质量的理想气体经过等压过程回到初始温度，可知气体温度降低，气体内能减少；根据 可知气体体积减小，外界对气体做正功，故C正确，D错误。 故选AC。 7．如图，水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后（   ） A．弹簧恢复至自然长度 B．活塞两侧气体质量相等 C．与初始时相比，汽缸内气体的内能增加 D．与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少 【答案】ACD 【详解】A．初始状态活塞受到左侧气体向右的压力和弹簧向左的弹力处于平衡状态，弹簧处于压缩状态。因活塞密封不严，可知左侧气体向右侧真空漏出。左侧气体压强变小，右侧出现气体，对活塞有向左的压力，最终左、右两侧气体压强相等，且弹簧恢复原长，故A正确； B．由题知活塞初始时静止在汽缸正中间，但由于活塞向左移动，左侧气体体积小于右侧气体体积，则左侧气体质量小于右侧气体质量，故B错误； C．密闭的气缸绝热，与外界没有能量交换，但弹簧弹性势能减少了，可知气体内能增加，故C正确； D．初始时气体在左侧，最终气体充满整个气缸，则初始左侧单位体积内气体分子数应该是最终左侧的两倍，故D正确。 故选ACD。 8．一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如图上从a到b的线段所示。在此过程中（　　） A．气体一直对外做功 B．气体的内能一直增加 C．气体一直从外界吸热 D．气体吸收的热量等于其对外做的功 E．气体吸收的热量等于其内能的增加量 【答案】BCE 【详解】A．因从a到b的p—T图像过原点，由可知从a到b气体的体积不变，则从a到b气体不对外做功，选项A错误； B．因从a到b气体温度升高，可知气体内能增加，选项B正确； CDE．因W=0，∆U>0，根据热力学第一定律 ∆U=W+Q 可知，气体一直从外界吸热，且气体吸收的热量等于内能增加量，选项CE正确，D错误。 故选BCE。 三、解答题 9．某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积、质量的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度、活塞与容器底的距离的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了。取大气压，求气体。 （1）在状态B的温度； （2）在状态C的压强； （3）由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。 【答案】（1）330K；（2）；（3） 【详解】（1）根据题意可知，气体由状态A变化到状态B的过程中，封闭气体的压强不变，则有 解得 （2）从状态A到状态B的过程中，活塞缓慢上升，则 解得 根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，气体的体积不变，则有 解得 （3）根据题意可知，从状态A到状态C的过程中气体对外做功为 由热力学第一定律有 解得 10．如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为，C为已知常数，大气压强恒为，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求 （1）再次平衡时容器内气体的温度。 （2）此过程中容器内气体吸收的热量。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）气体进行等压变化，则由盖吕萨克定律得 即 解得 （2）此过程中气体内能增加 气体对外做功大小为 由热力学第一定律可得此过程中容器内气体吸收的热量 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第3.1课 热力学第一定律 ID： 一、单选题 1．一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变。在上浮过程中气泡内气体（   ） A．内能变大 B．压强变大 C．体积不变 D．从水中吸热 2．已知理想气体的内能与温度成正比．如图所示的实线为汽缸内一定质量的理想气体由状态1到状态2的变化曲线，则在整个过程中汽缸内气体的内能 A．先增大后减小 B．先减小后增大 C．单调变化 D．保持不变 3．如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是（　　） A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量 B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高 D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 4．如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体（　　）      A．对外做功 B．内能减小 C．吸收热量 D．压强不变 5．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体，气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如图所示，设气体在状态b和状态c的压强分别为和，在过程ab和ac中吸收的热量分别为和，则（　　） A．， B．， C．， D．， 二、多选题 6．采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率。将涡轮增压简化为以下两个过程，一定质量的理想气体首先经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度，则（    ） A．绝热过程中，气体分子平均动能增加 B．绝热过程中，外界对气体做负功 C．等压过程中，外界对气体做正功 D．等压过程中，气体内能不变 7．如图，水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后（   ） A．弹簧恢复至自然长度 B．活塞两侧气体质量相等 C．与初始时相比，汽缸内气体的内能增加 D．与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少 8．一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如图上从a到b的线段所示。在此过程中（　　） A．气体一直对外做功 B．气体的内能一直增加 C．气体一直从外界吸热 D．气体吸收的热量等于其对外做的功 E．气体吸收的热量等于其内能的增加量 三、解答题 9．某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积、质量的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度、活塞与容器底的距离的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了。取大气压，求气体。 （1）在状态B的温度； （2）在状态C的压强； （3）由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。 10．如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为，C为已知常数，大气压强恒为，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求 （1）再次平衡时容器内气体的温度。 （2）此过程中容器内气体吸收的热量。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$