第3章 专题强化练6 热力学第一定律与气体实验定律综合（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（鲁科版）

专题强化练6　热力学第一定律与气体实验定律综合 1.(2024辽宁一模)某校物理学科周活动中,出现了不少新颖灵巧的作品。如图1所示为某班同学制作的《液压工程类作业升降机模型》,通过针筒管活塞的伸缩推动针筒内的水,进而推动支撑架的展开与折叠,完成货物平台的升降。在某次实验中,针筒连接管的水中封闭了一段空气柱(空气可视为理想气体),该同学先缓慢推动注射器活塞将针筒内气体进行压缩,若压缩气体过程中针筒内气体温度不变,装置不漏气,则下列说法中正确的是 (　　) 图1　　　　　　　　　　图2　　 A.针筒内气体压强减小 B.针筒内气体吸热 C.单位时间撞击单位面积针筒内壁的气体分子数减少 D.用国际单位制单位表示的状态参量在p-图中图线可能如图2中a→b 2.(多选题)(2023辽宁协作校一模)已知某轿车四个轮胎为同一种型号的轮胎,汽车刚启动时四个轮胎的压强都为2.0 atm(标准大气压),环境温度为27℃。汽车行驶一段时间后,胎压检测系统显示其中三个轮胎压强为2.4 atm,一个轮胎的压强仍为2.0 atm(漏气)。四个轮胎此时温度相等,假设轮胎体积均不变,密闭气体可视为理想气体,则 (　　) A.轮胎此时的温度为360 K B.轮胎此时的温度为360 ℃ C.漏气轮胎内气体吸收的热量等于内能的增加量 D.完好轮胎内气体吸收的热量等于内能的增加量 3.(多选题)(2024福建泉州二模)图示为某种减震垫,上面布满了圆柱状薄膜气泡,每个气泡内均充满一定质量的理想气体。当平板状物品平放在气泡上时,气泡被压缩。假设在压缩过程中,气泡内气体温度保持不变。下列说法正确的是 (　　) A.压缩后气泡内气体的压强变大 B.压缩过程气泡内气体对外做正功 C.压缩过程气泡内气体吸收热量 D.压缩过程气泡内气体的内能不变 4.(多选题)(2023广东江门培英高中月考)一定质量的理想气体,从状态A经状态B和状态C后又回到状态A的变化过程中的p-V图线如图所示,则下列说法中正确的是 (　　) A.从状态A到状态B,气体的内能增大 B.从状态B到状态C,气体从外界吸热 C.从状态C到状态A,气体分子运动的平均速率先变小后变大 D.气体按图示过程循环一次, 状态B时气体的内能最大 E.气体按图示过程循环一次,从外界吸收的热量全部用于对外做功 5.(2023山东聊城一中期中)在四冲程内燃机的奥托循环中,一定质量的理想气体经历两个绝热和两个等容的循环过程,从状态a依次经过状态b、c和d后再回到状态a,其p-V图像如图所示。下列说法正确的是 (　　) A.气体在状态a时的内能等于状态b时的内能 B.气体分子的平均动能Eka=Ekb<Ekc=Ekd C.在由状态c到d的过程中,单位时间内气体分子对内燃机壁单位面积的碰撞次数一定减小 D.在由状态a经b到c的过程中气体吸收的热量小于由状态c经d到a过程中气体放出的热量 6.(2024山东青岛期末)如图,为了研究某种导热性能良好的新型材料对温度和压强的耐受性,用该种材料制成高度为60 cm的气缸进行试验。现在用轻活塞在气缸内封闭一定质量的某种理想气体,气缸处于温度为零下53 ℃、外界大气压为p0=1×105 Pa的环境下,此时活塞距离气缸底部L1=44 cm,气缸内气体内能为U1=1 100 J。现将此气缸移至温度为127 ℃、外界大气压强为p1=1.2×105 Pa的高温环境下,并在活塞上方放置一铅块,待气体温度升高活塞稳定后,活塞与气缸底部的距离L2=50 cm,该升温过程气体对活塞做功80 J。已知气缸内壁光滑,活塞的横截面积S=100 cm2,重力加速度g=10 m/s2。求: (1)活塞上方放置铅块的质量; (2)已知一定质量的理想气体的内能与热力学温度成正比:U=kT。求升温过程中气体通过缸壁传递的热量。 7.(2023浙江温州二模)如图甲为汽车中使用的氮气减振器,气缸中充入氮气后,能有效减少车轮遇到冲击时产生的高频振动。它的结构简图如图乙所示,气缸活塞截面积S=40 cm2,活塞及支架质量m=1 kg,气缸缸体导热性良好。现为了测量减震器的性能参数,将减震器竖直放置,充入氮气后密闭,活塞被卡环卡住,缸体内氮气处于气柱长度L=20 cm、压强pA=4.0×105 Pa的状态A,此时弹簧恰好处于原长。现用外力F向下压活塞,使其缓慢下降h=4 cm,气体达到状态B。从状态A到B过程气体放出热量Q=71.4 J。气缸内的氮气可视为理想气体,不计摩擦和外界温度变化,大气压强取p0=1.0×105 Pa,弹簧劲度系数k=1.0×104 N/m,重力加速度g=10 m/s2。求: (1)状态B气体的压强pB; (2)气体处于状态B时外力大小F; (3)状态A到B过程外界对气体做的功W。 甲 乙 答案与分层梯度式解析 专题强化练6　热力学第一定律与气体实验 定律综合 1.D　压缩气体过程中针筒内气体温度不变,空气柱体积变小,则压强变大,单位时间撞击单位面积针筒内壁的气体分子数增多,故A、C错误;压缩气体过程中针筒内气体温度不变,则气体内能不变,即ΔU=0,压缩过程中,气体体积变小,外界对气体做功,即W>0,则根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q<0,即针筒内气体放热,故B错误;由于压缩气体过程中针筒内气体温度不变,空气柱体积变小,压强变大,根据理想气体状态方程=C,整理可得p=TC·,可知用国际单位制单位表示的状态参量在p-图中图线可能如题图2中a→b,故D正确。 2.AD　对三个完好轮胎之一,由查理定律可得=,其中T1=300 K,代入数据解得T2=360 K,A正确,B错误;完好轮胎体积不变,外界没有对气体做功,即W=0,由于温度升高,内能增大,由热力学第一定律可得ΔU=Q,故气体吸收的热量等于内能的增加量,D正确;假设漏气轮胎漏出的气体没有散开,发生等压膨胀,气体对外做功,即W<0,温度升高,内能增大,由热力学第一定律可知,气体吸收的热量大于内能的增加量,C错误。 3.AD　由题意知,压缩过程中气泡内气体温度保持不变,体积变小,由理想气体状态方程=C可知气泡内气体的压强变大,故A正确;压缩过程中气泡内气体对外做负功,故B错误;压缩过程中气泡内气体温度保持不变,则ΔU=0,体积变小,则W>0,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知Q<0,即压缩过程中气泡内气体放出热量,故C错误,D正确。故选A、D。 4.ADE　由状态A到状态B的过程中,气体的体积增大,压强不变,根据盖—吕萨克定律可知温度升高,则内能增大,故A正确;由状态B到状态C的过程中,气体发生等容变化,气体不做功,压强减小,根据查理定律可知温度降低,则内能减小,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体向外界放出热量,故B错误;由状态C到状态A的过程中,p、V的乘积先增大后减小,根据理想气体状态方程可知,温度先升高后降低,故分子运动的平均速率先变大后变小,故C错误;根据题图可知,B点的p、V的乘积最大,根据理想气体状态方程可知,B点的温度最高,故B点气体的内能最大,故D正确;气体按图示过程循环一次,气体内能不变,由p-V图像中图线与V轴所围成的面积表示做功可知,由A到B再到C气体对外做功大于由C到A外界对气体做功,故整个过程气体对外做功,根据热力学第一定律可知,气体从外界吸收的热量全部用于对外做功,故E正确。 5.C　从状态a到b是绝热过程,体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律可知,气体内能增加,则气体在状态a时的内能小于状态b时的内能,故A错误;由于气体在状态a时的内能小于状态b时的内能,理想气体分子势能不计,则分子平均动能满足Eka<Ekb,故B错误;从状态c到d为绝热过程,体积增大,气体对外界做功,内能减少,分子平均动能减小,分子的数密度减小,则单位时间内气体分子对内燃机壁单位面积的碰撞次数一定减小,故C正确;设由状态a经b到c的过程中,外界对气体做的功为W1,气体吸收的热量为Q1,由状态c经d到a过程中,气体对外界做的功为W2,气体放出的热量为Q2,则由热力学第一定律可得ΔU=W1+Q1-W2-Q2=0,p-V图像中,图线与坐标轴围成的面积表示外界对气体做功的绝对值,则有W1<W2,所以Q1-Q2=W2-W1>0,则由状态a经b到c的过程中气体吸收的热量大于由状态c经d到a过程中气体放出的热量,故D错误。 6.答案　(1)40 kg　(2)980 J 解析　(1)设活塞稳定后气体压强为p2,以被封闭气体为研究对象,根据理想气体状态方程得= 解得p2=1.6×105 Pa 对活塞分析,由平衡条件得p2S=p1S+mg 解得m=40 kg。 (2)设气体在T2状态时的内能为U2,由题意得U1=kT1,U2=kT2 联立解得U2=2 000 J 气体内能的变化为ΔU=U2-U1=900 J 根据题意得W=-80 J 由热力学第一定律ΔU=W+Q解得Q=980 J。 7.答案　(1)5×105 Pa　(2)1 990 N　(3)71.4 J 解析　(1)气缸缸体导热性良好,可知从状态A到状态B,气体发生等温变化,则有pASL=pBS(L-h) 解得状态B气体的压强为pB==5×105 Pa。 (2)活塞和支架处于平衡状态,则有 F+p0S+mg=pBS+kh 代入数据解得F=1 990 N。 (3)气缸缸体导热性良好,可知从状态A到状态B,气体发生等温变化,气体内能不变,根据热力学第一定律可得ΔU=W-Q=0 解得外界对气体做的功为W=Q=71.4 J。 7 学科网（北京）股份有限公司 $