3.2 热力学第一定律 同步练-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

3.2　热力学第一定律 一、单选题 1.右图是装有一定质量的理想气体的密闭的汽缸,外力推动活塞P压缩气体,对缸内气体做功800 J,同时气体向外界放热200 J,缸内气体的(　　) A.温度升高,内能增加600 J B.温度升高,内能减少200 J C.温度降低,内能增加600 J D.温度降低,内能减少200 J 2.一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如图所示。在此过程中下列说法正确的是(　　) A.气体温度一直降低 B.气体内能一直减小 C.气体一直从外界吸热 D.气体一直向外界放热 3.一定质量的理想气体从状态a开始,经历两个过程a→b、b→c,其p-T图像如图所示,下列判断正确的是(　　) A.a→b过程吸收热量 B.b→c过程放出热量 C.a→b过程放出的热量等于内能的减少量 D.a和b两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同 4.气体膨胀对外做功100 J,同时从外界吸收了120 J的热量,它的内能的变化是(　　) A.减小20 J B.增大20 J C.减小220 J D.增大220 J 5.一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,其体积V随热力学温度T变化的图像如图所示,此过程中该系统(　　) A.对外界做正功 B.压强保持不变 C.向外界放热 D.内能减少 6.如图所示,内壁光滑的汽缸竖直吊在天花板上,开口向下,用活塞封闭着一定质量的理想气体。开始时封闭气体的热力学温度为T0,活塞到汽缸底部的距离为l。已知外界大气压强为p0,重力加速度为g,活塞的半径为、质量为。由于外界气温较低,封闭气体的温度缓慢下降,封闭气体在温度下降至的过程中,对外界放出的热量为Q,这一过程中封闭气体的内能减少量为(　　) A.πp0l3-Q B.Q-πp0l3 C.Q+πp0l3 D.Q-πp0l3 7.一定质量的理想气体从状态A开始,经历两个状态变化过程,先后到达状态B和C,其V-T图像如图所示。下列说法正确的是(　　) A.A→B的过程中,气体内能增加 B.B→C的过程中,气体吸收热量 C.A→B的过程中,气体压强变大 D.B→C的过程中,气体压强减小 8.骑自行车既是安全、绿色的出行方式之一,又是比较不错的有氧运动。山地自行车安装了气压式减震装置来抵抗颠簸从而受到不少人的喜爱,其原理如图所示。如果路面不平,随着骑行时自行车的颠簸,活塞上下振动,下列说法正确的是(　　) A.活塞迅速下压时汽缸内的气体对外界做负功 B.活塞迅速下压时汽缸内的气体温度可能减小 C.活塞迅速下压时汽缸内的气体的压强变小 D.活塞迅速下压时汽缸内的气体的内能减小 二、多选题 9.如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体,下列说法正确的是(　　) A.过程①中气体的压强逐渐减小 B.过程②中气体对外界做正功 C.过程④中气体从外界吸收了热量 D.状态c、d的内能相等 10.如图所示,活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中,活塞上堆放细沙,活塞处于静止状态,现逐渐取走细沙,使活塞缓慢上升,直到细沙全部取走。若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略,则在此过程中(　　) A.气体对外做功,气体温度可能不变 B.气体对外做功,内能一定减少 C.气体压强减小,内能可能不变 D.气体从外界吸热,内能一定增加 11.如图所示,一定质量的理想气体,从状态A经绝热过程A→B,等容过程B→C,等温过程C→A,又回到了状态A,则(　　) A.A→B过程中气体降温 B.B→C过程中气体吸热 C.C→A过程中气体放热 D.整个过程中气体做功为零 三、非选择题 12.如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历状态b到达状态c,已知一定质量的理想气体的内能与温度满足U=kT(k为常数),该气体在状态a时温度为T0,求: (1)气体在状态c时的温度; (2)气体从状态a到达状态c过程中从外界吸收的热量。 13.单级水火箭可以简化为如图甲所示的下方开口的容器。容器中气体体积V=3 L,压强p0=1×105 Pa,下方水的深度h=50 cm。单向气阀(不计质量)是一个只能朝一个方向通入气体的装置,它外部为橡胶材质,将其紧紧塞在容器口位置可将水堵住还能向容器内进行充气。单向气阀与容器口摩擦力的最大值Ff=91.5 N。现用打气筒通过单向气阀向容器内一次次地充入压强p0=1×105 Pa,V1=300 mL的气体。当容器内的气体压强到达一定值时单向气阀和容器中的水被一起喷出,水火箭可以获得一定的速度发射。已知重力加速度g取10 m/s2,容器口的横截面积S=3×10-4 m2,水的密度ρ=1×103 kg/m3。假设容器中的气体为理想气体,充气和喷水时忽略温度的变化。 (1)求水火箭刚好喷水时容器内气体压强p。 (2)求水火箭刚好喷水时的充气次数。 (3)水火箭喷水过程中,容器内气体的p-V图像如图乙所示,试估算容器内气体从状态a到状态b从外部吸收的热量。 14.(2024·辽宁卷)如图,理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=5∶1,原线圈接在电压峰值为Um的正弦交流电源上,副线圈的回路中接有阻值为R的电热丝,电热丝密封在绝热容器内,容器内封闭有一定质量的理想气体。接通电路开始加热,加热前气体温度为T0。 (1)求变压器的输出功率P。 (2)已知该容器内的气体吸收的热量Q与其温度变化量ΔT成正比,即Q=CΔT,其中C已知。若电热丝产生的热量全部被气体吸收,要使容器内的气体压强达到加热前的2倍,求电热丝的通电时间t。 标准答案 一、单选题 1.答案:A 解析:根据热力学第一定律,气体内能增量ΔU=W+Q=800 J-200 J=600 J,对于一定质量的理想气体,内能增加温度必然升高,故选项A正确。 2.答案:C 解析:由题图知气体的pV值一直增大,由=C知气体的温度一直升高,选项A错误;一定量的理想气体内能只跟温度有关,温度一直升高,气体的内能一直增加,选项B 错误;气体的体积增大,则气体一直对外做功,气体的内能一直增加,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知气体一直从外界吸热,选项C正确,D错误。 3.答案:D 解析:a→b是等压过程,由=C(C为常数)知由a到b,温度T降低,内能减小,ΔU<0,体积V减小,外界对气体做功,W>0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q知Q<0,放热,且放出的热量大于内能的减少量,故选项A、C错误;b→c是等容过程,由=C(C为常数)知由b到c,温度T升高,内能增加,ΔU>0,体积V不变,W=0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q知Q>0,吸热,故选项B错误;由a到b,温度T降低,a、b状态气体的分子平均动能不同,而压强相同,所以容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同,故选项D正确。 4.答案:B 解析:由热力学第一定律得ΔU=W+Q=-100 J+120 J=20 J,则气体内能增大了20 J,故选项B正确。 5.答案:A 解析:一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,体积增大,理想气体对外界做正功,选项A正确;由题图可知V=V0+kT,根据理想气体的状态方程有=C,联立有p=,可看出T增大,p增大,选项B错误;一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,温度升高,内能增大,选项D错误;一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,由选项A、D可知,理想气体对外界做正功且内能增大,则根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量,选项C错误。 6.答案:B 解析:对活塞有p0π=mg+pπ 由题意知 m= 解得封闭气体的压强为p= 又 得活塞上升的距离h=l-l'= 外界对封闭气体做的功W=pπh=πp0l3 由热力学第一定律得封闭气体内能的减少量为Q-πp0l3。故选项B正确。 7.答案:C 解析:A→B的过程中,气体温度不变,内能不变,气体做等温变化,由p1V1=p2V2可知,气体体积减小时,压强增大,选项A错误,C正确。B→C的过程中,气体体积减小,外界对气体做功,温度降低,内能减少,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体放热,由题图及=C可知,气体做等压变化,选项B、D错误。 8.答案:A 解析:当活塞迅速下压时外界对气体做功(汽缸内的气体对外界做负功),且来不及热交换,根据热力学第一定律,气体的内能增大,温度升高,汽缸内的气体分子平均动能增大,气体的体积减小,则气体压强增大,选项A正确,B、C、D错误。 二、多选题 9.答案:BD 解析:过程①中,气体由a到b,体积不变,温度升高,则由查理定律知压强增大,选项A错误;过程②中,气体由b到c,体积变大,对外界做正功,选项B正确;过程④中,气体由d到e,温度降低,内能ΔU减小,体积不变,气体不做功,根据热力学第一定律ΔU=Q+W得Q<0,即气体放出热量,选项C错误;状态c、d温度相同,所以内能相等,选项D正确。 10.答案:AC 解析:由于汽缸导热,则可与外界进行热交换。细沙减少时,气体膨胀对外做功,压强减小,可能与外界进行热交换吸热使内能不变,即温度不变,选项A、C正确,B、D错误。 11.答案:ABC 解析:A→B过程中气体绝热膨胀,气体对外界做功,其对应的内能必定减小,即气体温度降低,选项A正确;B→C过程中气体等容升压,由=C可知,气体温度升高,其对应内能增加,因气体做的功W=0,故该过程必定从外界吸热,选项B正确;C→A过 程中气体等温压缩,故内能变化为零,但外界对气体做功,因此该过程中气体放热,选项C正确;A→B过程中气体对外做功,其数值等于AB线与横轴包围的面积,B→C过程中气体不做功,C→A过程中外界对气体做功,其数值等于CA线与横轴包围的面积,显然全过程外界对气体做的功为ABC封闭曲线包围的面积,选项D错误。 三、非选择题 12.解:(1)由理想气体状态方程 代入数据可得 Tc=9T0。 (2)设气体从状态a到状态c过程中,外界对气体做功为W,气体吸热为Q 依题意可知Ua=kT0,Uc=9kT0 由热力学第一定律,有ΔU=Uc-Ua=Q+W 其中外界对气体做功W=-3p0(Vc-Vb) 联立可得Q=8kT0+6p0V0。 13.解:1)对单向气阀受力分析,根据平衡条件有p0S+Ff=ρghS+pS,h=50 cm=0.5 m 解得p=p0+-ρgh 代入数据得p=4×105 Pa。 (2)气体做等温变化,根据玻意耳定律有p0V+Np0V1=pV 解得充气次数N=30。 (3)由p-V图像可知,外界对气体做功W=-223×4 J=-892 J 由热力学第一定律ΔU=W+Q=0可得 气体吸收热量Q=892 J。 14.解:(1)由理想变压器电压关系知, 正弦交流电压的有效值U1= 变压器的输出功率P=。 (2)设加热前容器内气体的压强为p0,则加热后气体的压强为2p0,容器的体积不变,则有 由Q=CΔT知,气体吸收的热量 Q=C(2T0-T0)=CT0 根据热力学第一定律得 ΔU=W+Q 气体体积不变,所以W=0,容器是绝热容器,则 ΔU=Q=CT0=Pt 解得t=。 学科网（北京）股份有限公司 $