（浙江專版）新教材高中物理第3章熱力學(xué)定律2熱力學(xué)第一定律訓(xùn)練提升

2熱力學(xué)第一定律課后·訓(xùn)練提升基礎(chǔ)鞏固一、選擇題Ⅰ(每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中只有一個(gè)是符合題目要求的)1.下圖是裝有一定質(zhì)量的理想氣體的密閉的汽缸,外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體,對缸內(nèi)氣體做功800J,同時(shí)氣體向外界放熱200J,缸內(nèi)氣體的()A.溫度升高,內(nèi)能增加600JB.溫度升高,內(nèi)能減少200JC.溫度降低,內(nèi)能增加600JD.溫度降低,內(nèi)能減少200J答案:A解析:根據(jù)熱力學(xué)第一定律,氣體內(nèi)能增量ΔU=W+Q=800J-200J=600J,對于一定質(zhì)量的理想氣體,內(nèi)能增加溫度必然升高,故選項(xiàng)A正確。2.如圖所示,一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,其過程如p-V圖中從a到b的直線所示。在此過程中下列說法正確的是()A.氣體溫度一直降低B.氣體內(nèi)能一直減小C.氣體一直從外界吸熱D.氣體一直向外界放熱答案:C解析:由題圖知?dú)怏w的pV值一直增大,由pVT=C知?dú)怏w的溫度一直升高,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;一定量的理想氣體內(nèi)能只跟溫度有關(guān),溫度一直升高,氣體的內(nèi)能一直增加,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;氣體的體積增大,則氣體一直對外做功,氣體的內(nèi)能一直增加,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知?dú)怏w一直從外界吸熱,選項(xiàng)C正確,D3.下圖為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖,M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體,M可沿N的內(nèi)壁上下滑動(dòng),設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換,在M向下滑動(dòng)的過程中()A.外界對氣體做功,氣體內(nèi)能增加B.外界對氣體做功,氣體內(nèi)能減少C.氣體對外界做功,氣體內(nèi)能增加D.氣體對外界做功,氣體內(nèi)能減少答案:A解析:M筒向下滑動(dòng)的過程中壓縮氣體,對氣體做功,又由于氣體不與外界發(fā)生熱交換,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w的內(nèi)能增加,選項(xiàng)A正確。4.水槍是孩子們喜愛的玩具,常見的氣壓式水槍儲(chǔ)水罐示意如圖。從儲(chǔ)水罐充氣口充入氣體,達(dá)到一定壓強(qiáng)后,關(guān)閉充氣口?？蹌?dòng)扳機(jī)將閥門M打開,水即從槍口噴出。若在水不斷噴出的過程中,罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變,則氣體()A.壓強(qiáng)變大 B.對外界做功C.向外界放熱 D.分子平均動(dòng)能變大答案:B解析:研究儲(chǔ)水罐內(nèi)封閉的氣體,在溫度不變時(shí),pV=C,C為常數(shù),氣體體積變大,壓強(qiáng)變小,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;氣體體積變大,對外做功,選項(xiàng)B正確;溫度不變,內(nèi)能不變,ΔU=0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,ΔU=W+Q,氣體體積變大,W為負(fù)值,則Q為正值,氣體吸熱,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,溫度不變,平均動(dòng)能不變,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中至少有一個(gè)是符合題目要求的)5.如圖所示,一開口向上的導(dǎo)熱汽缸內(nèi),用活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體,活塞與汽缸壁間無摩擦?，F(xiàn)用外力作用在活塞上,使其緩慢下降。環(huán)境溫度保持不變,系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)。在活塞下降過程中,下列說法正確的是()A.外界對氣體做功,氣體內(nèi)能增加B.氣體溫度不變,氣體內(nèi)能不變C.氣體壓強(qiáng)逐漸增大,氣體放出熱量D.氣體體積逐漸減小,氣體吸收熱量答案:BC解析:一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能僅與溫度有關(guān),溫度不變則內(nèi)能不變;由于用外力作用在活塞上,使其緩慢下降過程中環(huán)境溫度保持不變,則氣體溫度不變、內(nèi)能不變;根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知,外界對氣體做功,氣體要放出熱量;根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程pVT=C可知,氣體體積減小,壓強(qiáng)增大,故選項(xiàng)B、C正確,A、D6.如圖所示,A、B兩點(diǎn)表示一定質(zhì)量的某種理想氣體的兩個(gè)狀態(tài),當(dāng)氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B時(shí)()A.體積必然變大B.有可能經(jīng)過體積減小的過程C.外界必然對氣體做正功D.氣體必然從外界吸熱答案:ABD解析:連接OA、OB,得到兩條等容線,根據(jù)p=CVT,故有VB>VA,即氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B時(shí)體積變大,選項(xiàng)A正確。由于沒有限制自狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程,所以可先從A狀態(tài)減小氣體的體積再增大氣體的體積到狀態(tài)B,選項(xiàng)B正確。因?yàn)闅怏w體積增大,所以是氣體對外界做功,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。因?yàn)闅怏w對外界做功,而氣體的溫度又升高,內(nèi)能增大,由熱力學(xué)第一定律知?dú)怏w一定從外界吸熱,選項(xiàng)D三、非選擇題7.如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷狀態(tài)b到達(dá)狀態(tài)c,已知一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能與溫度滿足U=kT(k為常數(shù)),該氣體在狀態(tài)a時(shí)溫度為T0,求:(1)氣體在狀態(tài)c時(shí)的溫度;(2)氣體從狀態(tài)a到達(dá)狀態(tài)c過程中從外界吸收的熱量。答案:(1)9T0(2)8kT0+6p0V0解析:(1)由理想氣體狀態(tài)方程p代入數(shù)據(jù)可得Tc=9T0。(2)設(shè)氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)c過程中,外界對氣體做功為W,氣體吸熱為Q依題意可知Ua=kT0,Uc=9kT0由熱力學(xué)第一定律,有ΔU=Uc-Ua=Q+W其中外界對氣體做功W=-3p0(Vc-Vb)聯(lián)立可得Q=8kT0+6p0V0。能力提升一、選擇題Ⅰ(每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中只有一個(gè)是符合題目要求的)1.氣體膨脹對外做功100J,同時(shí)從外界吸收了120J的熱量,它的內(nèi)能的變化是()A.減小20J B.增大20JC.減小220J D.增大220J答案:B解析:由熱力學(xué)第一定律得ΔU=W+Q=-100J+120J=20J,則氣體內(nèi)能增加了20J,故選項(xiàng)B正確。2.右圖為某同學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)簡易溫度計(jì),一根透明吸管插入導(dǎo)熱良好的容器,連接處密封,在吸管內(nèi)注入一小段油柱,外界大氣壓保持不變。將容器放入熱水中,觀察到油柱緩慢上升,下列說法正確的是()A.氣體對外做的功大于吸收的熱量B.氣體對外做的功等于吸收的熱量C.容器內(nèi)壁的單位面積上受到氣體分子的平均作用力增大D.容器內(nèi)壁的單位面積上受到氣體分子的平均作用力大小不變答案:D解析:氣體溫度升高,內(nèi)能變大,根據(jù)ΔU=Q+W可知,氣體對外做的功小于吸收的熱量,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;氣體的壓強(qiáng)保持不變,則容器內(nèi)壁的單位面積上受到氣體分子的平均作用力不變,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。3.如圖所示,A、B是兩個(gè)完全相同的球,分別浸沒在水和水銀的同一深度內(nèi),A、B兩球用同一材料制作,當(dāng)溫度稍微升高時(shí),球的體積會(huì)明顯變大,如果開始時(shí)水和水銀的溫度相同,且兩液體溫度同時(shí)緩慢升高同一值,兩球膨脹后,體積相等,則()A.A球吸收的熱量較多B.B球吸收的熱量較多C.兩球吸收的熱量一樣多D.無法確定答案:B解析:水和水銀的初溫相同(兩球的初溫相同),當(dāng)兩液體溫度同時(shí)緩緩地升高同一值,兩者的末溫相同,所以內(nèi)能變化相同,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,吸收的熱量除了使內(nèi)能增加相同的量外還要克服液體的壓力做功,由于水銀的密度比水的密度大,所以B球吸收的熱量較多,故選項(xiàng)B正確。4.如圖所示,內(nèi)壁光滑的汽缸豎直吊在天花板上,開口向下,用活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體。開始時(shí)封閉氣體的熱力學(xué)溫度為T0,活塞到汽缸底部的距離為l。已知外界大氣壓強(qiáng)為p,重力加速度為g,活塞的半徑為l2、質(zhì)量為πp0l240g。由于外界氣溫較低,封閉氣體的溫度緩慢下降,封閉氣體在溫度下降至4T0A.9200πp0l3-QB.Q-9200πp0lC.Q+120πp0l3D.Q-120πp0l答案:B解析:對活塞有p0πl(wèi)22=mg+p由題意知m=π解得封閉氣體的壓強(qiáng)為p=9又l得活塞上升的距離h=l-l'=l外界對封閉氣體做的功W=pπl(wèi)22h=9200πp由熱力學(xué)第一定律得封閉氣體內(nèi)能的減少量為Q-9200πp0l3。故選項(xiàng)B二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中至少有一個(gè)是符合題目要求的)5.一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中,從外界吸收熱量2×104J,氣體對外界做功1.0×104J,則該理想氣體的()A.密度增大 B.內(nèi)能變大C.分子的平均動(dòng)能變小 D.溫度升高答案:BD解析:氣體對外界做功,則體積變大,密度減小,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;氣體吸收的熱量大于氣體對外做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,則氣體內(nèi)能變大,溫度升高,分子的平均動(dòng)能變大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,B、D正確。6.一定質(zhì)量的理想氣體,由初始狀態(tài)A開始,狀態(tài)變化按圖中的箭頭所示方向進(jìn)行,最后又回到初始狀態(tài)A。對于這個(gè)循環(huán)過程,下列說法正確的是()A.由A→B,氣體的分子平均動(dòng)能增大,吸收熱量B.由B→C,氣體的分子數(shù)密度增大,內(nèi)能減小,吸收熱量C.由C→A,氣體的內(nèi)能減小,放出熱量,外界對氣體做功D.經(jīng)過一個(gè)循環(huán)過程后,氣體內(nèi)能不變,外界對氣體做功答案:AC解析:由A→B,氣體的pV乘積變大,則溫度升高,氣體的分子平均動(dòng)能增大,氣體的內(nèi)能增加,ΔU>0,體積變大,對外做功,W<0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知Q>0,氣體吸收熱量,選項(xiàng)A正確。由B→C,氣體的體積不變,則分子數(shù)密度不變,氣體的pV乘積變小,則溫度降低,內(nèi)能減小,ΔU<0,由于氣體體積不變,則W=0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知Q<0,氣體放出熱量,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。由C→A,氣體壓強(qiáng)不變,氣體的pV乘積變小,則溫度降低,氣體的內(nèi)能減小,ΔU<0,氣體體積減小,則外界對氣體做功,W>0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知Q<0,即氣體放出熱量,選項(xiàng)C正確。經(jīng)過一個(gè)循環(huán)過程后,氣體溫度不變,則內(nèi)能不變;因A→B氣體對外做功,在數(shù)值上等于四邊形ABDE的面積;在B→C氣體體積不變,則W=0;在C→A氣體體積減小,外界對氣體做功,數(shù)值上等于四邊形ACDE的面積,則整個(gè)過程中氣體對外做功大于外界對氣體做功,整個(gè)過程中氣體對外界做功,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。三、非選擇題7.如圖所示,絕熱汽缸內(nèi)封有一定質(zhì)量的理想氣體,缸體質(zhì)量m0=200kg,活塞質(zhì)量m=10kg,活塞面積為S=100cm2,l=20cm。絕熱活塞與汽缸壁無摩擦且不漏氣,此時(shí),缸內(nèi)氣體的溫度為27℃,活塞位于汽缸正中,整個(gè)裝置都靜止。在汽缸內(nèi)部有一個(gè)阻值R=3Ω的電阻絲(圖中沒畫出),電阻絲兩端的電壓U=12V。接通電源10s后斷開,活塞恰好靜止在缸口AB處。已知大氣壓恒為p0=1.0×105Pa,重力加速度g取10m/s2,若電阻絲產(chǎn)生的熱量全部被氣體吸收,求:(1)活塞恰好靜止在汽缸缸口AB處時(shí),缸內(nèi)氣體的溫度為多少攝氏度;(2)從接通電源到活塞恰好靜止在缸口AB處的過程中理想氣體的內(nèi)能變化量。答案:(1)327℃(2)180J解析:(1)由題意可知,氣體