浙江專版2024-2025學(xué)年新教材高中物理第3章熱力學(xué)定律2熱力學(xué)第一定律訓(xùn)練提升新人教版選擇性必修第三冊

2熱力學(xué)第肯定律課后·訓(xùn)練提升基礎(chǔ)鞏固一、選擇題Ⅰ(每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的)1.下圖是裝有肯定質(zhì)量的志向氣體的密閉的汽缸,外力推動活塞P壓縮氣體,對缸內(nèi)氣體做功800J,同時氣體向外界放熱200J,缸內(nèi)氣體的()A.溫度上升,內(nèi)能增加600JB.溫度上升,內(nèi)能削減200JC.溫度降低,內(nèi)能增加600JD.溫度降低,內(nèi)能削減200J答案:A解析:依據(jù)熱力學(xué)第肯定律,氣體內(nèi)能增量ΔU=W+Q=800J-200J=600J,對于肯定質(zhì)量的志向氣體,內(nèi)能增加溫度必定上升,故選項A正確。2.如圖所示,肯定量的志向氣體從狀態(tài)a改變到狀態(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.氣體溫度始終降低B.氣體內(nèi)能始終減小C.氣體始終從外界吸熱D.氣體始終向外界放熱答案:C解析:由題圖知?dú)怏w的pV值始終增大,由pVT=C知?dú)怏w的溫度始終上升,選項A錯誤;肯定量的志向氣體內(nèi)能只跟溫度有關(guān),溫度始終上升,氣體的內(nèi)能始終增加,選項B錯誤;氣體的體積增大,則氣體始終對外做功,氣體的內(nèi)能始終增加,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU=W+Q3.下圖為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖,M、N兩筒間密閉了肯定質(zhì)量的氣體,M可沿N的內(nèi)壁上下滑動,設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換,在M向下滑動的過程中()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)能削減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)能削減答案:A解析:M筒向下滑動的過程中壓縮氣體,對氣體做功,又由于氣體不與外界發(fā)生熱交換,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知?dú)怏w的內(nèi)能增加,選項A正確。4.水槍是孩子們寵愛的玩具,常見的氣壓式水槍儲水罐示意如圖。從儲水罐充氣口充入氣體,達(dá)到肯定壓強(qiáng)后,關(guān)閉充氣口?？蹌影鈾C(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.分子平均動能變大答案:B解析:探討儲水罐內(nèi)封閉的氣體,在溫度不變時,pV=C,C為常數(shù),氣體體積變大,壓強(qiáng)變小,選項A錯誤;氣體體積變大,對外做功,選項B正確;溫度不變,內(nèi)能不變,ΔU=0,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律,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C錯誤;溫度是分子平均動能的標(biāo)記,溫度不變,平均動能不變,選項D錯誤。二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的)5.如圖所示,一開口向上的導(dǎo)熱汽缸內(nèi),用活塞封閉了肯定質(zhì)量的志向氣體,活塞與汽缸壁間無摩擦。現(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)漸漸增大,氣體放出熱量D.氣體體積漸漸減小,氣體汲取熱量答案:BC解析:肯定質(zhì)量的志向氣體內(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;依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU=W+Q可知,外界對氣體做功,氣體要放出熱量;依據(jù)志向氣體的狀態(tài)方程pVT=C6.如圖所示,A、B兩點表示肯定質(zhì)量的某種志向氣體的兩個狀態(tài),當(dāng)氣體從狀態(tài)A改變到狀態(tài)B時()A.體積必定變大B.有可能經(jīng)過體積減小的過程C.外界必定對氣體做正功D.氣體必定從外界吸熱答案:ABD解析:連接OA、OB,得到兩條等容線,依據(jù)p=CVT,故有VB>VA,即氣體從狀態(tài)A改變到狀態(tài)B時體積變大,選項A正確。由于沒有限制自狀態(tài)A改變到狀態(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三、非選擇題7.如圖所示,肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)a起先,經(jīng)驗狀態(tài)b到達(dá)狀態(tài)c,已知肯定質(zhì)量的志向氣體的內(nèi)能與溫度滿意U=kT(k為常數(shù)),該氣體在狀態(tài)a時溫度為T0,求:(1)氣體在狀態(tài)c時的溫度;(2)氣體從狀態(tài)a到達(dá)狀態(tài)c過程中從外界汲取的熱量。答案:(1)9T0(2)8kT0+6p0V0解析:(1)由志向氣體狀態(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)第肯定律,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。實力提升一、選擇題Ⅰ(每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的)1.氣體膨脹對外做功100J,同時從外界汲取了120J的熱量,它的內(nèi)能的改變是()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)第肯定律得ΔU=W+Q=-100J+120J=20J,則氣體內(nèi)能增加了20J,故選項B正確。2.右圖為某同學(xué)設(shè)計的一個簡易溫度計,一根透亮吸管插入導(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,視察到油柱緩慢上升,下列說法正確的是()A.氣體對外做的功大于汲取的熱量B.氣體對外做的功等于汲取的熱量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:氣體溫度上升,內(nèi)能變大,依據(jù)ΔU=Q+W可知,氣體對外做的功小于汲取的熱量,選項A、B錯誤;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C錯誤,D正確。3.如圖所示,A、B是兩個完全相同的球,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)溫度略微上升時,球的體積會明顯變大,假如起先時水和水銀的溫度相同,且兩液體溫度同時緩慢上升同一值,兩球膨脹后,體積相等,則()A.A球汲取的熱量較多B.B球汲取的熱量較多C.兩球汲取的熱量一樣多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)兩液體溫度同時緩緩地上升同一值,兩者的末溫相同,所以內(nèi)能改變相同,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU=Q+W,汲取的熱量除了使內(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球汲取的熱量較多,故選項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,用活塞封閉著肯定質(zhì)量的志向氣體。起先時封閉氣體的熱力學(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πp0l240gA.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)第肯定律得封閉氣體內(nèi)能的削減量為Q-9200πp0l3二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的)5.肯定質(zhì)量的志向氣體在某一過程中,從外界汲取熱量2×104J,氣體對外界做功1.0×104J,則該志向氣體的()A.密度增大 B.內(nèi)能變大C.分子的平均動能變小 D.溫度上升答案:BD解析:氣體對外界做功,則體積變大,密度減小,選項A錯誤;氣體汲取的熱量大于氣體對外做功,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律,則氣體內(nèi)能變大,溫度上升,分子的平均動能變大,選項C錯誤,B、D正確。6.肯定質(zhì)量的志向氣體,由初始狀態(tài)A起先,狀態(tài)改變按圖中的箭頭所示方向進(jìn)行,最終又回到初始狀態(tài)A。對于這個循環(huán)過程,下列說法正確的是()A.由A→B,氣體的分子平均動能增大,汲取熱量B.由B→C,氣體的分子數(shù)密度增大,內(nèi)能減小,汲取熱量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,則溫度上升,氣體的分子平均動能增大,氣體的內(nèi)能增加,ΔU>0,體積變大,對外做功,W<0,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知Q>0,氣體汲取熱量,選項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,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知Q<0,氣體放出熱量,選項B錯誤。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,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知Q<0,即氣體放出熱量,選項C正確。經(jīng)過一個循環(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,則整個過程中氣體對外做功大于外界對氣體做功,整個過程中氣體對外界做功,選項D錯誤。三、非選擇題7.如圖所示,絕熱汽缸內(nèi)封有肯定質(zhì)量的志向氣體,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,缸內(nèi)氣體的溫度為27℃,活塞位于汽缸正中,整個裝置都靜止。在汽缸內(nèi)部有一個阻值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汲取,求:(1)活塞恰好靜止在汽缸缸口AB處時,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處的過程中志向氣體的內(nèi)能改變量。答案:(1)327℃(2)180J解析:(1)由題意可知,氣體的體積增大為2倍