人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律2 热力学第一定律同步达标检测题

2.热力学第一定律

A级 必备知识基础练

1.(2022甘肃舟曲第一中学高二期末)一定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8×104 J的功,气体的内能减少了1.2×105 J,则下列各式正确的是(　　)

A.W=8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=4×104 J

B.W=8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-2×105 J

C.W=-8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=2×105 J

D.W=-8×104 J,ΔU=-1.2×105,Q=-4×104 J

2.如图所示,给旱区送水的消防车停于水平地面。在缓慢放水过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间势能,则胎内气体(　　)

A.从外界吸热　　　　 B.对外界做负功

C.分子平均动能减小 D.内能增加

3.如图所示,一个内壁光滑、导热良好的汽缸悬挂在天花板上,轻质活塞上方封闭着理想气体,外界环境温度不变,若用向下的力F缓慢将活塞向下拉动一小段距离,则(　　)

A.缸内气体的温度可能降低

B.缸内气体分子的平均动能会减小

C.缸内气体会吸热

D.若拉力F对活塞做的功为W,则缸内气体的内能减少了W

4.(2022山东菏泽一模)一个充气气球用绳子系着一块石头正在湖水中缓慢下沉,越往下水温越低,气球导热良好,则气球内气体(　　)

A.内能增加

B.对外界做正功

C.减少的内能小于放出的热量

D.减少的内能大于放出的热量

5.(2022广东江门一模)水枪是孩子们喜爱的玩具,常见的气压式水枪储水罐的示意图如图所示。从储水罐充气口充入气体,达到一定压强后,关闭充气口,将阀门M打开,水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中,罐内气体温度始终保持不变,则气体的内能　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”),要　　　　(选填“对外界放热”或“从外界吸热”)。 

6.绝热汽缸倒扣在水平地面上(汽缸顶部侧壁有一小口),缸内装有一电热丝,缸内有一光滑的绝热活塞,封闭一定质量的理想气体,活塞下吊着一重力为G的重物,活塞重力为G0,活塞的截面积为S,开始时封闭气柱的高为h,气体的温度为T1,大气压强为p0。现给电热丝缓慢加热,若气体吸收热量Q时,活塞下降了h,问:

(1)气体的温度升高多少?

(2)气体的内能增加多少?

B级 关键能力提升练

7.(多选)(2022甘肃舟曲第一中学高二期末)如图所示,一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-V图像中从a到b的线段所示。在此过程中(　　)

A.气体内能一直增加

B.气体温度一直降低

C.外界一直对气体做功

D.气体一直从外界吸热

8.一定质量的理想气体由状态a经状态b、c到状态d,其体积V与热力学温度T关系如图所示,O、a、d三点在同一直线上,ab和cd平行于横轴,bc平行于纵轴,则下列说法正确的是(　　)

A.从状态a到状态b,气体放热

B.从状态a到状态b,每个气体分子的动能都增大

C.从状态b到状态c,气体对外做功,内能减小

D.从状态a到状态d,气体内能增加

9.(2022宁夏石嘴山第三中学高二期末)一定质量的理想气体p-V变化图像如图所示,气体从1→2→3的过程对外做的功为W1,从外界吸收的热量为Q1,气体内能的变化量为ΔU1;气体从1→4→3的过程对外做的功为W2,从外界吸收的热量为Q2,气体内能的变化量为ΔU2,则它们之间的关系正确的是(　　)

A.W1<W2,Q1<Q2,ΔU1>ΔU2

B.W1<W2,Q1>Q2,ΔU1<ΔU2

C.W1>W2,Q1>Q2,ΔU1=ΔU2

D.W1>W2,Q1<Q2,ΔU1=ΔU2

10.(2022黑龙江哈九中二模)如图所示,封闭有一定质量理想气体的内壁光滑的导热汽缸固定在水平桌面上,且开口向右放置;缸内有一横截面积为0.01 m2的活塞,其到汽缸底部的距离为10 cm;活塞通过轻绳连接了一个质量为1 kg的小物体,轻绳跨在定滑轮上,滑轮左侧细绳水平,右侧连接小物体的细绳竖直,轻绳恰好处于伸直状态。开始时汽缸内、外压强相同,且均为1.01×105 Pa,汽缸内气体温度为101 K,不计一切摩擦,g取10 m/s2,现缓慢降低汽缸内气体的温度。

 (1)求小物体刚离开地面时缸内气体的温度。

(2)从开始降低温度到活塞移动至距汽缸底部6 cm时,缸内气体共放出热量10 J,求此过程中缸内气体内能的变化量(活塞移动过程中汽缸不漏气)。

2.热力学第一定律

1.B　外界对气体做了8×104 J的功,则W=8×104 J,气体内能减少了1.2×105 J,则ΔU=-1.2×105 J,由热力学第一定律ΔU=W+Q可得Q=-2×105 J,故B正确,A、C、D错误。

2.A　缓慢放水过程中,胎内气体压强减小,气体膨胀对外界做正功,选项B错误;胎内气体温度不变,故分子平均动能不变,选项C错误;由于不计分子间势能,气体内能只与温度有关,温度不变,内能不变,选项D错误;ΔU=W+Q,ΔU=0,W<0,故Q>0,气体从外界吸热,选项A正确。

3.C　缓慢向下拉动活塞,缸内气体对外做功,温度会降低,但由于导热良好的汽缸会吸热,最终温度与外界相同,分子平均动能不变,气体内能不变,故A、B错误,C正确;根据以上分析结合热力学第一定律知,若拉力F对活塞做的功为W,则缸内气体吸热,内能不变,故D错误。

4.C　充气气球用绳子系着一块石头正在湖水中缓慢下沉,越往下水温越低,内能降低,A错误;充气气球用绳子系着一块石头在下沉的过程中,水温越来越低,压强逐渐增大,根据理想气体状态方程=C,气球体积减小,对外界做负功,B错误;气球下沉时,气球内气体内能减小,外界对气球做功,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,由于外界对气球做功,因此放出的热量大于减小的内能,C正确,D错误。

5.答案 不变　从外界吸热

解析 气体温度不变,则气体的内能不变;气体体积增大,则气体对外做功,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知气体从外界吸热。

6.答案 (1)T1　(2)Q-(p0S-G-G0)h

解析 (1)活塞下降的过程,气体发生的是等压膨胀

则

即,求得T2=2T1

气体的温度升高了ΔT=T2-T1=T1。

(2)汽缸内气体的压强为p=p0-

活塞向下运动的过程中,对外做功

W=pSh=p0Sh-(G+G0)h

根据热力学第一定律可知,气体的内能增加量为ΔU=Q-W=Q+(G+G0)h-p0Sh=Q-(p0S-G-G0)h。

7.AD　由图可知气体的P、V一直增加,由理想气体状态方程=C知,气体温度一直增加,故A正确;一定量的理想气体内能只与温度有关,温度一直增加,气体的内能一直增加,故B错误;体积增大,气体一直对外做功,即外界一直对气体做负功,气体内能一直增加,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知气体一直从外界吸热,故D正确,C错误。

8.D　气体从状态a到状态b体积不变,发生的是等容变化,气体不做功W=0,温度升高,内能增加ΔU>0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q>0,气体吸收热量,故A错误;气体从状态a到状态b,温度升高,分子平均动能增大,但不是每个气体分子的动能都会增大,故B错误;由状态b变到状态c的过程中,温度不变,内能不变,ΔU=0,故C错误;从状态a到状态d温度升高,故气体内能增加,故D正确。

9.C　初态和末态温度相同,因此两个热力学过程内能变化相同;在p-V图像中,图线与横轴所围面积表示气体对外界做功的多少,故W1>W2,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可得Q1>Q2,C正确。

10.答案 (1)100 K　(2)30 J

解析 (1)当重物刚离开地面时,地面对重物的支持力为零,设此时绳的拉力为F,活塞受力平衡p0S=p2S+F

小物体受力平衡F=mg

解得p2=1×105 Pa

汽缸内气体等容变化,根据查理定律

其中p1=p0

T1=101 K

解得T2=100 K。

(2)气体温度从101 K降温至100 K过程中,外界对气体做功W1=0

继续降温,活塞向左移动过程中,外界对气体做功W2=p2S(h1-h2)

解得W2=40 J

根据热力学第一定律ΔU=W+Q

其中Q=-10 J

解得ΔU=30 J。