人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律3 能量守恒定律当堂检测题

3.2　热力学第一定律

3.3　能量守恒定律

一、选择题(本题共2小题，每题7分，共14分)

1．如图所示，有一导热性良好的气缸放在水平面上，活塞与气缸壁间的摩擦不计，气缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体，忽略气体分子间的相互作用(即分子势能视为零)，忽略环境温度的变化，现缓慢推倒气缸，在此过程中(　A　)

A．气体吸收热量，内能不变

B．气缸内分子的平均动能增大

C．单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多

D．气缸内分子撞击气缸壁的平均作用力增大

解析：由题图可知，该过程气体对外做功，由于忽略环境温度变化，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，内能不变。A正确。

2．(多选)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是(　AB　)

A．气体自发扩散前后内能相同

B．气体在被压缩的过程中内能增大

C．在自发扩散过程中，气体对外界做功

D．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

解析：抽开隔板，气体自发扩散过程中，气体对外界不做功，与外界没有热交换，因此气体的内能不变，A项正确，C项错误；由于气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体在被压缩的过程中内能增大，因此气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，B项正确，D项错误。

二、非选择题(共26分)

3．(12分)爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食。如图为高压爆米花的装置原理图，玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，“砰”的一声气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花。设当地温度为t1＝27 ℃，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0。试分析：

(1)将容器内的气体看作理想气体，求容器内气体的温度。

(2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功15 kJ，并向外释放了20 kJ的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？

答案：(1)927 ℃　(2)减少　35 kJ

解析：(1)根据查理定律：＝

p1＝p0，T1＝300 K，p2＝4p0。

解得：T2＝1 200 K，则t2＝927 ℃。

(2)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W

得ΔU＝－20 kJ－15 kJ＝－35 kJ，故内能减少35 kJ。

4．(14分)绝热气缸倒扣在水平地面上，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，活塞下吊着一重为G的重物，活塞重为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，求：

(1)气体的温度升高多少；

(2)气体的内能增加多少？

答案：(1)T1　(2)Q＋(G＋G0)h－p0Sh

解析：(1)气体初状态的参量为：V1＝hS，T1；气体末状态参量为：V2＝2hS，T2

气体发生等压变化，由盖－吕萨克定律得：＝

解得：T2＝2T1，故气体的温度升高ΔT＝T2－T1＝T1。

(2)封闭气体的压强为：p＝p0－

加热过程气体对外做功为：

W＝FS＝pSh＝(p0S－G－G0)h

由热力学第一定律得：

ΔU＝－W＋Q＝Q＋(G＋G0)h－p0Sh。