人教版 (2019)选择性必修 第三册2 热力学第一定律达标测试

第三章  热力学定律

2  热力学第一定律

【基础巩固】

1.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

解析:气体对外做功W=-100 J,吸收热量Q=120 J.由热力学第一定律有ΔU=W+Q=-100 J+120 J=20 J.ΔU>0,说明气体的内能增加.故选项B正确.

答案:B

2.关于物体的内能及其变化,下列说法正确的是 (　　)

A.物体的温度改变时,其内能必定改变

B.物体对外做功,其内能不一定改变;向物体传递热量,其内能也不一定改变

C.物体对外做功,其内能必定改变;物体向外传出一定热量,其内能必定改变

D.若物体与外界不发生热交换,则物体的内能必定不变

解析:内能是物体内分子热运动的动能和分子势能的总和,物体温度变化,物体的分子平均动能变化,内能不一定改变,选项A错误.改变内能有两种方式:做功和传热.由热力学第一定律可知选项B正确,选项C、D错误.

答案:B

3.一定量的气体吸收热量,体积膨胀并对外做功,则此过程的末态与初态相比              (　　)

A.气体内能一定增加

B.气体内能一定减少

C.气体内能一定不变

D.气体内能的变化不能确定

解析:热力学第一定律ΔU=Q+W,气体吸收热量Q>0,体积膨胀对外做功W<0,因为不能确定Q与W值的大小,所以不能判断ΔU的正负,气体内能的变化也就不能确定,选项D正确.

答案:D

4. (2023·广东湛江)一同学在室内空调显示屏上看到室内的空气温度,为了测出室外的空气温度,他将一近似球形的气球在室内吹大并放置较长一段时间后,测量其直径为L1,之后拿到室外并放置较长一段时间,测量其直径为L2,L2>L1,不考虑气球表皮的弹力变化,且气球吹大后视为球体,大气压不变,室内外的温度均保持不变,则 (　　)

A.气球内气体对外界做负功

B.气球内气体对外界不做功

C.室外温度比室内温度高

D.气球在室外放出了热量

解析: 气球直径增大,体积增大,气球内气体对外界做正功,A、B错误;对气球内气体,由盖-吕萨克定律得=,由题意可知,V1<V2,则T1<T2,即室外温度比室内温度高,C正确;由热力学第一定律得ΔU=Q+W,气体温度升高,则ΔU>0,体积增大,对外界做正功,W<0,则Q>0,即气球在室外吸收热量,D错误.

答案:C

5.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起,若不计气泡内气体分子势能的变化,则              (　　)

A.气泡对外做功,内能不变, 同时放热

B.气泡对外做功,内能不变,同时吸热

C.气泡内能减小,同时放热

D.气泡内能不变,不吸热也不放热

解析:气泡缓慢上升的过程中,温度不变,内能不变,ΔU=0,但压强逐渐减小,由玻意耳定律pV=恒量,可知体积V逐渐增大,气泡对外做功,即W<0,由热力学第一定律得Q=-W>0,故气泡从外界吸收热量,且吸收的热量全部用来对外做功,选项B正确.

答案:B

6.在标准大气压下,水在沸腾时,1 g的水由液态变成同温度的水蒸气,其体积由1.043 cm3变为1 676 cm3.已知水的汽化热L=2 263.8 J/g,标准大气压为1.013×105 Pa.求:

(1)1 g的水由液态变为气态体积膨胀时气体对外界做的功W;

(2)气体吸收的热量Q;

(3)气体增加的内能ΔU.

解析: (1)气体在标准大气压下膨胀做功

W=p(V2-V1)=1.013×105×(1 676-1.043)×10-6 J=169.7 J.

(2)气体吸收的热量

Q=mL=1×2 263.8 J=2 263.8 J.

(3)根据热力学第一定律得气体增加的内能

ΔU=Q+W=2 263.8 J+(-169.7) J=2 094.1 J.

答案:(1)169.7 J　(2)2 263.8 J　(3)2 094.1 J

【拓展提高】

7. (2021·全国乙卷)(多选)如图,一定量的理想气体从状态a(p0,V0,T0)经热力学过程ab、bc、ca后又回到状态a.对于ab、bc、ca三个过程,下列说法正确的是 (　　)

A.ab过程中,气体始终吸热

B.ca过程中,气体始终放热

C.ca过程中,气体对外界做功

D.bc过程中,气体的温度先降低后升高

E.bc过程中,气体的温度先升高后降低

解析: 由理想气体的p-V图可知,理想气体经历ab过程,体积不变,则W=0,而压强增大,由pV=nRT可知,理想气体的温度升高,则内能增大,由ΔU=Q+W可知,气体一直吸热,故A正确;理想气体经历ca过程为等压压缩,则外界对气体做功,W>0,由pV=nRT知温度降低,即内能减少,ΔU<0,由ΔU=Q+W可知,Q<0,即气体放热,故B正确,C错误;由pV=nRT可知,p-V图像的坐标围成的面积反映温度,b状态和c状态的坐标面积相等,而中间状态的坐标面积更大,故bc过程的温度先升高后降低,故D错误,E正确.

答案: ABE

8.(多选)如图所示,一绝热容器被隔板K隔成a、b两部分.已知a内有一定量的稀薄气体,b内为真空,抽开隔板K后a内气体进入b,最终达到平衡状态.在此过程中              (　　)

A.气体对外界做功,内能减少

B.气体不做功,内能不变

C.气体压强变小,温度降低

D.气体压强变小,温度不变

解析:绝热容器中的稀薄气体与外界没有传热,Q=0,稀薄气体向真空扩散没有做功,W=0.根据热力学第一定律可知稀薄气体的内能不变,因此温度不变,选项A、C错误,选项B正确.稀薄气体扩散体积增大,压强必然减小,选项D正确.

答案:BD

9.(多选)如图所示,a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态,图中线段ad平行于横坐标轴,线段dc平行于纵坐标轴,线段ab的延长线过原点.下列说法正确的是              (　　)

A.从状态d到c,气体不吸热也不放热

B.从状态c到b,气体放热

C.从状态a到d,气体对外做功

D.从状态b到a,气体吸热

解析:气体从状态d到c,温度不变,内能不变,由于压强减小,气体体积增大,对外做功,由ΔU=Q+W可知,气体吸收热量,故A错误.气体从状态c到状态b经历降压、降温过程,同时体积减小,外界对气体做功,由ΔU=Q+W可知,气体放热,故B正确.气体从状态a到状态d经历等压升温的过程,内能增加,同时体积增大,所以气体对外做功,同时吸收热量,C正确.气体从状态b到状态a经历等容变化过程,气体的压强增大,温度升高,内能增大,而在这个过程中气体的体积没有变化,气体没有做功,气体内能的增大是气体吸收热量的结果,故D正确.

答案:BCD

10.如图所示,一圆柱形绝热汽缸竖直放置,通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体.活塞的质量为m,横截面积为S,与容器底部相距h,此时封闭气体的温度为T1.现通过电热丝缓慢加热气体,当气体吸收热量Q时,气体温度上升到T2.已知大气压强为p0,自由落体加速度为g,不计活塞与汽缸间的摩擦,求:

(1)活塞上升的高度;

(2)加热过程中气体内能的增加量.

解析:(1)气体发生等压变化,有=,

解得Δh=h.

(2)加热过程中气体对外做功为

W=pSΔh=(p0S+mg)h,

由热力学第一定律知内能的增加量为

ΔU=Q-W=Q-(p0S+mg)h.

答案:(1)h   (2)Q-(p0S+mg)h

【挑战创新】

11.蛟龙号深潜器在执行某次实验任务时,外部携带一装有氧气的汽缸,汽缸导热良好,活塞与缸壁间无摩擦且与海水相通.已知海水温度随深度增加而降低,则深潜器下潜过程中,下列说法正确的是              (　　)

A.每个氧气分子的动能均减小

B.氧气放出的热量等于其内能的减少量

C.氧气分子单位时间撞击缸壁单位面积的次数增加

D.氧气分子每次对缸壁的平均撞击力增大

解析:氧气的温度降低,氧气分子热运动的平均动能减小,并不是每一个分子的动能都减小,A错误.海水温度随深度增加而降低,氧气的温度也降低,内能降低,ΔU为负值;汽缸内的氧气的压强随深度增加而增加,根据理想气体状态方程可知氧气的体积减小,则外界对氧气做功,W为正值.根据热力学第一定律可知氧气放出的热量大于其内能的减少量,故B错误.氧气的温度降低,氧气分子的平均动能减小,单个分子对器壁的平均撞击力减小,由于氧气的压强增大,根据压强的微观意义可知,氧气分子单位时间撞击缸壁单位面积的次数增加,C正确,D错误.

答案:C