2023高中物理第三章熱力學(xué)定律32熱力學(xué)第一定律測試新人教版選擇性

第三章熱力學(xué)定律2熱力學(xué)第一定律【基礎(chǔ)鞏固】1.氣體膨脹對(duì)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20JB.增大20JC.減小220J D.增大220J解析:氣體對(duì)外做功W=100J,吸收熱量Q=120J.由熱力學(xué)第一定律有ΔU=W+Q=100J+120J=20J.ΔU>0,說明氣體的內(nèi)能增加.故選項(xiàng)B正確.答案:B2.關(guān)于物體的內(nèi)能及其變化,下列說法正確的是 ()A.物體的溫度改變時(shí),其內(nèi)能必定改變B.物體對(duì)外做功,其內(nèi)能不一定改變;向物體傳遞熱量,其內(nèi)能也不一定改變C.物體對(duì)外做功,其內(nèi)能必定改變;物體向外傳出一定熱量,其內(nèi)能必定改變D.若物體與外界不發(fā)生熱交換,則物體的內(nèi)能必定不變解析:內(nèi)能是物體內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢能的總和,物體溫度變化,物體的分子平均動(dòng)能變化,內(nèi)能不一定改變,選項(xiàng)A錯(cuò)誤.改變內(nèi)能有兩種方式:做功和傳熱.由熱力學(xué)第一定律可知選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.答案:B3.一定量的氣體吸收熱量,體積膨脹并對(duì)外做功,則此過程的末態(tài)與初態(tài)相比 ()A.氣體內(nèi)能一定增加B.氣體內(nèi)能一定減少C.氣體內(nèi)能一定不變D.氣體內(nèi)能的變化不能確定解析:熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,氣體吸收熱量Q>0,體積膨脹對(duì)外做功W<0,因?yàn)椴荒艽_定Q與W值的大小,所以不能判斷ΔU的正負(fù),氣體內(nèi)能的變化也就不能確定,選項(xiàng)D正確.答案:D4.負(fù)壓救護(hù)車、負(fù)壓病房在疫情防治中發(fā)揮了重要的作用,負(fù)壓是指空間內(nèi)的氣壓略低于外界環(huán)境的大氣壓.若負(fù)壓空間的溫度和外界溫度相同,負(fù)壓空間中的氣體和外界環(huán)境中的氣體都可以看成理想氣體,則下列說法正確的是 ()A.負(fù)壓空間中氣體分子的平均動(dòng)能小于外界環(huán)境中氣體分子的平均動(dòng)能B.負(fù)壓空間中氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)小于外界環(huán)境中氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)C.負(fù)壓空間中每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率都小于外界環(huán)境中每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率D.負(fù)壓空間中氣體的內(nèi)能等于外界環(huán)境中同體積的氣體的內(nèi)能解析:溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,負(fù)壓空間的溫度和外界溫度相同,故負(fù)壓空間內(nèi)氣體分子的平均動(dòng)能等于外界環(huán)境中氣體分子的平均動(dòng)能,A錯(cuò)誤.氣體的壓強(qiáng)由單位體積氣體的分子數(shù)和氣體分子撞擊器壁的力度決定,現(xiàn)內(nèi)外溫度相等,即氣體分子平均動(dòng)能相等(撞擊力度相等),若壓強(qiáng)要減小形成負(fù)壓,則要求負(fù)壓空間內(nèi)單位體積氣體分子的個(gè)數(shù)小于外界環(huán)境中單位體積氣體分子的個(gè)數(shù),B正確.負(fù)壓空間內(nèi)氣體分子的平均動(dòng)能等于外界環(huán)境中氣體分子的平均動(dòng)能,二者氣體分子的平均運(yùn)動(dòng)速率相等,故C錯(cuò)誤.內(nèi)能的大小與物質(zhì)的量、溫度、體積等有關(guān),內(nèi)外壓強(qiáng)不等,相同體積和溫度的負(fù)壓空間內(nèi)的氣體物質(zhì)的量少,所以內(nèi)能小,故D錯(cuò)誤.答案:B5.(多選)如圖所示,用絕熱活塞把絕熱容器隔成容積相等的兩部分,先把活塞鎖定,將質(zhì)量和溫度都相同的理想氣體氫氣和氧氣分別充入容器的兩部分,然后解除鎖定,活塞可以無摩擦地滑動(dòng),當(dāng)活塞平衡時(shí) ()A.氫氣的溫度不變 B.氫氣的壓強(qiáng)減小C.氫氣的體積增大 D.氧氣的溫度升高解析:氫氣和氧氣的質(zhì)量雖然相同,但氫氣的摩爾質(zhì)量小,氫氣的物質(zhì)的量大,又因?yàn)槌跏紶顟B(tài)下氫氣和氧氣的體積和溫度相同,所以氫氣產(chǎn)生的壓強(qiáng)大,解除鎖定后,活塞將向氧氣一方移動(dòng),這時(shí)氫氣對(duì)外做功,又無傳熱,由ΔU=W+Q可知,氫氣內(nèi)能減少,溫度降低,壓強(qiáng)減小;對(duì)氧氣而言,外界對(duì)它做功,體積減小,由ΔU=W+Q知,無傳熱的情況下,氧氣內(nèi)能增加,溫度升高,壓強(qiáng)增大.答案:BCD6.(多選)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變化到狀態(tài)C,其VT圖像如圖所示.下列說法正確的有 ()A.A→B的過程中,氣體對(duì)外界做功B.A→B的過程中,氣體放出熱量C.B→C的過程中,氣體壓強(qiáng)不變D.A→B→C的過程中,氣體內(nèi)能增加解析:由題圖可知,從A到B的過程中,氣體的體積減小,外界對(duì)氣體做功,氣體的溫度不變,內(nèi)能不變,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體放出熱量,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確.從B到C過程中,VT是一個(gè)常數(shù),氣體發(fā)生的是等壓變化,氣體的溫度降低,內(nèi)能減少,選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案:BC7.一個(gè)氣泡從恒溫水槽的底部緩慢向上浮起,若不計(jì)氣泡內(nèi)氣體分子勢能的變化,則 ()A.氣泡對(duì)外做功,內(nèi)能不變,同時(shí)放熱B.氣泡對(duì)外做功,內(nèi)能不變,同時(shí)吸熱C.氣泡內(nèi)能減小,同時(shí)放熱D.氣泡內(nèi)能不變,不吸熱也不放熱解析:氣泡緩慢上升的過程中,溫度不變,內(nèi)能不變,ΔU=0,但壓強(qiáng)逐漸減小,由玻意耳定律pV=恒量,可知體積V逐漸增大,氣泡對(duì)外做功,即W<0,由熱力學(xué)第一定律得Q=W>0,故氣泡從外界吸收熱量,且吸收的熱量全部用來對(duì)外做功,選項(xiàng)B正確.答案:B8.在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水在沸騰時(shí),1g的水由液態(tài)變成同溫度的水蒸氣,其體積由1.043cm3變?yōu)?676cm3.已知水的汽化熱L=2263.8J/g,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為1.013×105Pa.求:(1)1g的水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)體積膨脹時(shí)氣體對(duì)外界做的功W;(2)氣體吸收的熱量Q;(3)氣體增加的內(nèi)能ΔU.解析:(1)氣體在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下膨脹做功W=p(V2V1)=1.013×105×(16761.043)×106J=169.7J.(2)氣體吸收的熱量Q=mL=1×2263.8J=2263.8J.(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律得氣體增加的內(nèi)能ΔU=Q+W=2263.8J+(169.7)J=2094.1J.答案:(1)169.7J(2)2263.8J(3)2094.1J【拓展提高】9.(2021·全國乙卷)(多選)如圖,一定量的理想氣體從狀態(tài)a(p0,V0,T0)經(jīng)熱力學(xué)過程ab、bc、ca后又回到狀態(tài)a.對(duì)于ab、bc、ca三個(gè)過程,下列說法正確的是()A.ab過程中,氣體始終吸熱B.ca過程中,氣體始終放熱C.ca過程中,氣體對(duì)外界做功D.bc過程中,氣體的溫度先降低后升高E.bc過程中,氣體的溫度先升高后降低解析:由理想氣體的pV圖可知,理想氣體經(jīng)歷ab過程,體積不變,則W=0,而壓強(qiáng)增大,由pV=nRT可知,理想氣體的溫度升高,則內(nèi)能增大,由ΔU=Q+W可知,氣體一直吸熱,故A正確;理想氣體經(jīng)歷ca過程為等壓壓縮,則外界對(duì)氣體做功W>0,由pV=nRT知溫度降低,即內(nèi)能減少ΔU<0,由ΔU=Q+W可知,Q<0,即氣體放熱,故B正確,C錯(cuò)誤;由pV=nRT可知,pV圖像的坐標(biāo)圍成的面積反映溫度,b狀態(tài)和c狀態(tài)的坐標(biāo)面積相等,而中間狀態(tài)的坐標(biāo)面積更大,故bc過程的溫度先升高后降低,故D錯(cuò)誤,E正確.答案:ABE10.(多選)如圖所示,一絕熱容器被隔板K隔成a、b兩部分.已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體,b內(nèi)為真空,抽開隔板K后a內(nèi)氣體進(jìn)入b,最終達(dá)到平衡狀態(tài).在此過程中 ()A.氣體對(duì)外界做功,內(nèi)能減少B.氣體不做功,內(nèi)能不變C.氣體壓強(qiáng)變小,溫度降低D.氣體壓強(qiáng)變小,溫度不變解析:絕熱容器中的稀薄氣體與外界沒有傳熱,Q=0,稀薄氣體向真空擴(kuò)散沒有做功,W=0.根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知稀薄氣體的內(nèi)能不變,因此溫度不變,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確.稀薄氣體擴(kuò)散體積增大,壓強(qiáng)必然減小,選項(xiàng)D正確.答案:BD11.(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷三個(gè)過程a→b、b→c、c→a回到狀態(tài)a,其pT圖像如圖所示.下列判斷正確的是 ()A.過程a→b中氣體一定吸熱B.過程b→c中氣體既不吸熱也不放熱C.過程c→a中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱D.a、b、c三個(gè)狀態(tài)中,狀態(tài)a中的分子平均動(dòng)能最小解析:a→b為等容變化過程,W=0,溫度升高,內(nèi)能增大,ΔU>0,由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W知Q>0,氣體吸熱,選項(xiàng)A正確.b→c為等溫變化過程,ΔU=0,體積增大,氣體對(duì)外做功,W<0,由ΔU=Q+W得Q>0,氣體吸熱,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.c→a為等壓變化過程,溫度降低,內(nèi)能減小,ΔU<0,體積減小,外界對(duì)氣體做功,W>0,由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W得Q<0,且|Q|>W,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,Ta<Tb=Tc,選項(xiàng)D正確.答案:AD12.(多選)如圖所示,a、b、c、d表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過程中的四個(gè)狀態(tài),圖中線段ad平行于橫坐標(biāo)軸,線段dc平行于縱坐標(biāo)軸,線段ab的延長線過原點(diǎn).下列說法正確的是 ()A.從狀態(tài)d到c,氣體不吸熱也不放熱B.從狀態(tài)c到b,氣體放熱C.從狀態(tài)a到d,氣體對(duì)外做功D.從狀態(tài)b到a,氣體吸熱解析:氣體從狀態(tài)d到c,溫度不變,內(nèi)能不變,由于壓強(qiáng)減小,氣體體積增大,對(duì)外做功,由ΔU=Q+W可知,氣體吸收熱量,故A錯(cuò)誤.氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)b經(jīng)歷降壓、降溫過程,同時(shí)體積減小,外界對(duì)氣體做功,由ΔU=Q+W可知,氣體放熱,故B正確.氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)d經(jīng)歷等壓升溫的過程,內(nèi)能增加,同時(shí)體積增大,所以氣體對(duì)外做功,同時(shí)吸收熱量,C正確.氣體從狀態(tài)b到狀態(tài)a經(jīng)歷等容變化過程,氣體的壓強(qiáng)增大,溫度升高,內(nèi)能增大,而在這個(gè)過程中氣體的體積沒有變化,氣體沒有做功,氣體內(nèi)能的增大是氣體吸收熱量的結(jié)果,故D正確.答案:BCD13.如圖所示,一圓柱形絕熱汽缸豎直放置,通過絕熱活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體.活塞的質(zhì)量為m,橫截面積為S,與容器底部相距h,此時(shí)封閉氣體的溫度為T1.現(xiàn)通過電熱絲緩慢加熱氣體,當(dāng)氣體吸收熱量Q時(shí),氣體溫度上升到T2.已知大氣壓強(qiáng)為p0,自由落體加速度為g,不計(jì)活塞與汽缸間的摩擦,求:(1)活塞上升的高度;(2)加熱過程中氣體內(nèi)能的增加量.解析:(1)氣體發(fā)生等壓變化,有hShS解得Δh=T2(2)加熱過程中氣體對(duì)外做功為W=pSΔh=(p0S+mg)T2-由熱力學(xué)第一定律知內(nèi)能的增加量為ΔU=QW=Q(p0S+mg)T2答案:(1)T2-T1T1h(2)Q(p0【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】14.蛟龍?zhí)柹顫撈髟趫?zhí)行某次實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí),外部攜帶一裝有氧氣的汽缸,汽缸導(dǎo)熱良好,活塞與缸壁間無摩擦且與海水相通.已知海水溫度隨深度增加而降低,則深潛器下潛過程中,下列說法正確的是 ()A.每個(gè)氧氣分子的動(dòng)能均減小B.氧氣放出的熱量等于其內(nèi)能的減少量C.氧氣分子單位時(shí)間撞擊缸壁單位面積的次數(shù)增加D.氧氣分子每次對(duì)缸壁的平均撞擊力增大解析:氧氣的溫度降低,氧氣分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能減小,并不是每