高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 热力学第一定律同步练习题

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第2节　热力学第一定律1.下图是装有一定质量的理想气体的密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的(　　)A.温度升高，内能增加600 JB.温度升高，内能减少200 JC.温度降低，内能增加600 JD.温度降低，内能减少200 J2.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图中从a到b的直线所示。在此过程中下列说法正确的是(　　)A.气体温度一直降低B.气体内能一直减小C.气体一直从外界吸热D.气体一直向外界放热3.下图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中(　　)A.外界对气体做功，气体内能增加B.外界对气体做功，气体内能减少C.气体对外界做功，气体内能增加D.气体对外界做功，气体内能减少4.水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门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(　　)A.压强变大B.对外界做功C.向外界放热D.分子平均动能变大5.如图所示，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中，下列说法正确的是(　　)A.外界对气体做功，气体内能增加B.气体温度不变，气体内能不变C.气体压强逐渐增大，气体放出热量D.气体体积逐渐减小，气体吸收热量6.如图所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A变化到状态B时(　　)A.体积必然变大B.有可能经过体积减小的过程C.外界必然对气体做正功D.气体必然从外界吸热7.如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历状态b到达状态c，已知一定质量的理想气体的内能与温度满足U=kT(k为常数)，该气体在状态a时温度为T0，求：(1)气体在状态c时的温度；(2)气体从状态a到达状态c过程中从外界吸收的热量。 8.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 JC.减小220 J D.增大220 J9.下图为某同学设计的一个简易温度计，一根透明吸管插入导热良好的容器，连接处密封，在吸管内注入一小段油柱，外界大气压保持不变。将容器放入热水中，观察到油柱缓慢上升，下列说法正确的是(　　)A.气体对外做的功大于吸收的热量B.气体对外做的功等于吸收的热量C.容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力增大D.容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力大小不变10.如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度内，A、B两球用同一材料制作，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始时水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则(　　)A.A球吸收的热量较多B.B球吸收的热量较多C.两球吸收的热量一样多D.无法确定11.如图所示，内壁光滑的汽缸竖直吊在天花板上，开口向下，用活塞封闭着一定质量的理想气体。开始时封闭气体的热力学温度为T0，活塞到汽缸底部的距离为l。已知外界大气压强为p，重力加速度为g，活塞的半径为、质量为。由于外界气温较低，封闭气体的温度缓慢下降，封闭气体在温度下降至的过程中，对外界放出的热量为Q，这一过程中封闭气体的内能减少量为(　　)A.πp0l3-Q B.Q-πp0l3C.Q+πp0l3 D.Q-πp0l312.一定质量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2×104 J，气体对外界做功1.0×104 J，则该理想气体的(　　)A.密度增大B.内能变大C.分子的平均动能变小D.温度升高13.一定质量的理想气体，由初始状态A开始，状态变化按图中的箭头所示方向进行，最后又回到初始状态A。对于这个循环过程，下列说法正确的是(　　)A.由A→B，气体的分子平均动能增大，吸收热量B.由B→C，气体的分子数密度增大，内能减小，吸收热量C.由C→A，气体的内能减小，放出热量，外界对气体做功D.经过一个循环过程后，气体内能不变，外界对气体做功14.如图所示，绝热汽缸内封有一定质量的理想气体，缸体质量m0=200 kg，活塞质量m=10 kg，活塞面积为S=100 cm2，l=20 cm。绝热活塞与汽缸壁无摩擦且不漏气，此时，缸内气体的温度为27 ℃，活塞位于汽缸正中，整个装置都静止。在汽缸内部有一个阻值R=3 Ω的电阻丝(图中没画出)，电阻丝两端的电压U=12 V。接通电源10 s后断开，活塞恰好静止在缸口AB处。已知大气压恒为p0=1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2，若电阻丝产生的热量全部被气体吸收，求：(1)活塞恰好静止在汽缸缸口AB处时，缸内气体的温度为多少摄氏度；(2)从接通电源到活塞恰好静止在缸口AB处的过程中理想气体的内能变化量。 
参考答案1.A　根据热力学第一定律，气体内能增量ΔU=W+Q=800 J-200 J=600 J，对于一定质量的理想气体，内能增加温度必然升高，故选项A正确。2.C　由题图知气体的pV值一直增大，由=C知气体的温度一直升高，选项A错误；一定量的理想气体内能只跟温度有关，温度一直升高，气体的内能一直增加，选项B错误；气体的体积增大，则气体一直对外做功，气体的内能一直增加，根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知气体一直从外界吸热，选项C正确，D错误。3.A　M筒向下滑动的过程中压缩气体，对气体做功，又由于气体不与外界发生热交换，根据热力学第一定律可知气体的内能增加，选项A正确。4.B　研究储水罐内封闭的气体，在温度不变时，pV=C，C为常数，气体体积变大，压强变小，选项A错误；气体体积变大，对外做功，选项B正确；温度不变，内能不变，ΔU=0，根据热力学第一定律，ΔU=W+Q，气体体积变大，W为负值，则Q为正值，气体吸热，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，温度不变，平均动能不变，选项D错误。5.BC　一定质量的理想气体内能仅与温度有关，温度不变则内能不变；由于用外力作用在活塞上，使其缓慢下降过程中环境温度保持不变，则气体温度不变、内能不变；根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知，外界对气体做功，气体要放出热量；根据理想气体的状态方程=C可知，气体体积减小，压强增大，故选项B、C正确，A、D错误。6.ABD　连接OA、OB，得到两条等容线，根据p=T，故有VB>VA，即气体从状态A变化到状态B时体积变大，选项A正确。由于没有限制自状态A变化到状态B的过程，所以可先从A状态减小气体的体积再增大气体的体积到状态B，选项B正确。因为气体体积增大，所以是气体对外界做功，选项C错误。因为气体对外界做功，而气体的温度又升高，内能增大，由热力学第一定律知气体一定从外界吸热，选项D正确。7.B【答案】(1)9T0　(2)8kT0+6p0V0【解析】(1)由理想气体状态方程代入数据可得 Tc=9T0。(2)设气体从状态a到状态c过程中，外界对气体做功为W，气体吸热为Q依题意可知Ua=kT0，Uc=9kT0由热力学第一定律，有ΔU=Uc-Ua=Q+W其中外界对气体做功W=-3p0(Vc-Vb)联立可得Q=8kT0+6p0V0。8.B　由热力学第一定律得ΔU=W+Q=-100 J+120 J=20 J，则气体内能增加了20 J，故选项B正确。9.D　气体温度升高，内能变大，根据ΔU=Q+W可知，气体对外做的功小于吸收的热量，选项A、B错误；气体的压强保持不变，则容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力不变，选项C错误，D正确。10.B　水和水银的初温相同(两球的初温相同)，当两液体温度同时缓缓地升高同一值，两者的末温相同，所以内能变化相同，根据热力学第一定律ΔU=Q+W，吸收的热量除了使内能增加相同的量外还要克服液体的压力做功，由于水银的密度比水的密度大，所以B球吸收的热量较多，故选项B正确。11.B　对活塞有p0π=mg+pπ由题意知 m=解得封闭气体的压强为p=又得活塞上升的距离h=l-l'=外界对封闭气体做的功W=pπh=πp0l3由热力学第一定律得封闭气体内能的减少量为Q-πp0l3。故选项B正确。12.BD　气体对外界做功，则体积变大，密度减小，选项A错误；气体吸收的热量大于气体对外做功，根据热力学第一定律，则气体内能变大，温度升高，分子的平均动能变大，选项C错误，B、D正确。13.AC　由A→B，气体的pV乘积变大，则温度升高，气体的分子平均动能增大，气体的内能增加，ΔU>0，体积变大，对外做功，W<0，根据热力学第一定律可知Q>0，气体吸收热量，选项A正确。由B→C，气体的体积不变，则分子数密度不变，气体的pV乘积变小，则温度降低，内能减小，ΔU<0，由于气体体积不变，则W=0，根据热力学第一定律可知Q<0，气体放出热量，选项B错误。由C→A，气体压强不变，气体的pV乘积变小，则温度降低，气体的内能减小，ΔU<0，气体体积减小，则外界对气体做功，W>0，根据热力学第一定律可知Q<0，即气体放出热量，选项C正确。经过一个循环过程后，气体温度不变，则内能不变；因A→B气体对外做功，在数值上等于四边形ABDE的面积；在B→C气体体积不变，则W=0；在C→A气体体积减小，外界对气体做功，数值上等于四边形ACDE的面积，则整个过程中气体对外做功大于外界对气体做功，整个过程中气体对外界做功，选项D错误。14.【答案】(1)327 ℃　(2)180 J【解析】(1)由题意可知，气体的体积增大为2倍，气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律得解得T=2T0=600 K缸内气体温度为t2=(600-273) ℃=327 ℃。(2)对汽缸，由平衡条件得m0g+p0S=pS解得p=3.0×105 Pa活塞相对汽缸缓慢移动到缸口AB处中，气体对汽缸做功，则有W=-Fh=-Fl，F=pS代入数据可得W=-300 J电阻丝在10 s内产生的热量Q=·t=×10 J=480 J由热力学第一定律得ΔU=Q+W=480 J-300 J=180 J即气体的内能增大180 J。