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测试题

课时跟踪训练（十二）热力学第一定律  能量守恒定律

A级—双基达标

1．汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速运动，在这一过程中(　　)

A．汽车的机械能守恒

B．汽车的动能和势能相互转化

C．机械能逐渐转化为内能，总能量逐渐减少

D．机械能逐渐转化为内能，总能量不变

解析：选D　汽车在关闭发动机后能匀速运动，说明汽车和斜坡之间一定有摩擦力作用，所以汽车的机械能不守恒，一部分机械能转化为内能，但能的总量保持不变，故D正确。

2．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法中正确的是(　　)

A．机械能守恒

B．能量正在消失

C．只有动能和重力势能的相互转化

D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒

解析：选D　自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明机械能在减小，故A、C错误；而减少的机械能通过摩擦转化成了内能，故B错误，D正确。

3．对于一个大气压下100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是(　　)

A．水的内能增加，对外界做功，一定是吸热

B．水的内能不变，对外界做功，从外界吸热

C．水的内能减少，对外界不做功，向外界放热

D．水的内能增加，对外界做功，向外界放热

解析：选A　水变成水蒸气的过程是吸热的过程，又因气体膨胀对外界做功，分子间距增大，分子势能增加，分子动能不变，由此判断可知A对。

4．如图所示，内壁光滑的汽缸水平放置，一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内，外界大气压强为p0。现对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2。则在此过程中(　　)

A．气体分子平均动能增大

B．气体分子平均动能不变

C．气体分子平均动能减小

D．气体内能变化了Q＋p0(V2－V1)

解析：选A　气体等压膨胀，由＝C，体积V增大，故温度T升高；温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高，气体分子平均动能增大，故选项A正确，B、C错误；根据热力学第一定律得：ΔU＝Q＋W，而W＝－p0SΔL＝－ p0ΔV＝－p0(V2－V1)，所以气体内能变化了ΔU＝Q－p0(V2－V1)，故选项D错误。

5．出租车常以天然气作为燃料。加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)(　　)

A．压强增大，内能减小

B．吸收热量，内能增大

C．压强减小，分子平均动能增大

D．对外做功，分子平均动能减小

解析：选B　温度是分子平均动能的宏观标志，故天然气的温度升高过程中，分子平均动能增大，又天然气可视为理想气体，不需要考虑分子势能，而气体质量不变，储气罐内天然气分子数不变，所以气体分子总动能增大，故内能增大，A、D项错误；由热力学第一定律可知，气体体积不变，内能增大，则一定从外界吸收热量，B项正确；天然气体积不变，随温度升高，气体压强增大，C项错误。

6.

导热性能良好的汽缸和活塞，密封一定质量的理想气体，汽缸固定不动，保持环境温度不变，现用外力将活塞向下缓慢移动一段距离，则这一过程中(　　)

A．外界对缸内气体做功，缸内气体内能不变

B．缸内气体放出热量，内能增大

C．汽缸内每个气体分子的动能都保持不变

D．单位时间内撞击到器壁上单位面积的分子数减少

解析：选A　由于汽缸和活塞导热性能良好，且环境温度不变，因此在将活塞向下缓慢移动一段距离的过程中，气体温度不变，气体内能不变，由ΔU＝W＋Q可知，外界对气体做功，内能不变，气体将放出热量，故A正确，B错误；温度不变，说明气体分子平均动能不变，而并非指每个气体分子的动能均保持不变，故C错误；气体温度不变，体积缩小，根据理想气体状态方程可知，其压强增大，单位时间内撞击到器壁上单位面积上的分子数增多，故D错误。

7．[多选](2018·全国卷Ⅲ)

如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p­V图中从a到b的直线所示。在此过程中(　　)

A．气体温度一直降低

B．气体内能一直增加

C．气体一直对外做功

D．气体一直从外界吸热

E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功

解析：选BCD　由理想气体的状态方程＝C知，从a到b气体温度一直升高，故A错误；一定质量的理想气体的内能由温度决定，可知气体内能一直增加，故B正确；气体体积逐渐膨胀，一直对外做功，故C正确；根据热力学第一定律可知，气体一直从外界吸热，吸收的热量一部分用来对外做功，一部分用来增加气体的内能，故D正确、E错误。

8.

如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂。现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则(　　)

A．QA＝QB   B．QA<QB

C．QA>QB   D．无法确定QA、QB的大小

解析：选C　当A、B两球升高相同的温度时，根据热胀冷缩原理可知，A、B球重心发生变化，A球重心升高，B球重心降低，即在此过程中A球重力势能增加，B球重力势能减少，根据能量守恒，A球吸收的热量多，故C选项正确。

9．目前地热资源主要用来发电和供暖。若有85 ℃的地热水，质量为4×105 kg，经过散热器放热后的水温为35 ℃，则这些地热水放出了多少热量？[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]

解析：地热水的质量：m＝4×105 kg，

地热水放出的热量：

Q放＝c水mΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×4×105 kg×(85 ℃－35 ℃)＝8.4×1010 J。

答案：8.4×1010 J

B级—选考提能

10.

[多选]如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，在这一过程中，下列说法正确的是(　　)

A．气体体积变小　 B．气体温度升高

C．压强不变   D．气体从外界吸热

解析：选BCD　从a到b过程中气体的压强不变，温度升高，根据公式＝C可得，体积V增大，膨胀对外做功，而温度升高，根据热力学第一定律可得气体从外界吸收热量，内能增大，故B、C、D正确，A错误。

11．[多选]如图，在水平放置的刚性汽缸内用活塞封闭两部分气体A和B，质量一定的两活塞用杆连接。汽缸内两活塞之间保持真空，活塞与汽缸壁之间无摩擦，左侧活塞面积较大，A、B的初始温度相同，略抬高汽缸左端使之倾斜，再使A、B升高相同温度，气体最终达到稳定状态。若始末状态A、B的压强变化量ΔpA、ΔpB均大于零，对活塞压力的变化量为ΔFA、ΔFB，则(　　)

A．A体积增大   B．A体积减小

C．ΔFA>ΔFB   D．ΔpA<ΔpB

解析：选AD　以两个活塞和杆整体为研究对象，初始时刻有pASA＝pBSB，略抬高汽缸左端使之倾斜，由于活塞的重力作用，A部分气体压强减小，B部分气体压强增大。对A部分气体，压强减小，温度升高，由理想气体状态方程＝C可知体积增大。因A部分气体体积增大，所以B部分气体体积减小，活塞向B端移动，A项正确，B项错误；仍以两个活塞为研究对象，开始时，两活塞受力平衡，略抬高汽缸左端使之倾斜，再使A、B升高相同温度，最终两个活塞的受力还要平衡，有pA′SA＋mgsin θ＝pB′SB，则压力的变化不相等，ΔFB>ΔFA，C项错误；由Δp＝，又SA>SB，结合C项分析可得ΔpA<ΔpB，D项正确。

12.

爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食，如图所示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，“嘭”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 ℃，大气压强为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0，试分析：

(1)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？

解析：(1)根据查理定律：＝

p1＝p0，T1＝300 K，p2＝4p0。

整理得：T2＝1 200 K，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。

答案：(1)927 ℃　(2)减少　35 kJ