高中物理人教版 (2019)选择性必修第三册第三章热力学定律2 热力学第一定律课时作业

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一定质量的理想气体pV变化图像如图所示，气体从1→2→3的过程对外做的功为W1，从外界吸收的热量为Q1，气体内能的变化量为ΔU1；气体从1→4→3的过程对外做的功为W2，从外界吸收的热量为Q2，气体内能的变化量为ΔU2，则它们之间的关系正确的是( )
A．W1ΔU2
B．W1Q2，ΔU1<ΔU2
C．W1>W2，Q1>Q2，ΔU1＝ΔU2
D．W1>W2，Q12.
如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，沿图示路径先后到达状态b和c.下列说法正确的是( )
A．从a到b，气体温度保持不变
B．从a到b，气体对外界做功
C．从b到c，气体内能减小
D．从b到c，气体从外界吸热
3.
一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其VT图像如图所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，图线bc平行于T轴，图线ca平行于V轴，则( )
A．ab过程中气体压强不变，气体从外界吸热
B．bc过程中气体体积不变，气体不吸热也不放热
C．ca过程中气体温度不变，气体从外界吸热
D．整个变化过程中气体的内能先减小后增加
4.
(多选)一定质量的理想气体状态变化的pT图像如图所示，由图像可知( )
A．气体在a、b、c三个状态的密度ρa<ρc<ρb
B．在a→b的过程中，气体的内能增加
C．在b→c的过程中，气体分子的平均动能增大
D．在c→a的过程中，气体对外界放热
5.
如图所示为一定质量的理想气体的压强随温度变化的图像，其中c→a的延长线通过坐标原点，b→c和a→b分别与T轴和p轴平行，下列说法正确的是( )
A．a→b过程气体单位体积内的分子数减少
B．b→c过程气体分子平均动能减小
C．c→a过程气体向外界放热
D．全过程状态b的体积最大
6.
(多选)某品牌手机可以测量气体的压强，某同学将压强测量软件打开并将手机放入一导热良好的透明容器内，之后将容器(气球)密闭，该同学缓慢升高环境温度，测出气球气体的压强随温度变化的规律如图所示，容器内气体视为理想气体，环境压强恒定不变，下列说法正确的是( )
A．A状态下单位体积内的气体分子数大于B状态
B．A状态下气体压强等于环境压强
C．由状态A到状态B的过程中，气体吸收的热量大于气体内能的增量
D．使环境降温，容器中的气体分子动能都减小
7.
(多选)一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→D→A循环，该过程每个状态可视为平衡态．下列说法正确的是( )
A．状态A气体分子的平均动能比状态B气体分子的平均动能大
B．状态C到状态D，气体的内能保持不变
C．状态B到状态C，气体将放出热量
D．状态D到状态A，气体没有对外做功
8.
(多选)一定质量的理想气体，从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的pV图像如图所示．已知状态A时的温度为27℃，热力学温度与摄氏温度间的关系为T＝t＋273K，则下列判断正确的是( )
A．气体处于状态B时的温度是900K
B．气体处于状态C时的温度是300K
C．从状态A变化到状态C过程理想气体内能增大
D．从状态A变化到状态B过程理想气体放热
9.
(多选)如图，一定质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，容器壁单位面积、单位时间内受到气体分子撞击的次数可能不变
B．ab过程中，气体内能的增量等于从外界吸收的热量
C．bc过程中，气体对外界做的功大于气体从外界吸收的热量
D．ca过程中，外界对气体做功p0V0
10.
(多选)如图所示，足够深的导热容器用导热活塞封闭一定质量的理想气体，活塞下方设有两个卡口，且初态时活塞与卡口只接触不挤压，之后环境温度升高至某一恒定值，活塞再次达到稳定后在活塞上面缓慢地倾倒细沙，直到活塞重新回到卡口处．不计活塞与容器间的摩擦，则整个过程中，关于气体的图像及说法正确的是( )
A．图甲为该过程气体的pT图像，气体先吸收热量后放出热量
B．图乙为该过程气体的pV图像，气体先吸收热量后放出热量
C．图丙为该过程气体的VT图像，气体先放出热量后吸收热量
D．图丁为该过程气体的TV图像，气体先吸收热量后放出热量
11.一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其peq \f(1,V)图像如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q.
12．一定质量的理想气体缓慢地经过一个逆时针循环过程，在pV图中这一循环过程是一个椭圆，O′点为该椭圆中心，如图所示．试求：
(1)此气体若处在与椭圆中心O′点所对应的状态时，其温度为T0＝300K，那么，该气体经过循环过程中椭圆上的A点时，其温度TA是多少？
(2)这一循环过程是吸热过程还是放热过程？吸收或放出的热量是多少？(提示：椭圆面积公式S＝πab，其中a、b分别是椭圆的半长轴和半短轴，π取3.14)
13．如图所示，一定质量的理想气体从A状态经过一系列的变化，最终回到A状态，已知A状态的温度为27℃(0℃时热力学温度T＝273K)，求C状态的温度以及全过程中气体吸收(放出)的热量．
专项2 热力学第一定律与气体状态图像的综合应用
1．答案：C
解析：初态和末态温度变化相同，因此两个热力学过程内能变化相同；在pV图像中，图线与横轴所围面积表示气体对外界做功的多少，故W1>W2，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可得Q1>Q2，C正确．故选C.
2．答案：D
解析：一定质量的理想气体从状态a开始，沿题图路径到达状态b过程中气体发生等容变化，压强减小，根据查理定律eq \f(p,T)＝C，可知气体温度降低，再根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，由于气体不做功，内能减小，则气体放热，AB错误；一定质量的理想气体从状态b沿题图路径到达状态c过程中气体发生等压变化，体积增大，根据eq \f(pV,T)＝C，可知气体温度升高，内能增大，再根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知b到c过程从外界吸热，C错误，D正确．故选D.
3．答案：A
解析：由题图中图线ab的反向延长线过坐标原点O，可知a到b过程中，气体压强不变，体积变大，气体对外做功；温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故A正确．b到c过程中气体体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功，温度降低，内能减小，根据热力学第一定律可知，气体放热，故B错误．c到a过程中气体温度不变，内能不变，体积变小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故C错误．整个变化过程温度先升高，后降低，最后不变，所以气体的内能先增加，后减小，最后不变，故D错误．
4．答案：BD
解析：根据p＝eq \f(C,V)T可知气体在a、b、c三个状态的体积关系Vaρc>ρb，选项A错误；在a→b的过程中，气体的温度升高，则内能增加，选项B正确；在b→c的过程中，气体分子的温度降低，则分子的平均动能减小，选项C错误；在c→a的过程中，气体体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，则气体对外界放热，选项D正确．故选BD.
5．答案：C
解析：a→b过程，气体温度T不变，该过程为等温过程，气体压强p增大，所以体积V减小，单位体积内的分子数增多，A错误；b→c过程气体温度T升高，气体分子平均动能增大，B错误；c→a过程，由于延长线通过坐标原点，根据理想气体状态方程可知，该过程为等容变化，温度T减小，气体内能减小，体积不变，做功为零，根据热力学第一定律，可知气体向外界放热，C正确；根据上述，c→a过程，气体体积不变，a→b过程，气体体积减小，可知全过程状态b的体积最小，D错误．故选C.
6．答案：AC
解析：根据理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C可知eq \f(p,T)＝eq \f(1,V)C，结合图像可知图像的斜率越大，体积越小，即VA故A状态下单位体积内的气体分子数大于B状态，故A正确；由于气球会收缩，因此气球内压强大于环境压强，故B错误；由于气球膨胀，故气体对外做功，所以气体吸收的热量大于气体内能的增量，故C正确；温度降低，气体分子平均动能减少，故D错误．故选AC.
7．答案：CD
解析：由题图可知状态A气体的压强、体积都比状态B的小，由理想气体状态方程eq \f(pAVA,TA)＝eq \f(pBVB,TB)
得TATC所以气体从状态B到状态C内能减小，ΔU<0，又W＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q<0，故气体将放出热量，故C正确；状态D到状态A，气体体积不变，气体没有对外做功，故D正确．故选CD.
8．答案：AB
解析：由图示图像可知，A→B过程为等压变化，有eq \f(VA,TA)＝eq \f(VB,TB)
已知TA＝(27＋273)K＝300K，代入数据解得TB＝900K，选项A正确；B→C过程为等容变化，有eq \f(pB,TB)＝eq \f(pC,TC)
代入数据解得TC＝300K，选项B正确；A→C过程，TA＝300K，TC＝300K，所以A、C两状态温度相同，内能相同，则内能变化ΔU＝0，选项C错误；从状态A变化到状态B过程，理想气体温度升高内能增大，体积变大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，一定要吸热，选项D错误．
9．答案：BD
解析：ab过程中，气体体积不变，由查理定律eq \f(pa,Ta)＝eq \f(pb,Tb)得，温度升高，压强变大，所以容器壁单位面积、单位时间内受到气体分子撞击的次数增大；气体内能增大，又因为W＝0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体内能的增量等于气体从外界吸收的热量，A错误，B正确；bc过程中，温度不变，由玻意耳定律pbVb＝pcVc可知，压强减小，体积增大，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，气体内能不变，气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量，C错误；由题图可得，ca过程由盖吕萨克定律eq \f(Vc,Tc)＝eq \f(Va,Ta)解得Vc＝2V0
所以ca过程中，压强不变，体积减小，外界对气体做功为W＝p0ΔV＝p0·(Vc－Va)＝p0V0，D正确．故选BD.
10．答案：AD
解析：初态时活塞与卡口只接触不挤压，之后环境温度升高至某一恒定值，气体发生等压变化，气体温度升高，内能增大，体积增大，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，之后在活塞上面缓慢地倾倒细沙，气体温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，故气体先吸收热量后放出热量，故C错误；根据以上分析，第一阶段气体发生等压变化，温度升高，第二阶段发生等温变化，压强增大，初末状态的体积相同，根据p＝eq \f(C,V)T，即在pT图像，初末状态在同一条过原点的倾斜直线上，故A正确；根据以上分析，第一阶段气体发生等压变化，体积增大，第二阶段发生等温变化，压强增大，体积减小，初末状态体积相同，第二阶段根据pV＝TC，pV图像应是曲线，故B错误；第一阶段气体发生等压变化，温度升高，根据T＝eq \f(p,C)V，TV图像应是过原点的倾斜直线，第二阶段发生等温变化，压强不变，体积减小，故D正确．
11．答案：2×105J
解析：根据peq \f(1,V)图像可知状态A和状态C温度相同，内能相同；故从A经B到C过程中气体吸收的热量等于气体对外所做的功．根据图像可知状态A到状态B为等压过程，气体对外做功为
W1＝pΔV＝2×105×(2－1) J＝2×105J
状态B到状态C为等容变化，气体不做功；故A经B到C过程中气体吸收的热量为
Q＝W1＝2×105J
12．答案：(1)450K (2)见解析
解析：(1)气体处在O′点所对应的状态与处在A点所对应的状态的体积相等，根据理想气体定律可得eq \f(p0,T0)＝eq \f(pA,TA)，解得TA＝eq \f(pA,p0)T0＝eq \f(1.5×105,1.0×105)×300K＝450K
(2)该循环过程假设从A循环到A，初、末状态温度相同，即内能相同，由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q
根据pV图像与横轴围成的面积表示功的大小，由于气体经过一个逆时针循环过程，由图像可知在气体体积减小过程外界对气体做的功大于气体体积增大过程气体对外界做的功，故整个过程外界对气体做功为W＝πab＝3.14×11.2×10－3×0.5×105J＝1758.4J，则Q＝－W＝1758.4J，此循环过程是放热过程，放出1758.4J热量．
13．答案：2127℃ 气体放出热量为1.5×103J
解析：对气体由A到B过程进行分析
初状态：pA＝1×105Pa，TA＝300K，VA＝10L
末状态：pB＝2×105Pa，VB＝20L
由理想气体状态方程得eq \f(pAVA,TA)＝eq \f(pBVB,TB)，解得TB＝1200K
B到C过程为等容变化，根据查理定律有eq \f(pB,TB)＝eq \f(pC,TC)
又pC＝4×105Pa
解得TC＝2400K
tC＝(2400－273) ℃＝2127℃
整个过程中气体温度不变，则ΔU＝Q＋W＝0
由pV图像逆时针构成回路，可知外界对气体做的功等于A、B、C、D四点所组成的四边形的面积，由几何知识知W＝1.5×103J
则Q＝－1.5×103J，即气体放出热量为1.5×103J．