高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 热力学第一定律精品当堂检测题

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1. （2022春·重庆渝中·高二重庆巴蜀中学校考阶段练习）如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下缓慢压入水中。设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒内空气体积减小，空气一定（ ）
A．从外界吸热B．内能增大
C．向外界放热D．内能减小
【答案】C
【详解】BD．由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以温度不变，气体内能不变，所以BD错误；
AC．由热力学第一定律ΔU=W+Q
在这个过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中W为正，又气体内能不变ΔU=0
所以Q为负，即气体向外界放热，所以C正确，A错误。故选C。
2．在一个大气压下，1 kg的100 ℃的水变为1 kg的100 ℃的水蒸气的过程，下列说法中正确的是( )
A．内能不变，对外界做功，一定是吸热过程
B．内能增加，吸收的热量等于内能的增加量
C．内能不变，吸收的热量等于对外界做的功
D．内能增加，从外界吸热，吸收的热量等于对外界做的功和增加的内能之和
【答案】D
【详解】水变成同温度的水蒸气时，分子间距从r0增大到约10r0，体积要扩大约1000倍，故需克服大气压力对外做功，同时克服分子力做功，分子势能增加，内能增加，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，则Q＝ΔU－W，其中W为负值，故D正确。
题组二 热力学第一定律的应用
3．（2022·全国·高三专题练习）在热力学第一定律的表达式ΔU=W＋Q中关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是（ ）
A．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正
B．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负
C．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正
D．外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负
【答案】C
【详解】外界对物体做功时W为正，反之为负；吸热时Q为正，反之为负；内能增加时ΔU为正，反之为负。故选C。
4．（2022春·甘肃武威·高二民勤县第一中学期中）一定质量的气体，从状态A变化到状态B的过程中，内能增加了160J，下列是关于内能变化的可能原因的说法，其中不可能的是（ ）
A．从A到B的绝热过程中，外界对气体做功160J
B．从A到B的单纯传热过程中，外界对气体传递了160J的热量
C．从A到B的过程中吸热280J，并对外界做功120J
D．从A到B的过程中放热280J，外界对气体做功120J
【答案】D
【详解】根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知，A、B、C均有可能。而D选项，最后内能减小160J，D错误。故选D。
5．（2023·北京·高三专题练习）恒温水槽中的气泡缓慢上升的过程中（ ）
A．压强增加，外界对气泡做功，气泡对外放热
B．压强增加，气泡对外做功，气泡从外界吸热
C．压强减小，外界对气泡做功，气泡对外放热
D．压强减小，气泡对外做功，气泡从外界吸热
【答案】D
【详解】气泡上升过程中，外界压强降低，则气泡压强减小，气泡温度不变，根据
p1V1=p2V2
可知气泡的体积变大，则气泡对外界做功，根据热力学第一定律ΔU=Q+W
其中W0
气泡从外界吸热，故D正确，ABC错误。故选D。
6．（2022春·北京·高二期末）一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有（ ）
A．Q1−Q2=W2−W1B．Q1=Q2C．W1=W2D．Q1>Q2
【答案】A
【详解】一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，说明整个变化过程内能的变化为零，根据热力学第一定律可得
ΔU=W1−W2+Q1−Q2=0
可得Q1−Q2=W2−W1
因为没有具体的变化过程，所以无法判断W1与W2的大小关系，也无法判断Q1与Q2的大小关系，A正确，BCD错误。故选A。
7．（2021·全国·高三专题练习）（多选）指出下面例子中哪些是通过做功过程来改变物体内能的（ ）
A．阳光照射衣服，衣服的温度升高
B．用打气筒打气，筒壁变热
C．手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些
D．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点
【答案】BCD
【详解】A．A种情况中是通过传热（太阳辐射）使衣服温度升高，故A错误；
B．B种情况中，通过压缩气体做功，增加气体内能，温度升高，故B正确；
CD．C、D两种情况都是摩擦生热，通过做功增加内能，故CD正确。故选BCD。
题组三 做功与气体体积变化的关系
8．（2023·天津·高三专题练习）一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后再回到状态a，其p−T图像如图所示，则该气体（ ）
A．在状态a的内能小于在状态b的内能
B．在状态a的密集程度大于在状态b的密集程度
C．在a→b→c过程中，外界对气体做功为0
D．由状态a经历三个过程后再回到状态a的过程中，气体从外界吸热
【答案】D
【详解】A．状态a与状态b的温度相同，则内能相同，故A错误；
B．状态a到状态b温度不变，压强增大，则体积减小，所以在状态a的密集程度小于在状态b的密集程度，故B错误；
C．在a→b过程中，体积减小，外界对气体做功为Wab=pab(Va−Vb)
在b→c过程中，压强不变，温度升高，则体积增大，外界对气体做功为Wbc=−pb(Vc−Vb)
在c→a过程，体积不变，则有Va=Vc
由于pab0，根据热力学第一定律
ΔU=Q+W
可知Q+W>0
温度升高，压强不变，则体积增大，外界对气体做负功，W0，气体一定吸热，A错误；
B．a→b过程中温度不变，内能不变，即ΔU=0，根据热力学第一定律ΔU=Q+W
可知Q=−W
温度不变，压强降低，则体积增大，外界对气体做负功，则Q>0，气体一定吸热，B错误；
C．过程b→c温度降低，则内能减小，ΔU0，因为ΔU=Q+W
所以QW，即外界对气体做的功小于气体所放出的热量，C正确；
D．理想气体的内能只由温度决定，由题图可知Ta>Tc
所以气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能，D正确。故选CD。
14．（2022·北京·高考真题）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
【答案】D
【详解】AB．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pT=C，可知气体温度降低，再根据热力学第一定律U = Q＋W，由于气体不做功，内能减小，则气体放热，AB错误；
CD．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VT=C，可知气体温度升高，内能增大，再根据热力学第一定律U = Q＋W，可知b到c过程吸热，且吸收的热量大于功值，C错误、D正确。故选D。
15．（2022·重庆·高考真题）2022年5月15日，我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造了海拔9032米的大气科学观测世界纪录。若在浮空艇某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇内气体（ ）（视为理想气体）
A．吸收热量B．压强增大C．内能减小D．对外做负功
【答案】C
【详解】由于浮空艇上升过程中体积和质量均不变，则艇内气体不做功；根据pVT=C
可知温度降低，则艇内气体压强减小，气体内能减小；又根据ΔU=W+Q
可知气体放出热量。故选C。