高中沪科版 (2019)4.1 热力学第一定律课时作业

这是一份高中沪科版 (2019)4.1 热力学第一定律课时作业，共11页。试卷主要包含了在装有食品的包装袋等内容，欢迎下载使用。
【优选】第1节热力学第一定律-3优选练习一．填空题1．如图所示，某种自动洗衣机进水时，洗衣机缸内水位升高，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量。⑴当洗衣缸内水位缓慢升高时，设细管内空气温度不变，则被封闭的空气（______）A．分子间的引力和斥力都增大B．分子的热运动加剧C．分子的平均动能增大D．体积变小，压强变大⑵若密闭的空气可视为理想气体，在上述⑴中空气体积变化的过程中，外界对空气做了0.6J的功，则空气_______（选填“吸收”或“放出”）了________J的热量；当洗完衣服缸内水位迅速降低时，则空气的内能______（选填“增加”或“减小”）。2．一定质量的理想气体，从初始状态经状态．．再回到状态，其体积与温度的关系如图所示。图中．和为已知量。(1)从状态到状态，气体经历的是________过程（填“等温”“等容”或“等压”）；(2)从到的过程中，气体的内能________（填“增大”“减小”或“不变”）；(3)从到的过程中，气体对外________（填“做正功”“做负功”或“不做功”），同时________（填“吸热”或“放热”）；(4)气体在状态时的体积________。 3．如图1所示，在斯特林循环的P－V图象中，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B．C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成．（1）B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目_____（选填“增大”．“减小”或“不变”）．状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图2所示，则状态A对应的是_____（选填“①”或“②”）．（2）在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J；在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J，则气体完成一次循环对外界所做的功为_____J．4．一定质量的理想气体从外界吸收了3×104J的热量，同时气体对外界做了5.5×l05J的功．则气体内能改变了是　     　J，分子的平均动能　     　（选填“变大”．“变小”或“不变”），气体的压强　    　（选填“增大”．“减小”或“不变”）．　 5．1912年，英国物理学家威尔逊发明了观察带电粒子运动径迹的云室，结构如图所示，在一个圆筒状容器中加入少量酒精，使云室内充满酒精的饱和蒸汽．迅速向下拉动活塞，室内气体温度________(选填“升高”“不变”或“降低”)，酒精的饱和汽压________(选填“升高”“不变”或“降低”)．6．对密闭的容积不变的容器中的气体加热，使其温度升高1℃时，气体的压强比原来增加0.4%，则容器中气体原来的温度是　     　K． 7．用活塞压缩气缸里的空气，对空气做了900J的功，气缸里空气的内能减少了100J。此过程中气缸里的空气________（选填“吸收”或“放出”）了________J的热量。8．如图所示，用横截面积为S的活塞在气缸内封闭一定质量的空气，活塞质量为m。在活塞上施加恒力F缓慢推动活塞，使气体体积减小。(1)设上述过程中气体温度保持不变，则气缸内的气体压强______(选填“增大”．“减小”或“不变”)，按照分子动理论从微观上解释，这是因为_______;(2) 设上述过程中活塞下降的最大高度为Δh，气体放出的热量为Q，外界大气压强为p0，试求此过程中被封闭气体内能的变化ΔU_________. 9．一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的竖直气缸内，活塞可沿气缸无摩擦地上下滑动。开始时活塞静止，取一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上，在倒沙子的过程中，缸内气体内能______（填“增大”．“减小”或“不变”），气体对活塞______（填“做正功”．“做负功”或“不做功”），气体______（填“吸热”或“放热”）。10．在装有食品的包装袋（导热良好）中充入氮气，可以起到保质作用。某厂家为检测包装袋的密封性，在包装袋中充满一定量的氮气，然后密封进行加压测试。测试时，对包装袋缓慢地施加压力。将袋内的氮气视为理想气体，则加压测试过程中，包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力_______（选填“增大”，“减小”或“不变”），包装袋内氮气的内能_______（选填增大"．“减小"或“不变"），包装袋内氮气_______ （选填“吸热“．，放热"或“不吸热也不放热'）。11．如图所示，两个绝热的．容积相同的球状容器A．B，用带有阀门K的绝热细管连通，相邻两球球心的高度差为h。初始时，阀门是关闭的，A中装有2mol的氦（He），B中装有2mol的氪（Kr），二者的温度和压强都相同。气体分子之间的相互作用势能可忽略。现打开阀门K，两种气体相互混合，已知两种气体的摩尔质量，最终每一种气体在整个容器中均匀分布，两个容器中气体的温度相同。则两种气体混合后的温度________（填“高于”或“等于”或“低于”）混合前的温度，混合后氦分子的平均速率_____（填“大于”或“等于”或“小于”）氪分子的平均速率。12．外力对物体做功100J，物体向外放热20J，在这个过程中气体的内能　   　（填增大或减小或不变）内能的改变量是　    　J． 13．一定质量的气体，保持气体的压强不变，当温度升高时，分子的平均动能      （选填“增加”或“减少”）；气体的体积      （选填“增加”或“减少”）   
14．一定质量的理想气体压强p与热力学温度T的关系如图所示，AB．BC分别与p轴和T轴平行，气体在状态C时分子平均动能   　（选填“大于”．“等于”或“小于”）A状态时分子平均动能，气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，对外做的功为W，内能增加了△U，则此过程气体吸收的势量为    　．  15．如图所示，汽车引擎盖被气弹簧支撑着。气弹簧由活塞杆．活塞．填充物．压力缸等部分组成，其中压力缸为密闭的腔体，内部充有一定质量的氮气，再打开引擎盖时密闭于腔体内的压缩气体膨胀，将引擎盖顶起，若腔体内气体与外界无热交换，内部的氮气可以视为理想气体，则腔体内气体分子的平均动能_________（选填“减小”或者“增大”），腔体内壁单位时间．单位面积被氮气分子碰撞的次数________（选填“增多”．“减少”或“不变”）16．蛟龙号载人潜水艇是一艘由中国自行设计的载人潜水器．2012年6月27日潜水深度7062.68m，这标志着我国具备了载人到达全球99%以上海域深处进行作业的能力．潜水艇外壳是国产钛合金做成的，呈鸡蛋形状，舱内空间约为80m3与外界导热良好．开始潜入时，舱内空气（看成理想气体）的压强为latm，温度为27℃，水深7062.68m处的温度为4℃．求：①当蛟龙号载人潜水艇在水深7062.68m处停留足够长的时间后，舱内气体的压强为多少atm；②在上述过程中舱内气体  　（填“放热”或“吸热”）；③从微观的角度解释舱内压强的变化：                                      ．　．  17．在大力提倡“节能减排．低碳生活，建设美丽中国”的今天，绿色环保已经成为了人们重要的出行方式。小莉家为此买了一辆凤凰牌的自行车，在用打气筒给轮胎快速打气后发现筒的外壁变热了，则在打气活塞向下压缩气体过程中，外界对气体________（填“做正功”“做负功”或“不做功”）；气筒内的气体分子的平均动能________（填“增加”“减少”或“不变”）；单位时间内对筒壁单位面积碰撞的次数________（填“增加”“减少”或“不变”）。18．一定质量的理想气体，其状态变化的p-T图像如图所示，由图像可知：在a→b的过程中，气体的内能________（选填“减小”．“不变”或“增加”）：在c→a的过程中，气体________（选填“吸热’’或“放热”）。
参考答案与试题解析1．【答案】AD    放出    0.6    减小    【解析】【来源】江西省贵溪市实验中学2019-2020学年高二（下）期末物理试题 【分析】【详解】⑴[1]A．洗衣机缸内水位升高，气体体积减小，分子间的距离变小，分子间引力与斥力都变大，故A正确；BC．气体温度不变，分子运动的剧烈程度不变，分子平均动能不变，故B．C错误；D．洗衣机缸内水位升高，气体体积减小，被封闭气体做等温变化，根据理玻意耳定律可知被封闭的空气压强增大，故D正确；故选AD。⑵[2][3]温度不变，理想气体的内能不变，外界对空气做了0.6J的功，既有由热力学第一定律知负号说明空气放出了0.6J的热量；[4]缸内水位迅速降低时，则空气的体积膨胀，对外做功，则有瞬间，由热力学第一定律知即气体内能减小。2．【答案】等容    不变    做负功    放热        【解析】【详解】(1)[1]由题图可知，从状态到状态，气体体积不变，是等容变化。(2)[2]从到是等温变化，即分子平均动能不变，对理想气体来说内能不变。(3)[3][4]从到气体体积减小，外界对气体做正功所以气体对外做负功；同时温度降低，说明内能减小，由热力学第一定律可知气体放热。(4)[5]从到是等压变化，由得3．【答案】不变    ①    8 J    【解析】【来源】人教版高中物理选修3-3 第七章 分子动理论 单元检测 （1）由图可知，图线BC与纵坐标平行，表示气体的体积不变，所以B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目不变；根据理想气体的状态方程：PV/T=C可知，气体的温度越高，压强与体积的乘积PV值越大，所以由图可知TD＞TA；气体的分子的运动的统计规律：中间多，两头少；温度高，最可几速率向速度较大的方向移动；故T1＜T2；因此状态A对应的是①．
（2）在气体完成一次循环后的内能与开始时是相等的，所以内能不变，即△U=0；由图可知，A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4J和20J．在B→C和C→D的过程中气体吸收的热量分别为20J和12J，则吸收的热量Q=QAB+QBC+QCD+QDA=-4+20+12-20=8J．由热力学第一定律得：△U=Q+W，所以W=-8J，所以气体完成一次循环对外做功是8J．点睛：该题是图象问题，解题的关键从图象判断气体变化过程，利用理想气体状态方程，然后结合热力学第一定律进行分析判断即可解决．4．【答案】﹣2.5×l05，变小，减小【解析】【考点】热力学第一定律【分析】根据热力学第一定律求气体内能的变化量．根据内能的变化判断温度的变化，从而得到分子的平均动能如何变化．根据气体做功情况判断气体体积的变化，最后应用理想气体状态方程判断压强如果变化．【解答】解：已知 Q=3×104J，W=﹣5.5×l05J，由热力学第一定律：△U=W+Q可得：△U=﹣5.5×l05J+3×104J=﹣2.5×l05J气体的内能减小了2.5×105J．理想气体气体内能减小，温度T降低，分子的平均动能变小．由于气体对外做功，则气体体积V增大，由理想气体状态方程：=C可知：气体压强p减小；故答案为：﹣2.5×l05，变小，减小．【点评】本题考查了热力学第一定律．理想气体状态方程即可正确解题；应用热力学第一定律解题时，要理解各符号正负的含义． 5．【答案】降低    降低    【解析】【来源】江苏省扬州．泰州．淮安．南通．徐州．宿迁．连云港市2018届高三第三次调研测试物理试题 【分析】【详解】云室内充满酒精的饱和蒸汽，迅速向下拉动活塞，酒精蒸汽迅速膨胀，时间短，故看作绝热过程，Q=0，根据热力学第一定律公式△U=W+Q，内能减小，故温度降低；温度降低，故酒精的饱和气压降低．6．【答案】250【解析】【考点】理想气体的状态方程【分析】由题知，密闭的容积中气体发生等容变化，遵守查理定律，由查理定律列式即可求出原来密闭的容积中气体的温度．【解答】解：设密闭的容积中气体原来的压强为P，温度为T，则温度升高后压强为P+0.4% P，因气体发生等容变化，由查理定律得：=解得：T=250K故答案为：250【点评】本题首先要判断出密闭的容积中气体发生的是等容变化，其次要掌握查理定律，并能正确应用． 7．【答案】    (1). 放出    (2). 1000【解析】根据热力学第一定律可得，解得，即气缸里的空气放出了1000J的热量 8．【答案】增大    体积减小，分子的密集程度增大，单位时间内撞击单位面积的分子数增多        【解析】【来源】江苏省南京市溧水区三校联考2019-2020学年高三上学期期中考试物理试题（第三高级中学等) 9．【答案】 (1). 不变    (2). 做负功    (3). 放热【解析】【详解】一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的竖直气缸内，缓慢倒入沙子过程中，活塞下移，气体对活塞做负功，由于气缸导热，所以气体对外放出热量，内能不变。
故答案为：不变； 做负功；放热。10．【答案】增大    不变    放热    【解析】【来源】2020届广东省广州市天河区高三普通高中毕业班综合测试理综物理试题（二) 【详解】[1]．根据气体压强的微观意义可知，因为加压，故内部气体的压强增大，故包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力将增大；
[2]．因为是缓慢地施加压力，故认为温度不变，理想气体的内能只与温度有关，故包装袋内氮气的内能不变；
[3]．对气体加压的过程中气体的温度不变，则体积减小，该过程中外力对气体做功而内能不变，由热力学第一定律可知，包装袋内氮气放热。11．【答案】低于    大于    【解析】【来源】2020届湖北省黄冈巿八模高三理综物理试题（一) 【分析】【详解】[1]因为两种气体混合以后重心升高，重力势能增大，根据能量守恒定律可知内能要减小，理想气体的内能由温度决定，所以温度要降低。[2]因为混合后两种气体的温度相同，两种气体分子的平均动能相等，而氦分子的质量小于氪分子的质量，所以混合后氦分子的平均速率大于氪分子的平均速率。12．【答案】增大，80【解析】【考点】热力学第一定律【分析】做功与热传递是改变物体内能的两种方式，物体内能的改变量等于所做的功与释放的热量之和，根据题意解题．【解答】解：根据热力学第一定律：△E=Q+W=100J﹣20J=80J，即内能增大80J．故答案为：增大，80【点评】做功与热传递是改变物体内能的两种方式，物体内能的改变量由做的功与吸收的热量决定，注意正负号问题． 13．【答案】增加．增加【解析】一定质量的气体，当保持气体的压强不变时，若气体的温度升高时，则分子的平均动能增大，根据气态方程PV/T=c知，气体的体积增加 14．【答案】大于；W+△U【解析】【考点】： 理想气体的状态方程；热力学第一定律．【分析】： 由理想气体状态方程分析温度变化；则可得出分子平均动能的变化．气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，应用热力学第一定律△U=W+Q求解．【解析】： 解：由图可知，C点的温度最高；因温度是分子平均动能的标志；故C点时分子平均动能大于A状态时的分子平均动能；由热力学第一定律可知，气体对外做功；则有：△U=﹣W+Q；则Q=W+△U；故答案为：大于；W+△U【点评】： 本题考查了理想状态方程的应用和热力学第一定律的应用，要注意明确各物理量的正负意义． 15．【答案】减小    减小    【解析】【来源】2020届江苏省南京市高三（下）第三次模拟考试物理试题 【分析】【详解】[1][2]根据？U=W+Q，因为与外界无热交换所以Q=0，因为气体膨胀对外做功所以W<0，故？U<0，所以分子的内能减小，平均动能减小。此过程中因为分子速率减小，空间里分子的密度减小，故氮气分子碰撞次数减小。16．【答案】①舱内气体的压强为0.92atm．②放热．③舱内空气的体积不变，分子数密度不变，温度降低，分子的平均动能减小，所以压强降低． 【解析】【考点】： 热力学第一定律；理想气体的状态方程．【专题】： 热力学定理专题．【分析】： ①舱内空气为等容变化，列出初态和末态的压强和温度，由查理定律求解．②舱内空气看成理想气体，其内能只跟温度有关，根据温度变化分析内能的变化，放热还是吸热．③气体的压强与分子的平均动能和分子数密度有关，根据气体压强微观意义进行分析．解：①舱内空气为等容变化，初态：p1=1atm，T1=300K；末态：p2=？，T1=277K由查理定律得：=代入数据解得：p2==×1atm=0.92atm，②在上述过程中舱内气体的温度降低，内能减小，而体积不变，气体不做功，由热力学第一定律判断得知，气体放热．③舱内空气的体积不变，分子数密度不变，温度降低，分子的平均动能减小，所以压强降低．答：①舱内气体的压强为0.92atm．②放热．③舱内空气的体积不变，分子数密度不变，温度降低，分子的平均动能减小，所以压强降低．【点评】： 对于气体问题，往往是气态方程和热力学第一定律的综合，关键要正确分析不变量，灵活选择状态方程． 17．【答案】做正功    增加    增加    【解析】【来源】2019年超级全能生24省高三上学期9月联考乙（A)物理试题 【详解】[1].快速压缩气体过程中，可认为气体和外界没有热交换，外界对气体做正功；[2]．根据热力学第一定律，气体的内能增加，温度升高，故气体分子的平均动能增加；[3]．根据气体实验定律，气体的体积减小．温度升高时，气体的压强增大，单位时间内气体分子对筒壁单位面积碰撞的次数增加。18．【答案】增加    放热    【解析】【来源】第三部分专项卷气体压强和温度的关系专项卷 【详解】[1]由图示图象可知，在a→b的过程中，气体温度升高，气体的内能增加[2]由理想气体状态方程可知，越大，气体体积V越小，由图示图象可知，在c→a的过程中，变大，则在该过程中，气体体积减小，外界对气体做功，W＞0，气体温度降低，气体内能减小，△U＜0，由热力学第一定律可得：Q=△U-W＜0，则气体要对外放出热量。