新教材人教版選擇性第三章第23節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律作業(yè)1

第三章熱力學(xué)定律第2~3節(jié)綜合拔高練五年高考練考點(diǎn)1熱力學(xué)第一定律的理解與應(yīng)用1.[2021河北,15(1),4分,]兩個(gè)內(nèi)壁光滑、完全相同的絕熱汽缸A、B,汽缸內(nèi)用輕質(zhì)絕熱活塞封閉完全相同的理想氣體,如圖1所示。現(xiàn)向活塞上表面緩慢倒入細(xì)沙,若A中細(xì)沙的質(zhì)量大于B中細(xì)沙的質(zhì)量,重新平衡后,汽缸A內(nèi)氣體的內(nèi)能(填“大于”“小于”或“等于”)汽缸B內(nèi)氣體的內(nèi)能。圖2為重新平衡后A、B汽缸中氣體分子速率分布圖像,其中曲線(填圖像中曲線標(biāo)號(hào))表示汽缸B中氣體分子的速率分布規(guī)律。圖1圖22.[2021湖南,15(1),5分,](多選)如圖,兩端開口、下端連通的導(dǎo)熱汽缸,用兩個(gè)輕質(zhì)絕熱活塞(截面積分別為S1和S2)封閉一定質(zhì)量的理想氣體,活塞與汽缸壁間無摩擦。在左端活塞上緩慢加細(xì)沙,活塞從A下降h高度到B位置時(shí),活塞上細(xì)沙的總質(zhì)量為m。在此過程中,用外力F作用在右端活塞上,使活塞位置始終不變。整個(gè)過程環(huán)境溫度和大氣壓強(qiáng)p0保持不變,系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài),重力加速度為g。下列說法正確的是()A.整個(gè)過程,外力F做功大于0,小于mghB.整個(gè)過程,理想氣體的分子平均動(dòng)能保持不變C.整個(gè)過程,理想氣體的內(nèi)能增大D.整個(gè)過程,理想氣體向外界釋放的熱量小于(p0S1h+mgh)E.左端活塞到達(dá)B位置時(shí),外力F等于mg3.[2019課標(biāo)Ⅰ,33(1),5分,]某容器中的空氣被光滑活塞封住,容器和活塞絕熱性能良好,空氣可視為理想氣體。初始時(shí)容器中空氣的溫度與外界相同,壓強(qiáng)大于外界?，F(xiàn)使活塞緩慢移動(dòng),直至容器中的空氣壓強(qiáng)與外界相同。此時(shí),容器中空氣的溫度(填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度,容器中空氣的密度(填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度?？键c(diǎn)2氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用4.(2020天津,5,5分,)水槍是孩子們喜愛的玩具,常見的氣壓式水槍儲(chǔ)水罐示意如圖。從儲(chǔ)水罐充氣口充入氣體,達(dá)到一定壓強(qiáng)后,關(guān)閉充氣口?？蹌?dòng)扳機(jī)將閥門M打開,水即從槍口噴出。若在水不斷噴出的過程中,罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變,則氣體()A.壓強(qiáng)變大B.對(duì)外界做功C.對(duì)外界放熱D.分子平均動(dòng)能變大5.(2020山東,6,3分,)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)a→b、b→c、c→a三個(gè)過程后回到初始狀態(tài)a,其p-V圖像如圖所示。已知三個(gè)狀態(tài)的坐標(biāo)分別為a(V0,2p0)、b(2V0,p0)、c(3V0,2p0)。以下判斷正確的是()A.氣體在a→b過程中對(duì)外界做的功小于在b→c過程中對(duì)外界做的功B.氣體在a→b過程中從外界吸收的熱量大于在b→c過程中從外界吸收的熱量C.在c→a過程中,外界對(duì)氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量D.氣體在c→a過程中內(nèi)能的減少量大于b→c過程中內(nèi)能的增加量6.[2018課標(biāo)Ⅰ,33(1),5分,](多選)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷過程①、②、③、④到達(dá)狀態(tài)e。對(duì)此氣體,下列說法正確的是()A.過程①中氣體的壓強(qiáng)逐漸減小B.過程②中氣體對(duì)外界做正功C.過程④中氣體從外界吸收了熱量D.狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等E.狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小7.[2018課標(biāo)Ⅲ,33(1),5分,](多選)如圖,一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,其過程如p-V圖中從a到b的直線所示。在此過程中()A.氣體溫度一直降低B.氣體內(nèi)能一直增加C.氣體一直對(duì)外做功D.氣體一直從外界吸熱E.氣體吸收的熱量一直全部用于對(duì)外做功8.(2021山東,2,3分,)如圖所示,密封的礦泉水瓶中,距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導(dǎo)熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中,小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶,小瓶下沉到底部;松開后,小瓶緩慢上浮。上浮過程中,小瓶?jī)?nèi)氣體()A.內(nèi)能減少B.對(duì)外界做正功C.增加的內(nèi)能大于吸收的熱量D.增加的內(nèi)能等于吸收的熱量9.[2021全國(guó)乙,33(1),5分,](多選)如圖,一定量的理想氣體從狀態(tài)a(p0,V0,T0)經(jīng)熱力學(xué)過程ab、bc、ca后又回到狀態(tài)a。對(duì)于ab、bc、ca三個(gè)過程,下列說法正確的是。A.ab過程中,氣體始終吸熱B.ca過程中,氣體始終放熱C.ca過程中,氣體對(duì)外界做功D.bc過程中,氣體的溫度先降低后升高E.bc過程中,氣體的溫度先升高后降低10.[2020江蘇單科,13A(3),]一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C,其p-1V圖像如圖所示,求該過程中氣體吸收的熱量Q。11.[2019江蘇單科,13A(3),]如圖所示,一定質(zhì)量理想氣體經(jīng)歷A→B的等壓過程,B→C的絕熱過程(氣體與外界無熱量交換),其中B→C過程中內(nèi)能減少900J。求A→B→C過程中氣體對(duì)外界做的總功。三年模擬練1.(2021重慶八中高三月考,)夏天,從湖底形成的一個(gè)氣泡,在緩慢上升到湖面的過程中沒有破裂。若越接近水面,湖內(nèi)水的溫度越高,大氣壓強(qiáng)恒定,視氣泡內(nèi)氣體為理想氣體。則氣泡緩慢上升過程中,以下說法正確的是()A.氣泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)可能不變B.氣泡內(nèi)氣體對(duì)外界做功C.氣泡內(nèi)氣體溫度升高導(dǎo)致放熱D.氣泡內(nèi)氣體分子單位時(shí)間內(nèi)對(duì)氣泡壁單位面積的撞擊次數(shù)增大2.(2021山東新泰高二下期中,)如圖所示,柱形容器內(nèi)封有一定質(zhì)量的空氣,光滑活塞C(質(zhì)量為m)與容器用良好的隔熱材料制成?；钊麢M截面積為S,大氣壓為p0,另有質(zhì)量為M的物體從活塞上方的A點(diǎn)自由下落到活塞上,并隨活塞一起到達(dá)最低點(diǎn)B而靜止,在這一過程中,容器內(nèi)空氣內(nèi)能的改變量為ΔE,外界對(duì)容器內(nèi)空氣所做的功為W,活塞移動(dòng)的距離為Δh,A、B兩點(diǎn)的高度差為h,選項(xiàng)中的關(guān)系式正確的是()A.Mgh+mgΔh=ΔE+WE=W,W=Mgh+mgΔh+p0SΔhE=W,W<Mgh+mgΔh+p0SΔhE≠W,W=Mgh+mgΔh+p0SΔh3.(2021江蘇南莫中學(xué)高二上期中,)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C,其有關(guān)數(shù)據(jù)如圖甲所示。氣體在狀態(tài)A的溫度為tA=-73℃,在狀態(tài)C的體積為VC=0.6L。A→B過程吸收的熱量為150J。已知一定質(zhì)量的理想氣體,內(nèi)能的變化量與溫度的變化量成正比,求:(1)根據(jù)圖像提供的信息,計(jì)算氣體在狀態(tài)A的體積VA的值。(2)在圖乙坐標(biāo)系中,作出氣體由狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的V-T圖像,并在圖線相應(yīng)位置上標(biāo)出字母A、B、C。如果需要計(jì)算才能確定坐標(biāo)值,請(qǐng)寫出計(jì)算過程。(3)B→C過程中,氣體從外界吸收的熱量為多少?4.(2021山東沂水高三月考,)負(fù)壓救護(hù)車是應(yīng)對(duì)新冠肺炎疫情的重要物資之一,被稱為“移動(dòng)的N95口罩”。所謂負(fù)壓,就是通過負(fù)壓排風(fēng)凈化裝置,使車內(nèi)氣壓低于車外,空氣在自由流動(dòng)時(shí)只能由車外流向車內(nèi),而且負(fù)壓救護(hù)車還能將車內(nèi)的空氣進(jìn)行無害化處理后排出,避免更多的人感染,在救治和轉(zhuǎn)運(yùn)傳染病等特殊疾病患者時(shí)可以最大限度地降低醫(yī)務(wù)人員交叉感染的概率。若已知某負(fù)壓救護(hù)車內(nèi)部空間體積V=12m3,啟用前車內(nèi)溫度t1=-3℃,外界大氣壓強(qiáng)為p0=1.01×105Pa,啟用后,某時(shí)刻監(jiān)測(cè)到車內(nèi)溫度t2=27℃、負(fù)壓為-15Pa(指車內(nèi)氣壓與外界大氣壓p0的差值)。車內(nèi)空氣可視為理想氣體。(1)試估算負(fù)壓排風(fēng)凈化系統(tǒng)啟用后,負(fù)壓救護(hù)車內(nèi)部空間減少的氣體質(zhì)量與啟用前內(nèi)部空間氣體總質(zhì)量的比值;(2)判斷在負(fù)壓排風(fēng)凈化系統(tǒng)啟用過程中剩余氣體是吸熱還是放熱,并簡(jiǎn)述原因。深度解析答案全解全析第三章熱力學(xué)定律第2~3節(jié)綜合拔高練五年高考練1.答案大于①解析對(duì)活塞有mg+p0S=pS,A中細(xì)沙多,A中活塞下降多,外界對(duì)A中氣體做功多,A中氣體內(nèi)能大于B中氣體內(nèi)能,A中氣體溫度高,根據(jù)分子速率分布規(guī)律可知溫度升高時(shí)分子速率分布峰值向右移,故曲線①表示汽缸B中氣體分子的速率分布規(guī)律。2.BDE由于右端活塞靜止不動(dòng),外力F未對(duì)活塞做功,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由于汽缸導(dǎo)熱,在緩慢加細(xì)沙過程中,理想氣體的溫度不變,氣體分子的平均動(dòng)能不變,內(nèi)能不變,選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由于理想氣體的內(nèi)能不變,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,理想氣體向外界釋放的熱量等于外界對(duì)氣體所做的功,由于在左端活塞上緩慢加細(xì)沙,質(zhì)量是逐漸增大到m的,因此細(xì)沙重力做的功小于mgh,即外界對(duì)氣體所做的功小于(p0S1h+mgh),選項(xiàng)D正確;當(dāng)左端活塞到達(dá)B位置時(shí),對(duì)左端活塞及細(xì)沙受力分析,得mg+p0S1=pS1,對(duì)右端活塞受力分析,得F+p0S2=pS2,聯(lián)立可得mgS1=FS2,即F=mgS2S1,選項(xiàng)3.答案低于大于解析由題意可知,封閉氣體經(jīng)歷了絕熱膨脹的過程,此過程中氣體對(duì)外界做功,W<0,與外界的熱交換為零,即Q=0,則由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w內(nèi)能減小,而一定質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),故其溫度降低,即容器中空氣的溫度低于外界溫度。由于此時(shí)容器中空氣壓強(qiáng)與外界相同,而溫度低于外界溫度,若假設(shè)容器中空氣再經(jīng)歷等壓升溫過程而達(dá)到與外界相同狀態(tài),由pVT=C可知其體積必然增大,則升溫后的容器中空氣密度必然比假設(shè)的等壓升溫過程前密度小,而假設(shè)的等壓升溫過程后容器中空氣的密度等于外界空氣密度,故此時(shí)容器中空氣的密度大4.B由題意知,水不斷噴出,氣體體積增大,溫度不變,由玻意耳定律得,罐內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小,A錯(cuò)誤;氣體體積增大,對(duì)外做功,B正確;溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,故溫度不變,分子平均動(dòng)能不變,D錯(cuò)誤;溫度不變,氣體對(duì)外做功,由熱力學(xué)第一定律得氣體需要從外界吸收熱量,C錯(cuò)誤。5.C狀態(tài)a到狀態(tài)b,體積變大,氣體對(duì)外界做的功W1在數(shù)值上等于ab圖線與橫軸圍成圖形的面積,同理,狀態(tài)b到狀態(tài)c,氣體對(duì)外界做的功W2在數(shù)值上等于bc圖線與橫軸圍成圖形的面積,故W1=W2,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由理想氣體狀態(tài)方程pVT=C結(jié)合p-V圖像可知,Ta=Tb<Tc,理想氣體的內(nèi)能由溫度決定,即Ua=Ub<Uc,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;狀態(tài)a到狀態(tài)b,ΔU1=0,狀態(tài)b到狀態(tài)c,ΔU2>0,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知Q1<Q2,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;c→a過程為等壓變化,體積減小,溫度降低,ΔU3<0,ΔU3=W3+Q3,由于體積減小,外界對(duì)氣體做功,W3>0,則Q3<0,且|Q3|>W3,故選項(xiàng)C6.BDE過程①是等容升溫過程,由paTa=pbTb,可知壓強(qiáng)逐漸增大,A項(xiàng)錯(cuò)誤。過程②中氣體膨脹,故氣體對(duì)外界做正功,B項(xiàng)正確。過程④為等容降溫過程,氣體向外放出熱量,C項(xiàng)錯(cuò)誤。一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),而Tc=Td,所以狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等,D項(xiàng)正確。由理想氣體狀態(tài)方程pVT=C得p=CTV,由題圖可知TbVb>7.BCD對(duì)于一定量的理想氣體有pVT=恒量。從a到b,p逐漸增大,V逐漸增大,所以p與V的乘積pV增大,可知T增大,則氣體的內(nèi)能一直增加,故A錯(cuò)誤、B正確。由于V逐漸增大,可知?dú)怏w一直對(duì)外做功,故C正確。由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,因ΔU>0,W<0,可知Q>0,即氣體一直從外界吸熱,且吸收的熱量大于對(duì)外做的功,故D正確、E8.B距瓶口越近水的溫度越高,上浮過程中,小瓶?jī)?nèi)氣體溫度升高,內(nèi)能增加,A錯(cuò)誤;上浮過程中,小瓶?jī)?nèi)氣體體積增加,對(duì)外界做正功,B正確;根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,增加的內(nèi)能小于吸收的熱量,C、D錯(cuò)誤。9.ABEab過程中氣體體積不變,則W=0,而pV增大,即溫度升高,內(nèi)能增加,故氣體吸熱,A項(xiàng)正確。ca過程中氣體體積減小,外界對(duì)氣體做功,且pV減小,即溫度降低,內(nèi)能減少,則氣體放熱,故C項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確。由p-V圖可見,bc過程中pV先增大后減小,則溫度先升高后降低,故D項(xiàng)錯(cuò)誤,E項(xiàng)正確。10.答案2×105J解析A→B過程,外界對(duì)氣體做的功W1=p(VA-VB)B→C過程W2=0根據(jù)熱力學(xué)第一定律得ΔU=(W1+W2)+QA和C的溫度相等ΔU=0代入數(shù)據(jù)解得Q=2×105J11.答案1500J解析A→B過程,W1=-p(VB-VA);B→C過程,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,W2=ΔU;則氣體對(duì)外界做的總功W=-(W1+W2),代入數(shù)據(jù)得W=1500J。三年模擬練1.B氣泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p=p0+ρgh,因?yàn)榇髿鈮簭?qiáng)p0恒定,且氣泡緩慢上升過程中h減小,所以p減小,氣泡上升過程中溫度升高,分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大,則氣泡內(nèi)氣體分子單位時(shí)間內(nèi)對(duì)氣泡壁單位面積的撞擊次數(shù)減少,故A、D錯(cuò)誤;根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pVT=C可知當(dāng)p減小且T增大時(shí),V一定增大,所以氣泡內(nèi)氣體對(duì)外界做功,故B正確;氣泡內(nèi)氣體溫度升高,則內(nèi)能增大,且對(duì)外界做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w吸熱,故C2.C由于系統(tǒng)絕熱,所以氣體與外界沒有熱交換,活塞對(duì)氣體做正功,所以由熱力學(xué)第一定律知?dú)怏w的內(nèi)能增加,且ΔE=W;而從能量守恒的角度考慮,活塞和物體的重力做的功和大氣壓力做功之和為W其他=Mgh+mgΔh+p0SΔh,這些功一部分使氣體的內(nèi)能增加,另一部分在碰撞過程中使活塞和物體的內(nèi)能增加,所以W<Mgh+mgΔh+p0SΔh,故C正確。3.答案(1)0.4L(2)見解析(3)120J解析(1)狀態(tài)A對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度TA=tA+273K=-73℃+273K=200K由題圖甲可知,A→B為等壓過程,B→C為等容過程。對(duì)A→C,由理想氣體狀態(tài)方程有pAV解得VA=pCVCTA(