新教材同步輔導(dǎo)2023年高中物理第三章熱力學(xué)定律3.2熱力學(xué)第一定律同步練習(xí)新人教版選擇性必修第三冊

2熱力學(xué)第一定律【基礎(chǔ)鞏固】1.氣體膨脹對外做功100J,同時從外界吸收了120J的熱量,它的內(nèi)能的變化是 ()A.減小20JB.增大20JC.減小220J D.增大220J解析:氣體對外做功W=-100J,吸收熱量Q=120J.由熱力學(xué)第一定律有ΔU=W+Q=-100J+120J=20J.ΔU>0,說明氣體的內(nèi)能增加.故選項B正確.答案:B2.關(guān)于物體的內(nèi)能及其變化,下列說法正確的是 ()A.物體的溫度改變時,其內(nèi)能必定改變B.物體對外做功,其內(nèi)能不一定改變;向物體傳遞熱量,其內(nèi)能也不一定改變C.物體對外做功,其內(nèi)能必定改變;物體向外傳出一定熱量,其內(nèi)能必定改變D.若物體與外界不發(fā)生熱交換,則物體的內(nèi)能必定不變解析:內(nèi)能是物體內(nèi)分子熱運動的動能和分子勢能的總和,物體溫度變化,物體的分子平均動能變化,內(nèi)能不一定改變,選項A錯誤.改變內(nèi)能有兩種方式:做功和傳熱.由熱力學(xué)第一定律可知選項B正確,選項C、D錯誤.答案:B3.一定量的氣體吸收熱量,體積膨脹并對外做功,則此過程的末態(tài)與初態(tài)相比 ()A.氣體內(nèi)能一定增加B.氣體內(nèi)能一定減少C.氣體內(nèi)能一定不變D.氣體內(nèi)能的變化不能確定解析:熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,氣體吸收熱量Q>0,體積膨脹對外做功W<0,因為不能確定Q與W值的大小,所以不能判斷ΔU的正負(fù),氣體內(nèi)能的變化也就不能確定,選項D正確.答案:D4.(2023·廣東湛江)一同學(xué)在室內(nèi)空調(diào)顯示屏上看到室內(nèi)的空氣溫度,為了測出室外的空氣溫度,他將一近似球形的氣球在室內(nèi)吹大并放置較長一段時間后,測量其直徑為L1,之后拿到室外并放置較長一段時間,測量其直徑為L2,L2>L1,不考慮氣球表皮的彈力變化,且氣球吹大后視為球體,大氣壓不變,室內(nèi)外的溫度均保持不變,則()A.氣球內(nèi)氣體對外界做負(fù)功B.氣球內(nèi)氣體對外界不做功C.室外溫度比室內(nèi)溫度高D.氣球在室外放出了熱量解析:氣球直徑增大,體積增大,氣球內(nèi)氣體對外界做正功,A、B錯誤;對氣球內(nèi)氣體,由蓋-呂薩克定律得V1T1=V2T2,由題意可知,V1<V2,則T1<T2,即室外溫度比室內(nèi)溫度高,C正確;由熱力學(xué)第一定律得ΔU=Q+W,氣體溫度升高,則ΔU>0,體積增大,對外界做正功,W<0,則答案:C5.一個氣泡從恒溫水槽的底部緩慢向上浮起,若不計氣泡內(nèi)氣體分子勢能的變化,則 ()A.氣泡對外做功,內(nèi)能不變,同時放熱B.氣泡對外做功,內(nèi)能不變,同時吸熱C.氣泡內(nèi)能減小,同時放熱D.氣泡內(nèi)能不變,不吸熱也不放熱解析:氣泡緩慢上升的過程中,溫度不變,內(nèi)能不變,ΔU=0,但壓強逐漸減小,由玻意耳定律pV=恒量,可知體積V逐漸增大,氣泡對外做功,即W<0,由熱力學(xué)第一定律得Q=-W>0,故氣泡從外界吸收熱量,且吸收的熱量全部用來對外做功,選項B正確.答案:B6.在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水在沸騰時,1g的水由液態(tài)變成同溫度的水蒸氣,其體積由1.043cm3變?yōu)?676cm3.已知水的汽化熱L=2263.8J/g,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為1.013×105Pa.求:(1)1g的水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)體積膨脹時氣體對外界做的功W;(2)氣體吸收的熱量Q;(3)氣體增加的內(nèi)能ΔU.解析:(1)氣體在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下膨脹做功W=p(V2-V1)=1.013×105×(1676-1.043)×10-6J=169.7J.(2)氣體吸收的熱量Q=mL=1×2263.8J=2263.8J.(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律得氣體增加的內(nèi)能ΔU=Q+W=2263.8J+(-169.7)J=2094.1J.答案:(1)169.7J(2)2263.8J(3)2094.1J【拓展提高】7.(2021·全國乙卷)(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.對于ab、bc、ca三個過程,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解析:由理想氣體的p-V圖可知,理想氣體經(jīng)歷ab過程,體積不變,則W=0,而壓強增大,由pV=nRT可知,理想氣體的溫度升高,則內(nèi)能增大,由ΔU=Q+W可知,氣體一直吸熱,故A正確;理想氣體經(jīng)歷ca過程為等壓壓縮,則外界對氣體做功,W>0,由pV=nRT知溫度降低,即內(nèi)能減少,ΔU<0,由ΔU=Q+W可知,Q<0,即氣體放熱,故B正確,C錯誤;由pV=nRT可知,p-V圖像的坐標(biāo)圍成的面積反映溫度,b狀態(tài)和c狀態(tài)的坐標(biāo)面積相等,而中間狀態(tài)的坐標(biāo)面積更大,故bc過程的溫度先升高后降低,故D錯誤,E正確.答案:ABE8.(多選)如圖所示,一絕熱容器被隔板K隔成a、b兩部分.已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體,b內(nèi)為真空,抽開隔板K后a內(nèi)氣體進入b,最終達(dá)到平衡狀態(tài).在此過程中 ()A.氣體對外界做功,內(nèi)能減少B.氣體不做功,內(nèi)能不變C.氣體壓強變小,溫度降低D.氣體壓強變小,溫度不變解析:絕熱容器中的稀薄氣體與外界沒有傳熱,Q=0,稀薄氣體向真空擴散沒有做功,W=0.根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知稀薄氣體的內(nèi)能不變,因此溫度不變,選項A、C錯誤,選項B正確.稀薄氣體擴散體積增大,壓強必然減小,選項D正確.答案:BD9.(多選)如圖所示,a、b、c、d表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過程中的四個狀態(tài),圖中線段ad平行于橫坐標(biāo)軸,線段dc平行于縱坐標(biāo)軸,線段ab的延長線過原點.下列說法正確的是 ()A.從狀態(tài)d到c,氣體不吸熱也不放熱B.從狀態(tài)c到b,氣體放熱C.從狀態(tài)a到d,氣體對外做功D.從狀態(tài)b到a,氣體吸熱解析:氣體從狀態(tài)d到c,溫度不變,內(nèi)能不變,由于壓強減小,氣體體積增大,對外做功,由ΔU=Q+W可知,氣體吸收熱量,故A錯誤.氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)b經(jīng)歷降壓、降溫過程,同時體積減小,外界對氣體做功,由ΔU=Q+W可知,氣體放熱,故B正確.氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)d經(jīng)歷等壓升溫的過程,內(nèi)能增加,同時體積增大,所以氣體對外做功,同時吸收熱量,C正確.氣體從狀態(tài)b到狀態(tài)a經(jīng)歷等容變化過程,氣體的壓強增大,溫度升高,內(nèi)能增大,而在這個過程中氣體的體積沒有變化,氣體沒有做功,氣體內(nèi)能的增大是氣體吸收熱量的結(jié)果,故D正確.答案:BCD10.如圖所示,一圓柱形絕熱汽缸豎直放置,通過絕熱活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體.活塞的質(zhì)量為m,橫截面積為S,與容器底部相距h,此時封閉氣體的溫度為T1.現(xiàn)通過電熱絲緩慢加熱氣體,當(dāng)氣體吸收熱量Q時,氣體溫度上升到T2.已知大氣壓強為p0,自由落體加速度為g,不計活塞與汽缸間的摩擦,求:(1)活塞上升的高度;(2)加熱過程中氣體內(nèi)能的增加量.解析:(1)氣體發(fā)生等壓變化,有hShS解得Δh=T2(2)加熱過程中氣體對外做功為W=pSΔh=(p0S+mg)T2-由熱力學(xué)第一定律知內(nèi)能的增加量為ΔU=Q-W=Q-(p0S+mg)T2答案:(1)T2-T1T1h(2)Q-(p0【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】11.蛟龍?zhí)柹顫撈髟趫?zhí)行某次實驗任務(wù)時,外部攜帶一裝有氧氣的汽缸,汽缸導(dǎo)熱良好,活塞與缸壁間無摩擦且與海水相通.已知海水溫度隨深度增加而降低,則深潛器下潛過程中,下列說法正確的是 ()A.每個氧氣分子的動能均減小B.氧氣放出的熱量等于其內(nèi)能的減少量C.氧氣分子單位時間撞擊缸壁單位面積的次數(shù)增加D.氧氣分子每次對缸壁的平均撞擊力增大解析:氧氣的溫度降低,氧氣分子熱運動的平均動能減小,并不是每一個分子的動能都減小,A錯誤.海水溫度隨深度增加而降低,氧氣的溫度也降低,內(nèi)能降低,ΔU為負(fù)值;汽缸內(nèi)的氧氣的壓強