新教材2024高中物理第三章熱力學定律3.2熱力學第一定律同步測試新人教版選擇性必修第三冊

第三章熱力學定律2熱力學第肯定律【基礎鞏固】1.氣體膨脹對外做功100J,同時從外界汲取了120J的熱量,它的內(nèi)能的變更是 ()A.減小20JB.增大20JC.減小220J D.增大220J解析:氣體對外做功W=-100J,汲取熱量Q=120J.由熱力學第肯定律有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.關于物體的內(nèi)能及其變更,下列說法正確的是 ()A.物體的溫度變更時,其內(nèi)能必定變更B.物體對外做功,其內(nèi)能不肯定變更;向物體傳遞熱量,其內(nèi)能也不肯定變更C.物體對外做功,其內(nèi)能必定變更;物體向外傳出肯定熱量,其內(nèi)能必定變更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,物體溫度變更,物體的分子平均動能變更,內(nèi)能不肯定變更,選項A錯誤.變更內(nèi)能有兩種方式:做功和傳熱.由熱力學第肯定律可知選項B正確,選項C、D錯誤.答案:B3.肯定量的氣體汲取熱量,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)能肯定增加B.氣體內(nèi)能肯定削減C.氣體內(nèi)能肯定不變D.氣體內(nèi)能的變更不能確定解析:熱力學第肯定律ΔU=Q+W,氣體汲取熱量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,所以不能推斷ΔU的正負,氣體內(nèi)能的變更也就不能確定,選項D正確.答案:D4.負壓救援車、負壓病房在疫情防治中發(fā)揮了重要的作用,負壓是指空間內(nèi)的氣壓略低于外界環(huán)境的大氣壓.若負壓空間的溫度和外界溫度相同,負壓空間中的氣體和外界環(huán)境中的氣體都可以看成志向氣體,則下列說法正確的是 ()A.負壓空間中氣體分子的平均動能小于外界環(huán)境中氣體分子的平均動能B.負壓空間中氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)小于外界環(huán)境中氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)C.負壓空間中每個氣體分子的運動速率都小于外界環(huán)境中每個氣體分子的運動速率D.負壓空間中氣體的內(nèi)能等于外界環(huán)境中同體積的氣體的內(nèi)能解析:溫度是分子平均動能的標記,負壓空間的溫度和外界溫度相同,故負壓空間內(nèi)氣體分子的平均動能等于外界環(huán)境中氣體分子的平均動能,A錯誤.氣體的壓強由單位體積氣體的分子數(shù)和氣體分子撞擊器壁的力度確定,現(xiàn)內(nèi)外溫度相等,即氣體分子平均動能相等(撞擊力度相等),若壓強要減小形成負壓,則要求負壓空間內(nèi)單位體積氣體分子的個數(shù)小于外界環(huán)境中單位體積氣體分子的個數(shù),B正確.負壓空間內(nèi)氣體分子的平均動能等于外界環(huán)境中氣體分子的平均動能,二者氣體分子的平均運動速率相等,故C錯誤.內(nèi)能的大小與物質(zhì)的量、溫度、體積等有關,內(nèi)外壓強不等,相同體積和溫度的負壓空間內(nèi)的氣體物質(zhì)的量少,所以內(nèi)能小,故D錯誤.答案:B5.(多選)如圖所示,用絕熱活塞把絕熱容器隔成容積相等的兩部分,先把活塞鎖定,將質(zhì)量和溫度都相同的志向氣體氫氣和氧氣分別充入容器的兩部分,然后解除鎖定,活塞可以無摩擦地滑動,當活塞平衡時 ()A.氫氣的溫度不變 B.氫氣的壓強減小C.氫氣的體積增大 D.氧氣的溫度上升解析:氫氣和氧氣的質(zhì)量雖然相同,但氫氣的摩爾質(zhì)量小,氫氣的物質(zhì)的量大,又因為初始狀態(tài)下氫氣和氧氣的體積和溫度相同,所以氫氣產(chǎn)生的壓強大,解除鎖定后,活塞將向氧氣一方移動,這時氫氣對外做功,又無傳熱,由ΔU=W+Q可知,氫氣內(nèi)能削減,溫度降低,壓強減小;對氧氣而言,外界對它做功,體積減小,由ΔU=W+Q知,無傳熱的狀況下,氧氣內(nèi)能增加,溫度上升,壓強增大.答案:BCD6.(多選)肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變更到狀態(tài)C,其V-T圖像如圖所示.下列說法正確的有 ()A.A→B的過程中,氣體對外界做功B.A→B的過程中,氣體放出熱量C.B→C的過程中,氣體壓強不變D.A→B→C的過程中,氣體內(nèi)能增加解析:由題圖可知,從A到B的過程中,氣體的體積減小,外界對氣體做功,氣體的溫度不變,內(nèi)能不變,依據(jù)熱力學第肯定律可知,氣體放出熱量,選項A錯誤,B正確.從B到C過程中,VT是一個常數(shù),氣體發(fā)生的是等壓變更,氣體的溫度降低,內(nèi)能削減,選項C正確,選項D錯誤答案:BC7.一個氣泡從恒溫水槽的底部緩慢向上浮起,若不計氣泡內(nèi)氣體分子勢能的變更,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,但壓強漸漸減小,由玻意耳定律pV=恒量,可知體積V漸漸增大,氣泡對外做功,即W<0,由熱力學第肯定律得Q=-W>0,故氣泡從外界汲取熱量,且汲取的熱量全部用來對外做功,選項B正確.答案:B8.在標準大氣壓下,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,標準大氣壓為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)氣體汲取的熱量Q;(3)氣體增加的內(nèi)能ΔU.解析:(1)氣體在標準大氣壓下膨脹做功W=p(V2-V1)=1.013×105×(1676-1.043)×10-6J=169.7J.(2)氣體汲取的熱量Q=mL=1×2263.8J=2263.8J.(3)依據(jù)熱力學第肯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】9.(2024·全國乙卷)(多選)如圖,肯定量的志向氣體從狀態(tài)a(p0,V0,T0)經(jīng)熱力學過程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上升E.bc過程中,氣體的溫度先上升后降低解析:由志向氣體的p-V圖可知,志向氣體經(jīng)驗ab過程,體積不變,則W=0,而壓強增大,由pV=nRT可知,志向氣體的溫度上升,則內(nèi)能增大,由ΔU=Q+W可知,氣體始終吸熱,故A正確;志向氣體經(jīng)驗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)能削減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圖像的坐標圍成的面積反映溫度,b狀態(tài)和c狀態(tài)的坐標面積相等,而中間狀態(tài)的坐標面積更大,故bc過程的溫度先上升后降低,故D錯誤,E正確.答案:ABE10.(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)有肯定量的淡薄氣體,b內(nèi)為真空,抽開隔板K后a內(nèi)氣體進入b,最終達到平衡狀態(tài).在此過程中 ()A.氣體對外界做功,內(nèi)能削減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:絕熱容器中的淡薄氣體與外界沒有傳熱,Q=0,淡薄氣體向真空擴散沒有做功,W=0.依據(jù)熱力學第肯定律可知淡薄氣體的內(nèi)能不變,因此溫度不變,選項A、C錯誤,選項B正確.淡薄氣體擴散體積增大,壓強必定減小,選項D正確.答案:BD11.(多選)肯定量的志向氣體從狀態(tài)a起先,經(jīng)驗三個過程a→b、b→c、c→a回到狀態(tài)a,其p-T圖像如圖所示.下列推斷正確的是 ()A.過程a→b中氣體肯定吸熱B.過程b→c中氣體既不吸熱也不放熱C.過程c→a中外界對氣體所做的功等于氣體所放的熱D.a、b、c三個狀態(tài)中,狀態(tài)a中的分子平均動能最小解析:a→b為等容變更過程,W=0,溫度上升,內(nèi)能增大,ΔU>0,由熱力學第肯定律ΔU=Q+W知Q>0,氣體吸熱,選項A正確.b→c為等溫變更過程,ΔU=0,體積增大,氣體對外做功,W<0,由ΔU=Q+W得Q>0,氣體吸熱,選項B錯誤.c→a為等壓變更過程,溫度降低,內(nèi)能減小,ΔU<0,體積減小,外界對氣體做功,W>0,由熱力學第肯定律ΔU=Q+W得Q<0,且|Q|>W,選項C錯誤.溫度是分子平均動能的標記,Ta<Tb=Tc,選項D正確.答案:AD12.(多選)如圖所示,a、b、c、d表示肯定質(zhì)量的志向氣體狀態(tài)變更過程中的四個狀態(tài),圖中線段ad平行于橫坐標軸,線段dc平行于縱坐標軸,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,氣體汲取熱量,故A錯誤.氣體從狀態(tài)c到狀態(tài)b經(jīng)驗降壓、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)驗等壓升溫的過程,內(nèi)能增加,同時體積增大,所以氣體對外做功,同時汲取熱量,C正確.氣體從狀態(tài)b到狀態(tài)a經(jīng)驗等容變更過程,氣體的壓強增大,溫度上升,內(nèi)能增大,而在這個過程中氣體的體積沒有變更,氣體沒有做功,氣體內(nèi)能的增大是氣體汲取熱量的結果,故D正確.答案:BCD13.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肯定質(zhì)量的志向氣體.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,當氣體汲取熱量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)生等壓變更,有hShS解得Δh=T2(2)加熱過程中氣體對外做功為W=pSΔh=(p0S+mg)T2-由熱力學第肯定律知內(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】14.蛟龍?zhí)柹顫撈髟趫?zhí)行某次試驗任務時,外部攜帶一裝有氧氣的汽缸,汽缸導熱良好,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)能的削減量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