高中物理选择性必修第三册课后习题 第3章 热力学定律 2 热力学第一定律 (2).docVIP

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2热力学第一定律

课后·训练提升

基础巩固

一、单项选择题

1.右图是装有一定质量的理想气体的密闭的汽缸,外力推动活塞P压缩气体,对缸内气体做功800J,同时气体向外界放热200J,缸内气体的()

A.温度升高,内能增加600J

B.温度升高,内能减少200J

C.温度降低,内能增加600J

D.温度降低,内能减少200J

答案:A

解析:根据热力学第一定律,气体内能增量ΔU=W+Q=800J-200J=600J,对于一定质量的理想气体,内能增加温度必然升高,故选项A正确。

2.一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如图所示。在此过程中下列说法正确的是()

A.气体温度一直降低

B.气体内能一直减小

C.气体一直从外界吸热

D.气体一直向外界放热

答案:C

解析:由题图知气体的pV值一直增大,由pVT

3.一定质量的理想气体从状态a开始,经历两个过程a→b、b→c,其p-T图像如图所示,下列判断正确的是()

A.a→b过程吸收热量

B.b→c过程放出热量

C.a→b过程放出的热量等于内能的减少量

D.a和b两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同

答案:D

解析:a→b是等压过程,由VT=C(C为常数)知由a到b,温度T降低,内能减小,ΔU0,体积V减小,外界对气体做功,W0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q知Q0,放热,且放出的热量大于内能的减少量,故选项A、C错误;b→c是等容过程,由p

4.如图所示,有一导热性良好的汽缸放在水平面上,活塞与汽缸壁间的摩擦不计,汽缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体,忽略气体分子间的相互作用(即分子势能视为零),忽略环境温度的变化,现缓慢推倒汽缸,在此过程中()

A.气体吸收热量,内能不变

B.汽缸内分子的平均动能增大

C.单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多

D.汽缸内分子撞击汽缸壁的平均作用力增大

答案:A

解析:由于环境温度不变,气体的分子平均动能不变,而分子势能又忽略不计,气体内能不变;气体温度不变,原来压强大于大气压,后来压强等于大气压,即压强减小,由理想气体状态方程知气体体积增大,对外做功,由于内能不变,气体需要吸热,选项A正确。由于环境温度不变,气体的分子平均动能不变,选项B错误。由于气体压强减小,体积增大,而分子动能没变,依据压强与单位时间内分子撞击器壁的频率有关,可知单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数减小,撞击作用力不变,选项C、D错误。

二、多项选择题

5.如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体,下列说法正确的是()

A.过程①中气体的压强逐渐减小

B.过程②中气体对外界做正功

C.过程④中气体从外界吸收了热量

D.状态c、d的内能相等

答案:BD

解析:过程①中,气体由a到b,体积不变,温度升高,则由查理定律知压强增大,选项A错误;过程②中,气体由b到c,体积变大,对外界做正功,选项B正确;过程④中,气体由d到e,温度降低,内能ΔU减小,体积不变,气体不做功,根据热力学第一定律ΔU=Q+W得Q0,即气体放出热量,选项C错误;状态c、d温度相同,所以内能相等,选项D正确。

三、计算题

6.如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历状态b到达状态c,已知一定质量的理想气体的内能与温度满足U=kT(k为常数),该气体在状态a时温度为T0,求:

(1)气体在状态c时的温度;

(2)气体从状态a到达状态c过程中从外界吸收的热量。

答案:(1)9T0(2)8kT0+6p0V0

解析:(1)由理想气体状态方程p

代入数据可得Tc=9T0。

(2)设气体从状态a到状态c过程中,外界对气体做功为W,气体吸热为Q

依题意可知Ua=kT0,Uc=9kT0

由热力学第一定律,有ΔU=Uc-Ua=Q+W

其中外界对气体做功W=-3p0(Vc-Vb)

联立可得Q=8kT0+6p0V0。

能力提升

一、单项选择题

1.气体膨胀对外做功100J,同时从外界吸收了120J的热量,它的内能的变化是()

A.减小20J B.增大20J

C.减小220J D.增大220J

答案:B

解析:由热力学第一定律得ΔU=W+Q=-100J+120J=20J,则气体内能增大了20J,故选项B正确。

2.一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,其体积V随热力学温度T变化的图像如图所示,此过程中该系统()

A.对外界做正功

B.压强保持不变

C.向外界放热

D.内能减少

答案:A

解析:一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,体积增大,理想气体对外界做正功,选项A正确;由题图可知V=V0+kT,根据理想气体的状态方程