高中物理热力学定律3热力学第一定律能量守恒定律检测题新人教版选修33(可编辑修改word版)

第十章热力学定律
3 热力学第一定律能量守恒定律
A 级抓基础
1.在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内
的温度将( )
A.降低B．升高
C．不变D．无法确定
解析：取房间内气体及电冰箱(有散热装置)为系统，外界消耗电能，对系统做功，系统
总内能增加．
答案：B
2.如图所示是密闭的气缸，外力推动活塞P 压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气
体向外界放热200 J，缸内气体的( )
A.温度升高，内能增加 600 J
B.温度升高，内能减少 200 J
C.温度降低，内能增加 600 J
D.温度降低，内能减少 200 J
解析：对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q 可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)
＝600 J，ΔU 为正表示内能增加了 600 J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等
于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项 A 正确．答案：A
3.在热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q 中关于ΔU、W、Q 各个物理量的正、负，下列
说法中正确的是( )
A.外界对物体做功时W 为正，吸热时Q 为负，内能增加时ΔU 为正
B.物体对外界做功时W 为负，吸热时Q 为正，内能增加时ΔU 为负
C.物体对外界做功时W 为负，吸热时Q 为正，内能增加时ΔU 为正
D.外界对物体做功时W 为负，吸热时Q 为负，内能增加时ΔU 为负
解析：外界对物体做功时W 为正，反之为负；吸热时Q 为正，反之为负；内能增加时ΔU 为正，反之为负．故 C 正
确．答案：C
4．(多选)一定质量的理想气体，如果体积膨胀，同时吸收热量，下列关于该气体内能变化的说法中正确的是( )
A．如果气体对外做的功大于吸收的热量，气体内能将减少
B．如果气体对外做的功小于吸收的热量，气体内能将减少
C．如果气体对外做的功等于吸收的热量，气体内能将不变
D．如果气体对外做的功等于吸收的热量，气体内能可能改变
解析：体积膨胀，则气体的压力一定对外做功．W<0，吸收热量Q>0，所以气体内能的变化要比较二者的大小关系，由W＋Q＝ΔU 可知 A、C 正确．
答案：AC
5.对于一个大气压下 100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是( )
A．水的内能增加，对外界做功，一定是吸热
B．水的内能不变，对外界做功，从外界吸热
C．水的内能减少，对外界不做功，向外界放热
D．水的内能增加，对外界做功，向外界放热
解析：水变成水蒸气的过程是吸热的过程，又因气体膨胀对外界做功，分子间距增大，分子势能增加，由此判断可知 A 对．
答案：A
6.如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中．设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒内空气体积减小，空气一定( )
A．从外界吸热
B．内能增大
C．向外界放热
D．内能减小
解析：本题考查气体性质和热力学第一定律，由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项 B、D 均错．热力学第一定律公式ΔU＝W＋Q，因为在这个过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中W 取正号，ΔU
＝0，所以Q 为负，即气体向外放热，故选项 A 错，C 对．正确选项为 C.
答案：C
B 级提能力
7.重庆出租车常以天然气作为燃料．加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)( ) A．压强增大，内能减小
B．吸收热量，内能增大
C．压强减小，分子平均动能增大
D．对外做功，分子平均动能减小
解析：温度是分子平均动能的宏观标志，故天然气的温度升高过程中，分子平均动能增大，又天然气可视为理想气体，不需要考虑分子势能，而气体质量不变，气罐内天然气分子数不变，所以气体分子总动能增大，故内能增大，A、D 项错；由热力学第一定律可知，气体体积不变，内能增大，则一定从外界吸收热量，B 项对；天然气体积不变，随温度升高，气体压强增大，C 项错．
答案：B
8．(多选)如图所示，绝热气缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气(视为理想气体)．初始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡，下列说法中正确的是( )
A．初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能
B．系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小
C．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中有热量从氧气传递到氢气
D．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小
解析：温度是分子平均动能的标志，A 错；松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氢气对氧气做功，由于隔板导热，最终温度相同，系统与外界无热交换，最终温度等于初始温度，B 错，C、D 正确．
答案：CD
9.分别以p、V、T 表示气体的压强、体积、温度，一定质量的理想气体，其初始状态表示为(p0、V0、T0)．若分别经历如下两种变化过程：①从(p0、V0、T0)变为(p1、V1、T1)的过程中，温度保持不变(T1＝T0)；②从(p0、V0、T0)变为(p2、V2、T2)的过程中，既不吸热，也不放热．在上述两种变化过程中，如果V1＝V2>V0，则( )
A．p1>p2，T1>T2B．p1>p2，T1<T2
C．p1<p2，T1<T2D．p1<p2，T1>T2
解析：过程①是等温膨胀，遵守玻意耳定律，过程②是绝热膨胀，系统对外做功，内能减少，温度降低，遵循理想气体状态方程，故 A 正确．
答案：A
10. 某校开展探究性课外活动，一同学用如图所示的装置研究气体压强、体积、温度三量之间的变化关系．该同学选用导热良好的气缸将其开口向下，内装理想气体，并将气缸固定不动，但缸内活塞可自由滑动且不漏气，他把一温度计通过缸底小孔插入缸内，插口处密封良好，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时活塞恰好静止．他把沙桶底部钻一个小洞，让细沙慢慢漏出，外部环境温度恒定，由此可确定( )
A ．外界对气体做功，内能增大
B ．外界对气体做功，温度计示数不变
C ．气体体积减小，温度计示数减小
D ．外界对气体做功，温度计示数增大
解析：因细沙慢慢漏出，沙桶重力减少，故活塞上移，外界对气体做功，因气缸导热性能良好，细沙是慢慢漏出，外部环境温度又不变，故此过程气缸内气体及时向外界放热而保持缸内气体温度不变．
答案：B
11. 如图所示，一定质量的理想气体从状态 A 经等压过程到状态 B .此过程中，气体压强 p ＝1.0×105 Pa ，吸收的热量 Q ＝7.0×102
J ，求此过程中气体内能的增量．
V A V B
解析：等压变化，T A ＝T
B ，对外做的功 W ＝p (V B －V A )．根据热力学第一定律ΔU ＝Q －W ， 解得ΔU ＝5.0×102 J.
答案：ΔU ＝5.0×102 J
12. 在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g 的水由液态变成同温度的水汽，其体积由 1.043 cm 3 变为 1 676 cm 3
.已知水的汽化热为 2 263.8 J/g.求：
(1)体积膨胀时气体对外界做的功 W ；
(2) 气体吸收的热量 Q ；
(3)气体增加的内能ΔU.
解析：取1 g 水为研究系统，1 g 沸腾的水变成同温度的水汽需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，
所以有ΔU<Q 吸．
(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功：
W＝p(V2－V1)＝1.013×105×(1 676－1.043)×10－6 J＝169.7 J.
(2)气体吸热：Q＝mL＝1×2 263.8 J＝
2 263.8 J.
(3) 根据热力学第一定律：
ΔU＝Q＋W＝2 263.8 J＋(－169.7)J＝
2 094.1 J.
答案：(1)169.7 J (2)2 263.8 J
(3)2 094.1 J。