第2、3节 热力学第一定律第和能量守恒定律(word版含答案）

第三章　热力学定律
2　热力学第一定律
3　能量守恒定律
基础过关练
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　热力学第一定律的理解和应用
1.(2021河北巨鹿中学高二下月考)一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量,同时气体对外做了6×105 J的功,下列说法正确的是 (　　)
A.气体的内能增加
B.气体的分子势能增加
C.气体的体积减小
D.气体分子的平均动能增加
2.(2020中央民族大学附属中学高二下期末)一定质量的气体在某一过程中,外界对气体做功7.0×104 J,气体内能减小1.3×105 J,则此过程 (深度解析)
A.气体从外界吸收热量2.0×105 J
B.气体向外界释放热量2.0×105 J
C.气体从外界吸收热量6.0×104 J
D.气体向外界释放热量6.0×104 J
3.(多选)下列过程可能发生的是 (　　)
A.物体吸收热量,对外做功,同时内能增加
B.物体吸收热量,对外做功,同时内能减少
C.外界对物体做功,同时物体吸热,内能减少
D.外界对物体做功,同时物体放热,内能增加
题组二　能量守恒定律的理解和应用
4.(2020安徽亳州高二下期末)“第一类永动机”是不可能制成的,这是因为 (　　)
A.它不符合机械能守恒定律
B.它违背了能量守恒定律
C.它做功产生的热不符合热功当量
D.暂时找不到合理的设计方案和理想材料
5.(多选)如图所示,汽缸放置在水平地面上,质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室,两气室中均充有气体,汽缸、活塞是绝热的且不漏气。开始活塞被销钉固定,现将销钉拔掉,活塞最终静止在原位置下方h处,设活塞移动前后甲气室中气体内能的变化量为ΔE,不计气体重心改变的影响,重力加速度为g,下列说法正确的是 (　　)
A.甲气室中气体体积减小,温度升高
B.ΔE>mgh
C.ΔED.ΔE=mgh
题组三　热力学第一定律与气体实验定律的综合
6.(2021辽宁抚顺高三一模)春节期间,小明去泡温泉,经细心观察,他发现水泡在上升过程中变得越来越大。若将水泡内的气体视为理想气体,且水泡内气体的温度不变,则在水泡上升的过程中 (　　)
A.水泡内气体的压强减小,吸收热量
B.水泡内气体的压强减小,放出热量
C.水泡内气体的压强增大,吸收热量
D.水泡内气体的压强增大,放出热量
7.(2021辽宁大连普兰店第二中学高二期中)(多选)一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C,其V-T图像如图所示。下列说法正确的有 (　　)
A.B→C的过程中,气体压强不变
B.A→B的过程中,气体吸收热量
C.A→B的过程中,气体对外界做功
D.A→B→C的过程中,气体内能减小
8.(2021山东青岛高二下期中)美丽的氢气球是很多小孩喜欢的玩具,将一个氢气球释放,它就会在空中持续上升,环境的温度会降低,气球体积变大,若氢气球不漏气,氢气球内的气体可视为理想气体,下列说法正确的是 (　　)
A.气体分子平均间距减小
B.气体的压强不会发生变化
C.外界将对氢气球内气体做正功
D.气体放出的热量小于内能的减少量
能力提升练
题组一　热力学第一定律的理解和应用
1.(2021辽宁大连八中高二下期中,)如图所示,固定容器及可动活塞P都是绝热的,中间有一导热的固定隔板B,B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离,则在移动P的过程中 (　　)
A.外力对乙做功,甲的内能不变
B.外力对乙做功,乙的内能不变
C.乙传递热量给甲,乙的内能增加
D.乙的内能增加,甲的内能不变
2.(2019浙江金华三校高二下检测,)如图所示,给旱区送水的消防车停于水平地面。在缓慢放水过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间势能,则胎内气体 (深度解析)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.从外界吸热 B.对外界做负功
C.分子平均动能减小 D.内能增加
题组二　能量守恒定律的理解和应用
3.(2020河南林州一中高二下调研,)如图所示,容器内部有被水平隔板隔开的A、B两部分气体,A的密度小,B的密度大,抽去隔板,加热气体,使两部分气体均匀混合,设在此过程中气体吸收的热量为Q,气体内能增量为ΔU,则 (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.ΔU=Q B.ΔUC.ΔU>Q D.无法比较ΔU与Q
4.(2021湖北石首一中高二下月考,)(多选)如图所示,水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分,隔板可在汽缸内无摩擦滑动,隔板右侧汽缸内有一电热丝。汽缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止,左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流,通电一段时间后切断电流。当缸内气体再次达到平衡时,与初始状态相比 (　　)
A.左边气体分子单位时间内撞击隔板的次数增加
B.左右两边气体温度都升高
C.左边气体压强增大
D.右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量
题组三　热力学第一定律与气体实验定律的综合
5.(2020吉林长春二中高二下月考,)(多选)如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A,其中A→B和C→D为等温过程,B→C和D→A为绝热过程。该循环过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.A→B过程中,气体对外界做功,吸热
B.B→C过程中,气体分子的平均动能减小
C.C→D过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少
D.D→A过程中,外界对气体做功,气体内能增加
6.(2021山东济南长清一中高二下测试,)如图所示,一个绝热的汽缸竖直放置,内有一个绝热且光滑的活塞,中间有一个固定的导热性良好的隔板,隔板将汽缸分成两部分,分别密封着两部分理想气体A和B。活塞的质量为1 kg,横截面积为1 cm2,与隔板相距1 m。现通过电热丝缓慢加热气体,当A气体吸收热量120 J时,活塞上升了1 m,此时气体的温度为300 K。已知大气压强为1×105 Pa,重力加速度为g=10 m/s2。
(1)加热过程中,若A气体内能增加了ΔE1=50 J,求B气体内能增加量ΔE2;
(2)现停止对气体加热,同时在活塞上缓慢添加砂粒,当活塞恰好回到原来的位置时A气体的温度为400 K。求此时添加砂粒的总质量Δm。
答案全解全析
第三章　热力学定律
2　热力学第一定律
3　能量守恒定律
基础过关练
1.B　根据热力学第一定律ΔU=Q+W=4.2×105 J-6×105 J=-1.8×105 J,ΔU为负,说明气体的内能减少了,故A错误;因为气体对外做功,所以气体的体积增大,分子间的距离增大了,分子力做负功,气体分子势能增加了,故B正确,C错误;因为气体内能减少,同时气体分子势能增加,说明气体分子的平均动能一定减少了,故D错误。
2.B　由热力学第一定律ΔU=W+Q得到Q=ΔU-W=-1.3×105 J-7.0×104 J=-2.0×105 J,即气体向外界释放2.0×105 J的热量,故B正确。
方法技巧
应用热力学第一定律计算的一般思路
(1)明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。
(2)分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量;外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功。
(3)根据热力学第一定律ΔU=Q+W列出方程进行求解。
(4)注意物理量的正负号及其物理意义。
3.ABD　当物体吸收的热量多于对外做的功时,物体的内能就增加,故A正确;当物体吸收的热量少于对外做的功时,物体的内能就减少,故B正确;外界对物体做功,同时物体吸热,则物体的内能必增加,故C错误;当物体放出的热量少于外界对物体做的功时,物体的内能增加,故D正确。
4.B　第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律,故B正确,A、C、D错误。
5.AB　在绝热过程中,甲气室中气体体积减小,外界对它做正功,内能增加,温度升高,故A正确。乙气室中气体体积增加,它对外界做功,内能减少;活塞下落,重力势能减少,设乙气室中气体对活塞的力做功为W乙,由题可知W乙为正值,由能量守恒定律可以得出ΔE=mgh+W乙,故C、D错误,B正确。
6.A　在水泡上升的过程中,与水面的距离减小,则气体的压强逐渐减小,因为气体的温度不变,根据玻意耳定律pV=C,则体积变大,气体对外做功,因为气体的温度不变,则内能不变,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,则气体吸收热量,故选A。
7.AD　B→C的过程中,根据=k可知气体压强不变,选项A正确;A→B的过程中,气体温度不变,则内能不变,气体体积减小,则外界对气体做功,则气体放出热量,选项B、C错误;A→B→C的过程中,气体温度降低,则内能减小,选项D正确。
8.D　气球体积变大,气体的分子数不变,气体分子平均间距增大,故A错误;气球在上升的过程中,环境温度降低,气球体积变大,由理想气体状态方程=C可知气体压强减小,故B错误;气球体积变大,气体对外做功,W<0,故C错误;根据ΔU=W+Q可知,因温度降低则ΔU<0,气体对外做功,W<0,温度降低,则气体放出热量,Q<0,则气体放出的热量小于内能的减少量,故D正确。
能力提升练
1.C　将活塞P缓慢地向B移动一段距离,乙气体体积减小,外界对乙做功,其内能增加,温度升高,然后通过导热隔板将一部分热量传递给甲气体,最终二者内能都增加,故选项C正确。
2.A　缓慢放水过程中,车胎容积增大,胎内气体压强减小,气体膨胀,对外界做正功,选项B错;胎内气体温度不变,故分子平均动能不变,选项C错;由于不计分子间势能,一定质量的气体的内能只与温度有关,温度不变,内能不变,选项D错;ΔU=W+Q,因为ΔU=0,W<0,故Q>0,气体从外界吸热,选项A正确。
方法技巧
(1)对于理想气体来说,因不考虑分子势能,故其内能为所有分子动能的总和(即等于分子数与分子热运动的平均动能的乘积)。
(2)对于一定质量的理想气体来说,可由其温度是否变化判断其内能是否变化,升温,ΔU为正;降温,ΔU为负;温度不变,ΔU=0。
3.B　因为A的密度小,B的密度大,两部分气体均匀混合后整体的重心升高,重力势能增加,吸收的热量一部分用来增加气体内能,一部分用来增加系统的重力势能,根据能量守恒定律可知ΔU4.ABC　当电热丝通电后,右侧的气体吸收电热丝放出的热量,温度升高,同时绝热膨胀,向左推动隔板,从而对左边气体做功,由题意并根据热力学第一定律可知,左边气体内能增加,温度升高,隔板左侧汽缸的容积变小,气体分子的数密度变大,且气体温度升高,分子的平均动能增大,所以左边气体分子单位时间内撞击隔板的次数增加,故A、B、C正确;根据能量守恒定律可知,两边气体内能的总增加量等于电热丝放出的热量,故D错误。
5.ABD　A→B过程中,气体等温膨胀,气体体积增大,气体对外界做功,又因为气体温度不变,内能不变,所以此过程中气体吸热,故选项A正确。B→C过程中,气体绝热膨胀,气体对外做功,内能减小,温度降低,气体分子的平均动能减小,故选项B正确。C→D过程中,气体等温压缩,体积变小,分子的数密度变大,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多,故选项C错误。D→A过程中,气体绝热压缩,外界对气体做功,气体内能增加,故选项D正确。
6.答案　(1)50 J　(2) kg
解析　(1)B气体对外做功W=(p0S+mg)h
由热力学第一定律得ΔE1+ΔE2=Q-W
解得ΔE2=Q-(mg+p0S)h-ΔE1=50 J
(2)B气体的初状态:p1=p0+,V1=2hS,T1=300 K
B气体末状态:p2=p0+,V2=hS,T2=400 K
由理想气体状态方程有=
解得Δm= kg