选修3-3 习题课：热力学第一定律和气体综合问题 同步练习(word含答案)

选修3-3 习题课：热力学第一定律和气体综合问题 同步练习
一、单项选择题（共10小题；共40分）
1. 一个气泡由湖面下 深处缓慢上升到湖面下 深处，设湖中温度不变（水的密度 取 ， 取 ，大气压强 ），则气泡的体积约变为原来体积的
A. 倍 B. 倍 C. 倍 D.
2. 对于在一个大气压下 的水蒸气的过程中，下列说法正确的是
A. 水的内能不能，对外界做功，从外界吸热
B. 水的内能减少，对外界不做功，向外界放热
C. 水的内能增加，对外界做功，向外界放热
D. 水的内能增加，对外界做功，一定是吸热
3. 光滑绝热的轻质活塞把密封的圆筒容器分成 、 两部分，这两部分充有温度相同的气体，平衡时 ，现将 中气体温度加热到 ， 中气体温度降低到 ，待重新平衡后，这两部分气体体积的比 为
A. B. C. D.
4. 做功和热传递都可以改变物体的内能。以下说法正确的是
A. 物体放出热量，内能一定减少
B. 物体对外做功，内能一定减少
C. 物体吸收热量，同时对外做功，内能一定减少
D. 物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少
5. 某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体

A. 对外做正功，分子的平均动能减小 B. 对外做正功，内能增大
C. 对外做负功，分子的平均动能增大 D. 对外做负功，内能减小
6. 密封有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气（不计分子势能）
A. 内能增大，放出热量 B. 内能减小，吸收热量
C. 内能增大，对外界做功 D. 内能减小，外界对其做功
7. 一个系统内能增加了 。如果系统与周围环境不发生热交换，周围环境需要对系统做的功为
A. B. C. D.
8. 某容积为 的氧气瓶装有 的氧气，现把氧气分装到容积为 的小钢瓶中，使每个小钢瓶中氧气的压强为 ，如果每个小钢瓶中原有氧气压强为 ，能分装的瓶数（设分装过程无漏气，且温度不变）
A. 瓶 B. 瓶 C. 瓶 D. 瓶
9. 如图所示， 、 两容器容积相等，用粗细均匀的细玻璃管相连，两容器内装有不同气体，细管中央有一段水银柱，在两边气体作用下保持平衡时， 中气体的温度为 ， 中气体温度为 ，如果将它们的温度都降低 ，那么水银柱将
A. 向 移动 B. 向 移动 C. 不动 D. 不能确定
10. 如图所示，竖直放置的弯曲管 端开口， 端封闭，密度为 的液体将两段空气封闭在管内，管内液面高度差分别为 、 和 ，则 端气体的压强为（已知大气压强为 ）
A. B.
C. D.
二、填空题（共4小题；共20分）
11. 如图所示，水平放置的一根玻璃管和几个竖直放置的 形管内都有一段水银柱，封闭端里有一定质量的气体，图（）中的水银柱长度和图（）（）（）中 形管两臂内水银柱高度差均为 ，外界大气压强 ，则四部分气体的压强分别为 ， ， ， 。
12. 如图，汽缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡，活塞距缸口 ，活塞面积为 ，大气压强为 ，物重 ，活塞质量及一切摩擦不计，缓慢升高环境温度，使活塞刚好升到缸口，封闭气体吸收了 的热量，那么封闭气体的压强将 （填“增加”“减小”或“不变”），气体内能的变化量为 。
13. 如图所示，用导热性能良好的汽缸和活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸内（活塞与汽缸壁之间无摩擦）。在活塞上缓慢地加沙子，在此过程中，密闭气体 （选填“吸热”“放热”或无热传递”），单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数 （选填“增多”“减少”或“不变”）。
14. 如图所示，粗细均匀的细 形管竖直放置，左右两侧管中各有一段水银柱，长度如图所示，水平管中封闭 长的空气柱，设大气压强为 ，环境温度为 ，此时管中气体的压强等于 ，温度升到 ，左侧水银柱刚好全部进入竖直管。
三、解答题（共3小题；共39分）
15. 一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量 ，并对外做功 ，试问；
（1）这些气体的内能发生了怎样的变化
（2）如果这些气体又返回原来的状态，并放出 热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功 做了多少功
16. 贮气桶的容积为 ，贮有温度为 、压强为 的氢气，使用后氢气温度降为 ，压强降为 ，求用掉的氢气占原有氢气的百分比。（结果保留一位小数）
17. 如图所示是某同学设计的气压升降机，竖直圆柱形汽缸用活塞封闭了一定质量的气体，汽缸内壁光滑。活塞与内壁接触紧密无气体泄漏，活塞横截面积为 ，活塞及其上方装置总重力为 ，活塞停在内壁的小支架上，与缸底的距离为 。气体温度为 。压强为大气压强 。现给电热丝通电，经过一段时间，活塞缓慢上升 。上述过程中，气体可视为理想气体，若整个过程中封闭气体内能的变化为 ，求：
（1）活塞恰好离开内壁小支架时气体的温度 ；
（2）整个过程中气体吸收的热量 。
答案
第一部分
1. C
【解析】设气泡的体积分别为 、 ，初态时气泡的压强 ，在 深处时气泡的压强 ，根据玻意耳定律得 ，解得 ，体积应变为原来的 倍。
2. D
3. B
【解析】对 部分气体有：
对 部分气体有：
因为 ，，，所以由 得
所以
4. D
5. A
【解析】由于忽略气体分子间相互作用，封闭气体为理想气体，气体膨胀，体积变大，对外做正功，由于缸内的气体与外界无热交换，由热力学第一定律可知，气体的内能减小，分子的平均动能减小，选项 A 正确。
6. D
【解析】气体的内能由温度决定，当温度降低时，内能减小，而塑料瓶变扁，内部气体体积减小，外界对其做功，根据热力学第一定律 可知，气体放出热量，D正确。
7. D
【解析】一个系统内能增加了 ，则 ，如果系统跟周围环境不发生热交换，则 ，由 得 ，即周围环境需要对系统做的功为 ，故D正确。
8. C
【解析】设能分装 个小钢瓶，则以氧气瓶中的氧气和 个小钢瓶中的氧气整体为研究对象，分装过程温度不变，遵循玻意耳定律，气体分装前后的状态如图所示。
由玻意耳定律有 ，得 。由 ，，，，，代入数据可得 瓶，故C正确。
9. A
【解析】假定两个容器的体积不变，即 ， 不变，所装气体温度分别为 和 ，
当温度降低 时，左边的压强由 降至 ，，右边的压强由 降至 ，。
由查理定律得：
，，
因为 ，所以 ，
即水银柱应向 移动。
10. B
【解析】需要从管口依次向左分析，中间气室压强比管口低 ， 端气体压强比中间气室低 ，所以 端气体压强为 ，选B项.
第二部分
11. ；；；
【解析】由平衡条件可知：
如图（）所示，玻璃管水平，水银柱平衡，其两侧压强相等，则 ；
如图（）所示，水银柱自由端比封闭端高，封闭气体的压强比大气压大，则 ；
如图（）所示：水银柱自由端比封闭端低，封闭气体的压强比大气压小，则 ；
如图（）所示：水银柱自由端比封闭端高，封闭气体的压强比大气压大，则 。
12. 不变；
【解析】设大气压强为 ，封闭气体的压强为 ，物体受到的重力为 ，活塞的面积为 ，对活塞，由平衡条件得 。活塞缓慢升到缸口过程中， 、 、 均不变，则封闭气体的压强 不变。活塞向上移动，气体对外做功， 取负值，，气体吸收的热量为 ，由热力学第一定律可以知道，气体内能的变化量 。
13. 放热；增多
【解析】在活塞上缓慢地加沙子，气体的压强变大，体积减小，外界对气体做功，由于活塞导热性良好，则气体与外界温度保持相等，根据热力学第一定律可知，密闭气体放热；气体的温度不变，而压强变大，可知单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增加。
14. ；
【解析】封闭气体在加热前为初状态，体积 ，温度 ，压强 。左侧水银柱刚好全部进入竖直管为末状态，此时左侧水银柱进入竖直管的长度为 ，所以压强 ，则右侧水银柱进入竖直管的长度也为 ，水平部分的水银柱减少了 ，所以封闭气体的体积 ；由理想气体的状态方程有 ，解得 ，所以 。
第三部分
15. （1） 增加了
【解析】由热力学第一定律可得
为正，说明气体内能增加，增加了 。
（2） 外界对气体做功；
【解析】由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从末状态回到初状态过程中内能的变化量应等于从初状态到末状态过程中内能的变化量的负值，则从末状态到初状态的内能应减少 ，即
，又 ，根据热力学第一定律
得：
所以
即外界对气体做功 。
16.
【解析】解法一：选取桶内原有的全部氢气为研究对象，且把没用掉的氢气包含在末状态中，则初状态有 ，，；末状态有 ，，
由 得 。
用掉的氢气占原有氢气的百分比为
。
解法二：取剩下的气体为研究对象，
初状态有 ，；末状态有 ，，，
由 得 ，
用掉的氢气占原有氢气的百分比为
。
17. （1）
【解析】气体等容变化至压强为 时，活塞离开小支架，设温度升高至 ，根据查理定律有
解得
。
（2）
【解析】全过程中外界对气体做的功
由热力学第一定律有
解得
。
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