5.1 热力学第一定律 同步练习（含答案解析） (1)

5.1
热力学第一定律
同步练习
【课堂训练】
1.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
2.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
3.对一定质量的气体,下列说法正确的是(
)
A.在体积缓慢地不断增大的过程中,气体一定对外界做功
B.在压强不断增大的过程中,外界对气体一定做功
C.在体积不断被压缩的过程中,内能一定增加
D.在没有与外界发生热量交换的过程中,内能一定不变
4.一定质量的理想气体在某一过程中,外界对气体做功7.0×104
J
,气体内能减少1.3×105
J,则此过程(
)
A.气体从外界吸收热量2.0×105
J
B.气体向外界放出热量2.0×105
J
C.气体从外界吸收热量6.0×104
J
D.气体向外界放出热量6.0×104
J
5.外界压缩气体做功20
J,下列说法中正确的是(
)
A.气体内能一定增加20
J
B.气体内能增加必定小于20
J
C.气体内能增加可能小于20
J
D.气体内能不变
【课后巩固】
6.物体由大量分子组成，下列说法正确的是(
)
A.分子热运动越剧烈，物体内每个分子的动能越大
B.分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小
C.物体的内能跟物体的温度和体积有关
D.只有外界对物体做功才能增加物体的内能
7.一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态.用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功,Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有
A.Q1-Q2=W2-W1
B.Q1-Q2=W1-W2
C.W1=W2
D.Q1=Q2
8.如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片.轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动.离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动.下列说法正确的是(
)
A.转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C.转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
9.一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量
2.5×104
J，气体对外界做功1.0×104
J，则该理想气体的(
)
A.温度降低，密度增大
B.温度降低，密度减小
C.温度升高，密度增大
D.温度升高，密度减小
10.如图所示将一绝热气缸放在水平台上，缸内封闭了一定质量的气体，绝热活塞可无摩擦移动，且不漏气，现使平台绕中心轴匀速转动，气缸和平台相对静止，缸内气体达到体积稳定时，则缸内气体(
)
A.压强减少,内能增大
B.压强、内能都减小
C.压强、内能都不变
D.压强增大,内能减小
11.一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，问：
(1)气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？
(2)分子势能是增加还是减少？
(3)分子的平均动能是增加还是减少？
12.如图所示，一导热气缸放在水平面上，其内封闭一定质量的某种理想气体.活塞通过滑轮组与一重物连接，并保持平衡，已知气缸高度为h，开始活塞在气缸中央，初始温度为t摄氏度，活塞面积为S，大气压强为p0，物体重力为G，活塞质量及一切摩擦不计.缓慢升高环境温度，使活塞上升Δx，封闭气体吸收了Q的热量.(气缸始终未离开地面)
求：(1)环境温度升高了多少度？
(2)气体的内能如何变化？变化了多少？
答案解析
1.【解析】选C.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.
2.【解析】选A、B、D.根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,做功和热传递都可以改变物体的内能,由此可确定A、B、D正确，C错误.
3.【解析】选A.当体积增大时,气体一定对外做功,A正确.气体压强增大,但体积不一定会减小,所以外界不一定对气体做功,B错.当气体体积不断被压缩时,外界对气体做功,因气体与外界之间能量交换不确定,所以气体的内能不一定增加,C错.在气体与外界没有热量交换时,气体对外做功或外界对气体做功,都可以使气体的内能发生变化,D错.
4.【解析】选B.根据热力学第一定律,W+Q=ΔU,所以Q=ΔU-W=-1.3×105
J-7.0×104
J=-2.0×105
J,即气体向外界放出热量2.0×105
J,故B正确.
5.【解析】选C.外界对气体做功为W=20
J，但气体吸收或放出的热量未知，根据热力学第一定律ΔU=W+Q知，物体内能的增量为做功与传递热量之和，因此不能判断内能的变化情况.改变物体的内能有两种方法：做功和热传递，它们在热力学第一定律中都有体现，因此不能只根据一个因素的变化情况就判断内能的变化情况.故C正确.
6.【解析】选C.因为温度是物体分子平均动能的标志，温度越高，表明分子热运动越剧烈，但并不是每个分子的动能都增大，所以A错；当分子之间的距离
r＜r0时，随着分子之间距离的减小，引力和斥力同时增大.当分子之间的距离
r＞r0时，随着分子之间距离的增大，引力和斥力同时减小，所以B错；物体的内能跟物体的温度和体积都有关系，C正确；做功和热传递是改变物体内能的两种方式，物体吸热也可以增加物体的内能，D错误.所以答案选C.
7.【解析】选A.气体初、末状态相同，内能相同，由热力学第一定律知
ΔW+ΔQ=0,即W2-W1=Q1-Q2，故选项A正确.
8.【解析】选D.该永动机叶片进入水中，吸收热量而伸展划水，推动转轮转动，离开水面后向空气中放热，叶片形状迅速恢复，所以转动的能量来自热水，由于不断向空气释放热量，所以水温逐渐降低，A、B、C错，D对.
【总结提升】永动机不可制成
(1)第一类永动机
概念：不消耗能量的机器.
结果：无一例外地归于失败.
原因：违背能量守恒原理.
(2)永动机给我们的启示
人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律.
9.【解析】选D.由热力学第一定律ΔU=W+Q，Q=2.5×104
J，W=-1.0×104
J可知ΔU大于零，气体内能增加，温度升高，A、B错；气体对外做功，体积增大，密度减小，C错，D对.
10.【解析】选B.当气缸和平台一起转动时,活塞所受合力为指向圆心的向心力,故p0S-pS=ma,故此时p＜p0，即气体压强减小.由于气缸是绝热的,故气体只对外做功,不发生热传递,故气体内能减少.因此,B正确.
11.【解析】(1)气体从外界吸热为：Q=4.2×105
J
气体对外做功为W=-6×105
J
由热力学第一定律：ΔU=W+Q=-6×105
J+4.2×105
J=-1.8×105
J
ΔU为负，说明气体的内能减少了.所以，气体内能减少了1.8×105
J.
(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了.
(3)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.
答案：(1)减少
1.8×105
J
(2)增加
(3)减少
【变式备选】在将空气压缩装入气瓶的过程中,温度保持不变,外界做了24
kJ的功.现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底,若在此过程中,瓶中空气的质量保持不变,且放出了5
kJ的热量.在上述两个过程中,空气的内能怎样变化？变化了多少？空气是吸收还是放出热量？
【解析】根据热力学第一定律W+Q=ΔU,第一阶段W1=24
kJ,ΔU1=0,所以Q1=-24
kJ,放热.
第二阶段W2=0,Q2=-5
kJ,所以ΔU2=-5
kJ.
两过程Q=Q1+Q2=-29
kJ，故共放热29
kJ.
内能变化ΔU=-5
kJ,即减少5
kJ.
答案：减少
5
kJ
放出
12.【解题指南】外界对活塞的作用力不变，所以气体做等压变化，气体对外做功是气体的压力做功.
【解析】(1)活塞缓慢移动，任意时刻都处于平衡状态，故气体做等压变化，由盖·吕萨克定律可知：
得
(2)设气缸内压强为p，由平衡条件得:pS=p0S-G，封闭气体对外做功
W=pSΔx=(p0S-G)Δx，由热力学第一定律得：ΔU=Q+(-W)=Q-(p0S-G)Δx.
由于气体的温度升高，其内能增加.
答案：(1)
(2)气体内能增加
Q-(p0S-G)Δx