5.1 热力学第一定律 同步练习（含答案解析） (2)

5.1
热力学第一定律
同步练习
1．把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速下压活塞时，由于被压缩的空气骤然变热，温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明(　　)
A．做功可以升高物体的温度
B．做功可以改变物体的内能
C．做功一定可以增加物体的内能
D．做功可以增加物体的热量
【解析】　当快速下压活塞时，对空气做功，改变了气体的内能，使气体的温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，故B正确．
2．一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
【解析】　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．
3．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是(　　)
A．机械能守恒
B．能量正在消失
C．只有动能和重力势能的相互转化
D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
【解析】　自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明机械能在减少，减少的机械能通过克服阻力做功转化为内能，但总能量不变，故D选项正确．
4．如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施加一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体(　　)
A．温度升高，压强增大，内能减少
B．温度降低，压强增大，内能减少
C．温度升高，压强增大，内能增加
D．温度降低，压强减小，内能增加
【解析】　由F对密闭的气体做正功知W>0，由绝热知Q＝0，由热力学第一定律知理想气体内能增大，T升高，气体分子热运动加剧，V减小，气体分子密度增大，所以压强增大，故选C.
5．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
【解析】　形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知能量来源于热水，故A、B、C错；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D对．
6．对于一个大气压下100
℃的水变成100
℃的水蒸气的过程中，下列说法中正确的是(　　)
A．内能增加，对外界做功，一定是吸热
B．内能不变，对外界做功，从外界吸热
C．内能减少，不对外界做功，向外界放热
D．内能增加，对外界做功，向外界放热
【解析】　水变成同温度的水蒸气的过程中，分子的平均动能不变，克服分子力做功，分子势能增加，故内能增加，一定是从外界吸收热量，A正确．
7．图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中(　　)
A．外界对气体做功，气体内能增大
B．外界对气体做功，气体内能减小
C．气体对外界做功，气体内能增大
D．气体对外界做功，气体内能减小
【解析】　M向下滑动的过程中，气体被压缩，外界对气体做功，又因为与外界没有热交换，所以气体内能增大．【答案】　A
8．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
【解析】　气体膨胀，气体对外做正功，又因气体与外界无热交换，由热力学第一定律可知气体内能减小，因忽略气体分子间相互作用，没有分子势能，所以分子的平均动能减小，选项A正确．
9.景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程中(　　)
A．气体温度升高，压强不变
B．气体温度升高，压强变大
C．气体对外界做正功，气体内能增加
D．外界对气体做正功，气体内能减少
【解析】　筒内封闭气体被压缩过程中，外界对气体做正功．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，气体内能增加，温度升高．由理想气体状态方程＝C知，气体压强增大．选项A、C、D错误，选项B正确．
10．如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的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热Q，气体内能增量为ΔU，则(　　)
A．ΔU＝Q　　　　　　　　B．ΔU＜Q
C．ΔU＞Q
D．无法比较
【解析】　两部分气体混合均匀后，密度相同，则整体重心上移，吸收的热量有一部分转化为重力势能，由能量守恒定律并结合热力学第一定律，可知B正确．
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？
【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
12．如右下图所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为22
cm，现在用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭空气柱长度变为2
cm，人对活塞做功100
J，大气压强为p0＝1×105
Pa，不计活塞重力．问：
(1)若用足够长的时间缓慢压缩气体，求压缩后气体的压强为多大？
(2)若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20
J，则气体的内能增加多少？(活塞的横截面积S＝1
cm2)
【解析】　(1)设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22
cm，
l＝2
cm，V0＝l0S，V＝lS
缓慢压缩气体温度不变，由玻意耳定律得：
p0V0＝pV，解得：p＝1.1×106
Pa.
(2)大气压力对活塞做功：W1＝p0S(l0－l)＝2
J
人做功W2＝100
J，由热力学第一定律得：
ΔU＝W1＋W2＋Q，将Q＝－20
J代入解得ΔU＝82
J.
【答案】　(1)1.1×106
Pa　(2)82
J