鲁科版选修3-3 5.1热力学第一定律 达标作业（解析版)

5.1热力学第一定律
达标作业（解析版)
1．如图，汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强和大气压相同。把汽缸和活塞固定, 使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量 Q1。如果让活塞可以 自由滑动（活塞与汽缸间无摩擦、不漏气）,也使汽缸内空气温度升高 相同温度,其吸收的热量为 Q2。则 Q1 和 Q2 的大小关系是
A．Q1= Q2 B．Q1> Q2 C．Q1< Q2 D．不能确定
2．下列说法正确的是
A．温度越高，布朗运动越显著
B．外界对气体做功，气体内能一定增大
C．分子间作用力随分子间距离的增大而减小
D．一定质量的理想气体，体积越大，压强越小
3．用活塞压缩气缸里的空气，对空气做了900J的功．同时气缸向外散热210J，则气缸内的空气内能如何变化（）
A．减少了690J
B．增加了690J
C．增加了1110J
D．减少了1110J
4．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
5．给一定质量、温度为的水加热，在水的温度由上升到的过程中，水的体积随着温度升高反而减小，我们称之为“反常膨胀”某研究小组通过查阅资料知道：水分子之间存在一种结合力，这种结合力可以形成多分子结构，在这种结构中，水分子之间也存在相互作用的势能在水反常膨胀的过程中，体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的关于这个问题的下列说法中正确的是　　
A．水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功
B．水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功
C．水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功
D．水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功
6．如图所示，一木块放在光滑水平面上，一子弹水平射入木块中，射入深度为d，平均阻力为f.设木块滑行距离为s时开始匀速前进，下列判断正确的是( )
A．木块动能的增加量等于f(s＋d)
B．子弹损失的动能等于fs
C．子弹与木块总机械能的损失等于fs
D．子弹与木块总机械能的损失等于fd
7．一定质量的理想气体的状态变化过程如图所示，MN为一条直线，则气体从状态M到状态N的过程中?
A．温度保持不变
B．温度先升高，后又减小到初始温度
C．整个过程中气体对外不做功，气体要吸热
D．气体的密度在不断增大
8．如图所示为导热气缸，内封有一定质量理想气体，活塞与气缸壁的接触面光滑，活塞上用弹簧悬挂．当周围环境温度不变，大气压缓慢变大之后，下列说法中正确的是
A．弹簧长度将改变
B．气体内能将增加
C．气体向外放出热量
D．单位时间碰撞气缸单位面积的分子数不变
9．如图所示，足够长的水平传送带由电动机带动并始终保持以速度v匀速运动．现将一个质量为m的物块轻放在传送带上的左端，过一段时间后物块能保持与传送带相对静止．设物块与传送带间的动摩擦因数为μ，对于这一过程下列说法正确的是（　　）
A．传送带对物块做功为mv2
B．传送带克服摩擦力做功为mv2
C．传送这个物块系统摩擦生热为mv2
D．动摩擦因数μ越大，传送过程中摩擦生热越多
10．一定质量理想气体的状态经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中ab与竖直轴平行，bc的延长线通过原点，cd与水平轴平行，da与bc平行，则 ( )
A．ab过程中气体温度不变，气体不吸热也不放热
B．bc过程中气体体积保持不变，气体放出热量
C．cd过程中气体体积不断增加，气体吸收热量
D．da过程中气体体积保持不变，气体放出热量
11．如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C．已知状态A的温度为300K.
（1）求气体在状态B的温度；
（2）由状态B变化到状态C的过程中，气体是吸热还是放热？简要说明理由．
12．如图甲所示，一圆柱形导热气缸水平放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体，此时封闭气体的绝对温度为T(活塞与气缸底部相距L)，现将气缸逆时针缓慢转动直至气缸处于竖直位置，如图乙所示，此时活塞与气缸底部相距L；现给气缸外部套上绝热泡沫材料(未画出)且通过电热丝缓慢加热封闭气体，当封闭气体吸收热量Q时，气体的绝对温度上升到T。已知活塞的横截面积为S，外界环境的绝对温度恒为T，大气压强为P0，重力加速度大小为g，不计活塞与气缸的摩擦.求：
（1）活塞的质量m；
（2）加热过程中气体内能的增加量.
13．一定质量理想气体由状态A经过A→B→C→A的循环过程的p－V图象如图所示（A→B为双曲线），其中状态___________（选填A、B或C）温度最高，A→B→C过程是_______的．（选填“吸热”或“放热”）．
14．(1)如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①②③到达状态d.过程①中气体________(选填“放出”或“吸收”)了热量，状态d的压强________(选填“大于”或“小于”)状态b的压强．
(2)在第(1)问③状态变化过程中，1 mol该气体在c状态时的体积为10 L，在d状态时压强为c状态时压强的.求该气体在d状态时每立方米所含分子数．(已知阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，结果保留一位有效数字)
参考答案
1．C
【解析】
【详解】
对一定量的气体内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相同，气体内能变化量相等，即：
△U1=△U2=△U；
第一种情况，气缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功，W1=0，第二种情况，活塞自由移动，气体体积增大，气体对外做功，W2＜0，由热力学第一定律：△U=W+Q可知：
Q1=△U1-W1=△U1=△U
Q2=△U2-W2=△U-W2＞△U＞Q1；
A．Q1= Q2，与结论不相符，选项A错误；
B．Q1> Q2，与结论不相符，选项B错误；
C．Q1< Q2，与结论相符，选项C正确；
D．不能确定，与结论不相符，选项D错误；
故选C。
2．A
【解析】
【详解】
A．温度越高，布朗运动越显著，选项A正确；
B．外界对气体做功，若气体放热，则气体内能可能减小，选项B错误；
C．当rr0时，分子间作用力随分子间距离的增大先增大后减小，选项C错误；
D．一定质量的理想气体，温度不变时，体积越大，压强越小，选项D错误；
故选A.
3．B
【解析】
【详解】
由热力学第一定律可知：△U=W+Q；外界对气体做功，W=900J；气体向外散热，故Q=-210J；故
△U=900J-210J=690J；
气体内能增加690J；
A．减少了690J，与结论不相符，选项A错误；
B．增加了690J，与结论相符，选项B正确；
C．增加了1110J，与结论不相符，选项C错误；
D．减少了1110J，与结论不相符，选项D错误；
4．A
【解析】
【详解】
筒内气体不与外界发生热交换，当气体体积变小时，则外界对气体做功，外界对气体做功使气体的内能增大。A正确。
5．D
【解析】
【分析】
温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大；在水反常膨胀的过程中，所有水分子间的总势能是增大的，说明了分子之间的相互作用力对分子做负功．
【详解】
温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能最大；由题意，在水反常膨胀的过程中，虽然体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的，说明了分子之间的相互作用力对分子做负功，即吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功，ABC错误D正确．
【点睛】
明确温度是分子平均动能的标志，注意是大量分子的统计规律；分子之间的相互作用力对分子做负功，水分子间的总势能增大；分子之间的相互作用力对分子做正功，水分子间的总势能减小，与弹簧的弹性势能与弹力做功的关系是相似的．
6．D
【解析】
【详解】
A. 木块位移为s，木块动能的增加量等于fs，故A错误；
B. 木块位移为s+d，子弹损失的动能等于f(s+d)，故B错误；
CD. 子弹在木块中滑行的距鹑为d，木块系统损失的机械能转化为系统的内能，损失的机械能为fd，故C错误，D正确。
7．B
【解析】
【详解】
A.等温过程pV=常量，应是一条双曲线（上半支），明显不符图象。或者可以在过程中任意找个点，例如（2，2），明显pV=4不等于初态和终态的pV=3，所以从M到N温度要变化，故A错误；
B.pV=CT，C不变，pV越大，T越高，由图像可知，状态在（2，2）处温度最高。在M和N状态，pV乘积相等，所以温度先升高，后又减小到初始温度，故B正确；
C.整个过程中气体初末温度相等，所以整个过程内能变化为0。气体体积一直变大，则气体对外做功，即W＜0，根据热力学第一定律△U=W+Q，由于△U=0， 所以Q＞0，即气体一定吸收热量，故C错误；
D.气体的体积在不断增大，质量一定，所以气体的密度在不断减小，故D错误。
8．C
【解析】
【详解】
A．以活塞和气缸整体为研究对象，根据平衡条件可知，两者的重力大小等于弹簧弹力大小，与大气压无关，所以A项错误；
B．周围环境的温度不变，气缸是导热的，气体的温度不变，所以气体的内能不变，B项错误；
C．由于大气压强增大，封闭气体的压强增大，根据理想气体状态方程，温度不变，压强增大，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律封闭气体一定放出热量，所以C项正确；
D．压强增大，体积减小，相等时间内碰撞气缸单位面积的分子数一定增大，所以D项错误．
9．A
【解析】
【详解】
A．物块运动过程中，只有传送带对物块的摩擦力对它做功，根据动能定理得传送带对物块做功为，故选项A正确；
B．在物块与传送带相对静止之前，两者之间有相对位移，所以物块对传送带做功与传送带对物块做功并不相等，由于传送带相对于地的位移大于物块相对地的位移，所以传送带克服摩擦力做功为大于，故选项B错误；
CD．设物块匀加速运动的时间为，则物块与传送带相对位移大小为，此过程中物块的位移为，则有，则系统摩擦生热为，与动摩擦因数无关，故选项CD错误；
10．B
【解析】
试题分析：过程气体发生等温过程，压强减小，由玻意耳定律分析可知，气体的体积变大，对外做功，根据知气体需要吸热，故A错误；过程，连线过坐标原点，则过程中体积不变，温度降低，根据知气体放热，故B正确；过程是等压变化，温度降低，由盖?吕萨克定律分析可知体积减小，根据知气体放热，故C错误；过程，与绝对零度连线的斜率大于与绝对零度连线的斜率，则状态气体的体积小于状态气体的体积，则过程中体积增大，温度升高，根据知故需要吸热，故D错误．
考点：理想气体的状态方程；热力学第一定律
【名师点睛】本题考查理想气体状态方程和热力学第一定律，关键是会看图象，从图象中提取有用的信息是一种重要的能力．
11．见解析
【解析】
①设气体在状态B的温度TB．
-------------------------------（3分）
------------------------------------（2分）
②由状态B变化到状态C的过程中，等容降压，温度降低，内能减小 （2分）；
体积不变，做功W＝0 （2分）；由热力学第一定律，气体是放热 （1分）．本题考查气体状态方程和热力学第一定律,找到前后两个状态,根据PV/T=C求解可得
12．（1）；（2）Q-P0LS
【解析】
【分析】
气缸从水平位置转到竖直位置，封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律列式求解活塞的质量；对封闭气体加热，活塞上升，封闭气体发生等压变化，根据盖-吕萨克定律求解体积的变化量，根据做功公式和根据热力学第一定律求解加热过程中气体内能的增加量；
【详解】
解：(1)气缸水平放置时，封闭气体的压强等于大气压，即
气缸处于竖直位置时，封闭气体的压强
根据玻意耳定律有
联立解得
(2)设气体的绝对温度上升到时活塞到气缸底部的距离为
对于加热过程，由盖-吕萨克定律得
解得
所以气体对外做功为
根据热力学第一定律得：
由①有
解得：
13．C 吸热
【解析】
【详解】
根据图象A→B为双曲线，可得从A到B为等温变化，温度应不变，从B到C为等容变化，压强增大，温度升高，从外界吸热，从C到A为等压变化，体积减小，温度降低，所以C温度最高，从A到B到C需要从外界吸热．
14．吸收； 4×1025个
【解析】
【分析】
（1）根据热力学第一定律判断吸热放热情况；根据PV/T=C可知两状态的压强．（2）根据玻意耳定律求解体积，结合阿伏伽德罗常数求解分子数.
【详解】
（1）过程①中气体的体积不变，温度升高，内能变大，则气体吸收了热量，状态d的T/V的值小于状态b的T/V的值，根据PV/T=C可知状态d的压强小于状态b的压强．
（2）根据pcVc＝pdVd，解得 Vd＝15 L
n＝＝个＝4×1025个．