4.2热力学第一定律 达标作业（解析版)

4.2热力学第一定律
达标作业（解析版)
1．关于物体内能的变化，以下说法中正确的是（　　）
A．物体吸收热量，内能一定增大
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，内能可能不变
D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
2．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空．现将隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡，在此过程中(　 　)
A．气体对外界做功，温度降低，内能减少
B．气体对外界做功，温度不变，内能不变
C．气体不做功，温度不变，内能不变
D．气体不做功，温度不变，内能减少
3．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
4．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
5．一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
6．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
7．一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
8．如图所示，质量为M、长为L的长木板放在光滑水平面上，一个质量也为M的物块(视为质点)以一定的初速度从左端冲上木板，如果长木板是固定的，物块恰好停在木板的右端，如果长木板不固定，则物块冲上木板后在木板上最多能滑行的距离为(　 　)
A．L B．
C． D．
9．一定质量的理想气体的状态发生变化，经历了图示A→B→C→A的循环过程，则（ ）
A．气体在状态C和状态A的内能相等
B．从状态C变化到状态A的过程中，气体一定放热
C．从状态B变化到状态C的过程中，气体一定吸热
D．从状态B变化到状态C的过程中，气体分子平均动能减小
10．如图所示，人驾驶电动平衡车前进。下列说法正确的是（ ）
A．以平衡车为参照物，车上的人是运动的
B．人受到的重力和支持力是一对相互作用力
C．平衡车行驶时电能与机械能不转化
D．车对人的支持力和人对车的压力是一对相互作用力
11．绝热气缸A和导热气缸B固定在水平地面上，由钢性杆连接的两个等大活塞封闭着两部分体积均为V的理想气体，此时气体的压强与外界大气压强p0相同，气体的温度与环境温度T0也相同．已知理想气体的内能U与温度T的关系为，为常量且>0．现给气缸A的电热丝通电，当电热丝放出的热量为Q1时气缸B的体积减为原来的一半．若加热过程是缓慢的，求：
(1)气缸A内气体的压强；
(2)气缸B在该过程中放出的热量Q2．
12．如图所示，一个圆筒形导热汽缸开口向上竖直放置，内有活塞，其横截面积为S＝1×10－4 m2，质量为m＝1 kg，活塞与汽缸之间无摩擦且不漏气，其内密封有一定质量的理想气体，气柱高度h＝0.2 m。已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g＝10 m/s2。
(1)如果在活塞上缓慢堆放一定质量的细砂，气柱高度变为原来的，求砂子的质量m砂；
(2)如果在(1)基础上给汽缸底缓慢加热，使活塞恢复到原高度，此过程中气体吸收热量5 J，求气体内能的增量ΔU。
13．炎炎夏日，如果将自行车内胎充气过足，又放在阳光下暴晒，车胎极易爆裂，暴晒过程中可以认为内胎容积几乎不变．在爆裂前的过程中，气体吸热、温度升高，分子热运动加剧，气体内能_____（填“增加”、“不变”或“减少”），气体分子在单位时间撞击内胎壁的次数_____（填“增加”、“不变”或“减少”）：在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能_____（填“增加”、“不变”或“减少”）．
14．有三个材料完全相同物体A、B和C，其中A和B的物理性质完全相同，而C的物理性质与A和B则不完全相同。若把A和C放在一起时，经过充分的热量交换，A和C组成的系统最终温度比C原来的温度高了5℃．再把B放入AC的系统中，经过热量交换，ABC系统温度比AC系统的温度又升高了3℃．可以推知：A和C原来的温度差为TA﹣TC＝_____，A和C的质量比为＝_____。（不考虑系统与外界的热量交换）
参考答案
1．C
【解析】
根据热力学第一定律 ,若物体吸收热量，内能不一定增大，选项A错误；物体对外做功，若物体吸热，则内能不一定减小，选项B错误； 物体吸收热量，同时对外做功，且两者相等时，内能不变，选项C正确； 物体放出热量，同时对外做功，内能一定减小，选项D错误；故选C.
2．C
【解析】
右侧为真空，气体自由膨胀做功“没有对象”，当然不做功，根据热力学第一定律有：，做功W=0，因为是绝热容器，所以没有热交换即：Q=0，因此内能不变，理想气体，内能由温度决定，所以温度不变，故ABD错误，C正确；
故选C．
【点睛】理想气体，内能由温度决定，内能不变，温度也就不变的；理解和掌握、Q、W的符号法则是正确应用热力学第一定律解答问题的关键．
3．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．
4．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。
5．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。
6．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；
7．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．
8．C
【解析】
【详解】
设物块受到的滑动摩擦力为f，物块的初速度v0；如果长木板是固定的，物块恰好停在木板的右端，对小滑块的滑动过程运用动能定理：，如果长木板不固定，物块冲上木板后，物块向右减速的同时，木板要加速，最终两者一起做匀速运动，该过程系统受外力的合力为零，动量守恒，规定向右为正方向，根据系统动量守恒得：Mv0=（M+M）v1，对系统运用能量守恒有：，联立解得：，故C正确，ABD错误。
9．D
【解析】
【详解】
气体在状态C和状态A的体积相等，压强不等，那么温度也不等，所以内能也不等，故A错误．从状态C变化到状态A的过程中，体积不变，压强增大，温度增大，内能增大，根据热力学第一定律的表达式△U=Q+W，气体一定吸热，故B错误．从状态B变化到状态C的过程中，压强不变，体积减小，温度减小，内能减小，根据热力学第一定律的表达式△U=Q+W，气体一定放热，故C错误．从状态B变化到状态C的过程中，压强不变，体积减小，温度减小，气体分子平均动能减小．故D正确．
10．D
【解析】
【详解】
A. 以平衡车为参照物，车上的人相对车的位置没有变化，车上的人是静止的，故A错误。
B. 人受到的重力和支持力都作用在人上，而且是平衡的，所以这是一对平衡力，故B错误。
C. 平衡车行驶时电能转化为机械能，故C错误。
D. 车对人的支持力作用在人上，人对车的压力作用在车上，所以是一对相互作用力，故D正确。
11．（1）2p0（2）Q2-Q1-2αT0
【解析】
【详解】
（1）设AB内气体末态压强为P，对B气体由玻意耳定律得：P0V＝P
解得：P=2P0（2）对A气体由理想气体状态方程得： 解得：T=3T0气缸A内气体升温时内能增加：△U=α（T-T0）=2αT0气缸B内气体内能不变；以气缸AB内两部分气体为研究对象，由热力学第一定律得：Q1=△U+Q2解得气缸B内气体放出热量为：Q2=Q1-2αT0
12．(1)1kg (2)3J
【解析】
【详解】
(1)因为缓慢放置砂子，气体发生等温变化，根据玻意耳定律，有
放置砂子前有：
p1＝p0＋
V1＝hS
放置砂子后有：
p2＝p0＋
V2＝hS
联立以上各式代入数据解得：m砂＝1kg
(2)由(1)可得，使活塞恢复到原高度的过程，气体压强不变，气体对外做功有：
由热力学第一定律：
ΔU＝W＋Q
所以气体内能的增量为ΔU＝3J.
答：(1)砂子的质量m砂=1kg；
(2)气体内能的增量ΔU＝3J.
13．增加 增加 减少
【解析】
【详解】
第一空.在爆裂前的过程中，气体吸热、温度升高，分子热运动加剧，根据热力学第一定律，在体积不变的情况下，气体内能增加；
第二空.根据气体压强的微观意义，分子的数密度不变的情况下，分子的平均动能增大，气体分子在单位时间撞击内胎壁的次数增加；
第三空.在车胎突然爆裂的瞬间，根据热力学第一定律，温度不变，气体对外做功，气体内能减小．
14．20 1：3
【解析】
【详解】
[1][2].材料相同，则三物体的比热相同，设为C；AB质量相等，设它们的质量为mA＝mB＝m，C的质量为mC＝M，初始时C的温度为TC，则热量QC0＝CMTC …①
AB的初始温度相等，TA＝TB，热量QA0＝QB0＝CTAm…②
A与C放在一起，质量为m+M，热量为QC0+QA0，则AC系统的温度为＝TC+5…③
ACB放在一起后质量为2m+M，总热量为：QC0+2QA0
ABC系统的温度为： ＝T0+8…④
联立①、②、③、④可得：
TA﹣TC＝5（1+）
TA﹣TC＝4（2+ ）
由上以两式解得：＝3；
即A和C的质量比为：＝1：3；
A和C原来的温度差为：TA﹣TC＝20℃