四川省内江第六中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-3：4.2热力学第一定律 课时作业（含解析）

4.2热力学第一定律
课时作业（含解析)
1．如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m．在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4h，现拿去盖板，液体开始运动，由于液体受罐壁阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为（
）
A．
B．
C．
D．
2．一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，气体的压强随热力学温度变化如图所示，则此过程(　　)
A．气体的密度减小
B．外界对气体做功
C．气体从外界吸收了热量
D．气体分子的平均动能增大
3．如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，在这一过程中，下列表述正确的是(　　)
A．气体从外界吸收热量
B．气体分子的平均动能减小
C．外界对气体做正功
D．气体分子撞击器壁的作用力增大
4．从光滑斜面上滚下的物体，最后停止在粗糙的水平面上，说明（
）
A．在斜面上滚动时，只有动能和势能的相互转化
B．在斜面上滚动时，有部分势能转化为内能
C．在水平面上滚动时，总能量正在消失
D．在水平面上滚动时，机械能转化为内能，总能量守恒
5．关于一定量的理想气体，下列说法正确的是________．
A．气体分子的体积是指每个气体分子平均所占有的空间体积
B．只要能增加气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高
C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
D．气体从外界吸收热量，其内能不一定增加
E.气体在等压膨胀过程中温度一定升高
6．如图所示，为某理想气体经历的一个循环过程，图中A到B的过程为等温线，下列说法正确的是（　　）
A．A到B的过程中气体吸热
B．A到B的过程中气体放热
C．B到A的过程中气体内能先减小后增大
D．B到A的过程中气体内能先增大后减小
7．某带活塞的汽缸里装有一定质量的理想气体，气体经历如图所示的AB、BC、CD、DA四个变化过程。已知状态A的温度为7°C，则下列说法正确的是（
）
A．B态的温度287K
B．AB过程气体对外做功200J
C．CD过程气体对外做功140J
D．从A态又回到A态的过程气体吸热60J
8．以下说法正确的是________
A．液体表面张力有使液面收缩到最小的趋势
B．晶体的各向异性是指沿不同方向其物理性质不同
C．气体从外界吸收热量，其内能可能减小
D．花粉颗粒在水中做布朗运动反映了花粉分子在不停地做无规则运动
E.在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
9．下列说法中正确的是
A．水凝结成冰后，水分子的热运动停止
B．水黾能够停在水面上，是由于液体的表面张力作用
C．一定质量的100℃水变成100℃水蒸汽，其分子势能一定增加
D．阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动，就是布朗运动
E.第一类永动机不可能制成，这是因为第一类永动机不符合能量守恒定律
10．如图所示，用隔板将一绝热气缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个气缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是
A．气体自发扩散前后内能相同，在被压缩的过程中内能增大
B．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变
C．在自发扩散过程中，气体对外界做功
D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
11．一定质量的理想气体，经过如图所示的状态变化．设状态A的温度为400
K，求：
(1)状态C的温度TC为多少？
(2)如果由A经B到C的状态变化的整个过程中，气体对外做了400
J的功，气体的内能增加了20
J，则这个过程气体是吸收热量还是放出热量？其数值为多少？
12．如图所示的图象中，一定质量的理想气体由状态经过过程至状态，气体对外做功，吸收热量；气体又从状态经过程回到状态，这一过程中外界对气体做功，则：
（1）过程中气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？
（2）过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？
13．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p-v图象如图所示．已知该气体在状态A时的温度为27℃．求：
（1）该气体在状态B时的温度为多少℃？
（2）状态B→C的过程中，气体膨胀对外界做的功为多少？
14．为适应太空环境，去太空旅行的航天员都要穿航天服．航天服有一套生命保障系统，为航天员提供合适的温度、氧气和气压，让航天员在太空中如同在地面上一样．假如在地面上航天服内气压为1atm，气体体积为2L，到达太空后由于外部气压低，航天服急剧膨胀，内部气体体积变为4L，使航天服达到最大体积．若航天服内气体的温度不变，将航天服视为封闭系统．
（1）求此时航天服内的气体压强，并从微观角度解释压强变化的原因．
（2）由地面到太空过程中航天服内气体吸热还是放热，为什么？
（3）若开启航天服封闭系统向航天服内充气，使航天服内的气压恢复到0.9atm，则需补充1atm的等温气体多少升？
参考答案
1．A
【解析】试题分析：液体克服阻力做功，液体的机械能转化为内能，液体减少的机械能等于产生的内能，应用能量守恒定律可以求出产生的内能．
液体最终停止时两液面等高，相当于把的液柱从右端移到左端，液体重心高度降低了，液体总质量为m，液柱总长度为4h，则液柱的质量为，液体减少的机械能转化为内能，由能量守恒定律可知，产生的内能，故A正确．
2．B
【解析】
A.由图线可知，在从A到B的过程中，气体温度不变，压强变大，由玻意耳定律可知，气体体积变小，VB＜VA；气体质量不变，体积变小，由密度公式可知气体密度变大，故A错误；
B.气体体积变小，外界对气体做功，故B正确；
C.气体温度不变，内能不变，ΔU＝0，外界对气体做功，W＞0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知：Q＜0，气体要放出热量，故C错误；
D.气体温度不变，分子平均动能不变，故D错误．
3．AD
【解析】
由p-V图可得到a→b气体体积增大，对外做功，W<0；而pV增大，由可知温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力增大；而根据知，Q>0，气体吸热.
A.气体从外界吸收热量与分析结果相符；故A项符合题意.
B.
气体分子的平均动能减小与分析结果相符；故B项不合题意.
C.
外界对气体做正功与分析结果相符；故C项不合题意.
D.
气体分子撞击器壁的作用力增大与分析结果相符；故D项符合题意.
4．AD
【解析】
AB.在斜面上滚动时，只有重力做功，只发生动能和势能的相互转化，故A正确，B错误；
CD.在水平面上滚动时，有摩擦力做功，机械能转化为内能，总能量是守恒的，故C错误，D正确。
5．BDE
【解析】
A.气体粒子之间的距离远远大于粒子本身的直径，所以气体分子的体积小于每个气体分子平均所占有的空间体积，故A错误；
B.温度是分子平均动能得标志，增加气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高，故B正确；
C.气体对容器壁的压强是气体分子不断撞击器壁产生的，与超失重无关，故C错误；
D.改变内能的方式有做功和热传递，当气体从外界吸收热量同时气体对外做功，则内能可能会减小，故D正确；
E.等压变化过程，体积与热力学温度成正比，体积膨胀，温度升高，故E正确；
6．BC
【解析】
AB.图中A到B的过程为等温线，温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热，A错误B正确；
CD.P﹣V图中等温线为双曲线，双曲线离原点越远，温度越高，且A到B的过程为等温线可知，由B到A的过程，温度先降低，后升高，内能先减小后增大，C正确D错误；
7．BD
【解析】
A.A态的温度为T=t+273K=（7+273）K=280K，A→B过程，压强不变，体积由2L变为4L，即变为原来的2倍，由盖-吕萨克可知，温度变为原来的2倍，即B态时温度为560K，故A错误；
B.由图象知，其面积为气体对外做功的多少，即W1=P1△V1=1×105（4-2）×10-3J=200J，故B正确；
C.由C→D过程外界对气体做功W2=P2△V2=140J，故C错误；
D.从A态又回到A态，气体内能不变，即△U=0，此过程中外界对气体做功W=W2-W1=-60J，由热力学第一定律：△U=Q+W，解得Q=60J，即气体吸热，故D正确。
8．ABC
【解析】
A.由于表面分子较为稀疏，故液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力，表面张力有使液面收缩到最小的趋势。故A正确；
B.晶体的各向异性是指沿不同方向其物理性质不同，如导热或导电的性质；故B正确；
C.根据热力学第一定律△U=W+Q，气体从外界吸收热量，如果对外做功，则其内能可能减小，故C正确；
D.布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，是液体分子做无规则运动的反映，不是微粒内部分子是不停地做无规则运动的反应，故D错误；
E.气体对容器壁的压强是气体分子撞击器壁产生的，与超重失重无关，故E错误。
9．BCE
【解析】
A.分子做永不停息的热运动，水凝结成冰后，水分子的热运动也不会停止，故A错误；
B.
水黾能够停在水面上，是由于液体的表面张力作用，选项B正确；
C.
一定质量的100℃水变成100℃水蒸汽，因为要吸收热量，而分子动能不变，则其分子势能一定增加，选项C正确；
D.
布朗运动用肉眼是观察不到的，阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动，不是布朗运动，选项D错误；
E.
第一类永动机不可能制成，这是因为第一类永动机不符合能量守恒定律，选项E正确。
10．AD
【解析】
ACD.气体向真空扩散过程中不对外做功，且气缸绝热，故自发扩散前后内能相同；气体在被压缩过程中活塞对气体做功，因气缸绝热，故气体内能增大，即A、D项正确，C项错误；
B.气体在被压缩过程中内能增加，使其温度升高，故分子的平均动能增大，即B项错误.
11．(1)320
K　
(2)吸收　
420
J
【解析】
(1)由理想气体状态方程，，解得状态C的温度．
(2)由热力学第一定律，，解得，气体吸收热量．
点睛：本题是根据理想气体状态方程和热力学第一定律列式求解，关键是熟悉规律．
12．（1）增加；（2）放热；
【解析】
（1）过程中，
由热力学第一定律得
，
故过程中气体的内能增加力.
（2）因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，过程中气体内能的变化量：,
由题意知，由热力学第一定律得
，
代入数据解得,
即过程中气体放出热量
13．(1)tB=-173℃
(2)W=200J
【解析】
（1）A→B等容变化，根据查理定律：
=
得：TB=100K，则tB=-173℃
（2）B→C是等压变化，则气体膨胀对外界做的功：W=P△V=1×105×（3-1）×10-3=200J
14．(1)p2＝0.5atm
(2)吸热
(3)V′＝1.6L
【解析】
(1)对航天服内气体，开始时压强为p1＝latm，
体积为V1＝2L，到达太空后压强为p2，气体体积为V2＝4L．
气体发生等温变化，由玻意耳定律得：p1
V1＝p2
V2，
解得：p2＝0.5atm；
航天服内，温度不变，气体分子平均动能不变，体积膨胀，
单位体积内的分子数减少，单位时间撞击到单位面积上的分子数减少，故压强减小．
(2)航天服内气体吸热．因为体积膨胀对外做功，而航天服内气体温度不变，
即气体内能不变，由热力学第一定律可知气体吸热；
(3)设需补充latm气体矿升后达到的压强为p3＝0.9atm，取总气体为研究对象，
由玻意耳定律得：p1（V1+V′）＝p3V2，
解得：V′＝1.6L