1、2.热力学第一定律课后篇巩固提升基础巩固1.一定质量的气体在保持压强恒等于1.0105 Pa的状况下,体积从20 L膨胀到30 L,这一过程中气体从外界吸热4103 J,则气体内能的变化为()A.增加了5103 JB.减少了5103 JC.增加了3103 JD.减少了3103 J解析气体等压膨胀过程对外做功W外=pV=1.0105Pa(30-20)10-3m3=1.0103J。这一过程气体从外界吸热Q=4103J。热力学第一定律U=W+Q,气体对外做功,W应取负值,则可得U=-1.0103J+4.0103J=3.0103J,即气体内能增加了3103J。故选项C正确。答案C2.(2020浙江金华
2、三校高二下学期检测)如图所示,给旱区送水的消防车停于水平地面。在缓慢放水过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间势能,则胎内气体()A.从外界吸热B.对外界做负功C.分子平均动能减小D.内能增加解析缓慢放水过程中,胎内气体压强减小,气体膨胀对外界做正功,选项B错误;胎内气体温度不变,故分子平均动能不变,选项C错误;由于不计分子间势能,气体内能只与温度有关,温度不变,内能不变,选项D错误;U=W+Q,U=0,W0,气体从外界吸热,选项A正确。答案A3.(2020天津二模)如图所示,一个内壁光滑、导热良好的汽缸悬挂在天花板上,轻质活塞上方封闭着理想气体,外界环境温度不变,若用向下的力F缓
3、慢将活塞向下拉动一小段距离,则()A.缸内气体的温度可能降低B.缸内气体分子的平均动能会减小C.缸内气体会吸热D.若拉力F对活塞做的功为W,则缸内气体的内能减少了W解析缓慢向下拉动活塞,缸内气体对外做功,温度会降低,但由于导热良好的汽缸会吸热,最终温度与外界相同,分子平均动能不变,气体内能不变,故A、B错误,C正确;根据以上分析结合热力学第一定律知,若拉力F对活塞做的功为W,则缸内气体吸热为W,内能不变,故D错误。答案C4.(2020江苏苏州期中)为抗击疫情,某校每天都要用喷雾剂(装一定配比的84消毒液)对教室进行全面喷洒。如图是某喷水壶示意图。未喷水时阀门K闭合,压下压杆A可向瓶内储气室充气
4、;多次充气后按下按柄B,打开阀门K,水会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体,充气和喷水过程温度保持不变,则()A.充气过程中,储气室内气体内能不变B.充气过程中,储气室内气体分子平均动能增大C.喷水过程中,储气室内气体吸热D.喷水过程中,储气室内气体压强不变解析充气过程中,储气室内气体质量增大,温度不变,平均动能不变,但内能增大,故A、B错误。喷水过程中,液体液面下降,气体体积增大,储气室内气体压强减小,气体体积增大,对外做功,而温度不变,由热力学第一定律知储气室内气体吸热,故C正确,D错误。答案C5.如图所示,汽缸和活塞与外界均无热交换,中间有一个固定的导热性良好的隔板,封闭
5、着两部分气体A和B,活塞处于静止状态。现通过电热丝对气体A加热一段时间,后来活塞达到新的平衡,不计气体分子势能,不计活塞与汽缸壁间的摩擦,大气压强保持不变,则下列判断正确的是()A.气体A吸热,但对外做功,内能不变B.气体B吸热,对外做功,内能不变C.气体A和气体B内每个分子的动能都增大D.气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数减少解析气体A吸热Q0,体积不变,W=0,根据热力学第一定律U=Q+W,可知U0,气体温度升高,故A错误。对B上方活塞进行受力分析,根据平衡条件可知,气体B的压强不变;由于隔板导热性良好,气体B会吸收A气体的热量,再根据理想气体状态方程pVT=C,压强不变,温度升高
6、,故B错误。气体A和气体B温度都上升了,分子的平均动能都增大;分子平均动能是大量分子的一种统计规律,分子的平均动能增大,并非每一个分子的动能都会增大,故C错误。根据气体压强的微观意义,气体压强和分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数、分子平均动能有关;在压强不变的情况下,气体B的分子平均动能增大,气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数减少,故D正确。答案D6.(2020山东肥城模拟)一定质量的理想气体由状态a经状态b、c到状态d,其体积V与热力学温度T关系如图所示,O、a、d三点在同一直线上,ab和cd平行于横轴,bc平行于纵轴,则下列说法正确的是()A.从状态a到状态b,气体放热B.从状态
7、a到状态b,每个气体分子的动能都增大C.从状态b到状态c,气体对外做功,内能减小D.从状态a到状态d,气体内能增加解析气体从状态a到状态b体积不变,发生的是等容变化,气体不做功W=0,温度升高,内能增加U0,根据热力学第一定律U=W+Q,可知Q0,气体吸收热量,故A错误;气体从状态a到状态b,温度升高,分子平均动能增大,但不是每个气体分子的动能都会增大,故B错误;由状态b变到状态c的过程中,温度不变,内能不变,U=0,故C错误;从状态a到状态d温度升高,故气体内能增加,故D正确。答案D能力提升1.(多选)如图所示,一定质量的理想气体,由状态A沿直线AB过程变化到状态B,再由B沿直线BC过程变化
8、到状态C,然后由C沿直线CA过程变化到状态A,在此循环过程中,下列说法正确的是()A.在AB过程中,气体分子的平均速率先增大后减小B.在AB过程中,气体对外做的功大于气体吸收的热量C.在BC过程中,气体的内能增大D.在CA过程中,气体对外不做功E.经过ABCA一个循环过程,气体对外做的功等于从外界吸收的热量解析根据pVT=C可知T与pV成正比,气体由状态A沿直线AB变化到状态B,由图看出,pV先增大后减小,则温度T先升高后降低,则分子平均动能先增大后减小,分子平均速率也先增大后减小,故A正确;根据理想气体状态方程得pAVATA=pBVBTB,可得TA=TB,所以由状态A到状态B,温度不变,内能
9、不变,U=0,从A到B体积变大,气体对外界做功,W0,气体吸热且吸收的热量等于气体对外做的功,故B错误;在BC过程中,根据理想气体状态方程得pBVBTB=pCVCTC,可得TB=4TC,所以气体的内能减小,故C错误;在C到A过程中体积不变,气体对外界不做功,故D正确;经过ABCA一个循环过程,气体的温度不变,内能不变,根据热力学第一定律,知U=W+Q,气体对外做的功等于从外界吸收的热量,故E正确。所以A、D、E正确,B、C错误。答案ADE2.(2020河南开封模拟)某一理想气体,外界对其做了100 J的正功,同时理想气体又从外界吸收120 J的热量,则这个过程中气体的体积(选填“增大”“不变”
10、或“减小”),气体的压强(选填“增大”“不变”或“减小”),气体的温度(选填“升高”“不变”或“降低”),气体的内能(选填“增大”或“减小”)了 J。解析外界对气体做了100J的正功,一定是体积减小;由热力学第一定律得U=W+Q=100J+120J=220J,则气体内能增大了220J;内能增加,温度升高,再根据理想气体状态方程pVT=C,体积减小而温度升高,其压强一定增大。答案减小增大升高增大2203.(2020江苏一模)(1)下图为某同学设计的一个温度计,一金属球形容器上部有一开口的玻璃管,玻璃管内水银柱封闭着一定质量的理想气体,外界大气压保持不变,当水银柱缓慢上升时,容器内壁的单位面积上受
11、到气体分子的平均作用力(选填“增大”“不变”或“减小”),气体对外做功(选填“大于”“等于”或“小于”)吸收的热量。(2)如果玻璃管内部横截面积为S,当外界热力学温度为T1时,空气柱长度为l1,现把容器浸在热力学温度为T2的热水中,空气柱长度变为l2,不计容器的热胀冷缩,试求该容器球形部分内部的容积V。解析(1)封闭气体的压强p=p0+gh,压强不变,容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力不变;水银柱缓慢上升时,气体体积增大,气体对外界做功(W0),再根据热力学第一定律U=Q+W0,即Q-W0,所以Q|W|,即气体对外做功小于吸收的热量。(2)气体初状态体积为V1=V+l1S,温度为T1
12、,气体末状态体积为V2=V+l2S,温度为T2,气体等压变化,根据盖吕萨克定律V1T1=V2T2代入数据解得V=(l2T1-l1T2)ST2-T1。答案(1)不变小于(2)(l2T1-l1T2)ST2-T14.(2020山东模拟)为了方便监控高温锅炉外壁的温度变化,可在锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的汽缸,汽缸内封闭气体温度与锅炉外壁温度相等。如图所示,汽缸右壁的压力传感器与活塞通过轻弹簧连接,活塞左侧封闭气体可看作理想气体。已知大气压强为p0,活塞横截面积为S,不计活塞质量和厚度及与汽缸壁的摩擦。当锅炉外壁温度为T0时,活塞与汽缸左壁的间距为L,传感器的示数为0。温度缓慢升高到某一值时,传感器的示数为p0S,若弹簧的劲度系数为p0SL。(1)求此时锅炉外壁的温度;(2)若已知该过程汽缸内气体吸收的热量为Q,求气体内能的增加量。解析(1)传感器的示数为p0S时,封闭气体的压强为p=p0+FS=2p0活塞向右移动的距离为x=Fk=L由理想气体状态方程p0LST0=p(L+x)ST解得T=4T0。(2)该过程气体对外做功为W=p0S+2p0S2L=3p0SL2根据热力学第一定律可得U=Q-W=Q-3p0SL2。答案(1)4T0(2)Q-3p0SL2
