1、热力学第一定律 能量守恒定律一、单项选择题(每小题7分，共49分)1.如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小(C)A从外界吸热 B内能增大C向外界放热 D内能减小解析：金属筒缓慢下降过程中，外界对筒内气体做功，而筒与水有热交换、水温恒定，所以筒内空气要向外界放热，温度保持不变，从而内能不变2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)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
2、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；胎内气体温度不变，故分子平均动能不变，选项C错；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；由UWQ知U0，W0，气体从外界吸热，选项A正确3如图所示，有一导热性良好的汽缸放在水平面上，活塞与气缸壁间的摩擦不计，汽缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体，忽略气体分子间的相互作用(即分子势能视为零)，忽略环境温度的变化，现缓慢推倒汽缸，在此过程中(A)A气体吸收热量，内能不变B汽缸内分子的平均动能增大C单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多D汽缸内分子撞击汽缸壁的平均作用力增大解析：由题图可知，推倒汽缸
3、过程中缸内气体压强变小，体积增大，该过程气体对外做功，由于忽略环境温度变化，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体吸收热量内能不变A正确4.带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体气体开始处于状态a；然后经过过程ab到达状态b，或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如VT图所示设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则(C)Apbpc，QabQac Bpbpc，QabQacCpbpc，QabQac Dpbpc，QabQac解析：VT图线的斜率越大，压强p越小，故pbpc.由热力学第一定律有：QUW，因TbTc，所以UabUac
4、，而对外做功WabWac，故QabQac.综上可知C项正确5一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5104 J，气体对外界做功1.0104 J，则该理想气体的(D)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UWQ可得理想气体内能变化：U1.0104 J2.5104 J1.5104 J0，故温度升高，A、B两项均错因为气体对外做功，所以气体一定膨胀，体积变大，由可知密度变小，故C项错误，D项正确6.如图所示的两端开口的U形管中，盛有同种液体，并用阀门K将液体隔成左、右两部分，左边液面比右边液面高现打开阀门K，从打开阀门到两边液面第一次平
5、齐的过程中，液体向外放热为Q，内能变化量为U，动能变化量为Ek；大气对液体做功为W1，重力做功为W2，液体克服阻力做功为W3，由功能关系可得：W10W2W3EkW2W3QUW3QU其中正确的是(B)A BC D解析：由动能定理可知W2W3W1Ek，其中W1pV左pV右0，可知、正确由热力学第一定律UWQ得UW3Q，可知正确、错误综合以上分析可知B正确7.如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的摩擦忽略不计置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性
6、势能为零)现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡状态经过此过程(D)AEp全部转换为气体的内能BEp一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能CEp全部转换成活塞的重力势能和气体的内能DEp一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能， 其余部分仍为弹簧的弹性势能解析：当绳子突然断开时，活塞受弹簧的弹力F、活塞的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F共同作用，如图所示，其合力向上，经多次往复运动后活塞静止时， 活塞处于三力平衡状态，气体体积必减小，外力对气体做正功，由于绝热，气体的内能增加，而活塞最终的静止位置比初始位置高，其重力势能增加，最
7、终弹力与另外两个力的合力平衡，弹簧仍有形变设最终弹簧的弹性势能为Ep，由能量守恒定律得EpEp活塞增加的重力势能气体增加的内能，所以D选项正确二、多项选择题(每小题9分，共27分)8.如图所示，绝热汽缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板(质量不计)固定，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气(视为理想气体)初始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡下列说法中正确的是(CD)A初始时氢气分子的平均动能大于氧气分子的平均动能B系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小C松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，有热量从氧气传递到氢气D松开固定栓直至系统重新达到
8、平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小解析：初始时，两室气体的温度相同，故分子平均动能相等，A错；因为汽缸是绝热的，所以汽缸内气体的总的内能守恒，由于隔板导热，重新平衡后两种气体温度仍相同，即气体内能仍相等，所以每种气体内能均不变，B错；氢气通过隔热板对氧气做功，而内能不变，由热力学第一定律可知氢气一定吸收了来自氧气的热量，C正确；达到平衡的过程中，氢气对氧气做功，氧气内能增加；热量从氧气传递到氢气，氧气内能又减小，D正确9.如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态在此过程中(BD)A气体对外界做功，内能减
9、少B气体不做功，内能不变C气体压强变小，温度降低D气体压强变小，温度不变解析：因b内为真空，抽开隔板K后，a内气体对外界不做功，由UWQ知内能不变，故选项A错误、选项B正确稀薄气体可看作理想气体，其内能只与温度有关，气体的内能不变，温度也不变，由p1V1p2V2和V1V2知p1p2，即气体压强变小，故选项C错误、选项D正确10关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是(CD)A布朗运动就是液体分子的热运动B用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0105 J，同时空气的内能增加1.5105 J，则空气从外界吸热0.5105 JC第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律D一定质量的气体，如
10、果保持温度不变，体积越小，则压强越大解析：布朗运动是小颗粒的运动，只是间接反映了液体分子的无规则运动，故选项A是错误的由热力学第一定律UWQ可知，空气向外界散出0.5105 J的热量，故选项B是错误的第一类永动机违背了能量守恒定律，故选项C是正确的一定质量的气体，在保持温度不变的条件下，体积越小，气体分子与容器壁碰撞的次数越多，故压强越大，因此选项D是正确的三、非选择题(共24分)11(12分)一定量的气体从外界吸收了2.6105 J的热量，内能增加了4.2105 J，是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少功？如果气体吸收的热量仍为2.6105 J不变，但是内能只增加了1.6105
11、 J，这一过程做功情况怎样？答案：外界对气体做功，做功为1.6105 J气体对外界做功，做功为1.0105 J解析：由题意知Q2.6105 J，U4.2105 J，根据UQW，代入可得W1.6105 J，W为正值，外界对气体做功，做功为1.6105 J.同理由题意可知Q2.6105 J，U1.6105 J，利用热力学第一定律得W1.0105 J，这说明气体对外界做功(气体体积变大)，做功为1.0105 J.12(12分)某同学估测室温的装置如图所示，用绝热的活塞封闭一定质量的理想气体，气缸导热性能良好室温时气体的体积V166 mL，将气缸竖直放置于冰水混合物中，稳定后封闭气体的体积V260 m
12、L.不计活塞重力及活塞与缸壁间的摩擦，室内大气压p01.0105 Pa，阿伏加德罗常数NA6.01023 mol1.(取Tt273 K)(1)求室温是多少；(2)若已知该气体在1.0105 Pa、0 时的摩尔体积为22.4 L/mol，求气缸内气体分子数目N；(计算结果保留两位有效数字)(3)若已知该气体内能U与温度T满足U0.03T(J)，则在上述过程中该气体向外释放的热量Q.答案：(1)300.3 K(或27.3 )(2)1.61021个(3)1.419 J解析：(1)由等压变化得，解得T1300.3 K或t27.3 .(2)NNA61023个解得N1.61021个(3)根据关系式U0.03T得，初状态的气体的内能为U10.03T10.03300.3 J9.009 J末状态气体的内能为U20.03T20.03273 J8.19 J内能变化量U0.819 J气体经历等压变化，外界对气体做功Wp(V1V2)11056106 J0.6 J由热力学第一定律，得：QUW0.819 J0.6 J1.419 J即气体向外界释放的热量为1.419 J
