1、热力学第一定律能量守恒定律 (25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)1.关于一定质量的气体,下列说法正确的是()A.气体放出热量,其内能一定减小B.气体对外做功,其内能一定减小C.气体的温度降低,每个分子热运动的动能一定减小D.气体的温度降低,分子热运动的平均动能一定减小【解析】选D。根据热力学第一定律U=W+Q可知,气体放出热量(Q0),但气体做功不明确,其内能不一定减小,故A错误;根据热力学第一定律U=W+Q可知,气体对外做功(W0,故内能增加,增加了120 J。答案:增加1208.(14分)如图所示,有人设计了这样一台“永动机”:距地面一定高度架设一个水槽,水从槽
2、底的管中流出,冲击一个水轮机,水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮。他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去,这样循环不已,机器不停地转动,就可以永久地用砂轮磨制工件做功了。请你分析一下,高处水槽中水的势能转变成哪几种形式的能,说明这个机器是否能够永远运动下去。【解析】取顶部水槽中流出的水为研究对象,在其从顶部水槽中流出至底部水槽的过程中,它的重力势能一部分转化为自身的动能,一部分转化为水轮机、抽水机、砂轮的动能,一部分转化为砂轮和工件的内能,还有一部分转化为抽水机抽上的水的重力势能。由能的转化和守恒定律知,抽水机抽上的水的重力势能必然小于流下的水的重力势能,如果上抽的水管的横截面积大于或等于下流的
3、水管的横截面积,则根本不可能将底部水槽中的水抽至顶部水槽,即使上抽水管的横截面积小于下流水管的横截面积也不一定能将水抽上去,如果上抽水管比下流水管细很多且能够将底部水槽中的水抽至顶部水槽,则相等时间里抽上去的水也要比流下的水的质量小得多,最后顶部水槽中的水很快就会流光。答案:见解析 (15分钟40分)9.(6分)(多选)如图所示,a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态,图中ad平行于横坐标轴,ab的延长线过原点,以下说法正确的是()A.从状态d到c,气体不吸热也不放热B.从状态c到b,气体放热C.从状态a到d,气体对外做功D.从状态b到a,气体吸热【解析】选B、C、D。从
4、状态d到c,温度不变,理想气体内能不变,但是由于压强减小,所以体积增大,对外做功,还要保持内能不变,一定要吸收热量,故选项A错;气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程,同时体积减小,外界对气体做功,而气体的内能还要减小(降温)就一定要伴随放热的过程,故选项B对;气体从状态a到状态d是一个等压升温的过程,同时体积增大, 所以气体要对外做功,选项C正确;气体从状态b到状态a是个等容变化过程,随压强的增大,气体的温度升高,内能增大,而在这个过程中气体的体积没有变化,就没有做功,气体内能的增大是因为气体吸热,故选项D对。10.(6分)(多选)如图所示,将一空的铝制易拉罐开口向下压入恒温游泳池的水中,
5、则易拉罐在水中缓慢下降过程中,罐内空气(可视为理想气体)()A.每个分子的动能都不变B.分子间的平均距离减小C.向外界放热D.对外界做正功【解题指南】解答本题时应明确以下几点:(1)易拉罐在水中缓慢下降时内部气体温度不变。(2)易拉罐在水中缓慢下降时内部气体压强变大。(3)易拉罐在水中缓慢下降时内部气体体积减小。【解析】选B、C。易拉罐在水中缓慢下降时内部空气温度不变、压强增大,由玻意耳定律可知气体体积减小。由于温度不变,分子的平均动能不变,但有的分子动能可能增大,有的分子动能可能减小,故选项A错误;由于气体体积减小,故气体对外做负功,分子间的平均距离减小,选项B正确,选项D错误;由热力学第一
6、定律可知,气体向外界放出热量,选项C正确。11.(6分)(多选)如图,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程、到达状态e。对此气体,下列说法正确的是()A.过程中气体的压强逐渐减小B.过程中气体对外界做正功C.过程中气体从外界吸收了热量D.状态c、d的内能相等【解析】选B、D。过程为等容变化,根据查理定律有=,因为温度逐渐增加,则气体的压强逐渐增加,故选项A错误;过程气体体积增加,则气体对外界做正功,故选项B正确;过程中为体积不变,则气体对外界不做功,外界对气体也不做功,即W=0,理想气体的温度降低,则内能减少,即U0,根据热力学第一定律U=W+Q可知Q0,则气体向外界放出了热量,故选项C错
7、误;状态c、d的温度相等,则分子平均动能相等,理想气体没有分子势能,则内能相等,故选项D正确。12.(6分)如图所示,竖直放置的粗细均匀的U形管,右端封闭有一段空气柱,两管内水银面高度差为h=19 cm,封闭空气柱长度为L1=40 cm。为了使左、右两管中的水银面相平(设外界大气压强p0=76 cmHg,空气柱温度保持不变),则:(1)需从左管的开口端再缓慢注入高度多少的水银柱?此时封闭端空气柱的长度是多少?(2)注入水银过程中,外界对封闭空气做_(选填“正功”或“负功”),气体将_(选填“吸热”或“放热”)。【解析】(1)假设两管中水银面相平时右管中空气柱长度为L2。由玻意耳定律p1V1=p
8、2V2得:(p0-h)SL1=p0SL2,解得:L2=30 cm,需要再注入的水银柱长度为:x=2(L1-L2)+19 cm=39 cm。(2)在注入水银的过程中右管中气体体积减小,故外界对封闭空气做正功;由于气体温度保持不变,故内能不变,由热力学第一定律可知气体一定是放热。答案:(1)39 cm30 cm(2)正功放热13.(16分)如图所示,导热良好的汽缸直立在水平地面上,汽缸的质量为m,高度为L,底面面积为 S。用活塞把一定量的气体封闭在汽缸内,活塞可沿汽缸壁无摩擦移动,活塞及气体的质量可忽略不计,气体可看作理想气体。平衡时,活塞处于距汽缸底处。现用力F缓慢向上拉动活塞,直至汽缸刚要离开
9、地面,此过程中活塞未移动到汽缸口处。(环境温度保持不变,环境气体压强为p0)求:(1)汽缸刚要离开地面时,活塞距汽缸底的距离;(2)若此过程中力F做功为W,则封闭气体需从外界吸收多少热量?【解析】(1)汽缸刚要离开地面时,对整体由平衡条件可知:F=mg,活塞处于平衡状态,设此时封闭气体压强为p,有F+pS=p0S,此过程气体做等温变化,设此时活塞距汽缸底的距离为L,则由玻意尔定律得:pSL=p0SL,联立各式,解得:L=。(2)此过程中力F对活塞做正功,环境气体对活塞做负功,封闭气体对活塞做正功,总功为零,设封闭气体做功为W0,有W+W0=p0S(L-L),由于封闭气体温度不变,所以其内能保持不变,由热力学定律知,封闭气体对活塞所做的功等于其吸收的热量,有Q=W0,解得Q=-W。答案:(1)(2)-W
