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热力学第一定律课时训练15热力学第一定律基础夯实1.今有一导热性能良好的汽缸,用导热活塞封闭有一定质量的理想气体.开始时汽缸水平放置如图甲所示,后将汽缸按如图乙方式悬挂并保持静止,汽缸不漏气且大气压及环境温度不变.下列说法正确的是() A.气体对外做功,内能减少B.气体对外做功,气体温度不变C.气体体积增大,气体温度降低D.气体体积不变,温度不变答案B解析从题图甲到题图乙的过程,由于汽缸要平衡,因此内部气体的压强变小,体积增大,对外界做功,由于汽缸导热性能良好,且环境温度不变,因此内部气体的温度不变,内能不变,根据热力学第一定律,内部气体通过缸壁从外界吸热,可见选项B正确,其余选项均错误.2.在热力学第一定律的表达式U=W+Q中,关于U、W、Q各个物理量的正、负,下列说法正确的是()(导学号51140101)A.外界对物体做功时W为正,吸热时Q为负,内能增加时U为正B.物体对外界做功时W为负,吸热时Q为正,内能增加时U为负C.物体对外界做功时W为负,吸热时Q为正,内能增加时U为正D.外界对物体做功时W为负,吸热时Q为负,内能增加时U为负答案C解析根据公式U=W+Q中的符号法则可知选项C正确.3.气体膨胀对外做功100 J,同时从外界吸收了120 J的热量,它的内能的变化是()A.减小20 JB.增大20 JC.减小220 JD.增大220 J答案B解析研究对象为气体,依符号规则,对外做的功W=-100 J,吸收热量Q=+120 J.由热力学第一定律,有U=W+Q=-100 J+120 J=20 J.U0,说明气体的内能增加,故正确选项为B.4.一定量的气体吸收热量,体积膨胀并对外做功,则此过程的末态与初态相比()A.气体内能一定增加B.气体内能一定减少C.气体内能一定不变D.气体内能的增减不能确定答案D解析由热力学第一定律U=Q+W,气体吸收热量Q0,体积膨胀对外做功W0,但不能确定Q与W值的大小,所以不能判断U的正负,则气体内能的增减也就不能确定,选项D正确.能力提升5.重庆出租车常以天然气作为燃料.加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中,若储气罐内气体体积及质量均不变,则罐内气体(可视为理想气体)()A.压强增大,内能减小B.吸收热量,内能增大C.压强减小,分子平均动能增大D.对外做功,分子平均动能减小答案B解析气体发生等容变化,根据查理定律可知,温度升高,则压强增大;气体体积不变,则对外不做功;温度升高,内能增加,根据热力学第一定律可知,从外界吸收热量,B项正确.6.(2015北京理综)下列说法正确的是()A.物体放出热量,其内能一定减小B.物体对外做功,其内能一定减小C.物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能增加D.物体放出热量,同时对外做功,其内能可能不变答案C解析据热力学第一定律可知,改变物体内能有两种方法:做功和热传递,仅仅根据单一做功或热传递均无法判断内能的变化情况,故A、B错误;物体吸收热量,内能增加,对外做功,内能减少;如果吸收热量比对外做功更多,则物体内能增加,故选项C正确;物体放出热量和对外做功均会使内能减少,故内能一定减少,选项D错误.7.(多选)如图,水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分,隔板可在汽缸内无摩擦滑动,右侧汽缸内有一电热丝.汽缸壁和隔板均绝热.初始时隔板静止,左、右两边气体温度相等.现给电热丝提供一微弱电流,通电一段时间后切断电源.当缸内气体再次达到平衡时,与初始状态相比()(导学号51140102)A.右边气体温度升高,左边气体温度不变B.左、右两边气体温度都升高C.左边气体压强增大D.右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量答案BC解析当电热丝通电后,右边的气体温度升高,体积膨胀,将隔板向左推,对左边的气体做功,根据热力学第一定律,左边气体内能增加,气体的温度升高.根据气体定律左边的气体压强增大,B、C正确;右边气体内能的增加值为电热丝发出的热量减去对左边的气体所做的功,D错误.8.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由汽缸和活塞组成.开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示.在此过程中,若缸内气体与外界无热交换,忽略气体分子间相互作用,则缸内气体()(导学号51140103)A.对外做正功,分子的平均动能减小B.对外做正功,内能增大C.对外做负功,分子的平均动能增大D.对外做负功,内能减小答案A解析缸内气体膨胀,对外做正功,即W0,缸内气体与外界无热交换,即Q=0,由热力学第一定律W+Q=U,可知UT1,则该过程中()A.气体的内能一定是增加的B.气体可能向外界放热C.气体一定从外界吸收热量D.气体对外界做正功答案AB解析理想气体内能只考虑分子动能,T2T1,故分子动能增加,内能一定是增加的,U取正值.根据热力学第一定律U=W+Q,理想气体被压缩,外界对气体做功,W取正值,但不知W与U数值,Q可正可负.11.(多选)(2015广东理综)如图为某实验器材的结构示意图,金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气,内筒中有水.在水加热升温的过程中,被封闭的空气()(导学号51140104)A.内能增大B.压强增大C.分子间引力和斥力都减小D.所有分子运动速率都增大答案AB解析此封闭气体体积不变,外界不对气体做功,气体也不对外界做功,气体通过金属内筒吸热,根据热力学第一定律可知气体内能增大,故选项A正确;封闭气体分子数以及分子平均间隔距离不变,则分子势能不变,内能增大说明分子热运动动能增大,封闭气体分子数不变所以气体分子热运动平均动能增大,封闭气体温度升高,分子热运动平均速率增大,而单位体积内分子数不变,所以封闭气体压强增大,故选项B正确;封闭气体分子数与体积不变,所以分子间平均距离不变,所以分子间斥力与引力都不变,故选项C错误;封闭气体温度升高,分子热运动平均动能增大,分子热运动平均速率增大,并不是所有分子速率都增大,故选项D错误.12.(2015福建理综)如图,一定质量的理想气体由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc,在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac,则()(导学号51140105)A.TbTc,QabQacB.TbTc,QabQacD.Tb=Tc,QabQac,选项C正确.13.一定量的气体从外界吸收热量2.66105 J,内能增加4.25105 J,是气体对外界做功还是外界对气体做功?做了多少功?答案外界对气体做功1.59105 J解析由热力学第一定律U=W+Q,得W=U-Q=4.25105 J-2.66105 J=1.59105 J.W取正值,说明是外界对气体做功,做了1.59105 J的功.14.爆米花酥脆可口,老少皆宜,是许多人喜爱的休闲零食.如图为高压爆米花的装置原理图,玉米在铁质的密闭容器内被加热,封闭气体被加热成高温高压气体,当打开容器盖后,“嘭”的一声气体迅速膨胀,压强急剧减小,玉米粒就“爆炸”成了爆米花.设当地温度为 t1=27 ,大气压为p0,已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0.(1)若把容器内的气体看作理想气体,求容器内气体的温度.(2)假定在一次打开的过程中,容器内气体膨胀对外界做功15 kJ,并向外释放了20 kJ的热量,容器内原有气体的内能如何变化?变化了多少?答案(1)927 (2)减少35 kJ解析(1)根据查理定律:,p1=p0,T1=300 K,p2=4p0.整理,得T2=1 200 K,t2=927 .(2)由热力学第一定律U=Q+W,得U=-20 kJ-15 kJ=-35 kJ,故内能减少35 kJ.
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