1、第二节 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
2、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( )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 J B.增大 20 J
3、C.减小 220 J D.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 WT1,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
4、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,T 2T1,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) 右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( )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
5、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.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
6、为 Tb和 Tc,在过程 ab 和 ac 中吸收的热量分别为 Qab和 Qac,则 ( )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.右图为高
7、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=4p0.11=22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.
