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第三章 熱力學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié) 熱力學(xué)第一定律 第三節(jié) 能量守恒定律 A級(jí)　抓基礎(chǔ) 1.固定的水平氣缸內(nèi)由活塞B封閉著一定量的理想氣體，氣體分子之間的相互作用可以忽略．假設(shè)氣缸的導(dǎo)熱性能很好，環(huán)境的溫度保持不變．若用外力F將活塞B緩慢地向右拉動(dòng)，如圖所示．則在拉動(dòng)活塞的過程中，關(guān)于氣缸內(nèi)氣體的下列結(jié)論，其中正確的是(　　) A．氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能減小 B．氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能不變 C．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能不變 D．氣體向外界放熱，氣體內(nèi)能不變 解析：用力F緩慢拉活塞時(shí)，氣體膨脹，對(duì)外做功，但由于氣缸的導(dǎo)熱性能很好，環(huán)境溫度又不變，氣缸會(huì)從外界吸收熱量而保持與環(huán)境溫度相同，因而氣體的內(nèi)能不變，故B選項(xiàng)正確． 答案：B 2．在一個(gè)與外界沒有熱交換的房間內(nèi)打開冰箱門，冰箱正常工作，過一段時(shí)間房間內(nèi)的溫度將(　　) A．降低　　　　　　 B．升高 C．不變 D．無法確定 解析：取房間內(nèi)氣體及電冰箱(有散熱裝置)為系統(tǒng)，外界消耗電能，對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)總內(nèi)能增加． 答案：B 3.如圖所示是密閉的氣缸，外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體，對(duì)缸內(nèi)氣體做功800 J，同時(shí)氣體向外界放熱200 J，缸內(nèi)氣體的(　　) A．溫度升高，內(nèi)能增加600 J B．溫度升高，內(nèi)能減少200 J C．溫度降低，內(nèi)能增加600 J D．溫度降低，內(nèi)能減少200 J 解析：對(duì)一定質(zhì)量的氣體，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU為正表示內(nèi)能增加了600 J，對(duì)氣體來說，分子間距較大，分子勢(shì)能為零，內(nèi)能等于所有分子動(dòng)能的和，內(nèi)能增加，氣體分子的平均動(dòng)能增加，溫度升高，選項(xiàng)A正確． 答案：A 4．對(duì)于一個(gè)大氣壓下100 ℃的水變成100 ℃的水蒸氣的過程中，下列說法正確的是(　　) A．水的內(nèi)能增加，對(duì)外界做功，一定是吸熱 B．水的內(nèi)能不變，對(duì)外界做功，從外界吸熱 C．水的內(nèi)能減少，對(duì)外界不做功，向外界放熱 D．水的內(nèi)能增加，對(duì)外界做功，向外界放熱 解析：水變成水蒸氣的過程是吸熱的過程，又因氣體膨脹對(duì)外界做功，分子間距增大，分子勢(shì)能增加，由此判斷可知A對(duì)． 答案：A 5．如圖所示，A、B是兩個(gè)完全相同的鐵球，A放在絕熱板上，B用絕熱繩懸掛，現(xiàn)只讓它們吸收熱量，當(dāng)它們升高相同的溫度時(shí)，它們所吸收的熱量分別為QA、QB，則(　　) A．QA＝QB B．QAQB D．無法確定QA、QB的大小 解析：A、B升高相同的溫度，根據(jù)Q＝cmΔt可知，升溫需要的能量是相同的．由于受熱膨脹，A的重心升高，重力勢(shì)能增加，吸熱QA一部分用于升溫，一部分用于增加重力勢(shì)能ΔEp，即QA＝Q＋ΔEp；B的重心降低，重力勢(shì)能減小，吸熱QB和減少的重力勢(shì)能ΔEp共同用于升溫，即Q＝QB＋ΔEp，顯然QA＞QB，故C選項(xiàng)正確． 答案：C 6．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)等壓過程到狀態(tài)B.此過程中，氣體壓強(qiáng)p＝1.0105 Pa，吸收的熱量Q＝7.0102 J，求此過程中氣體內(nèi)能的增量． 解析：等壓變化，＝，對(duì)外做的功W＝p(VB－VA)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q－W，解得ΔU＝5.0102 J. 答案：5.0102 J B級(jí)　提能力 7．某地出租車常以天然氣作為燃料．加氣站儲(chǔ)氣罐中天然氣的溫度隨氣溫升高的過程中，若儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體體積及質(zhì)量均不變，則罐內(nèi)氣體(可視為理想氣體)(　　) A．壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減小 B．吸收熱量，內(nèi)能增大 C．壓強(qiáng)減小，分子平均動(dòng)能增大 D．對(duì)外做功，分子平均動(dòng)能減小 解析：溫度是分子平均動(dòng)能的宏觀標(biāo)志，故天然氣的溫度升高過程中，分子平均動(dòng)能增大，又天然氣可視為理想氣體，不需要考慮分子勢(shì)能，而氣體質(zhì)量不變，氣罐內(nèi)天然氣分子數(shù)不變，所以氣體分子總動(dòng)能增大，故內(nèi)能增大，A、D項(xiàng)錯(cuò)；由熱力學(xué)第一定律可知，氣體體積不變，內(nèi)能增大，則一定從外界吸收熱量，B項(xiàng)對(duì)；天然氣體積不變，隨溫度升高，氣體壓強(qiáng)增大，C項(xiàng)錯(cuò)． 答案：B 8．(多選)如圖所示，絕熱氣缸中間用固定栓將可無摩擦移動(dòng)的導(dǎo)熱隔板固定，隔板質(zhì)量不計(jì)，左右兩室分別充有一定量的氫氣和氧氣(視為理想氣體)．初始時(shí)，兩室氣體的溫度相等，氫氣的壓強(qiáng)大于氧氣的壓強(qiáng)，松開固定栓直至系統(tǒng)重新達(dá)到平衡，下列說法中正確的是(　　) A．初始時(shí)氫分子的平均動(dòng)能大于氧分子的平均動(dòng)能 B．系統(tǒng)重新達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的內(nèi)能比初始時(shí)的小 C．松開固定栓直至系統(tǒng)重新達(dá)到平衡的過程中有熱量從氧氣傳遞到氫氣 D．松開固定栓直至系統(tǒng)重新達(dá)到平衡的過程中，氧氣的內(nèi)能先增大后減小 解析：溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，A錯(cuò)；松開固定栓直至系統(tǒng)重新達(dá)到平衡的過程中，氫氣對(duì)氧氣做功，由于隔板導(dǎo)熱，最終溫度相同，系統(tǒng)與外界無熱交換，最終溫度等于初始溫度，B錯(cuò)，C、D正確． 答案：CD 9．分別以p、V、T表示氣體的壓強(qiáng)、體積、溫度，一定質(zhì)量的理想氣體，其初始狀態(tài)表示為(p0、V0、T0)．若分別經(jīng)歷如下兩種變化過程：①從(p0、V0、T0)變?yōu)?p1、V1、T1)的過程中，溫度保持不變(T1＝T0)；②從(p0、V0、T0)變?yōu)?p2、V2、T2)的過程中，既不吸熱，也不放熱．在上述兩種變化過程中，如果V1＝V2>V0，則(　　) A．p1>p2，T1>T2 B．p1>p2，T1T2 解析：過程①是等溫膨脹，遵守玻意耳定律，過程②是絕熱膨脹，系統(tǒng)對(duì)外做功，內(nèi)能減少，溫度降低，遵循理想氣體狀態(tài)方程，故A正確． 答案：A 10.如圖所示，某同學(xué)將空的薄金屬筒開口向下壓入水中．設(shè)水溫均勻且恒定，筒內(nèi)空氣無泄漏，不計(jì)氣體分子間的相互作用，則被淹沒的金屬筒在緩緩下降的過程中，筒內(nèi)空氣體積減小，空氣一定(　　) A．從外界吸熱 B．內(nèi)能增大 C．向外界放熱 D．內(nèi)能減少 解析：本題考查氣體性質(zhì)和熱力學(xué)第一定律，由于不計(jì)氣體分子之間的相互作用，且整個(gè)過程緩慢進(jìn)行，所以可看成溫度不變，即氣體內(nèi)能不變，選項(xiàng)B、D均錯(cuò)．熱力學(xué)第一定律公式ΔU＝W十Q，因?yàn)樵谶@個(gè)過程中氣體體積減小，外界對(duì)氣體做了功，式中W取正號(hào)，ΔU＝0，所以Q為負(fù)，即氣體向外放熱，故選項(xiàng)A錯(cuò)，C對(duì)． 答案：C 11.如圖所示，直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的A、B兩部分氣體，A的密度小，B的密度大，抽去隔板，加熱氣體使兩部分氣體均勻混合，設(shè)在此過程中氣體吸熱Q，氣體的內(nèi)能增加為ΔU，則(　　) A．ΔU＝Q B．ΔUQ D．無法比較 解析：解題的關(guān)鍵是弄清參與轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的各種能量哪些增、哪些減．A、B兩部分氣體開始的合重心在中線以下，混合均勻后，合重心在中線上，所以系統(tǒng)的重力勢(shì)能增大，根據(jù)能量守恒定律可得，吸收的熱量應(yīng)等于增加的重力勢(shì)能與增加的內(nèi)能之和，即Q＝ΔEp＋ΔU，顯然，Q>ΔU. 答案：B 12．在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水在沸騰時(shí)，1 g的水由液態(tài)變成同溫度的水汽，其體積由1.043 cm3變?yōu)? 676 cm3.已知水的汽化熱為2 263.8 J/g.求： (1)體積膨脹時(shí)氣體對(duì)外界做的功W； (2)氣體吸收的熱量Q； (3)氣體增加的內(nèi)能ΔU. 解析：取1 g水為研究系統(tǒng)，1 g沸騰的水變成同溫度的水汽需要吸收熱量，同時(shí)由于體積膨脹，系統(tǒng)要對(duì)外做功，所以有ΔU

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