高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第一节 热力学第一定律课后复习题

A级　合格达标

1.（多选）气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和，其大小与气体的状态有关，分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的哪些因素，下列说法不正确的是（　　）

A.温度和体积　　　　 B.体积和压强

C.温度和分子间距离   D.温度和压强

解析：温度是分子平均动能的标志.温度高，分子平均动能大.分子间势能与分子间距离r有关，分子间距离r变化，分子间势能就发生变化，所以A、C正确.

答案：BD

2.下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是  （　　）

解析：当分子间距离r等于平衡距离r0时，分子间作用力f为零，分子势能Ep最小，故选项B正确.

答案：B

3.（多选）关于物体的内能，下列说法中不正确的是 （　　）

A.单个水分子的内能比冰分子的内能大

B.物体所处的位置越高，分子势能就越大，内能越大

C.一定质量的0 ℃的水变成0 ℃的冰，内能一定减少

D.相同质量的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能

解析：内能是物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和，所以研究单个分子的内能没有意义，A错误；内能与机械能是两种不同性质的能，它们之间无直接联系，B、D错误；一定质量的0 ℃的水变成0 ℃的冰，放出热量，内能减小C正确.

答案：ABD

4.如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有一个用卡子卡住的可移动胶塞.用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数.打开卡子，胶塞冲出容器口后（　　）

A.气体对外界做功，内能减少，温度计示数变大

B.外界对气体做功，内能增加，温度计示数变大

C.气体对外界做功，内能减少，温度计示数变小

D.外界对气体做功，内能增加，温度计示数变小

解析：打开卡子后，气体体积膨胀对外做功，气体内能减少，所以温度计示数变小，C正确.

答案：C

5.（多选）一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1大于铁块的温度T2，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则 （　　）

A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块放出的热量等于铁块吸收的热量

B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块放出的热量不等于铁块吸收的热量

C.达到热平衡时，铜块的温度是

D.达到热平衡时，两者的温度相等

解析：系统不与外界交换能量，热量由温度较高的铜块传给铁块，且铜块放出的热量等于铁块吸收的热量，A正确，B错误；达到热平衡时两者的温度相同，由于两者的比热容不同，所以达到热平衡时的温度不为，C错误，D正确.

答案：AD

6.若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底缓慢上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功.（设湖水的温度相等且保持不变）

（1）气泡上升过程中吸收的热量是多少？

（2）气泡到达湖面后，由于太阳的照射，在温度上升的过程中又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了多少？

解析：（1）气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，则Q＝ΔU－W＝0－（－0.6 J）＝0.6 J.

（2）由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W＝0.3 J＋（－0.1 J）＝0.2 J，内能增加0.2 J.

答案：（1）0.6 J　（2）0.2 J

B级　等级提升

7.（多选）如图所示，甲分子固定于坐标原点，乙分子位于横轴上，甲、乙两分子间引力、斥力及分子势能的大小变化情况分别如图中三条曲线所示，A、B、C、D为横轴上的四个特殊的位置；E为两虚线a、b的交点，现把乙分子从A处由静止释放，则由图像可知（　　）

A.虚线a为分子间斥力变化图线，交点E的横坐标代表乙分子到达该点时分子力为零

B.虚线b为分子间引力变化图线，表明分子间引力随距离增大而减小

C.实线c为分子势能的变化图线，乙分子到达C点时分子势能最小

D.乙分子从A到C的运动过程中一直做加速运动

解析：分子间的引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小，随分子间距离r的减小而增大，但斥力变化得快，故虚线a为分子间斥力变化图线，虚线b为分子间引力变化图线，交点E说明分子间的引力、斥力大小相等，分子力为零，A、B两项正确；实线c为分子势能的变化图线，乙分子到达B点时分子势能最小，为负值，C项错误；乙分子从A到C的运动过程中分子力先表现为引力，到达B点后表现为斥力，所以乙分子先做加速运动，后做减速运动，D项错误.   

答案：AB

8.如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空.现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中（不计气体的分子势能）（　　）

A.气体对外界做功，温度降低，内能减少

B.气体对外界做功，温度不变，内能减少

C.气体不做功，温度不变，内能不变

D.气体不做功，温度不变，内能减少

解析：抽掉隔板后，气体膨胀体积增大，但由于右侧为真空，气体自由膨胀不做功，因而内能不变，温度不变，故选项C正确.

答案：C

9.如图所示，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（　　）

A.Tb>Tc，Qab>Qac　　 B.Tb>Tc，Qab<Qac

C.Tb＝Tc，Qab>Qac   D.Tb＝Tc，Qab<Qac

解析：根据图像可得到c、b的状态参量，由理想气体状态方程得，＝，可见Tb＝Tc.气体由状态a至状态b，体积变大，气体对外做正功，气体由状态a至状态c，体积不变，气体不做功，而两个变化过程的温度变化相同，内能的增加量相同，由热力学第一定律W＋Q＝ΔU知，Qab>Qac，选项C正确.

答案：C

10.如图所示，A、B是两个完全相同热胀冷缩明显的金属球，初温相同.A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂.现只让它们吸热，当它们升高相同的温度时，吸热分别为QA、QB，则（　　）

A.QA＝QB   B.QA<QB

C.QA>QB   D.无法确定

解析：A、B升高相同的温度，根据Q＝cmΔt可知，升温需要的能量是相同的.由于受热膨胀，A的重心升高，重力势能增加，吸热QA一部分用于升温，一部分用于增加重力势能ΔEp，即QA＝Q＋ΔEp；B的重心降低，重力势能减小，吸热QB和减少的重力势能ΔEp共同用于升温，即Q＝QB＋ΔEp，显然QA>QB.故选项C正确.

答案：C

11.如图所示p-V图像中，一定质量的理想气体由状态A经过ACB过程至状态B，气体对外做功280 J，吸收热量410 J.气体又从状态B经BDA过程回到状态A，这一过程中外界对气体做功200 J.则ACB过程中气体的内能是增加了还是减少了？变化量是多少？BDA过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？

解析：ACB过程中W1＝－280 J，Q1＝410 J，

由热力学第一定律得ΔU＝W1＋Q1＝130 J，

气体内能增加130 J，

因为一定质量理想气体的内能只由温度决定，气体由状态A经过ACB过程至状态B，又从状态B经BDA过程回到状态A，整个过程内能变化为0.

从状态B经BDA过程回到状态A，有

ΔU′＝－130 J.

由题意知W2＝200 J，

由热力学第一定律ΔU′＝W2＋Q2，得

Q2＝－330 J，

即放出热量330 J.

答案：见解析

12.如图所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为22 cm，现在用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭空气柱长度变为2 cm，人对活塞做功100 J，大气压强为p0＝1×105 Pa，不计活塞重力.问：

（1）若用足够长的时间缓慢压缩气体，求压缩后气体的压强为多大？

（2）若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20 J，则气体的内能增加多少？（活塞的横截面积S＝1 cm2）

解析：（1）设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22 cm，l＝2 cm，V0＝l0S，V＝lS.

缓慢压缩气体温度不变，由玻意耳定律得p0V0＝pV，

解得p＝1.1×106 Pa.

（2）大气压力对活塞做功：W1＝p0S（l0－l）＝2 J，

人做功W2＝100 J，

由热力学第一定律可得ΔU＝W1＋W2＋Q，

代入数据解得ΔU＝82 J.

答案：（1）1.1×106 Pa　（2）82 J