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?nèi)粲猛饬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：B2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：B3.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 JB溫度升高，內(nèi)能減少200 JC溫度降低，內(nèi)能增加600 JD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UWQ可知，U800 J(200 J)600 J，U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：A4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，分子勢能增加，由此判斷可知A對(duì)答案：A5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()AQAQB BQA<QBCQA>QB D無法確定QA、QB的大小解析：A、B升高相同的溫度，根據(jù)Qcmt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，重力勢能增加，吸熱QA一部分用于升溫，一部分用于增加重力勢能Ep，即QAQEp；B的重心降低，重力勢能減小，吸熱QB和減少的重力勢能Ep共同用于升溫，即QQBEp，顯然QAQB，故C選項(xiàng)正確答案：C6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)p1.0105 Pa，吸收的熱量Q7.0102 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Wp(VBVA)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律UQW，解得U5.0102 J.答案：5.0102 JB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：B8(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：CD9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：從(p0、V0、T0)變?yōu)?p1、V1、T1)的過程中，溫度保持不變(T1T0)；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V1V2>V0，則()Ap1>p2，T1>T2 Bp1>p2，T1<T2Cp1<p2，T1<T2 Dp1<p2，T1>T2解析：過程是等溫膨脹，遵守玻意耳定律，過程是絕熱膨脹，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：A10.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UW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)，U0，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：C11.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U，則()AUQ BU<QCU>Q 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)等于增加的重力勢能與增加的內(nèi)能之和，即QEpU，顯然，Q>U.答案：B12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U.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U<Q吸(1)氣體在等壓(大氣壓)下膨脹做功：Wp(V2V1)1.013105(1 6761.043)106 J169.7 J.(2)氣體吸熱：QmL12 263.8 J2 263.8 J.(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律：UQW2 263.8 J(169.7)J2 094.1 J.答案：(1)169.7 J(2)2 263.8 J(3)2 094.1 J