第十章 第三节
基础夯实
一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)
1．在热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q中，关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是( )
A．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时，ΔU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，ΔU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，ΔU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，ΔU为负 答案：C
解析：外界对物体做功时W为正，反之为负；吸热时Q为正，反之为负；内能增加时ΔU为正，反之为负。故选项C正确。
2．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将( )
A．降低 C．不变 答案：B
解析：取房间内气体及电冰箱(有散热装置)为系统，外界消耗电能，对系统做功，系统总内能增加。
3．(湛江市2013～2014学年高二下学期期末)空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对空气做了2.0×105J的功，同时空气的内能增加了1.5×105J。下列说法正确的是( )
A．空气从外界吸收的热量是0.5×105J B．空气对外界放出的热量是0.5×105J C．空气从外界吸收的热量是3.5×105J D．空气对外界放出的热量是3.5×105J 答案：B
解析：由题意知，W＝2.0×105J，ΔU＝1.5×105J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得Q＝－0.5×105J，负号表示放热，故选项B正确。
4.如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小( )
A．从外界吸热 C．向外界放热
B．内能增大 D．内能减小 B．升高 D．无法确定
答案：C
解析：金属筒缓慢下降过程中，外界对筒内气体做功，而筒与水有热交换、水温恒定，所以筒内空气要向外界放热，温度保持不变，从而内能不变。
5.如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的气缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。若活塞与气缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中( )
A．气体对外做功，气体温度可能不变 B．气体对外做功，内能一定减少 C．气体压强减小，内能可能不变 D．气体从外界吸热，内能一定增加 答案：AC
解析：由于气缸为导热的，则可与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变。
6．(南阳市2014～2015学年高二下学期期中)一定质量的理想气体的状态变化过程表示在如图所示的p－V图上，气体先由a状态沿双曲线经等温过程变化到b状态，再沿与横轴平行的直线变化到c状态， a、c两点位于与纵轴平行的直线上，以下说法中正确的是( )
A．由a状态至b状态过程中，气体放出热量，内能不变 B．由b状态至c状态过程中，气体对外做功，内能减少
C．c状态与a状态相比，c状态分子平均距离较大，分子平均动能较大 D．b状态与a状态相比，b状态分子平均距离较小，分子平均动能相等 答案：AD
解析：由题意，ab是一条双曲线，说明气体由a状态至b状态过程中发生了等温变化，内能不变，气体的体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，故A正确。由b状态至c状过程中，气体的体积增大，对外做功，温度升高，内能增大，故B错误。c状态与a状态相比，体积相同，分子平均距离相等，故C错误。b状态与a状态相比，b状态体积小，分子平均距离较小，温度相等，则分子平均动能相等，故D正确。
二、非选择题
7．喷雾器内有10L水，上部封闭有1atm的空气2L。关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1atm的空气3L(设外界环境温度一定，空气可看作理想气体)。
(1)当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体压强，并从微观上解释气体压强变化的原因。
(2)打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀，此过程气体是吸热还是放热？简要说明理由。
答案：(1)2.5atm (2)吸热
解析：(1)设气体初态压强为p1，体积为V1；末态压强为p2，体积为V2，由玻意耳定律p1V1
＝p2V2
代入数据得p2＝2.5atm
微观解释：温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加。 (2)吸热。气体对外做功而内能不变，根据热力学第一定律可知气体吸热。
能力提升
一、选择题(单选题)
1．一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则该理想气体的( )
A．温度降低，密度增大 C．温度升高，密度增大 答案：D
解析：由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q＝2.5×104J，W＝－1.0×104J可知ΔU大于零，气体内能增加，温度升高，A、B错；气体对外做功，体积增大，密度减小，C错，D对。
2．给旱区送水的消防车停于水平地面。在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体( )
A．从外界吸热 C．分子平均动能减小 答案：A
解析：缓慢放水过程中，胎内气体压强减小，气体膨胀对外界做正功，选项B错；胎内气体温度不变，故分子平均动能不变，选项C错；由于不计分子间势能，气体内能只与温度有关，温度不变，内能不变，选项D错；由ΔU＝W＋Q知ΔU＝0，W<0，故Q>0，气体从外界吸热，选项A正确。
3.如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量活塞，活塞的
B．温度降低，密度减小 D．温度升高，密度减小
B．对外界做负功 D．内能增加
上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡状态。经过此过程( )
A．Ep全部转换为气体的内能
B．Ep一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 C．Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D．Ep一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能， 其余部分仍为弹簧的弹性势能
答案：D
解析：当绳子突然断开时，活塞受弹簧的弹力F、活塞的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F′共同作用，如图所示，其合力向上，经多次往复运动后活塞静止时， 活塞处于三力平衡状态，气体体积必减小，外力对气体做正功，
由于绝热，气体的内能增加，而活塞最终的静止位置比初始位置高，其重力势能增加，最终弹力与另外两个力的合力平衡，弹簧仍有形变。设最终弹簧的弹性势能为Ep′，由能量守恒定律得Ep＝Ep′＋活塞增加的重力势能＋气体增加的内能，所以D选项正确。
二、非选择题
4．(扬州市2013～2014学年高二下学期期末)一定量的理想气体的p－V图象如图所示，气体状态经历了A→B→C变化过程，A、B、C三个状态的有关参量如图所示，则气体在状态C的内能________________气体在状态A的内能(填“>”、“<”或“＝”)，在上述过程中，气体需________________(填“吸热”或“放热”)，它与外界交换的热量的绝对值为________________J。
答案：＝ 放热 300
pAVApCVC解析：对于理想气体＝，得TA＝TC，理想气体内能只由温度决定，所以气体在
TATC
状态C的内能等于气体在状态A的内能。A→C过程外界对气体做功W＝pΔV＝300J，由ΔU＝W＋Q，得Q＝－300J。
5．在一个标准大气压下，水在沸腾时，1g的水由液态变成同温度的水汽，其体积由1.043cm3变为1676cm3。已知水的汽化热为2263.8J/g。求：
(1)体积膨胀时气体对外界做的功W；
(2)气体吸收的热量Q； (3)气体增加的内能ΔU。
答案：(1)169.7J (2)2263.8J (3)2094.1J
解析：取1g水为研究系统，1g沸腾的水变成同温度的水汽需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有ΔU (1)气体在等压(大气压)下膨胀做功：W＝p(V2－V1)＝1.013×105×(1676－1.043)×106J＝ － 169.7J。 (2)气体吸热：Q＝mL＝1×2263.8J＝2263.8J。 (3)根据热力学第一定律：ΔU＝Q＋W＝2263.8J＋(－169.7)J＝2094.1J 6.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，“砰”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。试分析： (1)将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15kJ，并向外释放了20kJ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 35kJ p1p2 解析：(1)根据查理定律：＝ T1T2p1＝p0，T1＝300K，p2＝4p0。 解得：T2＝1200K，则t2＝927℃。 (2)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W 得ΔU＝－20kJ－15kJ＝－35kJ，故内能减少35kJ。精品推荐 强力推荐 值得拥有 精品推荐 强力推荐 值得拥有 精品推荐 强力推荐 值得拥有 精品推荐 强力推荐 值得拥有 精品推荐 强力推荐 值得拥有 精品推荐 强力推荐 值得拥有 精品推荐 强力推荐 值得拥有 精品推荐 强力推荐 值得拥有 精品推荐 强力推荐 值得拥有 精品推荐 强力推荐 值得拥有 精品推荐 强力推荐 值得拥有 精品推荐 强力推荐 值得拥有 精品推荐 强力推荐 值得拥有 精品推荐 强力推荐 值得拥有
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