1、3 热力学第一定律热力学第一定律 能量守恒定律能量守恒定律 一、选择题 考点一 热力学第一定律的理解和应用 1(多选)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，目前专家们正在研究二氧化碳的深 海处理技术在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可自由压缩的导热容器 中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度的变化，二氧化碳可 视为理想气体，则此过程中( ) A封闭气体对外界做正功 B封闭气体向外界传递热量 C封闭气体分子的平均动能不变 D封闭气体从外界吸收热量 答案 BC 解析 因为不计气体的温度变化，气体分子的平均动能不变，即 U0，选项 C 正确；因为 气体体积减
2、半，故外界对气体做功，即 W0，选项 A 错误；根据热力学第一定律：UW Q，可知 Q0，即气体向外界传递热量，选项 B 正确，D 错误 2.如图1 所示是密闭的汽缸， 外力推动活塞P 压缩一定质量的理想气体， 对缸内气体做功800 J， 同时气体向外界放热 200 J，缸内气体的( ) 图 1 A温度升高，内能增加 600 J B温度升高，内能减少 200 J C温度降低，内能增加 600 J D温度降低，内能减少 200 J 答案 A 解析 对一定质量的气体，由热力学第一定律UWQ 可知，U800 J(200 J)600 J， U 为正表示内能增加了 600 J内能增加，气体分子的平均动能
3、增加，温度升高，选项 A 正 确 3(多选)下列过程可能发生的是( ) A物体吸收热量，对外做功，同时内能增加 B物体吸收热量，对外做功，同时内能减少 C外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少 D外界对物体做功，同时物体放热，内能增加 答案 ABD 解析 当物体吸收的热量多于物体对外做的功时，物体的内能就增加，A 正确；当物体吸收 的热量少于物体对外做的功时，物体的内能就减少，B 正确；外界对物体做功，同时物体吸 热，则物体的内能必增加，C 错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内 能增加，D 正确 4一定质量的气体在保持压强恒等于 1.0105 Pa 的状况下，体积从 20 L
4、 膨胀到 30 L，这一 过程中气体从外界吸热 4103 J，则气体内能的变化为( ) A增加了 5103 J B减少了 5103 J C增加了 3103 J D减少了 3103 J 答案 C 解析 气体等压膨胀过程对外做功 WpV1.0105 Pa(3020)10 3 m31.0103 J这 一过程气体从外界吸热 Q4103 J由热力学第一定律 UWQ，由于气体对外做功，W 应取负值，则可得 U1.0103 J4.0103 J3.0103 J，即气体内能增加了 3103 J故 选项 C 正确 5(多选)如图 2 所示为简易测温装置，玻璃管中一小段水银封闭了烧瓶内一定质量的气体， 当温度升高时
5、( ) 图 2 A瓶内气体的密度增大 B瓶内气体分子的平均动能增加 C外界对瓶内气体做正功 D热传递使瓶内气体的内能增加 答案 BD 解析 由题图可知，当温度升高时容器内气体的变化为等压膨胀，故瓶内气体的密度减小， 气体分子的平均动能增加，瓶内气体对外做正功，选项 B 正确，A、C 错误；由热力学第一 定律 UWQ 可知，瓶内气体内能增加是由于气体从外界吸收了热量，故选项 D 正确 6(多选)(2019 深圳市调研)恒温环境中，在导热良好的注射器内，用活塞封闭了一定质量的 理想气体用力缓慢向外拉活塞，此过程中( ) A封闭气体分子间的平均距离增大 B封闭气体分子的平均速率减小 C活塞对封闭气体
6、做正功 D封闭气体从外界吸热 答案 AD 解析 对于一定质量的理想气体，气体的内能和分子平均速率只取决于温度，由题意可知， 温度不变，则封闭气体的内能不变，封闭气体分子的平均速率也不变，故 B 错误；用力向外 缓慢拉动活塞的过程中 ，气体体积增大，则分子间的平均距离增大，气体对活塞做正功，则 活塞对气体做负功，故 A 正确，C 错误；根据 UWQ 可知，温度不变，则内能 U 不变， 即 U0，用力向外缓慢拉动活塞，则 W0，即气体从外界吸收热量，故 D 正确 考点二 能量守恒定律的理解和应用 7.(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为 m 的小球，如图 3 所示使小球在竖 直平面内摆
7、动，经过一段时间后，小球停止摆动下列说法中正确的是( ) 图 3 A小球机械能不守恒 B小球能量正在消失 C小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化 D总能量守恒，但小球的机械能减少 答案 AD 解析 小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力 做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故 A 正确；小球的机械能转化为内能，能量的种 类变了，但能量不会消失，故 B 错误；小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的 同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故 C 错误，D 正 确 8(多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是( ) A
8、第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器 B第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律 C第一类永动机不能制成的原因是技术问题 D第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律 答案 AD 解析 第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器， 这是人们的美好愿望， 但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因选项 A、D 正确，B、C 错误 9.如图 4 所示，A、B 是两个完全相同的铁球，A 放在绝热板上，B 用绝热绳悬挂现只让它 们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为 QA、QB，则( ) 图 4 AQAQB BQAQB D无法确定 答
9、案 C 解析 A、B 升高相同的温度，根据 Qcmt 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，吸收的热量 QA一部分用于升温，剩余部分用于增加重力 势能 EpA，即 QAQEpA；B 受热膨胀重心降低，重力势能减小，吸收的热量 QB和减少 的重力势能 EpB共同用于升温，即 QQBEpB，显然 QAQB. 考点三 气体实验定律与热力学第一定律的综合应用 10.(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图 5 所示，充气袋四周被挤压时， 假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体( ) 图 5 A体积减小，内能增大 B体积减小，压强减小 C对外界做负功，内能
10、增大 D对外界做正功，压强减小 答案 AC 解析 实际气体在温度不太低、压强不太大时可看做理想气体充气袋被挤压，气体体积减 小，外界对气体做正功，则 W0，即气体对外界做负功，由于袋内气体与外界无热交换，即 Q0，根据热力学第一定律 UWQ 知，内能增大，选项 A、C 正确；根据理想气体状 态方程pV T C 可判断压强一定增大，选项 B、D 错误 11.(多选)(2019 皖西高中教育联盟期末)如图 6 所示， 在 pT 图象中， 一定质量的理想气体经 历了从状态 A 到状态 B 再到状态 C，最后回到状态 A 的过程，在该过程中，下列说法正确的 是( ) 图 6 A从 A 到 B 过程中，
11、气体对外做功 B从 B 到 C 过程中，气体放出热量 C从 C 到 A 过程中，气体分子密度减小 D从 A 到 B 过程和从 C 到 A 过程，气体做功的绝对值相等 答案 AB 解析 根据pV T C 可知，从 A 到 B 过程中，体积增大，因此气体对外做功，A 正确；从 B 到 C 过程中，直线通过原点，故体积不变，而温度降低，气体内能减少，根据热力学第一定律 可知气体放出热量，B 正确；从 C 到 A 过程中，气体温度不变，压强增大，根据理想气体状 态方程可知，气体体积减小，气体分子密度增大，C 错误；从 A 到 B 过程和从 C 到 A 过程， 气体体积变化相等， 但两个过程气体压强的平
12、均值不同， 因此两个过程气体做功绝对值不同， D 错误 二、非选择题 12.(2019 黄冈市高二下期末)如图 7 所示， 一定质量的理想气体从状态 A 经绝热过程到达状态 B，再经等容过程到达状态 C，此过程的 pV 图象如图所示，图中虚线为等温线在 BC 的过程中，气体吸收热量为 12 J则： 图 7 (1)试比较气体在 A 和 B 状态的内能 EA、EB的大小； (2)气体从 AB 过程中气体对外界做的功 答案 (1)EAEB (2)12 J 解析 (1)AB 过程绝热，Q0，体积 V 增大，对外做功，内能减小，EAEB (2)ABC 过程中有：UWABWBCQABQBC A、C 温度相
13、等，内能不变 U0 A、B 绝热过程 QAB0 B、C 等容变化不做功 WBC0 在 BC 的过程中，气体吸收热量为 12 J，即 QBC12 J 故 WAB12 J 即从 AB 过程中气体对外做功 12 J. 13如图 8 所示，导热材料制成的横截面积相等、长度均为 45 cm 的汽缸 A、B 通过带有阀 门的管道连接初始时阀门关闭，厚度不计的光滑活塞 C 位于 B 内左侧，在 A 内充满压强 pA2.8105 Pa 的理想气体，B 内充满压强 pB1.4105 Pa 的理想气体，忽略连接汽缸的管 道体积，室温不变，现打开阀门，求： 图 8 (1)平衡后活塞向右移动的距离和 B 中气体的压强
14、； (2)自打开阀门到平衡，B 内气体是吸热还是放热(简要说明理由) 答案 (1)15 cm 2.1105 Pa (2)放热，理由见解析 解析 (1)设平衡后活塞向右移动的距离为 x，活塞向右移动达到稳定后，对 A 气体，有 pALS p(Lx)S 对 B 气体，有 pBLSp(Lx)S 得 x15 cm p2.1105 Pa (2)活塞 C 向右移动，对 B 中气体做功，而气体做等温变化，内能不变，由热力学第一定律可 知 B 内气体放热 14.(2019 宜宾市诊断)如图 9 所示在绝热汽缸内，有一绝热活塞封闭一定质量的气体，开始时 缸内气体温度为 27 ，封闭气柱长为 9 cm，活塞横截面
15、积 S50 cm2.现通过汽缸底部电阻 丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热 22 J，稳定后气体温度变为 127 .已知大气压强 等于 105 Pa，活塞与汽缸间无摩擦，不计活塞重力求： 图 9 (1)加热后活塞到汽缸底部的距离； (2)此过程中气体内能改变了多少 答案 (1)12 cm (2)7 J 解析 (1)取封闭的气体为研究对象，开始时气体的体积为 L1S 温度为：T1(27327) K300 K 末状态的体积为 L2S，温度为：T2(273127) K400 K 气体做等压变化，则L1S T1 L2S T2 解得：L212 cm (2)在该过程中，气体对外做功 Wp0S(L2L1) 由热力学第一定律有 UQW 解得 U7 J.
