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2025粤教版高中物理选择性必修第三册
分层作业9　热力学第一定律
A组必备知识基础练
1.关于温度的概念,下述说法正确的是(　　)
A.温度升高,物体内所有分子的动能都增大
B.温度是分子平均动能的标志,温度越高,分子平均动能越大
C.当某物体的内能增加时,则该物体的温度一定升高
D.甲物体的温度比乙物体的温度高,则甲物体分子平均速率比乙物体分子平均速率大
2.关于物体的内能,以下说法正确的是(　　)
A.不同的物体,若温度相同,则内能也相同
B.物体速度增大,则分子动能增大,内能也增大
C.冰融化时,吸收热量,温度不变,但内能增大
D.静止在地面上的物体,机械能和内能均为零
3.(多选)分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图中曲线所示,曲线与横轴交点为r1,曲线最低点对应横坐标为r2(取无限远处分子势能Ep=0).下列说法正确的是(　　)
A.分子间的引力和斥力都随着分子间距离r增大而减小
B.当rC.当分子间作用力表现为斥力时,分子势能随分子间距离减小而增大
D.当r14.(多选)下列有关热现象和内能的说法正确的是(　　)
A.把物体缓慢举高,其机械能增加,内能不变
B.盛有气体的容器做加速运动时,容器中气体的内能必定会随之增大
C.电流通过电阻后电阻发热,它的内能增加是通过“做功”方式实现的
D.分子间引力和斥力相等时,分子势能最小
5.用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品,如图所示.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(　　)
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,内能减小
D.对外界做正功,压强减小
6.(多选)如图所示,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到状态a.下列说法正确的是(　　)
A.在过程ab中气体的内能增加
B.在过程ca中外界对气体做功
C.在过程ab中气体对外界做功
D.在过程bc中气体从外界吸收热量
7.航天员王亚平太空授课呈现了标准水球,这是水的表面张力引起的.在水球表面层中,水分子之间的相互作用总体上表现为引力.如图所示,A位置固定一个水分子甲,若水分子乙放在C位置,其所受分子力恰为零,则将水分子乙放在如图　　　　(选填“AC”或“BC”)之间,其分子力表现为引力.若空间两个分子间距从无限远逐渐变小,直到小于r0,则分子势能变化的趋势是　　　　　　　　　.
8.如果一定质量的气体膨胀时做的功是135 J,同时吸热85 J,问:
(1)气体内能的变化量是多少 内能是增加了还是减少了
(2)气体从外界吸收了2.6×105 J的热量,内能增加了4.2×105 J,气体对外做功了还是外界对气体做功了 做的功是多少
B组关键能力提升练
9.下列说法正确的是(　　)
A.温度低的物体内能小
B.温度低的物体分子热运动的平均速率小
C.做加速运动的物体,由于速度越来越大,因此物体分子的平均动能越来越大
D.物体的体积改变,内能不一定改变
10.如图所示,置于水平桌面上的气缸导热良好,用活塞封闭了一定质量的理想气体,活塞与气缸壁间无摩擦.现用水平向右的外力F作用在活塞上,使其缓慢向右移动,气缸始终静止,外界温度保持不变.在活塞被拉出气缸前的过程中(　　)
A.气体对外界做功,吸收热量
B.气体温度降低,放出热量
C.气体压强逐渐减小,内能减小
D.气体体积逐渐增大,内能增大
11. (多选)如图是某喷水壶.未喷水时阀门闭合,压下压杆可向瓶内储气室充气;多次充气后按下按柄打开阀门,水会自动经导管从喷嘴处喷出.储气室内气体可视为理想气体,充气和喷水过程温度保持不变.则下列选项不正确的是(　　)
A.充气过程中,储气室内气体分子密度增大
B.充气过程中,储气室内气体分子平均动能增大
C.喷水过程中,储气室内气体吸热
D.喷水过程中,储气室内气体内能减小
12.(多选)一定质量的理想气体沿p-V 坐标系中曲线所示的方向发生变化,其中曲线BDA是以p轴、V轴为渐近线的双曲线的一部分,则(　　)
A.气体由A变到B,一定是吸热的
B.气体由B变为A,一定是吸热的
C.气体由A变到B再变到A,吸热多于放热
D.气体由A变到B再变到A,放热多于吸热
13.气缸内封闭了一定质量、压强p=1.0×105 Pa、体积V=2.0 m3的理想气体,现使气体保持压强不变,体积缓慢压缩至V'=1.0 m3,此过程气体向外界释放了Q=1.2×105 J的热量,则:
(1)压缩过程外界对气体做了多少功
(2)气体内能变化了多少
14.某科学兴趣小组,制作了一个简易温度计:在一个空葡萄酒瓶中插入一根两端开口的玻璃管,玻璃管内有一段长度可以忽略的水银柱,接口处用石蜡密封,将酒瓶水平放置,如图所示.该小组测得酒瓶容积为480 cm3,玻璃管内部横截面积为0.5 cm2,瓶口外的有效长度为48 cm.当气温为27 ℃时,水银柱刚好在瓶口位置.(已知大气压p0=1.0×105 Pa)
(1)求该温度计能测量的最高气温.
(2)水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中,气体对外做了多少功
(3)假设上述过程密封气体从外界吸收了3 J热量,则该气体内能变化了多少
参考答案
分层作业9　热力学第一定律
1.B　温度升高,物体内分子的平均动能变大,并非所有分子的动能都增大,选项A错误.温度是分子平均动能的标志,温度越高,分子平均动能越大,选项B正确.当某物体的内能增加时,可能是分子势能增加,而该物体的温度不一定升高,例如0 ℃的冰化成同温度的水时,选项C错误.甲物体的温度比乙物体的温度高,则甲物体分子平均动能比乙物体分子平均动能大,而甲物体分子平均速率不一定比乙物体分子平均速率大,选项D错误.
2.C　物体的内能与物体的温度、体积以及物质的量等都有关,则不同的物体,若温度相同,则内能不一定也相同,选项A错误;宏观物体的动能与微观物体的分子动能无关,即物体速度增大,则分子动能不一定增大,内能也不一定增大,选项B错误;冰融化时,吸收热量,温度不变,但内能增大,选项C正确;物体的内能永远不为零,静止在地面上的物体,机械能也不一定为零,选项D错误.
3.ABC　分子间的引力和斥力都随着分子间距离r增大而减小,故A正确;当r4.ACD　把物体缓慢举高,重力势能增加,由于速度不变,动能不变,故机械能增加,在举高的过程中,由于物体的温度、质量和体积没有变化,故内能不变,故A正确;气体的内能与物体的宏观速度大小无关,则容器中气体的内能不变,故B错误;电流通过电阻后电阻发热,内能的增加是通过电流“做功”的方式实现的,故C正确;分子间引力和斥力相等时,分子力的合力为零,分子势能最小,故D正确.
5.A　充气袋被挤压时,气体体积减小,外界对气体做功,已知袋内气体与外界无热交换,则袋内气体内能增加,故选项C、D错误;气体体积减小,内能增加,温度一定升高,压强变大,故选项A正确,B错误.
6.ABD　在过程ab中气体的体积不变、压强增大,据=C可知,温度升高,故内能增加,A正确;在过程ca中气体的体积减小,故外界对气体做功,B正确;在过程ab中气体的体积不变,没有对外界做功,C错误;在过程bc中气体的温度不变,内能不变,但体积增大对外做功,据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量,D正确.
7.答案 BC　先减小再增大
解析 依题意,水分子乙放在C位置,其所受分子力恰为零,当两分子距离大于r0,即将水分子乙放在如图BC之间,其分子力表现为引力.若空间两个分子间距从无限远逐渐变小,直到等于r0,分子力做正功,分子势能减小.当分子间距小于r0后再继续减小,分子力做负功,分子势能增加.故分子势能变化的趋势是先减小再增大.
8.答案 (1)ΔU=-50 J,气体的内能减少了
(2)外界对气体做功了,做的功是1.6×105 J
解析 (1)由热力学第一定律可得ΔU=Q+W=85 J+(-135 J)=-50 J,气体的内能减少了.
(2)由热力学第一定律可得W=ΔU-Q=4.2×105 J-2.6×105 J=1.6×105 J
外界对气体做功了,做的功是1.6×105 J.
9.D　因为内能与物体物质的量、温度和体积都有关,由于物质的量和体积不确定,故温度低的内能不一定小,故A错误;温度低的物体分子的平均动能小,但由于分子的质量不能明确,故不能说明温度低的物体分子平均速率就小,故B错误;温度是分子平均动能的标志,与物体的宏观运动无关,故C错误;根据热力学第一定律,内能的变化与外界对物体做功以及吸收的热量有关,即ΔU=W+Q,物体体积改变,内能可能不变,故D正确.
10.A　活塞缓慢向右移动,气体体积V变大,故气体对外做功W<0;又气缸导热良好外界温度T保持不变,因温度是分子平均动能的标志且气体忽略分子势能,故气体温度不变,气体内能不变,ΔU=0;由理想气体状态方程=C,知气体压强逐渐减小,由热力学第一定律ΔU=W+Q,知气体吸收热量.故A正确,B、C、D错误.
11.BD　充气过程中,储气室体积不变,气体分子数目增加,故分子密度增大,故A正确;充气过程中,温度不变,故气体分子平均动能不变,故B错误;喷水过程中,液面降低,空气体积增大,储气室内气体压强减小,而温度不变,内能不变,由热力学第一定律知室内气体吸热,故C正确,D错误.
12.AC　由图像可知,p-V图像的BDA是双曲线的一部分,则由B到A变化是等温变化,气体的温度不变,气体内能不变,即ΔU=0,由图像可知,由B到A过程气体体积变小,外界对气体做功,W>0,由热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q<0,气体要放热,故B错误;气体由A变到B,温度不变,内能不变,体积变大,气体对外做功,根据热力学第一定律可知,气体吸热,故A正确;气体由A到B的过程要吸收热量,吸收的热量等于气体对外做的功Q=W,在B到A的过程中,气体要放出热量,放出的热量等于外界对气体做的功Q'=W',由图像可知,从A到B与从B到A过程,气体体积变化量相等,从A到B的过程,平均压强大,气体做功,即W>W',则Q>Q',即气体由A变到B再变到A,吸热多于放热,故C正确,D错误.
13.答案 (1)1.0×105 J　(2)减少了2×104 J
解析 (1)外界对气体做功W=p·|ΔV|=p(V-V')
解得W=1.0×105 J.
(2)由热力学第一定律得,气缸内气体内能的变化量ΔU=Q+W=(-1.2×105+1.0×105)J=-2×104 J
即气体内能减少了2×104 J.
14.答案 (1)42 ℃　(2)2.4 J　(3)增加0.6 J
解析 (1)当水银柱到达管口时,所测气温最高,设为T2,此时气体体积为V2,初状态T1=(273+27)K=300 K,V1=480 cm3
末状态V2=(480+48×0.5)cm3=504 cm3
根据气体等压变化
代入数据得T2=T1=×300 K=315 K,t2=42 ℃.
(2)水银柱移动过程中,气体对外界做功W'=p0SL=1.0×105×0.5×10-4×0.48 J=2.4 J.
(3)由热力学第一定律得内能变化为ΔU=W+Q
因为气体对外界做功2.4 J,故外界对气体做功W=-2.4 J
气体从外界吸收热量3 J,即Q=3 J
所以气体内能变化为ΔU=W+Q=[3+(-2.4)]J=0.6 J,即气体内能增加了0.6 J.
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