高中 | 热力学第一定律 题目答案及解析

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选修3-3

第十章 热力学定律

10.3 热力学第一定律 能量守恒定律

热力学第一定律

如图所示,在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体,活塞导热良好且能无摩擦地滑动,容器的横截面积为S,将整个装置放在大气压强恒为$p_{0}$的空气中,开始时气体的温度为T,活塞与容器底的距离为h,当环境温度变化时,气体从外界吸收热量Q后,活塞缓慢上升d后再次平衡。下列判断正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

["

气体压强始终为$p_{0}$

","

外界气体的温度升高了$\\frac{dT}{h}$

","

气体对外做功的数值为$p_{0}Sd$

","

此过程中的密闭气体的内能增加了$Q − (mg+p_{0}S)d$

"]
[["BD"]]

A.对活塞,由平衡条件有$pS=mg+p_{0}S$

解得$p=p_{0}+\frac{mg}{S}$

可知气体压强始终为$\left( p_{0}+\frac{mg}{S} \right)$,故A错误;

B.分析可知气体做等压变化,由盖吕萨克定律有$\frac{HS}{T}=\frac{\Delta V}{\Delta T}=\frac{dS}{\Delta T}$

解得$\Delta T=\frac{d}{h}T$

可知外界气体的温度升高了$\frac{dT}{h}$,故B正确;

C.气体对外做功的数值为$W=pSd=(p_{0}S+mg)d$

故C错误;

D.由于气体对外做功,W为负值,根据热力学第一定律,可知密闭气体的内能增加了$ΔU=Q − W=Q − (p_{0}S+mg)d$

故D正确。

故选 BD。

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