2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册 3.1热力学第一定律 课后练习（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册
3.1热力学第一定律 课后练习（解析版）
1．蛟龙号是我国首台自主研制的作业型深海载人潜水器，下潜深度已突破7000m。已知在深度3000m以下，海水温度基本不变。若蛟龙号在执行某次任务时，外部携带一装有氧气（可看作理想气体）的小型气缸，气缸及活塞导热性能良好，活塞与气缸间摩擦不计，若蛟龙号从4000m深度下潜到5000m深度的过程中，气体质量不变，则（　　）
A．气缸内氧气的内能增大
B．每个氧气分子的动能均不变
C．外界对氧气做的功等于氧气放出的热量
D．氧气分子单位时间撞击气缸壁单位面积的次数不变
2．一定质量的理想气体从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其V-T图象如图所示，pa、、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列判断正确的是（　　）
A．状态a、b、c的压强大小满足
B．a到b过程中气体内能减小
C．b到c过程中气体放出热量
D．c到a过程中每一个分子的速率都不变
3．一定质量的某种理想气体，从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p?V图像如图所示. 已知气体处于状态A时的温度为300 K，则下列判断正确的是（　 ）
A．气体处于状态C时的温度是100 K
B．在A、B和C三个状态中，状态B的分子平均动能最大
C．从状态B变化到状态C过程中气体吸热
D．从状态A变化到状态C过程中气体内能先减小后增大
4．封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D，其体积V与热力学温度T关系如图所示，三点在同一直线上。则（　　）
A．由状态A变到状态B程中，气体放出热量
B．由状态B变到状态C过程中，气体从外界吸收热量，内能增加
C．C状态气体的压强小于D状态气体的压强
D．D状态时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比A状态少
5．如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如图中从a到b的直线所示，在此过程中说法错误的是（　　）
A．气体温度一直降低 B．气体内能一直增加
C．气体一直对外做功 D．气体一直从外界吸热
6．如图所示，导热的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在汽缸中，汽缸的内壁光滑。现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，由状态①变化到状态②，在此过程中，如果环境温度保持不变，下列说法正确的是（　　）
A．气体分子平均动能不变
B．气体吸收热量
C．气体内能不变，却对外做功，此过程违反热力学第一定律，不可能实现
D．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
7．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A．其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程。该循环过程中，下列说法正确的是（　　）
A．A→B过程中，气体对外界做功，吸热
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增加
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．该循环过程中，气体放热
8．封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D，其体积V与热力学温度T关系如图所示，O、A、D三点在同一直线上，则（　　）
A．由状态A变到状态B过程中，气体吸收热量
B．由状态B变到状态C过程中，气体从外界吸收热量，内能增加
C．D状态时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比A状态少
D．D状态与A状态，相等时间内气体分子对器壁单位面积的冲量相等
9．如图是某种喷雾器示意图，在贮液筒内装入一些药液后将密封盖盖好。多次拉压活塞充气，然后打开喷嘴开关，活塞位置不再改变，药液可以持续地喷出，贮液筒内的空气可视为理想气体，设充气和喷液过程筒内的空气温度可视为不变，下列说法正确的是（　　）
A．充气过程中，贮液筒内的气体分子平均动能增大
B．充气过程中，贮液筒内的气体压强增大，体积也变大
C．喷液过程中，贮液筒内的气体吸收的热量全部用来对外做功
D．喷液过程中，贮液筒内的气体压强减小，气体内能不变
10．质量一定的某种物质，在压强不变的条件下，由液态Ⅰ到气态Ⅲ变化过程中温度T随加热时间t变化关系如图所示，单位时间所吸收的热量可看成不变，气态Ⅲ可看成理想气体。下列说法正确的是（　　）
A．该物质分子平均动能随着时间的增加而增大
B．在t1～t2时间内，该物质分子势能随着时间的增加而增大
C．在t2～t3时间内，该物质的内能随着时间的增加而增大
D．在t2～t3时间内，气体膨胀对外做功，分子势能增大
11．如图所示，某同学打乒乓球时不小心将球踩瘪了，但没有破裂。他将乒乓球放入热水中，一段时间后恢复为球形，在此过程中，下列说法正确的是（　　）
A．乒乓球中气体温度升高，气体分子无规则运动变得更剧烈
B．乒乓球中气体的质量不变，温度升高，密度减小，压强增大
C．乒乓球中气体分子间的引力和斥力都增大
D．乒乓球受热膨胀，体积增大，气体对外做功，放出热量
12．夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体，则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是（　　）
A．气体的内能不变
B．气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低
C．气体膨胀时，热量散得太快，使气体温度降低了
D．气体分子的平均动能减小
13．如图所示，绝热密闭汽缸内有一定质量的理想气体，外界大气压恒定。缸内有一电阻丝R通过导线与电源连接，闭合开关S后，绝热活塞K缓慢且无摩擦地向右移动，则下列说法正确的是（　　）
A．气体分子平均动能不变
B．电热丝放出的热量等于气体对外所做的功
C．气体的压强不变
D．气体分子单位时间内对器壁单位面积的撞击次数减少
14．一定质量理想气体的状态变化如图所示，dabc为圆弧，cd为半径相同的圆弧。气体从状态a沿经状态b、c、d，最终回到状态a，则（　　）
A．从状态a到状态b是等温膨胀过程
B．从状态a到状态c，气体吸收热量，内能增大
C．处于状态c时气体分子单位时间撞击单位面积的次数一定比状态a少
D．从状态a经b、c、d回到状态a，气体吸收热量
15．一定质量的理想气体，在体积保持不变的条件下，若气体温度升高，则（　　）
A．气体中每个分子热运动的动能一定都变大
B．气体中每个分子对器壁撞击的作用力都变大
C．气体的压强变大
D．气体一定从外界吸收热量
16．一定质量的理想气体经某一过程从外界吸收了2.0×103J的热量，并且对外做了1.0×103J的功，则气体的温度________（填“升高”、“降低”或“不变”），密度________（填“变大”、“变小”或“不变”）。
17．热力学第一定律的应用：
（1）W的正负：外界对系统做功时，W取_______值；系统对外界做功时，W取_______值．（均选填“正”或“负”）
（2）Q的正负：外界对系统传递的热量Q取_______值；系统向外界传递的热量Q取_______值．（均选填“正”或“负”）
18．气压升降椅的核心部件是气压棒，充气压力管中封闭着一定量的空气（可近似看成理想气体）。把充气压力管简化成直径为、内壁光滑的均匀圆管，上方用活塞（质量不计）密封，质量为的座椅与活塞固定，如图所示。已知没有人坐在座椅上时，充气压力管内空气的长度为，重力加速度大小为。
（i）求没有人坐在座椅上时充气压力管内、外气体的压强差；
（i i）若质量为的人坐在座椅上，稳定时充气压力管内气体温度与外界温度相同，此过程充气压力管内气体向外界散发的热量为，外界大气压强为，求稳定时座椅下降的距离及此过程活塞对管内气体做的功。
19．如图所示，A、B两个相同且内壁光滑的导热气缸固定在水平地面上，气缸内的两活塞（重力忽略不计）用轻杆连接，一个移动时另一个也会同时移动，总保持两气缸内封闭的气体体积相同。当环境温度为时，两气缸内封闭气体的体积均为，压强均为。现对A气缸缓慢加热，使其温度升高至T，而B气缸仍保持原来的温度。则：
（1）两气缸中的压强将分别为多少？
（2）若此过程中A气缸内气体的内能增加了，则两气缸需从外界吸收多少热量？
20．如图所示，竖直放置的足够长的密闭汽缸，缸内封存着一定质量的理想气体（气体质量可忽略不计），缸体质量m1=10kg，活塞质量m2=2kg，活塞横截面积S=2×10-3m2，活塞上部由一根绳悬挂于天花板上；汽缸下部被一个劲度系数k=1×103N/m的轻弹簧支住，弹簧刚好压缩0.02m，整个装置处于静止状态封闭在汽缸内的气柱长L1=0.2m，若外界大气压p0=1×105Pa，g取10m/s2，弹簧始终在其弹性限度内，求（结果保留2位有效数字）：
（1）此时汽缸内气体的压强；
（2）若将绳剪断，待汽缸和活塞重新平衡后温度保持不变汽缸内的气柱长改变了多少？
（3）剪断绳后到气缸和活塞重新平衡（温度保持不变），气缸里的气体是吸热还是放热，请说明你的理由。
参考答案
1．C
【详解】
AC．根据热力学第一定律 由于温度不变，气体的内能不变，气体压强增大，体积减小，外界对气体做正功，则氧气放出热量，并且外界对氧气做的功等于氧气放出的热量，A错误C正确；
B．每个氧气分子的运动是无规律的，其动能无法确定，温度不变是分子的平均动能不变，B错误；
D．气体压强增大，体积增小，但是温度不变，气体分子的平均动能不变，则氧气分子单位时间撞击气缸壁单位面积的次数增加，压强才会增大，D错误。
故选C。
2．C
【详解】
A．a到b为等容变化，有
解得
a到c过程，为等温变化，有
解得
综上可得
故A错误；
B．a到b过程中，温度升高，内能增大，故B错误；
C．b到c过程中温度降低，内能减小，即
体积减小，外界对气体做功
由热力学第一定律可知
即气体放出热量，故C正确；
D．温度时平均动能的标志，是大量分子运动的统计结果，对单个分子没有意义，故D错误。
故选C。
3．B
【详解】
AB．由题意可知TA=300K，由于A→B的过程为等压变化，则由
=
代入数据解得
TB=900K
B→C过程是等容变化，则由
=
代入数据解得
TC=300K
在A、B和C三个状态中，状态B的温度最高，分子平均动能最大，故A错误，B正确；
C．从状态B变化到状态C过程中，体积不变，则W=0，温度降低，则内能减小，?U<0，根据热力学第一定律可知，Q<0，气体放热，选项C错误；
D．从状态A变化到状态C的过程中，气体的温度先升高后降低，则气体的内能先增大后减小，故D错误。
故选B。
4．D
【详解】
A．气体从状态A到状态B体积不变，发生的是等容变化，气体不做功
温度升高，内能增加
根据热力学第一定律
知
气体吸收热量，故A错误；
B．由状态B变到状态C的过程中，温度不变，内能不变
体积变大，气体对外界做功，根据热力学第一定律
知
气体吸收热量，故B错误；
C．气体从C到D发生等容变化，根据查理定律知，所以C状态气体的压强大于D状态气体的压强，故C错误；
D．A点和D点在过原点的连线上，说明气体由A到D压强不变，体积增大，分子的密集程度减小，状态D温度高，分子的平均动能大，状态A和状态D压强相等，根据压强的微观解释可知，D状态时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比A状态少，故D正确。
故选D。
5．A
【详解】
A．由图知从a到b气体的 p和V一直增大，由可知，气体的温度一直升高，故A错误，符合题意。
B．一定量的理想气体内能只跟温度有关，温度一直升高，气体的内能一直增加，故B正确，不符合题意。
C．气体的体积增大，则气体一直对外做功，故C正确，不符合题意。
D．气体的内能一直增加，并且气体一直对外做功，根据热力学第一定律可知，气体一直从外界吸热，故D正确，不符合题意。
故选A。
6．ABD
【详解】
A．汽缸是导热的，封闭气体的温度始终与环境温度相同，保持不变，而温度是分子平均动能的标志，故A正确；
B．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，故气体内能不变，对外做功，根据热力学第一定律
可知气体吸收热量，B正确；
C．气体内能不变，对外做功时也从外界吸收热量，C错误；
D．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，同时伴随着外力F的作用，即引起了其他的变化，所以此过程不违反热力学第二定律，D正确。
故选ABD。
7．AC
【详解】
A．A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，根据
可知气体吸热，故A正确；
B．B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；
C．C→D过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；
D．该循环过程中，气体内能不变，对外做功，根据
可知气体吸热，故D错误。
故选AC。
8．ACD
【详解】
A．气体从状态A到状态B体积不变，发生的是等容变化，气体不做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，知气体吸收热量，故A正确；
B．气体由状态B变到状态C的过程中，温度不变，内能不变，体积变大，气体对外界做功，根据热力学第一定律知，气体从外界吸收热量，故B错误；
C．A点和D点在过原点的连线上，说明气体由A到D压强不变，体积增大，分子的密集程度减小，状态D温度高，分子的平均动能大，状态A和状态D压强相等，所以D状态时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比A状态少，故C正确；
D．根据动量定理知
压强
所以
因为状态D和状态A压强相等，所以相等时间内气体分子对器壁单位面积的冲量相等，故D正确。
故选ACD。
9．CD
【详解】
A．充气过程筒内的空气温度可视为不变，则分子的平均动能不变，A错误；
B．充气的过程中，筒内气体的体积不变，B错误；
C．喷液过程筒内的空气温度可视为不变，则分子的平均动能不变，气体的内能也不变，药液可以持续地喷出，气体体积增大，对外做功，由于没有其他的变化，可知贮液筒内的气体吸收的热量全部用来对外做功，C正确；
D．根据理想气体状态方程
温度不变，体积增大，压强减小，D正确。
故选CD。
10．BC
【详解】
A．因为温度是分子平均动能的标志，所以该物质分子平均动能随着时间的增加先增大，然后不变，之后又增大，A错误；
B．物质的内能是分子总动能与分子总势能之和，在t1～t2时间内，温度不变，分子的平均动能不变，吸收的热量用来增加分子间的势能，所以分子势能随时间的增加而增大，B正确；
CD．在t2～t3时间内，气体膨胀对外做功，但理想气体不考虑分子势能，温度升高，分子的平均动能增大，所以内能增大，C正确，D错误。
故选BC。
11．AB
【详解】
A．乒乓球中气体温度升高，气体分子无规则运动变得更剧烈，A正确；
B．乒乓球没有破裂，不漏气，乒乓球中气体的质量不变，体积增大，密度减小，乒乓球在球内气体压力作用下恢复为球形，说明球内气体压强增大，B正确；
C．乒乓球中气体分子间的引力和斥力都随着气体分子间距离的增大而减小，C错误；
D．乒乓球受热膨胀，体积增大，气体对外做功，但温度升高，内能变大，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，D错误。
故选AB。
12．BD
【详解】
气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀，Q=0，对外做功，由热力学第一定律
可知气体内能减少，温度降低，温度是分子平均动能的标志，故气体分子的平均动能减小，AC错误，BD正确。
故选BD。
13．CD
【详解】
C．活塞可无摩擦滑动，外界大气压强不变，故气体为等压变化，C正确；
A．电阻丝向气体放热，气体温度升高，而理想气体内能只取决于温度，气体温度升高，分子平均动能增大，A错误；
B．气体内能增大，由热力学第一定律可知，电阻丝向气体放出的热量一定大于气体对外做的功，B错误；
D．压强不变，气体分子平均动能增大，故单位时间内气体分子对器壁单位面积的碰撞次数减少，D正确。
故选CD。
14．BC
【详解】
A．题意可知从状态a到状态b是圆弧而不是双曲线，所以不是等温膨胀过程，故错误；
B．状态a到状态c，气体压强相等，体积增大，根据理想气体状态方程
可知其温度必定升高，内能增加，又对外界做功，根据热力学第一定律，有
气体吸收热量,故B正确；
C．据上一选项分析，在状态c，气体体积较大，分子数密度较小，气体温度升高导致分子平均动能增加，在保持压强不变的情况下单位时间撞击单位面积的次数一定较少，故C正确；
D．状态a经b、c、d回到状态a，气体的温度不变，内能不变，外界对气体做功等于图形的面积，根据热力学第一定律，有
气体放出热量，D错误。
故选BC。
15．CD
【详解】
A．一定质量的气体，在体积不变的情况下，若气体的温度升高，则气体分子的平均动能增大，而不是气体分子的每个动能都一定增大，故A错误；
B．由于不是每个分子的速度都增大，总有速度还会变小的，所以每个分子对器壁的作用力不一定都变大，故B错误；
C．根据理想气体状态方程可知，若温度升高的同时，体积不变，则压强一定变大，故C正确；
D．若气体的温度升高，则它的内能一定增大，即△U＞0，而体积不变，故外界没有对它做功，即W=0，根据热力学第一定律△U=W+Q可知，气体一定从外界吸收热量，故D正确。
故选CD。
16．升高 变小
【详解】
[1]理想气体经某一过程从外界吸收了2.0×103J的热量，即；对外做了1.0×103J的功，即，由热力学第一定律有
即理想气体的内能增加，而理想气体的内能为
则温度升高；
[2]因气体对外做功，则其体积变大，而理想气体的质量一定，由可知密度变小。
17．正 负 正 负
【详解】
略
18．（i）；（i i），
【详解】
（i）没有人坐在座椅上时，座椅受到管内气体压力、管外大气压力和自身的重力，设管内气体压强为
管外大气压为，根据平衡条件有
解得
（ii）质量为的人坐在座椅上后，设稳定时管内气体压强为，则有
解得
由热力学第一定律知，座椅下降过程中活塞对管内气体做的功
19．（1），；（2）
【详解】
(1)A气缸内气体初态状态参量为、、，末态状态参量为、V、T，根据气体状态方程得
B气缸内气体初态状态参量为、、，末态状态参量、V、，根据玻意耳定律得
由活塞的平衡可知
联立可得
，
(2)设活塞截面积为S，缓慢加热过程中气缸内气体作用于活塞的力为
对活塞做的功
解得
根据热力学第一定律得两气缸应从外界吸热
20．（1）6.0×104Pa；（2）0.091m；（3）放热，理由见解析
【详解】
（1）对气缸进行受力分析，重力m1g，大气向上的压力p0S，缸内气体向下的压力p1S，弹簧向上的弹力kx，列平衡方程有
p1S+m1g=p0S+kx
解得
代入数据得
p1=6.0×104Pa
（2）将绳剪断后，对活塞受力分析，重力m2g，大气向下的压力p0S，缸内气体向上的压力p2S，列平衡方程有
p2S=m2g+p0S
所以
代入数据解得
p2=1.1×105Pa
缸内的气体原状态压强为p1，体积V1=L1S；后来气体的压强为p2，体积V2=L2S，根据玻意耳定律有
p1V1=p2V2
所以
代入数据解得
则气柱长度减少了
（3）剪断绳后到气缸和活塞重新平衡，由于温度保持不变，内能不变，而气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知气缸里的气体要放热。