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 随堂演练（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 随堂演练（解析版）
1．下列说法正确的是（ ）
A．悬浮在空气中的PM2.5颗粒的运动是分子热运动
B．一定质量的晶体在熔化过程中，其内能保持不变，分子势能增大
C．由于液体表面层分子间平均距离大于液体内部分子间平均距离，液体表面存在张力
D．在温度不变的条件下，增大饱和汽的体积，最终会减少饱和汽的压强
2．如图所示，气缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板（固定），封闭着两部分气体和，活塞处于静止平衡状态。现通过电热丝对气体加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与气缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是（　　）
A．气体吸热，但对外做功，内能不变
B．气体吸热，对外做功，内能不变
C．气体和气体内每个分子的动能都增大
D．气体分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数减少
3．如图所示，在斯特林循环图像中，一定质量的理想气体从状态依次经过状态、和后再回到状态。其中，和为等温过程，该循环过程中，下列说法不正确的是（　　）
A．过程中，气体从外界吸收热量
B．过程中，气体分子的热运动变得更激烈
C．过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．过程中，气体分子的速率分布曲线发生变化
4．用水壶在地球表面不同的位置将1千克的水加热吸收的热量后，它的温度在下列给出的四个温度中，最多有几个可能温度（　　）
（水的比热容：）
① ② ③ ④
A．1 B．2 C．3 D．4
5．某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环可视为由a→b和c→d两个绝热过程和两个等容过程组成如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体（　　）
A．在d→a的过程中，气体温度升高
B．在a→b过程外界对气体做的功大于在c→d过程气体对外界做的功
C．在a→b的过程中，由于该过程绝热，故外界对其做的功全部用于增加内能
D．在b→c的过程中，气体温度不变
6．在温度均匀且恒定的水池中，有一小气泡（其内部气体可视作理想气体）正在缓慢向上浮起，体积逐渐膨胀，在气泡上浮的过程中（　　）
A．气泡内的气体向外界放出热量
B．气泡内的气体与外界不发生热传递，其内能不变
C．气泡内的气体对外界做功，其内能减少
D．气泡内的气体对外界做功，同时从水中吸收热量，其内能不变
7．对于热学现象的相关认识，下列说法正确的是（　　）
A．一定量的理想气体发生绝热膨胀时，其内能变大
B．气体分子速率呈现出“中间少、两头多”的分布规律
C．在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动是布朗运动
D．在分子力表现为斥力时，随分子间距离的减小，分子势能增大
8．有一种在超市中常见的“强力吸盘挂钩”如图甲所示。图乙、图丙是其工作原理示意图。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图乙），然后把锁扣扳下（如图丙），让锁扣以盘盖为依托把吸盘向外拉出，使吸盘牢牢地被固定在墙壁上，若吸盘内气体可视为理想气体，且温度始终保持不变。则此过程中（　　）
A．吸盘内气体要吸收热量 B．吸盘内气体分子的密度增大
C．吸盘被向外拉出过程中，吸盘内气体不对外界做功 D．吸盘内气体压强增大
9．回热式制冷机是一种深低温设备，制冷极限约50 K。某台回热式制冷机工作时，一定量的氦气（可视为理想气体）缓慢经历如图所示的四个过程：已知状态A和B的温度均为27 ℃，状态C和D的温度均为 ℃，下列判断正确的是（　　）
A．气体由状态A到B过程，温度先降低后升高
B．气体由状态B到C过程，内能保持不变
C．气体由状态C到D过程，分子间的平均间距减小
D．气体由状态C到D过程，气体对外做功
10．下列关于分子运动和热现象的说法正确的是（　　）
A．一定量100℃的水变成100℃的水蒸汽，其内能增大。
B．一定质量的气体温度升高，单位时间内撞击容器壁单位面积上的分子数一定增多
C．某气体的摩尔质量是M，标准状态下的摩尔体积为V，阿伏伽德罗常数为NA，则每个气体分子在标准状态下的体积为
D．一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
11．如图所示，一定质量的理想气体按图示方式发生状态变化，其中过程②是绝热过程，过程③是等温过程，对此气体下列说法正确的是（　　）
A．过程①中气体温度逐渐升高
B．过程①中气体对外界做正功
C．过程②中气体温度逐渐降低
D．过程③中气体从外界吸收热量
12．如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为1.5 × 105Pa，经历A→B→C→A的过程，已知B→C过程中气体做功数值是C→A过程中气体做功数值的3倍，下列说法中正确的是（ ）
A．C→A的过程中外界对气体做功300J
B．B→C的过程中气体对外界做功600J
C．整个过程中气体从外界吸收600J的热量
D．整个过程中气体从外界吸收450J的热量
13．一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其p-V图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正确的是（　　）
A．气体经历过程1，其温度不变
B．气体经历过程1，其温度降低
C．气体经历过程2，其内能减少
D．气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的相同
14．如图所示，绝热隔板把绝热的汽缸分成体积相等的两部分，与汽缸壁的接触是光滑的，两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种理想气体和。现通过电热丝对气体加热一段时间后，、各自达到新的平衡，下列说法正确的是（　　）
A．的温度升高
B．的体积增大，压强变小
C．加热后的分子热运动比的分子热运动更激烈
D．的体积减小，压强增大
15．一定质量的理想气体从状态开始，经、、三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。已知、、，下列说法正确的是（　　）
A．气体在过程中压强增大
B．气体在过程中从外界吸收的热量等于增加的内能
C．气体在过程中外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量
D．气体在过程中内能的减少量大于过程中内能的增加量
16．如图所示，一个质量为20kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5kg，面积为0.1m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm，现在活塞上方加一15kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少？（p0=1.01×105Pa，g取10m/s2）
17．如图所示是热传递的三种方式——传导、对流和辐射．
①这三种方式在传递能量时有什么共同点？
②热传递和做功都可以改变物体的内能，这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同？
18．如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外界传递10 J的热量，气体内能改变了多少？若推动活塞对汽缸内气体做功10 J的同时，汽缸向外界传递10 J的热量，气体的内能改变了多少？
19．如图所示，竖直放置的圆柱形气缸由上下两部分组成，上面部分横截面为4S，下面部分横截面为S，两部分高度均为H。气缸顶部与大气连通，其余部分绝热。有一质量m=的绝热活塞放在气缸的水平段MN、PQ的垫片上，垫片体积、厚度均不计。一定量理想气体被封闭在气缸下面部分，初始时封闭气体压强为0.5p0，温度为T0，现用电热丝对封闭气体缓慢加热。不计活塞厚度以及其与气缸之间的摩擦，活塞移动时保持水平且与气缸之间气密性良好，大气压强为p0，重力加速度为g。求：
（1）活塞刚好与MN、PQ的垫片分离时封闭气体的温度T1；
（2）当活塞恰升至气缸口时封闭气体的温度T2；
（3）若从开始到活塞恰升至气缸口的过程，封闭气体内能增加量为ΔU，则电热丝对气体提供的热量Q为多少？
20．如图所示，导热性能良好的圆筒形气缸开口向上放在水平地面上，缸内两个活塞A、B将缸内封闭成两段气柱Ⅰ、Ⅱ，静止时两段气柱的高均为h，活塞截面积均为S，质量均为m。两活塞与气缸内壁无摩擦且气密性好，大气压强为p0，环境温度为，保持大气压不变，缓慢降低环境温度，使活塞A下降的高度。重力加速度为g，不计活塞的厚度，求：
（i）降低后稳定时的环境温度为多少；
（ii）若此过程两段气柱减少的内能总量为，则两段气柱放出的总热量为多少。
参考答案
1．C
【详解】
A．PM2.5是指空气中直径小于等于2.5微米的固体颗粒物，因此它的运动不属于分子热运动，选项A错误；
B．一定质量的晶体在熔化过程中，温度不变，分子的平均动能不变，但溶化过程要吸热，所以内能增大，选项B错误；
C．由于液体表面层分子间平均距离大于液体内部分子间平均距离，分子力体现为引力，液体表面存在张力，选项C正确；
D．饱和汽压只与温度有关，选项D错误。
故选C。
2．D
【详解】
A．对A气体加热时，A气体的温度升高，体积不变，不对外做功，由于理想气体的内能由温度决定，则气体A吸热，内能增加，所以A错误；
B．气体B做等压变化，体积增大，温度升高，则气体B吸热，对外做功，内能增大，所以B错误；
C．气体A和气体B内分子的平均动能增大，但每个分子的动能不一定增大，所以C错误；
D．由于气体B的体积增大，压强不变，温度升高，则气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少，所以D正确；
故选D。
3．B
【详解】
A．A→B为等温过程，一定质量的理想气体的温度不变，内能不变，体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，故A正确；
B．B→C过程中为等容变化，一定质量的理想气体的压强减小，温度降低，分子的平均动能减小，气体分子的热运动变慢，故B错误；
C．C→D过程为等温过程，一定质量的理想气体的压强增大，体积减小，分子密集程度增大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；
D．D→A过程为等容变化，一定质量的理想气体的压强增大，温度升高，气体分子的速率分布曲线发生变化，故D正确。
此题选择不正确的选项，故选B。
4．B
【详解】
若水吸收的热量全部用来增加内能，根据
可得
而水在标准状况下的沸点为，而且随着压强的减小，沸点降低，在高山上，压强会小于一个大气压，因此沸点可能为，而在地面上，压强为一个大气压，沸点为。
故选B。
5．C
【详解】
A．d→a的过程为等容过程，由查理定律
可得此过程温度降低，故A错误。
B．在p-V图象中图线与V轴所夹面积表示气体做功，所以在a→b过程外界对气体做的功小于在c→d过程气体对外界做的功，故B错误。
C．在a→b的过程中，由于该过程绝热，故外界对其做的功全部用于增加内能。故C正确。
D．b→c的过程为等容过程，由查理定律可知，温度升高压强变大，故D错误。
故选C。
6．D
【详解】
气泡体积增大，对外做功，由于温度不变，分子的平均动能不变，气泡内气体内能不变，根据
可知，气体吸收热量，选项ABC错误，D正确。
故选D。
7．D
【详解】
A．一定量的理想气体发生绝热膨胀时，根据热力学第一定律，气体对外做功，而没有吸收热量，因此内能减小，A错误；
B．气体分子速率呈现出“中间多、两头少”的分布规律，B错误；
C．在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动，是由于气流运动带动尘埃运动，不是布朗运动，C错误；
D．在分子力表现为斥力时，随分子间距离的减小，分子力做负功，分子势能增大，D正确。
故选D。
8．A
【详解】
AC．吸盘内气体体积增大，气体对外做功，W<0，由于气体温度不变，气体内能不变，?U=0，由热力学第一定律
?U=W+Q
可知
Q=?U?W>0
吸盘内气体要吸收热量，A正确，C错误；
B．吸盘内气体分子数不变，而气体体积变大，则吸盘内气体分子的密度减小，B错误；
D．吸盘内气体温度不变而体积变大，由玻意耳定律PV=C可知，吸盘内气体压强减小，D错误。
故选A。
9．D
【详解】
A．如图所示，因为等温线离O点越远，温度越高，所以气体由状态A到B过程，温度先升高后降低，选项A错误；
B．由图示图线可知，气体由状态到过程，气体体积不变而压强减小，由理想气体状态方程可知，气体温度降低，气体内能减小，选项B错误；
C．由图示图线可知，气体由状态到过程，气体体积增大，分子间的平均间距增大，故C错误；
D．由图示图线可知，气体由状态到过程，气体体积增大，气体对外做功，选项D正确。
故选D。
10．AD
【详解】
A．一定量100℃的水变成100℃的水蒸汽，要吸收热量，则其内能增大，选项A正确；
B．一定质量的气体温度升高，若体积变大，则分子数密度减小，则单位时间内撞击容器壁单位面积上的分子数不一定增多，选项B错误；
C．某气体的摩尔质量是M，标准状态下的摩尔体积为V，阿伏伽德罗常数为NA，则每个气体分子在标准状态下运动占据的空间的体积为，选项C错误；
D．一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，则温度升高，内能变大，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，那么它一定从外界吸热，选项D正确。
故选AD。
11．AC
【详解】
A．过程①中气体的pV乘积变大，则温度逐渐升高，选项A正确；
B．过程①中气体体积不变，则气体不对外界做功，选项B错误；
C．过程②中气体体积变大，对外做功，而该过程为绝热过程，则气体内能减小，即气体温度逐渐降低，选项C正确；
D．过程③中气体温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，则气体向外界放热，选项D错误。
故选AC。
12．AC
【详解】
A．在C→A过程中，气体体积减小，外界对气体做功，根据
WCA = pV
得
WCA = 300J
A正确；
B．由题知B→C过程中气体做功数值是C→A过程中气体做功数值的3倍，则B→C的过程中气体对外界做功900J，B错误；
CD．A→B→C→A整个过程中，温度不变，则内能U = 0，A→B过程，气体体积不变，做功为零；B→C的过程中气体对外界做功900J；C→A的过程中外界对气体做功300J，根据热力学第一定律
U = W + Q
表达式中的W表示外界对气体做的功，故
W = WCA - WBC = - 600J，Q = U - W = 600J
则整个过程中气体从外界吸收600J的热量，C正确、D错误。
故选AC。
13．BCD
【详解】
AB．过程1中，气体始终与外界无热量交换，故
根据热力学第一定律
可知，过程1体积变大，故气体对外做功
故
内能减小，温度降低，故B正确，A错误；
CD．无论是经过1过程还是2过程，气体初、末状态相同，初末状态温度相等，初末状态内能相等，由热力学第一定律可知，气体经历过程1的内能改变量与经历2过程相同，则过程2中内能减小，故CD正确。
故选BCD。
14．AD
【详解】
A．加热气体a，活塞右移，活塞对气体b做功，而气体b没有放出热量，根据热力学第一定律，气体的温度升高，A正确；
BD．由于b的体积减小，温度升高，根据理想气体状态方程
气体b的压强增大，而两部分压强相等，因此a的压强变大，B错误，D正确；
C．根据
两部分压强相等，而
因此
也就是加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈，C错误。
故选AD。
15．BC
【详解】
A．根据
气体在过程中，体积膨胀，温度降低，因此压强减小，A错误；
B．气体在过程中，根据热力学第一定律
体积保持不变，没有做功过程，从外界吸收的热量全部用来增加物体的内能，B正确；
C．气体在过程中，根据热力学第一定律
温度保持不变，也就是内能不变，外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量，C正确；
D．由于a、c状态温度相等，内能相同，因此过程中内能的减少量等于过程中内能的增加量，D错误。
故选BC。
16．1030J
【详解】
由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能，即
ΔU=W外=（m活塞＋m物体）gΔh＋p0SΔh=（5＋15）×10×0.1J＋1.01×105×0.1×0.1J=1030J
17．①见解析；②见解析
【详解】
①三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体．
②热传递是内能在物体间（或一个物体的不同部分之间）转移，做功是其他形式的能和内能之间的转化．
18．内能增加了10 J；减少了10 J；没改变
【详解】
略
19．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）当活塞离开MN、PQ时，下表面应该都受到封闭气体压强，对活塞受力分析，有
解得
从开始到活塞刚离开MN、PQ，封闭气体等容变化，有
解得
（2）从活塞离开MN、PQ到恰升至气缸口，活塞缓慢移动，始终处于平衡状态，故封闭气体经历等压变化，则
解得
（3）全过程中，气体对外做功
由热力学第一定律
可得
20．（1）；（2）
【详解】
（i）由题知保持大气压不变，缓慢降低环境温度，AB活塞均将下移；假设B活塞下移x，则使活塞A下降的高度，稳定时，AB部分气体体积分别为
，
环境温度缓慢降低，活塞也缓慢降低，分别以活塞A、B为研究对象，由平衡条件有
，
两段气柱的压强不变，由盖吕萨克定律，对于Ⅰ、II部分气体分别有
，
求解出
，
（ii）
AB活塞都向下移动，外界对A做功
B活塞向下移动，则A对外做功
外界对B做功
则缓慢降低环境温度使活塞A下降的高度时，外界对两段气柱做功
此过程两段气柱减少的内能总量为，根据热力学第一定律可得两段气柱放出的总热量