3.1热力学第一定律 课时练（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册
3.1热力学第一定律 课时练（解析版）
1．下列说法正确的是（　　）
A．若一定质量的气体吸收热量50J，则内能一定增加50J
B．布朗运动反映组成固体小颗粒的分子在做无规则运动
C．当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而增大
D．气体的温度降低，分子平均动能一定减小
2．下列说法中正确的是（ ）
A．外界对一物体做功，此物体的内能一定改变
B．机械能完全转化为内能是不可能的
C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变
D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少
3．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（气体与外界无热量交换）。这就是著名的“卡诺循环”。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　）
A．A→B过程中，气体向外界放热
B．B→C过程中，气体分子的平均动能减小
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数不变
D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
4．关于分子的热运动与物质内能的理解，下列说法正确的是（ ）
A．扩散现象说明分子间存在斥力
B．物体对外做功，其内能一定减少
C．气体的压强增大则气体分子一定运动越剧烈
D．物体温度升高则分子的平均动能一定增大
5．一定质量的理想气体，按图示方向经历了ABCDA的循环，其中p﹣V图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．由A到B的过程中，气体放出热量 B．由B到C的过程中，气体吸收热量
C．由C到D的过程中，气体的内能减少 D．由D到A的过程中，气体对外做功
6．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　）
A．物体内部所有分子动能的总和叫做物体的内能
B．一定质量的 冰融化为的水时，分子势能增加
C．一定质量的理想气体放出热量，它的内能一定减小
D．通电时电阻发热，它的内能增加是通过“热传递”方式实现的
7．李宁气垫鞋是篮球爱好者们很喜欢的运动鞋。某款李宁气垫鞋底部装有一种由小分子铸膜材料制作的气垫，气垫内封闭着一定量的气体。一同学穿着该款鞋子打篮球时，他跳跃起一定高度抢到篮板球后双脚稳稳落地。研究他双脚着地的短暂过程，不计气垫内气体分子间的相互作用则（　　）
A．气垫内的气体对外做功，气体密度减小
B．外界对气体做功等于气体向外传递的热量
C．气垫内的气体的温度升高，气垫内所有气体分子热运动的速率均增大
D．外界对气垫内的气体做功，气体内能增大
8．一定质量的理想气体沿p-V坐标图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
9．下列说法正确的是　　
A．对气体做功可以改变其内能
B．破镜不能重圆，是因为分子间有斥力作用
C．一定质量的理想气体，若体积不变，当分子热运动变得剧烈时，压强一定变大
D．一定量的理想气体，若压强不变，当体积增大时，它一定从外界吸热
E.热量只能自发地从内能多的物体传递到内能少的物体，不能反向传递
10．对于一定质量的稀薄气体，下列说法正确的是（　　）
A．如果气体绝热地自发向真空扩散，则扩散前后气体内能相同
B．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变
C．气体分子间距离增大，分子势能一定增大
D．在完全失重的状态下，气体的压强为零
E.气体体积不变时，温度降低，则每秒撞击单位面积器壁的力减小
11．如图所示，绝热隔板K把绝热汽缸分成两部分，K与汽缸的接触是光滑的，隔板K用销钉固定，两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种理想气体a、b，a的体积大于b的体积，现拔去销钉（不漏气），当a、b各自达到新的平衡时（　　）
A．a的体积等于b的体积 B．a的体积大于b的体积
C．在相同时间内两边与隔板碰撞的分子数相同 D．a的温度比b的温度高
12．以下说法正确的是（　　）
A．自行车打气越打越困难主要是分子间相互排斥的原因
B．物理性质表现为各向同性的固体可能是晶体也可能是非晶体
C．用“油膜法”估测分子直径时，滴在水面的油酸酒精溶液体积为，铺开的油膜面积为S，则可估算出油酸分子的直径为
D．花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了水分子在不停地做无规则运动
E.恒温水池中，小气泡由底部缓慢上升过程中，气泡中的理想气体内能不变，对外做功，吸收热量
13．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15kg，面积为0.1m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm，现在活塞上方加一25kg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＝1.0×105Pa，g取10m/s2）
14．一定质量的理想气体，由状态a经状态b、状态c又回到状态a，其体积V随温度T的变化图像如图所示。已知该气体在状态a时温度为T0、压强为p0、体积为V0，在状态b时温度为T0、体积为2V0，在状态时c体积为2V0，（其中T0=300K、压强为p0=1.0×105Pa、体积为V0=1.0L）
(1)求状态的温度TC为多少？
(2)若由状态到状态气体吸收的热量为Q=100J，则气体内能变化量是多少？状态c到状态a内能变化量又是多少？
(3)由(2)问可求状态c到状态a气体放出的热量Q'为多少？
15．如图所示，导热性能良好的汽缸悬挂在天花板上，用轻质活塞（下有轻质挂钩）封闭体积为的理想气体，外界大气压为，环境温度为，活塞截面积为，与汽缸之间的摩擦不计，现在活塞下面挂上质量为的钩码，活塞缓慢下移，并最后静止在某一位置（未从汽缸上脱落），重力加速度为，求∶
（1）活塞静止时，离汽缸上底的距离。
（2）如果取下钩码，要保持活塞的位置不变，环境温度需要改变到多少？汽缸吸热还是放热？
16．如图所示，上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置，横截面积为的活塞，将一定质量的理想气体封闭在汽缸内。在汽缸内距缸底处设有卡槽a、b两限制装置，使活塞只能向上滑动。开始时活塞搁在a、b上，活塞的质量为，气体温度为180K。现缓慢加热汽缸内气体，当温度为，活塞恰好离开卡槽a、b；若继续给汽缸内气体缓慢加热，活塞上升了的过程中，气体的内能增加了。
（设大气压强为，g取）求：
（1）开始时气缸内气体的压强；
（2）活塞上升时气缸内气体的温度；
（3）活塞离开卡槽a、b之后上升的过程中，气体吸收的热量。
参考答案
1．D
【详解】
A．改变内能有两种方式，吸收热量50J，内能不一定增加50J。故A错误；
B．布朗运动反映水分子在做无规则运动。故B错误；
C．当分子力表现为斥力时，分子间距离增加，则分子力做正功，分子势能减小。故C错误；
D．分子平均动能对应的宏观量为温度。故气体的温度降低，分子平均动能一定减小。故D正确。
故选D。
2．D
【解析】
【详解】
A．外界对一物体做功，若物体同时放出了热量，内能也不一定增加，故A错误；
B．机械能可能完全转化为内能，但是在不引起其他变化的情况下内能不可能完全转化为机械能，故B错误；
C．根据热力学第一定律，将热量传给一个物体，但同时物体对外界做功，则物体的内能有可能不变，故C错误；
D．根据热力学第一定律，一定量气体对外做功，但同时将热量传给气体，则气体的内能不一定减少，故D正确．
故选D．
3．B
【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，气体从外界吸热，故A错误；
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正确；
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错误；
D．D→A过程中，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，故D错误。
故选B。
4．D
【详解】
A．扩散现象证明了分子不停地做无规则运动，不能证明分子间存在斥力，故A错误；
B．物体对外做功，若物体吸热，则其内能不一定减少，选项B错误；
C．根据，若气体的压强增大，则可能是温度不变而体积减小，则气体分子不一定运动越剧烈，选项C错误；
D．温度是分子平均动能的标志，则物体温度升高时分子的平均动能一定增大，选项D正确。
故选D。
5．C
【详解】
A．由A到B的过程中，气体体积增大，温度升高，所以体积对外做功，内能增加，根据热力学第一定律，气体要吸热。A错误；
B．由B到C的过程中，气体体积不变，温度降低，所以气体不做功，内能减少，根据热力学第一定律，气体放热。B错误；
C．由C到D的过程中，气体温度降低，内能减少。C正确；
D．由D到A的过程中，气体体积不变，所以气体不做功。D错误。
故选C。
6．B
【详解】
A．根据内能的定义可知，物体内部所有分子的分子动能与分子势能的总和叫做物体的内能，A错误；
B．一定质量的的冰熔化为的水时要吸收热量，内能增大，由于温度不变，则分子的平均动能不变，故分子势能增加，B正确；
C．一定质量的理想气体放出热量的同时如果外界对它做功，则它的内能可能不变，C错误；
D．通电时电阻发热，它的内能增加是通过电流做功的方式实现的，D错误。
故选B。
7．D
【详解】
A．脚着地的短暂过程，外界对气垫内的气体做功，气体质量不变，体积减小，所以气体密度增大，故A错误；
BD．研究他双脚着地的短暂过程，外界对气体做功，气体的温度升高，所以气体内能增大，由热力学第一定律可知，外界对气体做功大于气体向外传递的热量，故D正确，B错误；
C．气垫内的气体的温度升高，气垫内气体分子的平均动能增大，但不是所有分子的动能都增大，即不是所有分子的速率增大，故C错误。
故选D。
8．AC
【详解】
B．由图象可知，p-V图象的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：
△U=0
由图象可知，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
△U=W+Q
可知
Q＜0
气体要放热，故B错误；
A．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；
CD．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'
由图象可知，从A到B与从B到A过程，气体体积变化量相等，当从A到B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；
故选AC。
9．ACD
【详解】
A．做功和热传递均能改变物体的内能，故A正确；
B．破镜不能重圆，是因为达不到分子引力作用范围，故B错误；
C．一定质量的理想气体，若体积不变，当分子热运动变得剧烈时，分子平均动能增大，温度升高，压强一定变大，故C正确；
D．一定量的理想气体，若压强不变，当体积增大时，温度升高，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体一定从外界吸热，故D正确；
E．物体内能的多少不代表其温度的高低，热量只能自发地从温度高的物体传递到温度低的物体，不能自发地反向传递，故E错误。
故选ACD。
10．ABE
【详解】
A．绝热则
气体自发向真空扩散，不做功，故内能不变，A正确；
B．一定质量的稀薄气体可看作理想气体，若气体的压强和体积不变，根据理想气体状态方程
可知温度不变，而温度是一定质量理想气体内能的唯一标志，所以内能一定不变，B正确；
C．分子势能的大小随分子间距离的增加先减小后增大，由于最初分子间距的大小不定，所以分子间距离增大时，分子势能不一定增大，C错误；
D．气体压强是由于气体分子热运动撞击器壁形成的，在完全失重状态下，气体分子的撞击仍然存在，故气体的压强不为零，D错误；
E．一定质量的气体体积不变时，单位体积内分子的个数不变，温度降低，分子运动的激烈程度减小，每秒撞击单位面积器壁的分子数不变，但撞击力减小，压强减小，E正确。
故选ABE。
11．BD
【详解】
D．由于两部分盛有相同质量、相同温度的同种理想气体，根据
可知初始状态时
拔去销钉后，活塞向左移动，气体b对气体a做功，根据热力学第一定律可知，最终气体温度
D正确；
AB．达到平衡后两边压强相等，根据
可得
A错误，B正确；
C．由于最终a内气体温度高，分子平均动能较大，因此分子对容器壁撞击的力量较大，而两边压强相等，因此在相同时间内，a部分气体对隔板碰撞的分子数较少，C错误。
故选BD
12．BDE
【详解】
A．自行车打气越打越困难主要是气体压强的缘故，与气体分子间相互作用力无关，A错误；
B．多晶体和非晶体均具有各向同性，B正确；
C．用油膜法估测分子直径时，滴在水面的纯油酸的体积为V，铺开的油膜面积为S，可估算出油酸分子直径为，C错误；
D．布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，是液体分子做无规则运动的反映，花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了水分子在不停地做无规则运动，D正确；
E．恒温水池中的小气泡由底部缓慢上升过程中，由于气泡中的理想气体温度不变故内能不变，向上去的过程中压强减小，体积膨胀，对外做功，W取负号，根据热力学第一定律
得出吸收热量，E正确。
故选BDE。
13．1040J
【分析】
本题考查热力学第一定律的理解与应用。
【详解】
根据热力学第一定律，由于气缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能，即
代入数据解得
【点睛】
解题关键在于要知道外界对气体所做的功全部转化为气体的内能。
14．(1)600K；(2)100J，-100J；(3)200J
【详解】
(1)由图可知气体由状态c到a对应的V-T图像为过原点的直线，故发生的是等压变化，即
由c到a，根据盖吕萨克定律可得
解得
(2)气体由状态b到状态c为等容变化，吸收的热量等于增加的内能，即
气体在状态b与状态a的温度相等，内能相同，有
状态c到状态a内能变化量
(3)气体由状态c到a，温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，则气体对外放出热量，根据热力学第一定律有
代入数值可得
15．（1）；（2），吸热
【详解】
(1)原来气体的压强为，体积为，挂上钩码稳定后，由平衡条件可知，气体的压强为
设活塞静止时，离汽缸上底的距离为x，据玻意耳定律可得
解得
(2)原来环境温度为，环境温度改变到T，据查理定律可得
解得
该过程体积不变，没有做功，由于T>T0，内能增大，故汽缸吸热。
16．(1)；(2)400K；(3)
【详解】
(1)活塞刚好离开卡槽时，有
根据查理定律得
解得
(2)从活塞离开卡槽时，气体为等压变化，根据盖吕萨克定律得
解得
(3) 活塞离开卡槽后，气体对外做功为
根据热力学第一定律得