3.1热力学第一定律 课时作业（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 课时作业（解析版）
1．下列关于分子运动和热现象的说法正确的是（　　）
A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力的缘故
B．一定质量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子之间的势能增加
C．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定向外界放热
D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大
2．一定质量理想气体的状态变化如图所示，该气体从状态a沿圆形线到状态b、c、d，最终回到状态a，则（　　）
A．状态b到状态d的过程是等温变化过程
B．状态a的压强大于状态b的压强
C．从状态c到状态d，体积减小
D．从状态a到状态c，内能增大
3．关于气体的内能，下列说法正确的是（　　）
A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大
C．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
D．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定减小
4．一定质量理想气体从初始状态A经状态B、C、D再回到状态A，其体积V与温度T的关系如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．从状态A到状态B的过程中，气体内能减小
B．从状态B到状态C的过程中，气体向外放热
C．从状态C到状态D的过程中，气体对外做功
D．从状态D到状态A的过程中，气体压强增大
5．一定质量的理想气体，从某一状态开始经过一系列改变后又回到开始状态，用W1表示外界对气体做功，W2表示气体对外界做功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则整个过程一定有（　　）
A．Q1-Q2=W2-W1 B．Q1=Q2 C．W2=W1 D．Q1>Q2
6．如图，一定量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状态c。a、 c两状态温度相等。下列说法正确的是（　　）
A．从状态b到状态c的过程中气体吸热
B．气体在状态a的内能等于在状态c的内能
C．气体在状态b的温度小于在状态a的温度
D．从状态a到状态b的过程中气体对外做负功
7．如图是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩理想气体，对缸内气体做功200J，同时气体向外界放热100J，缸内气体的 （　　）
A．温度降低，内能增加100J B．温度降低，内能减少200J
C．温度升高，内能减少200J D．温度升高，内能增加100J
8．“回热式热机”的热循环过程可等效为如图所示a→b→c→d→a的曲线，理想气体在a→b、c→d为等温过程，b→c、d→a为等容过程，则（　　）
A．a状态气体温度比c状态低
B．a状态单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比b状态少
C．b→c过程气体放出的热量大于d→a过程气体吸收的热量
D．整个循环过程，气体从外界吸收热量
9．如图所示，一定质量的理想气体从状态a（p0、2V0、T0）依次经热力学过程a→b、b→c、c→a后又回到状态，下列说法中正确的是（ ）
A．b→c过程中，气体的内能不变
B．c→a过程中，气体一直吸收热量
C．气体在状态a的温度比在状态b的温度低
D．a→b→c→a过程中，外界对气体做的功等于图中△abc的面积
10．如图所示，注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭在玻璃管中。实验中把柱塞向下缓慢按压使气柱体积变小（保持空气柱质量和温度不变），若玻璃管中封闭的气体可视为理想气体，对于这个过程下列分析正确的是（　　）
A．对管壁单位面积的平均作用力增大 B．分子间平均距离增大
C．分子平均动能增大 D．气体从外界吸收热量，内能增大
11．一汽车修理师傅在维修一小汽车后轮时，用千斤顶使图中轮胎离开地面。维修时师傅将轮胎的气门芯迅速拔掉，胎内气体瞬间放出，此时若用手触摸充气嘴，会有凉爽的感觉，这种感觉在夏天会更明显。将胎内气体视为理想气体，对于这一过程，下列说法正确的是（　　）
A．胎内气体瞬间放出是因为分子之间有很大的斥力
B．胎内气体分子间的引力变小，斥力变大
C．胎内气体的内能减少，温度降低
D．胎内气体迅速向外扩散实际上是布朗运动
12．一定质量的理想气体，从状态M开始，经状态N、Q回到原状态M，其p-V图象如图所示，其中QM平行于横轴，NQ平行于纵轴．则（ ）
A．M→N过程气体温度不变
B．N→Q过程气体对外做功
C．N→Q过程气体内能减小
D．Q→M过程气体放出热量
13．下列关于一定质量的理想气体的说法正确的是（ ）
A．气体温度升高，则每个气体分子热运动的速率均增大
B．气体放出热量，其分子平均动能不一定减小
C．当体积增大时，其温度和内能一定减小
D．若体积减小、温度不变，其压强一定增大
E.在绝热情况下，当气体被压缩时，压强一定增大
14．下列说法正确的是（　　）
A．金属材料各向同性，但金属中每一个晶粒的内部各向异性
B．小昆虫能轻快在水面走过，说明水的表面张力方向应该与水面垂直
C．某物质的摩尔质量为M，密度为，阿伏伽德罗常数为，则该物质单位体积所含分子数为
D．一定质量气体的体积变大时，单位体积的分子数减小，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数减小，从而气体的压强一定减小
E.空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对气体做了的功，气体内能增加了，则这个过程气体放出了的热量
15．下列说法中正确的是（ ）
A．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小
B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加
C．保持气体的质量和体积不变，当温度升高时，每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多
D．非晶体的物理性质各向同性而晶体的物理性质都是各向异性
E.温度越高，物体中分子无规则运动越剧烈
16．如图所示，两内壁光滑的圆筒形导热气缸拼接在—起，上部分的横截面积为2S，下部分的横截面积为S，上部分开口，下部分底部封闭，A、B两个导热活塞将a、b两部分理想气体封闭在气缸内。A活塞的质量为2m，B活塞的质量为m。大气压强为p0，重力加速度为g，初始时环境温度为T，A活塞到上部分气缸底部距离为L，B活塞到上下部分气缸底距离均为L，当缓慢降低环境温度到时，A活塞恰好到达上部分气缸底部，在此过程中b部分气体向外释放的热量为Q，求：
(1)的大小；
(2)b部分气体内能的减少量。
17．一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C。其V—T图像如图所示。求：
(1)若气体分子总数为N，气体在状态B时分子间的平均距离d；
(2)若气体在状态A的压强为p，气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，内能的增加量为，气体在该过程中吸收的热量Q。
参考答案
1．B
【详解】
A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子无规则运动的缘故，故A错误；
B．一定质量100℃的水变成100℃的水蒸气，属于汽化吸热，内能增大，但是温度不变，所以分子动能不变，分子势能增加，故B正确；
C．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，所以温度升高，内能变大，体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量，故C错误；
D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，但是若体积发生变化，则压强不一定增大，故D错误。
故选B。
2．D
【详解】
A．状态b到状态d的过程，温度先升高后降低，不是等温变化过程，选项A错误；
B．根据
可得
则因为a点与O点连线斜率大于b点与O点连线的斜率，可知状态a的压强小于状态b的压强，选项B错误；
C．由图线可知，从状态c到状态d，体积增加，选项C错误；
D．从状态a到状态c，温度升高，则内能增大，选项D正确。
故选D。
3．C
【详解】
A．温度相同的气体，其分子平均动能相同，仅质量相同，分子质量不同的气体，所含分子数不同，分子的动能也可能不同，所以内能不一定相同，A错误；
B．气体的内能与整体运动的机械能无关，B错误；
C．理想气体不考虑分子间相互作用力，分子势能为零，一定量的气体，分子数量一定，温度相同时分子平均动能相同，由于内能是所有分子热运动的动能与分子势能的总和，所以C正确；
D．由盖—吕萨克定律可知，一定量的理想气体，等压膨胀过程中，温度一定升高，则其内能一定增加，D错误。
故选C。
4．B
【详解】
A．从状态A到状态B的过程中，气体温度升高，则理想气体内能增大，故A错误；
B．从状态B到状态C的过程中，温度不变，内能不变，由图可知，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律
可知气体向外放热，故B正确；
C．从状态C到状态D的过程中，体积减小，外界对气体做功，故C错误；
D．从状态D到状态A的过程中，气体作等压变化，故D错误。
故选B。
5．A
【详解】
由于从某一状态开始经过一系列变化后又回到开始状态，根据热力学第一定律，可知
整理可得
Q1-Q2=W2-W1
故选A。
6．B
【详解】
A．由理想气体状态方程
知，从状态b到状态c的过程中压强减小，体积不变，所以温度减小，则内能减小，而体积不变，W=0，再根据热力学第一定律
可知此过程气体放出热量，故A错误；
B．气体在状态a的温度等于在状态c的温度，故气体在状态a的内能等于在状态c的内能，故B正确；
C．由理想气体状态方程
可知，从a到b体积增大，压强不变，所以温度升高，所以气体在状态b的温度大于在状态a的温度，故C错误；
D．从状态a到状态b的过程中气体膨胀对外做正功，故D错误。
故选B。
7．D
【详解】
据题，外界对气体做功，W=200J；气体向外散热，则 Q=-100J
根据热力学第一定律得，气体内能的增量
△U=W+Q=200J-100J=100J
即内能增加100J
对于一定质量的理想气体，内能增加温度必然升高，故D正确，ABC错误。
故选D。
8．D
【详解】
A．由于
而b→c过程为等容变化，根据查理定律，有
可知
故
A错误；
B．由于
即气体分子对容器器壁的平均撞击力相等，而
则说明a状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比b状态多，B错误；
C．由于
而理想气体的内能仅取决于温度，可知b→c、d→a两过程中内能变化量数值相等，即相等，而两过程均为等容变化，则
根据热力学第一定律
有
故两过程中相等，即气体吸、放热绝对值相等，C错误；
D．根据
可知，p-V图像包围的面积表示做功W，由于a→b过程中气体对外界做功，c→d过程外界对气体做功，根据面积关系可知，整个过程中气体对外界做功，即
而整个过程中
根据热力学第一定律
可知
即气体吸热，D正确。
故选D。
9．B
【详解】
A. b→c过程中，体积不变，压强变小，温度降低，内能减小，故A错误。
B. c→a过程中，压强不变，体积变大，气体对外做功，温度也升高，内能增加，依据热力学第一定律可知，气体要吸收热量，故B正确。
C. 由，有
由于
所以
Ta=Tb
故C错误
D. 图中面积微元
图中△abc的面积表示外界对气体做的功的，故D错误。
故选B。
10．A
【详解】
该过程为等温变化，根据
可知压缩后气体压强增大。
A．对管壁单位面积的平均作用力增大即是压强增大，故A正确；
B．分子间平均距离增大即体积变大，不符合分析，故B错误；
C．分子平均动能增大意味着温度升高，但该过程为等温变化，故C错误；
D．该过程外界对气体做功，但内能不变，根据热力学第一定律可知，释放热量，故D错误。
故选A。
11．C
【详解】
A．胎内的气体能瞬间释放出来是因为胎内气体的压强很大，A错误；
B．气体膨胀，分子之间的距离增加，分子间的引力和斥力都变小，B错误；
C．因迅速放气，胎内气体对外做功，内能减少，温度降低，C正确；
D．根据布朗运动的定义，悬浮在气体或液体里的固体小颗粒的运动叫布朗运动，可知胎内气体迅速向外扩散不是布朗运动， D错误。
故选C。
12．D
【详解】
A．M→N过程气体的pV乘积先增加后减小，可知温度先升高后降低，选项A错误；
B．N→Q过程气体的体积不变，不对外做功，选项B错误；
C．N→Q过程气体压强增大，体积不变，由可知，温度升高，则内能增加，选项C错误；
D．Q→M过程气体压强不变，体积减小，外界对气体做功，即W>0；由可知，温度降低，内能减小，即 E<0，根据热力学第一定律 E=W+Q可知Q<0，气体放出热量，选项D正确．
13．BDE
【详解】
A．气体温度升高，气体分子平均动能增大，并非每个气体分子热运动的速率均增大，故A错误；
B．若外界对气体做的功大于气体放出的热量，气体温度升高，则分子的平均动能增大，故B正确；
C．若气体从外界吸收的热量大于对外界做的功，则气体内能增大，故C错误；
D．气体体积减小，单位体积内分子数增加，分子密集程度增大，又因为温度不变所以单位时间内单位面积上与器壁碰撞的分子数增加，单个分子对器壁的撞击力不变，所以压强增大，故D正确；
E．绝热过程不存在吸放热，压缩气体时外界对气体做功，气体内能增大，温度升高，根据气体状态方程
可知压强一定增大，故E正确。
故选BDE。
14．ACE
【详解】
A．金属材料属于多晶体，由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体具有各向同性现象，但是金属中每一晶粒的内部均表现为各向异性，A正确；
B．小昆虫能在水面上自由走动正是由于表面张力的作用，表面张力产生在液体表面层，它的方向平行于液体表面，而非与液面垂直，B错误；
C．每个分子的质量
单位体积的质量等于单位体积乘以密度，质量除以摩尔质量等于摩尔数，所以单位体积所含的分子数
C正确；
D．影响气体压强的微观解释为分子的平均动能与分子的密集程度，而宏观因素为温度与体积，温度越高，体积越小，气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数越多；温度升高，若体积同时增大，则单位时间内打到器壁单位面积上的分子数不一定增多，D错误；
E．由热力学第一定律
解得
故说明此过程中气体放出的热量等于，E正确。
故选ACE。
15．ACE
【详解】
A．当人们感到潮湿时，空气的相对湿度一定比较大，绝对湿度不一定较大，人们感到干燥时，空气的相对湿度一定比较小，绝对湿度不一定较小，故A正确；
B．根据热力学第一定律可知，如果物体从外界吸收了热量，同时对外做功，则物体的内能不一定增加，故B错误；
C．气体体积不变，温度升高，压强增大，可知每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多，故C正确；
D．由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，故多晶体是各向同性的，故D错误；
E．分子做无规则运动的剧烈程度和温度有关，物体的温度越高，分子平均动能越大，分子无规则运动越剧烈，故E正确。
故选ACE。
16．(1)；(2)
【详解】
(1)等压变化，设B活塞下降距离为x，对a部分气体
有
对b部分气体
有
解得
(2)a部分气体的压强为
b部分气体的压强为
b部分气体被压缩过程中，外界对气体做的功为
气体内能的减少量为
解得
17．(1)；(2)
【详解】
(1)气体从状态A变化到状态B的过程，根据等压变化规律有
又
解得
(2)气体从状态A变化到状态B的过程中，气体对外界做功为
气体从状态B变化到状态C的过程中，气体对外界做功0。根据热力学第一定律
解得气体在该过程中吸收的热量