3.1热力学第一定律 同步练习（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 同步练习（解析版）
1．下列说法正确的是（ ）
A．一个热力学系统吸收热量后，其内能一定增加
B．一个热力学系统对外做功后，其内能一定减少
C．理想气体的质量一定且体积不变，当温度升高时其压强一定增大
D．理想气体的质量一定且体积不变，当温度升高时其压强一定减小
2．如图所示为内燃机的示意图，其原理结构简化模型就是一个汽缸活塞模型，活塞上部封闭一定质量的理想气体。如果活塞向上运动，关于内部气体（忽略与外界热交换）的说法正确的是（　　）
A．体积减小，压强不变，温度升高 B．外界对气体做功，内能增大
C．体积减小，压强增大，温度不变 D．气体对外界做功，内能增大
3．下列说法中正确的是（　　）
A．温度低的物体内能小
B．温度低的物体分子热运动的平均速率小
C．做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大
D．物体的体积改变，内能不一定改变
4．下列说法中正确的是（　　）
A．氢气球飞到高空会破裂是因为气球内部气体分子间斥力增大的缘故
B．浴室玻璃隔断上当水珠凝结到一定程度时会沿玻璃下落，说明水不浸润玻璃
C．海边比较潮湿、洗了衣服不容易晾干，是因为空气的绝对湿度大
D．恒温水池中，小气泡由底部缓慢上升过程中，气泡中的理想气休内能不变，对外做功，吸收热量
5．地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中（不计空气团内分子间的势能）（ ）
A．体积减小，温度降低 B．体积减小，温度不变
C．体积增大，温度降低 D．体积减小，温度升高
6．一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变,将气泡内气体视为理想气体,气泡从湖底上升到湖面的过程中,对外界做了0.6J的功,此过程中下列说法正确的是( )
A．气泡内气体的内能增加
B．气泡内气体的内能减少
C．气泡内气体从外界吸收了0.6J的热量
D．气泡内气体向外界放出了0.6J的热量
7．一定质量的理想气体，由状态A经状态B变为状态C，其中过程为等压变化，过程为等容变化。已知状态A的温度与状态C的温度相同，下列说法正确的是（　　）
A．过程气体温度升高，密度减小
B．过程外界对气体做功，气体温度降低
C．过程气体与外界的热交换为0
D．过程气体吸收的热量小于过程气体放出的热量
8．如图所示，水平放置的密闭绝热气缸，被绝热隔板K分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡，此时a、b的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb，则下列正确的是（　　）
A．Va=Vb，Ta=Tb B．VaVb，Ta=Tb
C．VaVb，TaTb D．Va=Vb，TaTb
9．如图所示，p－V图中，一定质量的理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时，从外界吸收热量420J，同时做功300J。当气体从状态B经过程Ⅱ回到状态A时，做功200J，求此过程中气体吸收或放出的热量是（　　）
A．吸热80J B．吸热220J C．放热520J D．放热320J
10．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
11．天然气水合物是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源．它是水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质，外貌极像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，有“可燃水”、“固体瓦斯”之称，开采时只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体，可燃冰的形成过程可简化为把甲烷气体压缩到低温的“容器”中，开采时通过升温再把甲烷气体从“容器”中释放出来，甲烷可视为理想气体，以下说法中正确的是（　　）
A．可燃冰在开采时甲烷气体对外做功，内能变小
B．可燃冰在开采时甲烷气体对外做功，又从外界吸热，内能变大
C．可燃冰在形成时外界对气体做功，内能变大
D．可燃冰在形成时外界对气体做功，气体又对外放热，内能变小
12．将冰块打碎后放在烧杯中，碎冰慢慢熔化成水，再逐渐蒸发。下列说法正确的是（　　）
A．打碎后的冰没有规则的几何形状，不再是晶体
B．冰熔化成水的过程中，水分子的平均动能不变，分子势能增大
C．在水的表面层，分子比较稀疏，分子间作用力表现为斥力
D．水变成水蒸气，分子间距增大，分子势能增大
E.水蒸发成同质量水蒸气的过程中，吸收的热量大于内能的增加量
13．如图所示，一定质量的理想气体从状态a出发，经历等容过程①到状态b，再经历等压过程②到状态c，最后经历过程③又回到状态a，其中状态a和状态c气体的温度相同。下列说法正确的是（　　）
A．在过程①中气体向外界放热
B．在过程①中气体对外界做功
C．在过程②中气体从外界吸收热量
D．在过程③中气体的内能始终保持不变
E.在过程①和②中气体对外界做的总功小于过程③中外界对气体做的功
14．如图所示，某同学制作了一个简单的温度计，一个容器连接横截面积为S的足够长的直管，用一滴水银封闭了一定质量的气体，当温度T0时水银滴停在O点，封闭气体的体积为V0，大气压强不变，不计水银与管壁间的摩擦．
①设上述气体某过程从外界吸热5.0J，内能增加3.5J，求气体对外了多少功？
②若环境温度缓慢变化，求水银滴相对O点移动距离x随封闭气体热力学温度T的变化关系．
15．如图所示，一定质量的理想气体经历A→B的等温过程，B→C的等压过程，其中A状态时气体温度为300K，A→B过程中气体吸收热量400J。求:
(1)C状态时的温度；
(2)A→B→C过程中气体对外界做的总功；
(3)若气体在C状态时密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则气体单位体积内的分子数n为多少
参考答案
1．C
【详解】
AB．一个热力学系统内能增量等于气体从外界吸收的热量与外界对它所做的功的和，所以AB错误；
CD．理想气体的质量一定且体积不变，当温度升高时，根据可知，压强一定增大，故C正确，D错误。
故选C。
2．B
【详解】
活塞向上运动,封闭气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律，可知
所以内能增大，气体温度升高，根据理想气体状态方程，有
可知气体压强增加。
故选B。
3．D
【详解】
A．因为内能与物体物质的量，温度和体积都有关，由于物质的量和体积不确定，故温度低的内能不一定小，故A错误；
B．温度低的物体分子的平均动能小，但由于分子的质量不能明确，故不能说明温度低的物体分子平均速率就小，故B错误；
C．温度是分子平均动能的标志，与物体是否运动无关，故C错误；
D．根据热力学第一定律，内能的变化与外界对物体做功以及吸收的热量有关，即△U=W+Q，物体体积改变，内能可能不变。故D正确。
故选D。
4．D
【详解】
A．大气压随着高度的增加而减小，当气球升到高空时，外界的气压减小，内部气压大于外部气压，气球体积增大，将气球胀破。故A错误；
B．浴室玻璃隔断上当水珠凝结到一定程度时会沿玻璃下落，因为重力的作用，水浸润玻璃，故B错误；
C．海边比较潮湿、洗了衣服不容易晾干，是因为空气的相对湿度大，蒸发缓慢，故C错误；
D．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，压强减小，温度不变，则体积变大，对外做功，根据热力学第一定律可知，吸收热量，故D正确。
故选D。
5．C
【详解】
空气团与外界的热交换忽略不计，大气压强随高度上升逐渐减小，空气团体积逐渐增大，对外界做功，所以内能逐渐减小，则温度逐渐降低，故选项C正确，选项ABD错误。
故选C。
6．C
【详解】
AB.一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则气体内能不变，故AB错误；
CD.根据热力学第一定律得：△U=W+Q．则Q=△U-W=0-（-0.6）J=0.6J，即气泡内气体从外界吸收了0.6J的热量，故C正确，D错误．
7．A
【详解】
A．根据等压变化有
可知，过程气体体积增大，温度升高，密度减小，所以A正确；
B．过程气体体积增大，气体对外界做功，气体温度升高，所以B错误；
C．过程气体的温度不变，气体的内能不变，根据热力学第一定律有
由于气体膨胀对外界做功 ，则气体从外界吸引热量，所以C错误；
D．由于过程气体从外界吸引热量，则过程气体吸收的热量大于过程气体放出的热量，所以D错误；
故选A。
8．C
【详解】
当电热丝对气体a加热时，气体a的温度升高，压强增大，由于K与气缸壁的接触是光滑的，绝热隔板K将向b气体移动
依题意，a、b可视作相同的理想气体，一方面据热力学第一定律，a对b做功，又无热交换，故b内能增加，b气体温度升高，另一方面，a气体压强等于b气体压强，但a气体体积大于b气体体积，则a的内能大于b的内能，亦即
故ABD错误，C正确。
故选C。
9．D
【详解】
由题意知一定质量的理想气体由状态A经过程I变至状态B时，为负功，为正（吸收的热量），根据热力学第一定律则有
内能增加120J；
当气体从状态B经过程II回到状态A时，为正，内能减小120J，根据热力学第一定律则有
所以放出热量320J，故A、B、C错误，D正确；
故选D。
10．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。
11．BD
【详解】
AB．由题意可知，可燃冰在开采过程中要对其加热升温，气体体积变大对外做功，同时内能变大，从外界吸热，故A错误，B正确；
CD．可燃冰形成条件是低温压缩，所以形成可燃冰过程中外界对气体做功，同时内能减少，则气体对外放热，故 C错误，D正确。
故选BD。
12．BDE
【详解】
A．冰块有固定的熔点，所以冰块是晶体，与冰块的几何形状无关，故A错误；
B．冰熔化成水的过程中，温度保持不变，所以水分子的平均动能不变，但融化过程中要吸收热量，所以内能增加，体积减小，分子势能增大，故B正确；
C．在水的表面层，分子比较稀疏，分子间作用力表现为引力，故C错误；
D．水吸收热量变成水蒸气，分子间距增大，内能增加，但温度不变，故分子平均动能没有增加，所以是分子势能增加，故D正确；
E．水蒸发成同质量水蒸气的过程，吸收热量体积变大，对外做功，根据热力学第一定律
所以其吸收的热量大于内能增加量，故E正确。
故选BDE。
13．ACE
【详解】
AB．理想气体从状态a到状态b，属于等容过程，即体积不变，气体对外界和外界对气体都没有做功。由理想气体状态方程可得
由图像可得
所以
即温度降低，所以气体内能减少，由热力学第一定律可得
其中
所以气体向外界放热，A正确，B错误；
C．理想气体从状态b到状态c，属于等压过程，即压强不变。由理想气体状态方程可得
由图像可得
所以
可知，理想气体对外界做功，内能增加，由热力学第一定律可知
理想气体从外界吸收热量，C正确；
D．理想气体从状态c到状态a，由题意可知，由理想气体状态方程可得
由图像可得
即外界对气体做功。又由题意可知
已知，在p-V图像中的等温线是一条反比例函数图像，又a、c两点在同意条等温线上，多画几条等温线，可知离原点越远的等温线温度越高，所以可知，从c到a温度先升高再降低，所以内能先增加后减少，D错误；
E．已知p-V图像与坐标轴围成的面积表示气体做功情况，所以由图像可知，在过程①和②中气体对外界做的总功小于过程③中外界对气体做的功，E正确。
故选ACE。
14．（1）W=1.5J （2）
【详解】
①由热力学第一定律有：△U=Q+W
解得：W=△U-Q=3.5J-5.0J=-1.5J
即气体对外做功：W'=-W=1.5J
②气体做等压变化，由盖-吕萨克定律有
解得：
15．(1)200K；(2)300J；(3)
【详解】
⑴根据理想气体状态方程有，结合图中数据，解得
Tc=200K
⑵对理想气体，A→B等温过程，由热力学第一定律，解得
W1=－400J
B→C等压过程
W2=
解得
W2=100J
外界对理想气体做功
W=W1+W2=－300J
则气体对外界做功为
J
⑶理想气体在状态C时分子数
单位体积分子数，解得