3.1热力学第一定律 同步作业（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 同步作业（解析版）
1．现在骑自行车已成为一种流行的运动，山地车更是受到人们的青睐。山地自行车前轮有气压式减震装置，其原理如图所示，随着路面的颠簸，活塞A上下振动，在气缸内封闭的气体的作用下，起到减震的目的。缸内气体可视为理想气体，如果路面不平，下列关于该减震装置的说法正确的是（　　）
A．A迅速下压时气缸内的气体温度不变
B．A迅速下压时气缸内的气体压强增大
C．A下压后被迅速反弹时气缸内气体内能增大
D．A下压后被迅速反弹时气缸内每个气体分子的速率均减小
2．如图，一开口向上的绝热气缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上，使其缓慢上升，系统始终处于平衡状态。在活塞上升过程中（　　）
A．气体对外界做功，气体放出热量
B．气体压强逐渐减小，气体内能减少
C．气体体积逐渐增大，气体内能增知
D．气体压强逐渐增大，气体温度降低
3．下列关于热现象的叙述正确的是（　　）
A．布朗运动反映了微粒中分子的无规则运动
B．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
C．气体分子难以压缩是因为分子间存在斥力作用
D．一定质量的理想气体压强减小，其分子平均动能可能增大
4．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
5．有位科学家经过40多年，用多种方法做了400多次实验，测定了热功当量的值，为能的转化与守恒定律奠定了坚实的基础，这位科学家是（　　）
A．爱因斯坦 B．麦克斯韦
C．瓦特 D．焦耳
6．封闭在气缸内一定质量的理想气体由状态A经状态B、C变到状态D，其体积V与热力学温度T的关系如图所示，O、A、D三点在同一直线上。则在此过程中（　　）
A．由A到B，气体所有分子的动能都增大
B．由B到C，气体对外做功，放出热量
C．由C到D，气体压强增大，内能减少
D．由A到D，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少
7．对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　）
A．该气体在体积缓慢增大的过程中，温度可能不变
B．该气体在压强增大的过程中，一定吸热
C．如果该气体与外界没有发生热量交换，则其分子的平均动能一定不变
D．该气体经等温压缩后，其压强一定增大，且此过程一定吸收热量
8．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再回到状态a，其中，为等温过程，为等容过程，下列说法正确的是（ ）
A．过程，气体和外界无热交换
B．过程，气体分子的速率均保持不变
C．过程，气体内能减小
D．过程外界对气体做的功与过程气体对外做功相等
9．一定质量的理想气体，经历从状态ABCDA的一个循环，在此循环过程中气体的压强p与温度T的关系如图所示。下列说法不正确的是（　　）
A．从状态A到B的过程中，每个气体分子的动能都在增大
B．从状态B到C的过程中，气体吸收热量
C．从状态C到D的过程中，气体内能不变
D．从状态D到A的过程中，气体的密度增大
10．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”则（　　）
A．A到B过程，气体从外界吸收热量
B．B到C过程，气体分子的平均动能增加
C．C到D过程，气体对外界做正功
D．D到A过程，气体分子撞击器壁单位面积上的作用力减小
11．下列例子中，通过热传递改变物体内能的是（　　）
A．火炉将水壶中的水煮开
B．汽车紧急刹车时轮胎发热
C．压缩气体放气后温度降低
D．擦火柴，火柴就燃烧
12．如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞（连同拉杆）是绝热的，且不漏气，以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中（　　）
A．E甲不变，E乙减小 B．E甲不变，E乙增大
C．E甲增大，E乙不变 D．E甲增大，E乙减小
13．如图所示，一定质量的理想气体经历了a→b、b→c、c→d三个状态变化过程，其中纵坐标表示理想气体压强p、横坐标表示理想气体的热力学温度T。则下列结论正确的是（　　）
A．a→b过程，理想气体对外界做正功
B．b→c过程，理想气体向外界放出热量
C．c→d过程，理想气体内能不变
D．三个状态变化过程对比，c→d过程是理想气体对外界做正功最多的过程
14．如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程地bc到达状态c，最后经等压过程ab回到状态a。下列说法正确的是（　　）
A．在过程ab中气体的内能增加
B．在过程ca中气体的内能不变
C．在过程ab中气体对外界做功
D．在过程bc中气体从外界吸收热量
15．如图所示，将一空的铝制易拉罐开口向下压入恒温游泳池的水中，则易拉罐在水中缓慢下降过程中，罐内空气（可视为理想气体）（　　）
A．内能增大
B．分子间的平均距离减小
C．向外界放热
D．对外界做正功
16．如图，左、右两个气缸底部有细管(容积可忽略)连通，左气缸的顶部开口与大气相通，右气缸绝热且内部顶端有加热装置．开始时导热活塞a在气缸底部但未与底部接触，绝热活塞b将右气缸内气体分成体积相等的A、B两部分．已知左、右气缸内部高度分别为h和4h，初始温度均为T0，大气压强为p0；a和b厚度不计，横截面积均为S，所受重力大小均为p0S，与气缸接触良好，不计一切摩擦．
(i)给A缓慢加热，当a刚刚到达气缸顶部但未与顶部接触时，A吸收的热量为Q，求该过程中A的内能变化量；
(ii)当a恰好到达气缸顶部时，继续给A缓慢加热，使b刚刚到达气缸底部但未与底部接触，求此时A的温度．
17．一定质量的理想气体，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？
参考答案
1．B
【详解】
AB．如果活塞迅速下压，活塞对气体做功，气体来不及散热，由热力学第一定律可知，气体内能增大，温度升高，压强增大，故A错误，B正确；
CD．当活塞下压后被迅速反弹时，气体对外做功，来不及吸热，气体内能减小，温度降低，分子平均速率减小，但不是每个气体分子的速率都减小，有些分子的速率可能增大，故CD错误。
故选B。
2．B
【详解】
活塞向下缓慢上升过程，气体体积增大，则气体对外界做功
由于是绝热气缸
由热力学第一定律
可知
所以要内能减小，则温度降低；又气体体积增大，由理想气体状态方程
可知，压强逐渐减小。故B正确，ACD错误。
故选B。
3．D
【详解】
A．布朗运动悬浮在液体中微粒的运动，而微粒是由大量的分子组成的，所以布朗运动不能反映了微粒中分子的无规则运动，故A错误；
B．物体从外界吸收热量，根据热力学第一定律
△U=Q+W
分析可知，其内能不一定增加，还与做功情况有关，故B错误；
C．气体分子难以压缩是因为压强而不是分子间斥力，故C错误；
D．一定质量的理想气体压强减小，根据气体状态方程
可知，若体积增大，温度可能升高，分子的平均动能可能增大，故D正确。
故选D．
4．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。
5．D
【详解】
A．爱因斯坦提出相对论等观点，故A错误；
B．麦克斯韦提出电磁场理论，故B错误；
C．瓦特发明蒸汽机，故C错误；
D．焦耳测定了热功当量后，为能的转化和守恒定律奠定了实验基础，故D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A．由A到B，温度升高，气体分子的平均动能增大，但不是气体所有分子的动能都增大，故A错误；
B．由B到C，温度不变，内能不变，即
体积变大，气体对外界做功，则
根据热力学第一定律知
即
气体从外界吸收热量，故B错误；
C．由C到D发生等容变化，根据查理定律有
又
则
即由C到D，气体压强减小；由C到D，温度降低，内能减小，故C错误；
D．O、A、D三点在同一直线上，说明状态A和状态D压强相等，状态D温度高，分子的平均动能大，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D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A．该气体在体积缓慢增大的过程中，若吸收的热量与气体对外做的功相同，则该气体的内能不变，温度不变，选项A正确；
B．该气体在压强增大的过程中，若体积不变，则温度升高，内能增加，气体吸热;若温度不变，则体积减小，内能不变，气体放热，选项B错误；
C．如果该气体与外界没有发生热量交换，但外界对该气体做功或气体对外做功，由热力学第一定律知，该气体的内能变化，分子的平均动能变化，选项C错误；
D．由玻意耳定律知，该气体经等温压缩后，压强一定增大，由热力学第一定律知，外界对气体做功，内能不变，该过程定放热，选项D错误。
故选A。
8．C
【详解】
A．过程，气体发生的是等温变化，内能不变，此过程中，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，A错误；
B．过程，温度不变，气体分子的平均速率不变，但每一个气体分子的速率不断变化，B错误；
C．过程，气体的体积不变，压强减小，则温度降低，故内能减小，C正确；
D．图线与横轴所围的面积为气体做功的大小，因此过程外界对气体做的功小于过程气体对外做功，D错误。
故选C。
9．A
【详解】
A．从状态A→B的过程中，温度升高，分子平均动能增大，每个气体分子的动能有的增加，有的减小，故A错误；
B．从状态B→C的过程中，温度升高，气体内能增加；压强不变，根据盖吕萨克定律可知体积增大，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸热，故B正确；
C．从状态C→D的过程中，温度不变，气体内能不变，故C正确；
D．如图所示
在p－T图象中，过原点的倾斜直线为等容线，斜率越大，体积越小，可知从状态D→A的过程中，气体体积减小，气体的密度增大，故D正确.
本题选不正确的，故选A。
10．A
【详解】
A．A到B过程，V增大，气体对外做功，但是温度不变，所以气体从外界吸收热量，A正确；
B．B到C过程，绝热膨胀，气体对外做功，即
，
根据可知
即内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，B错误；
C．C到D过程，等温压缩，气体对外界做负功，C错误；
D．D到A过程，绝热压缩，p增大，V减小，气体分子撞击器壁单位面积上的作用力增大，D错误。
故选A。
11．A
【详解】
A．火炉将水壶中的水煮开，是通过热传递改变水内能，故A正确；
B．汽车紧急刹车时轮胎发热是通过摩擦做功改变物体内能，故B错误；
C．压缩气体放气后温度降低是通过气体对外做功使自身内能减小，故C错误；
D．擦火柴，火柴就燃烧是通过摩擦做功使物体内能增大，故D错误。
故选A。
12．D
【分析】
本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决于做功的情况。
【详解】
对甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能减小，选项D正确。
故选D。
13．ABD
【详解】
A．a→b过程为等温变化，且压强减小，由公式pV=C知，体积增大，气体对外界做正功，故A正确；
B．b→c过程为等容变化，且温度降低，理想气体内能减小，气体做功为零，由热力学第一定律可知，气体应放热，故B正确；
C．c→d过程为等压变化，温度升高，理想气体内能增大，故C错误；
D．根据可得
设b处的体积为Vb，则a处的体积为，c处的体积为Vb，d处的体积为6Vb，根据W=p·ΔV可知三个状态变化过程对比，c→d过程是理想气体对外界做正功最多的过程，故D正确。
故选ABD。
14．AD
【详解】
AC．从a到b等容升压，气体不对外做功，外界也不对气体做功；根据，可知温度升高，一定质量的理想气体内能决定于气体的温度，温度升高，则内能增加，选项A正确，C错误；
B．在过程ca中压强不变，体积减小，根据可知温度降低，则内能减小，B错误；
D．在过程bc中，属于等温变化，气体膨胀对外做功，而气体的温度不变，则内能不变；根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，选项D正确。
故选AD。
15．BC
【详解】
A．恒温游泳池可知气体温度不变，理想气体内能只与温度有关，A错误；
B．易拉罐在水中缓慢下降过程中，气体压强变大，气体温度不变，可知气体体积减小，所以分子间的平均距离减小，B正确；
C．气体内能不变，，体积减小，气体对外界做负功，由热力学第一定律可知气体向外界放热，C正确，D错误。
故选BC。
16．(1) (2)
【解析】
(i) 题目已知活塞重力均为G=p0S
初始时，对活塞a：p0S+G=pB1S ①
对活塞b：pA1S+G=pB1S ②
可得pA1=p0，pB1=2p0，
a开始运动到刚好到达气缸顶部的过程中，对气体A，其等压膨胀过程有：
③
(ii)当b刚好到达气缸底部时，对气体B，体积VB2=hS
其等温压缩过程有 ④
可得，即
对活塞b： ⑤ 可得
对气体A，其膨胀后的体积
⑥
可得，即
17．(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