2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册3.2热力学第一定律同步练习(Word版含答案)

3.2热力学第一定律
一、选择题（共15题）
1．如图是一定质量理想气体状态变化的图像，图中，平行于横轴，由图像可知（　　）
A．过程气体压强不变
B．过程气体内能不变
C．过程气体密度不变
D．过程气体对外做功
2．对于一定质量的物体（或系统），下列说法正确的是（　　）
A．吸热物体的温度一定会升高
B．只要气体的体积、温度变化，则气体的内能一定改变
C．外界对系统做功，系统内能可能不变
D．物体温度不变，则其内能一定也不变
3．关于分子动理论和物体的内能，下列说法中正确的是(　　)
A．液体分子的无规则运动称为布朗运动
B．物体的温度升高，物体内大量分子热运动的平均动能增大
C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
D．气体的温度升高，气体的压强一定增大
4．下列说法正确的是（　　）
A．气体分子热运动的平均动能减小时，则气体压强也一定减小
B．分子力随分子间距离的减小可能会增大
C．破碎的玻璃很难再“粘”在一起，说明分子间有斥力
D．一定质量的理想气体等温膨胀时会向外放热，但内能保持不变
5．如图，汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强和大气压相同。把汽缸和活塞固定, 使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量 Q1。如果让活塞可以 自由滑动（活塞与汽缸间无摩擦、不漏气）,也使汽缸内空气温度升高 相同温度,其吸收的热量为 Q2。则 Q1 和 Q2 的大小关系是
A．Q1= Q2 B．Q1> Q2 C．Q1< Q2 D．不能确定
6．下列说法正确的是
A．两系统达到热平衡时都处于平衡态
B．物体的温度越高，物体的每一个分子热运动动能越大
C．物体温度升高，其内能一定增加
D．气体压强是气体分子间的斥力产生的
7．关于内能、温度和分子的平均动能，下列说法正确的是（　　）
A．物体的温度越低，则物体的内能一定越小
B．物体的温度越低，则物体分子的平均动能一定越小
C．外界对气体做功时，气体的内能一定增大
D．物体做加速运动，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大
8．如图所示，一定质量理想气体经历A→B的等压过程，B→C的绝热过程（气体与外界无热量交换），其中B→C过程中内能减少1000J，则A→B→C过程中气体对外界做的总功为（　　）
A．1600J B．400J C．1000J D．600J
9．关于分子动理论和热力学定律，下列说法中正确的是（　　）
A．空气相对湿度越大时，水蒸发越快
B．物体的温度升高，每个分子的动能都增大
C．第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第一定律
D．两个分子间的距离由大于处逐渐减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先增大后减小到零，再增大
10．夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体，则关于气体喷出的过程，下列说法不正确的是（　　）
A．气体的内能减少
B．气体的内能增大
C．气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低
D．气体分子的平均动能减小
11．一定质量的理想气体，在温度升高的过程中（　　）
A．气体的内能一定不变
B．外界一定对气体做功
C．气体一定从外界吸收热量
D．气体分子的平均动能一定增大
12．一定质量理想气体经历一个循环过程的图像如图所示，该循环是由两个绝热过程和两个等容过程组成，a状态为起始状态。对于该循环，下列说法正确的是（　　）
A．气体在状态b和c时内能一定相等
B．一次循环过程中气体吸收的热量大于放出的热量
C．过程中，外部对气体做的功大于气体内能的增加量
D．过程中外界对气体做的功大于过程中气体对外界做的功
13．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
14．一定质量的理想气体从A状态开始，经过A→B、B→C、C→D、D→A最后回到初始状态A，各状态参量如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．A→B过程气体从外界吸热
B．A→B过程气体对外做功大于C→D过程外界对气体做功
C．C→D过程气体从外界吸热
D．A状态气体分子平均动能小于D状态气体分子平均动能
15．关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（　　）
A．物体的温度升高，内能增大
B．物体的温度越高，所含的热量越多
C．物体内能增大，一定从外界吸收热量
D．物体的温度不变，其内能就一定不变
二、综合题（共8题）
16．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其状态变化过程的图像如图所示.已知该气体在状态A时的温度为27℃，该气体在状态B时的温度为_________℃；该气体从状态A到状态C的过程中是_________（填吸热或放热）的.
17．如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C，最后由状态C变化到状态A．气体完成这个循环，内能的变化△U=____ ，对外做功W=____，气体从外界吸收的热量Q=____．（用图中已知量表示）
18．给一定质量的温度为0℃的水加热，在水的温度由0℃上升到4℃的过程中，水的体积随着温度的升高反而减小，我们称之为“反常膨胀”。查阅资料知道：在水反常膨胀的过程中，体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的。由此可知，反常膨胀时，水分子的平均动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)，吸收的热量________(选填“大于”“小于”或“等于”)所有水分子的总势能增加量。
19．如图所示为测量大气压强的实验装置，将一定质量的气体密封在烧瓶内，烧瓶通过细玻璃管与注射器和装有水银的U形管连接，最初竖直放置的U形管两臂中的水银柱等高，烧瓶中气体体积为800 mL；现用注射器缓慢向烧瓶中注入200 mL的水，稳定后两臂中水银面的高度差为25 cm，不计玻璃管中气体的体积，环境温度不变。则
(1)大气压强p0= __________________(用“cmHg”做压强单位)
(2)此过程中外界对烧瓶内的气体_____(填“做正功”、“做负功”、“不做功”)，气体将_____(填“吸热”或“放热”)。
20．如图所示，一内壁光滑的导热圆柱形气缸静止在地面上。气缸内部有卡环，卡环上方放有一轻质活塞和一个物块，气缸的横截面积为。气缸内封闭有体积为的一定质量的理想气体，气体的温度为。现对气缸缓慢加热，当缸内气体温度上升到时活塞恰好离开卡环，继续缓慢加热气缸直到气体温度上升到。整个过程气体的内能增加了，气体从外界吸收了的热量。大气压强，重力加速度，求：
（1）物块的质量；
（2）温度为时气体的压强。
21．如图所示，有一光滑的导热性能良好的活塞C将容器分成A、B两室，A室体积为V0，B室的体积是A室的两倍，A、B两室分别充有一定质量的理想气体。A室上连有一U形管（U形管内气体的体积忽略不计），当两边水银柱高度差为19cm时，两室气体的温度均为T1＝300K。若气体的温度缓慢变化，当U形管两边水银柱等高时：（外界大气压等于76cm汞柱）
(1)此时气体的温度为多少？
(2)在这个过程中B气体的内能如何变化？从外界吸热还是放热？（不需说明理由）
22．如图所示，汽缸开口向上，缸内壁有固定小砧，小砧离汽缸底部距离为h。质量为m的活塞将缸内封闭一段气体，g为重力加速度，这时活塞到缸底的距离为，活塞横截面积为S，大气压强为，环境温度为，活塞与汽缸内壁气密性好且无摩擦，汽缸与活塞的导热性能良好。
（1）环境温度缓慢升高，活塞也缓慢上升，活塞刚好与小砧接触时，环境温度为多少；此过程外界对气体做的功为多少；
（2）若环境温度不变，通过不断给活塞上放砂子，使活塞缓慢下降，当活塞下降时，活塞上所放砂子的重量是多少。
23．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其状态变化过程的p—V图象如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27oC。求：
(1)该气体在状态C时的温度为多少摄氏度？
(2)该气体从状态B到C的过程中外界对气体做的功？
(3)该气体从状态A经B再到C的全过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？
参考答案
1．B
【详解】
A．在图像中，过坐标原点的直线为等压变化，不过坐标原点，故不是等压变化，故A错误；
B．由题图可知，为等温变化，温度不变，故内能不变，故B正确；
C．到为等压变化，由到体积减小，由于质量不变，故密度增大，故C错误；
D．过程为等容变化，气体对外不做功，故D错误。
故选：B。
2．C
【详解】
A．物体吸收热量后，热量可能转变为分子势能而温度不变，如晶体熔化，也有可能物体吸热的同时对外做功，物体的内能减小温度降低，故吸热后物体温度不一定升高，故A错误；
B．物体内所有分子动能与分子势能之和等于物体的内能，体积、温度都变化，对应势能和平均动能都变化，若一种能增加另一种能减小，则内能可能不变，故B错误；
C．根据热力学第一定律可知，外界对系统做功的同时若放出热量，则系统内能可能不变，故C正确；
D．内能除了和温度有关，还和物体的体积有关，故温度不变，内能可能变化，如零摄氏度的冰吸收热量变为零摄氏度的水，温度不变，内能增加，故D错误。
故选C。
3．B
【详解】
试题分析：布朗运动是固体小颗粒在液体分子的无规则撞击下的无规则运动，而不是液体分子的运动，但是可以反映液体分子的无规则运动，选项A错．温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子热运动平均动能增大，选项B对．改变内能的方式有两种，即做功和热传递，只是从外界吸收热量，无法判断内能变化，选项C错．气体温度升高，根据，可知在不明确体积变化的情况下无法判断压强变化，选项D错．
4．B
【详解】
A．气体分子热运动的平均动能减小时，气体的温度会降低，但是，根据理想气体状态方程
（定值）
可知，气体的压强增大还是减小，取决与其体积和温度如何变，所以A错误；
B．当分子间距离达到某值时，分子间作用力为0，当小于此值时，分子间作用力表现为引力，当分子间距离减小时，分子力先增大后减小，所以B正确；
C．玻璃破碎后分子间的距离变成无穷远，距离r变成无穷远，分子间没有作用力了，不能复原。所以破碎的玻璃无法复原不能说明分子间存在斥力。所以C错误；
D．一定质量的理想气体等温膨胀时，气体的内能不变。由热力学第一定律
气体膨胀对外做功，要保持内能不变，要从外界吸热，不是放热，所以D错误。
故选B。
5．C
【详解】
对一定量的气体内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相同，气体内能变化量相等，即：
△U1=△U2=△U；
第一种情况，气缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功，W1=0，第二种情况，活塞自由移动，气体体积增大，气体对外做功，W2＜0，由热力学第一定律：△U=W+Q可知：
Q1=△U1-W1=△U1=△U
Q2=△U2-W2=△U-W2＞△U＞Q1；
A．Q1= Q2，与结论不相符，选项A错误；
B．Q1> Q2，与结论不相符，选项B错误；
C．Q1< Q2，与结论相符，选项C正确；
D．不能确定，与结论不相符，选项D错误；
故选C。
6．A
【解析】
两系统达到热平衡时都处于平衡态，温度相同，选项A正确；物体的温度越高，分子的平均动能变大，并非物体的每一个分子热运动动能都越大，选项B错误；物体温度升高，其分子动能变大，但是内能不一定增加，选项C错误；气体压强是大量的气体分子频繁地对器壁的碰撞产生的，选项D错误；故选A.
7．B
【详解】
A．物体内能与温度和体积均有关，A错误；
B．温度是物体分子平均动能的标志，B正确；
C．内能不仅与做功有关，还与热传递有关，C错误；
D．物体做加速运动，速度越来越大是宏观的机械运动不改变物体的温度，即不会改变微观的分子的平均动能；故D错误；
故选B。
8．A
【详解】
由图可知，是等压过程，气体体积增大，气体对外做功为则有
的过程中，没有吸放热，，由热力学第一定律则有
解得
所以在过程中有
因此气体对外界做的总功大小为，A正确，B错误，C错误，D错误。
故选A。
9．D
【详解】
A．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压，水蒸发越慢，故A错误；
B．温度是分子平均动能的标志，物体的温度越高，分子热运动就越剧烈，分子平均动能越大，但不是每个分子的动能都增大，故B错误；
C．第二类永动机不可能制成是因为它违反热力学第二定律，但不违反能量守恒定律，选项C错误；
D．两个分子间的距离由大于10-9m处逐渐减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先表现为引力，引力先增大到最大值后减小到零，之后，分子间作用力表现为斥力，从零开始增大，故D正确；
故选D。
10．B
【详解】
气体喷出时，来不及与外界进行热交换，则
对外做功，根据热力学第一定律的表达式
内能减小，温度降低，温度是分子平均动能的标志，因此气体分子的平均动能减小，故ACD正确，不符合题意，B错误，符合题意。
故选B。
11．D
【详解】
A．温度升高，气体的内能一定增加，A错误；
BC．根据热力学第一定律，内能增加可能是外界对气体做功，也可能气体从外界吸收热量，BC错误；
D．温度是分子平均动能的标志，因此温度升高，气体分子的平均动能一定增大，D正确。
故选D。
12．B
【详解】
A．从b到c体积不变，压强变大，则温度升高，则气体内能增加，选项A错误；
BD．从b→c过程系统从外界吸收热量，从c→d系统对外做功，从d→a系统放出热量，从a→b外界对系统做功，根据p-V图像“面积”即为气体做功大小，a→b过程中外界对气体做的功小于c→d过程中气体对外界做的功，可知图像中b→c→d→a围成的图形的面积为气体对外做的功，整个过程气体能内能变化为零，则△W=△Q，则整个过程中气体吸热，即在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量，故B正确，D错误；
C．在a→b过程中为绝热压缩，外界对气体做功W＞0，Q=0，根据热力学第一定律，可知△U=W，即外界对其做的功全部用于增加内能，故C错误；
故选B。
13．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。
14．A
【详解】
A．根据图象可知，A到B过程中气体温度升高，内能增大，同时气体对外做功，根据热力学第一定律可知，气体一定吸热，故A正确；
B．根据气体做功公式
可知，图象与横轴所围成的面积代表做功的数值，故A到B过程气体对外做功等于C到D过程外界对气体做功，故B错误；
C．C到D过程内能减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故C错误；
D．根据
可知，A状态温度高于D状态，所以A状态气体分子平均动能大于D状态气体分子平均动能，故D错误。
故选A。
15．A
【详解】
A．物体的温度升高，内能增大，故A正确；
B．热量是一过程量，只表现在吸热或放热过程中，与物体温度的变化有关，不能说：温度越高，热量越多，故B错误；
C．物体内能增大，可能从外界吸收热量，也可能外界对物体做功，故C错误；
D．因为晶体在熔化过程中吸收热量内能增大，但温度保持不变，所以物体的温度不变，其内能就可能改变，故D错误。
故选A。
16．-73 吸热
【详解】
对于理想气体由图象可知：A→B等容变化，由查理定律代入数据得：
又：
T=273+t
得：
tB=-73℃
A到状态C体积增大，对外做功，即W＜0，根据理想气体状态方程可知：
TA=TC
所以，A到状态C的过程中内能变化量为0．由热力学第一定律得：Q＞0，所以A→C的过程中是吸热．
17．0
【解析】
气体完成一个循环过程，温度的变化量为零，则内能的变化△U=0；对外做功等于图中三角形ABC的面积，即W=p0V0；根据热力学第一定律可知，气体吸热：Q=W=p0V0；
18．增大 大于
【详解】
温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大；分子的平均动能增大，所有水分子间的总势能增大，内能是增大的．同时对外做功，根据热力学第一定律，吸收的热量大于所有水分子的总势能增加量。
19．75 cmHg 做正功 放热
【详解】
（1）初始时，烧瓶中气体压强与大气压强相等，即，体积为，注入水后，烧瓶内气体压强为，体积为，由波意耳定律
解得，大气压强为
（2）此过程中，烧瓶中气体体积减小，故外界对烧瓶内气体做正功；由与气体温度不变，由热力学第一定律，气体放热。
20．（1）4kg；（2）
【详解】
（1）活塞离开卡环继续加热，活塞缓慢上升的过程中，气缸内气体发生等压变化，根据盖—吕萨克定律可得
代入数据，解得
根据热力学第一定律可得
其中
，
解得
又有
代入数据，解得
对活塞及物块整体受力分析，由平衡条件可得
联立方程，代入数据解得
（2）当气缸内气体温度上升到时活塞恰好离开卡环的过程中，气缸内气体发生等容变化，根据查理定律可得
解得
21．(1)240K；(2)内能减小，放出热量
【详解】
(1)由题意知，气体的状态参量为初状态，对A气体
对B气体
末状态，对A气体
对B气体
由理想气体状态方程得
对A气体
对B气体
代入数据解得
T＝240 K
V＝V0
(2)气体B末状态的体积
由于气体体积不变，外界对气体不做功，气体温度由300K降低到240K，温度降低，内能减小
ΔU ＜0
由热力学第一定律
可知
则气体对外放出热量。
22．（1），；（2）
【分析】
本题考查理想气体状态方程的应用。
【详解】
（1）设环境温度应降低为，当缸内气体的体积减慢时，缸内气体的压强为
根据理想气体状态方程有
得到
此过程外界对气体做的功
（2）设所放重物的质量为，当气体体积减半时，气体的压强为
气体发生等温变化，则有
得到
23．(1)27oC；(2)1200J；(3)向外界放出热量，1200J
【详解】
(1)A→C由理想气体状态方程得
代入数据得
TC＝300K
即
tC＝27℃
(2)从B到C，气体的体积减小，外界对气体做正功
在体积变化任意极小体积ΔV过程中，外界对气体做的功为
W=PΔV
由p-V图线与横轴所围成的面积可得
W=1200J
(3)由于TA=TC，该理想气体在状态A和状态C内能相等，即
ΔU=0
由热力学第一定律
ΔU=W+Q
可解得
Q=-1200J
由于Q为负，所以气体向外界放出热量，传递的热量为1200J