2021-2022学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第三册3.1热力学第一定律 课时作业-（word版含答案）

3.1热力学第一定律 课时作业（解析版）
一、选择题
1．下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是（　　）
A．开空调2min内教室内的气体处于平衡态
B．两个温度不同的物体相互接触，这两个物体组成的系统处于非平衡态
C．0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，冰水混合物处于平衡态
D．压缩密闭容器中的空气，空气处于平衡态
2．气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置。如图所示，座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满一定质量的空气（可视为理想气体），气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换。下列说法正确的是（　　）
A．在完全失重的情况下，座舱A内的空气对器壁的顶部没有作用力
B．气体对外做功，平衡后气体内能减小
C．气体对外不做功，平衡后气体温度不变
D．气体体积变大，平衡后压强增大
3．下列说法正确的是（　　）
A．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的
B．外界对物体做功，物体的内能一定增大
C．物体吸收热量，温度一定升高
D．热量总是由内能大的物体流向内能小的物体
4．如图所示，带有活塞的气缸中封闭一定质量的理想气体（不考虑分子势能）．将一个热敏电阻（电阻值随温度升高而减小）置于气缸中，热敏电阻与气缸外的欧姆表连接，气缸和活塞均具有良好的绝热性能，气缸和活塞间摩擦不计．则（　　）
A．若发现欧姆表示数变大，则气缸内气体压强一定减小
B．若发现欧姆表示数变大，则气缸内气体内能一定减小
C．若拉动活塞使气缸内气体体积增大，则欧姆表示数将变小
D．若拉动活塞使气缸内气体体积增大时，则需加一定的力，这说明气体分子间有引力
5．查理定律指出，一定质量的某种气体在体积一定时，气体的压强与温度之间有线性关系，如图所示。则一定质量的某种气体从状态A到状态B，下列说法正确的是（　　）
A．气体向外界放出热量
B．气体分子的平均动能不变
C．外界对气体做功
D．单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
6．如图所示的p-V图像中A→B→C→A表示一定质量的理想气体的状态变化过程，1 atm＝1.01×105 Pa，则以下说法正确的是（　　）
A．气体在A、B两状态时的温度相等，由状态A到状态B的过程中，气体温度保持不变
B．由状态A到状态B的过程中，气体从外界吸收的热量大于气体对外界所做的功
C．由状态B到状态C的过程中，外界对气体做了202 J的功
D．由状态C到状态A的过程中，气体吸收的热量等于外界对气体做的功
7．如图所示，在一定质量的理想气体压强随体积变化的p-V 图像中，气体先后经历了ab、bc、cd、da四个过程，其中ab垂直于cd，ab垂直于V轴且与p轴平行，bc、da是两条等温线。下列判断错误的是（ ）
A．气体在状态a时的温度低于在状态c时的温度
B．a→b的过程中，气体分子密集程度不变，分子平均动能增加
C．a→b→c的过程中，气体密度不断减小，温度先升高后不变
D．c→d的过程中，气体放出的热量大于外界对气体做的功
8．一定质量的理想气体，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
9．某学生利用自行车内胎、打气筒、温度传感器以及计算机等装置研究自行车内胎打气、打气结束、突然拔掉气门芯放气与放气后静置一段时间的整个过程中内能的变化情况，车胎内气体温度随时间变化的情况如图所示。可获取的信息是（　　）
A．从开始打气到打气结束的过程中由于气体对外做功，内能迅速增大
B．打气结束到拔出气门芯前由于气体对外做功，其内能缓慢减少
C．拔掉气门芯后，气体冲出对外做功，其内能急剧减少
D．放气后静置一段时间由于再次对气体做功，气体内能增大
10．金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外逸出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长时间后，再次打开开关，这时出现的现象是（　　）
A．筒外空气流向筒内
B．筒内空气流向筒外
C．筒内外有空气变换，处于动态平衡，筒内空气质量不变
D．筒内外无空气交换
11．一定质量的0℃的水，在它凝固成0℃冰的过程中（　　）
A．分子动能、分子势能均变大
B．分子动能、分子势能均变小
C．分子动能不变，分子势能变大
D．分子动能不变，分子势能变小
12．一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量，气体对外界做功，则该理想气体的（ ）
A．体积变大
B．密度增大
C．分子的平均动能变小
D．温度升高
E.内能变大
13．一定质量理想气体的状态变化如图所示，dabc为圆弧，cd为半径相同的圆弧。气体从状态a沿经状态b、c、d，最终回到状态a，则（　　）
A．从状态a到状态b是等温膨胀过程
B．从状态a到状态c，气体吸收热量，内能增大
C．处于状态c时气体分子单位时间撞击单位面积的次数一定比状态a少
D．从状态a经b、c、d回到状态a，气体吸收热量
14．关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是
A．教室内看到透过窗子的“阳光柱”里粉尘颗粒杂乱无章的运动，这种运动是布朗运动
B．热量只能从高温物体向低温物体传递，不可能由低温物体传给高温物体
C．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，若空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气内能增加5×104J
D．一定质量的理想气体，如果保持温度不变，体积越小，压强越大
二、解答题
15．如图所示，一个长方形气缸放置于水平地面上，左右侧壁光滑且绝热，底面面积为S=20cm2且导热良好，质量为m=2kg且绝热的活塞下方封闭了一定量的理想气体，稳定时气柱长度为h=20cm．现在在活塞上放一个物块(未画出)，待系统再次稳定后，活塞下方的气柱长度变为h′=10cm，已知大气压强始终为p0=1×105Pa，重力加速度g=10m/s2，一切摩擦阻力不计、气密性良好且外界环境温度保持不变．求：
(1)活塞上所放物块的质量M；
(2)第一次稳定到第二次稳定过程中从底部发生热交换的情况．
16．如图所示，水平放置的固定汽缸内由活塞封闭一定质量的气体，活塞能无摩擦地滑动，汽缸的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为的空气中，开始时缸内气体的温度为，空气柱长度为。用电热丝对气体加热，活塞缓慢向左移动，缸内气体只与电热丝发生热交换，当缸内气体吸热为Q时，缸内空气柱长度为处于平衡。求：
（1）此时缸内气体的温度；
（2）在此过程中，缸内气体对活塞做了多少功？
（3）在此过程中，缸内气体的内能增加了多少？
参考答案
1．B
【详解】
A．开空调2min教室内的气体温度要变化，故不是平衡状态，A错误；
B．两物体温度不同，接触后高温物体会向低温物体传热，是非平衡态，B正确；
C．0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，周围环境会向冰水混合物传热，不是平衡态，C错误；
D．压缩密闭容器中的空气，要对空气做功，机械能转化为内能，不是平衡态，D错误。
故选B。
2．C
【详解】
A．气体压强是大量分子对容器壁的碰撞造成的，与是否失重无关，故A错误；
BC．该过程中气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据△U=W+Q可知内能不变；理想气体的内能仅仅与温度有关，气体的内能不变，则温度不变，故C正确B错误；
D．由于气体体积变大，根据知压强减小。故D错误。
故选C。
3．A
【详解】
A．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的，选项A正确；
B．外界对物体做功，若物体放热，则物体的内能不一定增大，选项B错误；
C．物体吸收热量，温度不一定升高，例如0℃的冰化成同温度的水时，选项C错误；
D．热量总是由温度高的物体传向温度低的物体，不一定从内能大的物体传向内能小的物体，选项D错误。
故选A。
4．B
【详解】
内部气体的压强为，则气体的压强不变；欧姆表读数变大，说明气体温度降低，根据理想气体状态方程PV/T＝C，体积减小，内能减小，故A错误，B正确；若拉动活塞使气缸内气体体积增大，气体对外界做功，温度降低，故欧姆表读数将变大，故C错误；若拉动活塞使气缸内气体体积增大，则需加一定的力，是克服内外气压差做功，故D错误；故选B．
5．D
【详解】
AC．题图为p-t图像转化p-T图像，则可知为一条过坐标原点的直线，该气体做等容变化，外界对气体不做功，温度升高，内能增加，必定从外界吸收热量，AC错误；
B．随着压强增大，气体的温度也增大，分子平均动能增大，B错误；
D．由于气体体积不变，分子数密度不变，但分子平均速率增加，所以单位时间碰撞到单位面积上的分子数增多，D正确；
故选D。
6．C
【详解】
A．因为，所以，气体在A、B两状态时的温度相等。由图像可知，由状态A到状态B的过程中，气体温度先升高后降低。A错误；
B．因为气体在A、B两状态时的温度相等，所以内能不变，根据热力学第一定律
气体从外界吸收的热量等于气体对外界所做的功。B错误；
C．由状态B到状态C的过程中，外界对气体做的功为
C正确；
D．由状态C到状态A的过程中，温度升高，气体内能增大，因为体积不变，所以气体吸收的热量等于气体内能的增加。D错误。
故选C。
7．C
【详解】
A．根据理想气体状态方程可得
=C
=C
所以有
=
即气体在状态a时的温度低于在状态c时的温度，故A正确，不符题意；
B．a→b的过程中，气体体积不变，压强增大，则温度升高，即气体分子密集程度不变，分子平均动能增加，B正确，不符题意；
C．b→c 的过程中，气体体积变大，气体分子密集程度减小，温度不变，C错误，符合题意；
D．c→d的过程中，温度降低，气体内能减小，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可得气体放出的热量大于外界对气体做的功，D正确，不符题意；
故选C。
8．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．
9．C
【详解】
A．从开始打气到打气结束的过程是外界对车胎内气体做功，故A错误；
B．打气结束到拔出气门芯前由于热传递，车胎内气体内能减少，故B错误；
C．拔掉气门芯后车胎内气体冲出对外界做功，气体内能急剧减少，故C正确；
D．放气后静置一段时间由于热传递车胎内气体温度上升，故D错误。
故选C。
10．B
【详解】
因高压空气急剧外逸时，气体没有时间充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程。气体对外做功，内能减小，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同。对筒内剩余气体分析，属于等容升温过程，其压强要变大，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外。
故选B。
11．D
【详解】
一定质量的0℃的水，在它凝固成0℃冰的过程中温度不变，分子动能不变；体积增大，对外做功，内能减小，而动能不变，则分子势能减小，故选D。
12．ADE
【详解】
A．气体对外界做功，则体积变大，选项A正确；
B．气体体积变大，则密度减小，选项B错误；
CDE．气体吸收的热量大于气体对外做功，根据热力学第一定律，则气体内能变大，温度升高，分子的平均动能变大，选项C错误，DE正确。
故选ADE。
13．BC
【详解】
A．题意可知从状态a到状态b是圆弧而不是双曲线，所以不是等温膨胀过程，故错误；
B．状态a到状态c，气体压强相等，体积增大，根据理想气体状态方程
可知其温度必定升高，内能增加，又对外界做功，根据热力学第一定律，有
气体吸收热量,故B正确；
C．据上一选项分析，在状态c，气体体积较大，分子数密度较小，气体温度升高导致分子平均动能增加，在保持压强不变的情况下单位时间撞击单位面积的次数一定较少，故C正确；
D．状态a经b、c、d回到状态a，气体的温度不变，内能不变，外界对气体做功等于图形的面积，根据热力学第一定律，有
气体放出热量，D错误。
故选BC。
14．CD
【详解】
A. 教室内看到透过窗子的“阳光柱”里粉尘颗粒杂乱无章的运动，是固体小颗粒在气体中的运动，这种运动是空气的流动引起的，不是布朗运动，故A项与题意不相符；
B. 热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但不会自发地从低温物体传到高温物体，而不引起其他方面的变化，故B项与题意不相符；
C. 根据热力学第一定律知：△U=Q+W=-1.5×105J+2.0×105J=5×104J，故C项与题意相符；
D. 由理想气体状态方程知一定质量的理想气体，如果保持温度不变，体积越小，压强越大，故D项与题意相符。
15．（1）22kg（2）44J
【详解】
(1)初态对活塞由平衡知识可知：
放上物块再次稳定后：
此时对活塞：
解得：
(2)对活塞的全过程由动能定理：
活塞队气体做功-W，根据热力学第一定律：
其中从底部热交换耗散于外界环境的热量为Q，联立解得：
16．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）根据盖-吕萨克定律，有
得
（2）气体对活塞做功
（3）根据热力学第一定律，内能的变化