-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 精选练习2（解析版）
一、选择题
1．如图所示，气缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板（固定），封闭着两部分气体和，活塞处于静止平衡状态。现通过电热丝对气体加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与气缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是（　　）
A．气体吸热，但对外做功，内能不变
B．气体吸热，对外做功，内能不变
C．气体和气体内每个分子的动能都增大
D．气体分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数减少
2．如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程到达状态b，再经过等温过程到达状态c，最后经等压过程回到状态a。下列说法正确的是（　　）
A．在过程中气体的内能减少
B．在过程中气体从外界吸收热量
C．在过程中气体从外界吸收热量
D．过程中气体对外界做的功与过程中外界对气体做功的大小相等
3．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是（　　）
A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能
B．电灯发光是电能转化为光能
C．核电站发电是电能转化为内能
D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
4．关于以下四幅图有关说法中正确的是（　　）
A．图甲为中间有隔板的绝热容器，隔板左侧装有温度为T的理想气体，右侧为真空。现抽掉隔板，气体的最终温度小于T
B．图丁中由于液体浸润管壁，管中液体能上升到一定高度，利用此原理想把地下的水分引出来，就用磙子压紧土壤
C．图丙为同一气体在0℃和100℃两种不同情况下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线，两图线与横轴所围面积不相等
D．图乙为布朗运动示意图，悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞的液体分子越多，撞击作用的不平衡性表现的越明显
5．如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体（　　）
A．内能减少
B．对外界做正功
C．增加的内能大于吸收的热量
D．增加的内能等于吸收的热量
6．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中（　　）
A．气体对外界做功，温度降低，内能减少
B．气体对外界做功，温度不变，内能减少
C．气体不做功，温度不变，内能不变
D．气体不做功，温度不变，内能减少
7．如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个过程，先后到达状态B和C。有关A、B和C三个状态温度TA、TB和TC的关系，正确的是（　　）
A．TA＜TB，从状态A到状态B的过程中，气体的内能不变
B．TA＞TB，从状态A到状态B的过程中，气体的内能减少
C．TB＜TC，从状态B到状态C的过程中，气体的内能增加
D．TB＞TC，从状态B到状态C的过程中，气体的内能减少
8．如图所示，某容器装有一定质量的理想气体，气体经历了A→B→C→A的循环过程，其中A→B是等温过程，B→C是绝热过程，则（　　）
A．A→B过程，每个气体分子动能保持不变
B．B→C过程，气体温度升高
C．B→C过程，单位时间内气体碰撞单位面积器壁的分子数减少
D．整个循环过程中，气体放热
9．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
10．一定质量的理想气体从状态开始，经历等压或等容过程，又回到初始状态，其图像如图所示。其中构成一个正方形，其对角线的反向延长线过原点，下列判断正确的是（　　）
A．气体在两个状态的温度相等
B．过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数目不变
C．过程中，气体对外界做的功小于气体从外界吸收的热量
D．过程中气体对外界做的功等于过程中外界对气体做的功
11．下列四幅图的有关说法中正确的是（　　）
A．分子间距小于范围内，随分子间距离减小，分子势能先减小后增大
B．水面上的单分子油膜，在测量分子直径d大小时可把分子当做球形处理
C．食盐中的钠、氯离子按一定规律分布，具有各向同性，所以食盐属于非晶体
D．猛推木质推杆，密闭的气体可看做是绝热变化，气体对外做功，内能增大温度升高
12．如图所示，水平固定不动、导热性能良好的气缸内用活塞封闭着一定质量的空气，外界温度恒定，一条细线的左端连接在活塞上，另一端跨过定滑轮后连接在一个小桶上，开始时活塞静止、现在不断向小桶中添加细沙，使活塞缓慢向右移动（活塞始终未被拉出气缸），忽略气体分子间的相互作用，则在活塞移动过程中，下列说法正确的是（　　）
A．气缸内气体分子的平均动能变小 B．气缸内气体的压强变小
C．气缸内气体向外放出热量 D．气缸内气体从外界吸收热量
13．一定质量的理想气体由状态a经状态b、c到状态d，其体积V与热力学温度T关系如图所示，o、a、d三点在同一直线上，和平行于横轴，平行于纵轴，则下列说法正确的是（　　）
A．从状态a到状态b，气体吸收热量
B．从状态a到状态b，每个气体分子的动能都增大
C．从状态c到状态d，气体的密度不变
D．从状态b到状态c，气体对外做功，内能减小
14．下列说法正确的是（　　）
A．足球充足气后很难压缩，是因为足球内气体分子间斥力作用的结果
B．一定质量的理想气体经过等容过程，吸收热量，其内能一定增加
C．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度有关
D．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，会使分子直径计算结果偏大
二、解答题
15．某同学估测室温的装置如图所示，用绝热的活塞封闭一定质量的理想气体，气缸导热性能良好。室温时气体的体积，将气缸竖直放置于冰水混合物中，稳定后封闭气体的体积。不计活塞重力及活塞与缸壁间的摩擦，室内大气压，阿伏加德罗常数。（取）
（1）求室温是多少；
（2）若已知该气体在、0℃灯时的摩尔体积为，求气缸内气体分子数目N；（计算结果保留两位有效数字）
（3）若已知该气体内能U与温度T满足，则在上述过程中该气体向外释放的热量Q。
16．空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了的功，同时空气的内能减少了。求：
（1）问在这一过程中空气向外界放出热量还是吸收热量？
（2）热量为多少？
参考答案
1．D
【详解】
A．对A气体加热时，A气体的温度升高，体积不变，不对外做功，由于理想气体的内能由温度决定，则气体A吸热，内能增加，所以A错误；
B．气体B做等压变化，体积增大，温度升高，则气体B吸热，对外做功，内能增大，所以B错误；
C．气体A和气体B内分子的平均动能增大，但每个分子的动能不一定增大，所以C错误；
D．由于气体B的体积增大，压强不变，温度升高，则气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少，所以D正确；
故选D。
2．B
【详解】
A．在过程中，体积不变，压强变大，则温度升高，气体的内能增加，选项A错误；
B．在过程中，气体温度不变，内能不变，体积变大，对外做功，则气体从外界吸收热量，选项B正确；
C．在过程中压强不变，体积减小，外界对气体做功，温度减低，内能减小，则气体向外放热，选项C错误；
D．因p-V图像与坐标轴围成的面积等于气体做功，则由图像可知，过程中气体对外界做的功大于过程中外界对气体做功的大小，选项D错误。
故选B。
3．B
【详解】
A．用太阳灶烧水是光能转化为内能，故A错误；
B．电灯发光是电能转化为光能，故B正确；
C．核电站发电是核能转化为电能，故C错误；
D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是化学能转化为内能，故D错误；
故选B。
4．B
【详解】
A．图甲为中间有隔板的绝热容器，隔板左侧装有温度为T的理想气体，右侧为真空。现抽掉隔板，气体不对外界做功也没有热传递，所以气体的最终温度等于T，A错误；
B．图丁中由于液体浸润管壁，管中液体能上升到一定高度，利用此原理想把地下的水分引出来，就用磙子压紧土壤，有利于毛细想象的发生，B正确；
C．图像的面积代表各个速率区间的分子数占总分子数的百分比的总和，即100％，所以两图线与横轴所围面积相等，C错误；
D．图乙为布朗运动示意图，悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞的液体分子越多，撞击作用的平衡性表现的越明显，D错误。
故选B。
5．B
【详解】
A．由于越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小瓶上浮的过程中，小瓶内温度升高，内能增加，A错误；
B．在小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度逐渐升高，压强逐渐减小，根据理想气体状态方程
气体体积膨胀，对外界做正功，B正确；
CD．由AB分析，小瓶上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根据热力学第一定律
由于气体对外做功，因此吸收的热量大于增加的内能，CD错误。
故选B。
6．C
【详解】
气体在真空中自由膨胀时，对外不做功，又因为该过程绝热，由热力学第一定律
知气体内能不变，温度不变，因而C正确,ABD错误。
故选C。
7．D
【详解】
AB．由图可知，状态A到状态B是一个等压过程，根据
因为
则有
从A到B，温度升高，内能增加，故AB错误；
CD．状态B到状态C是一个等容过程，根据
因为
则有
从B到C，温度降低，内能减小，故C错误，D正确。
故选D。
8．C
【详解】
A．A→B过程，温度不变，说明气体分子平均动能不变，而并非指每个气体分子的动能均保持不变，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，故B错误；
C．B→C过程，气体的体积增大，单位体积内的分子数变少，气体分子的密集程度降低，单位时间内对器壁的碰撞次数减少，故C正确；
D．整个循环过程中，根据W=pΔV可知气体对外做功大于外界对气体做功，即
W<0
该循环过程中，气体内能不变，根据
ΔU＝Q＋W
可知气体吸热，故D错误。
故选C。
9．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。
10．C
【详解】
A．图像的等温线是一条双曲线，所以气体在两个状态的温度不相等。A错误；
B．过程中，体积不变，温度降低，压强减小。因为分子数密度不变，单个分子的平均速率减小，所以单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数目减少。B错误；
C．过程中，体积增大，压强不变，温度升高。因为气体对外做功，内能增大，所以根据热力学第一定律可知气体要吸热，并且气体对外界做的功小于气体从外界吸收的热量。C正确；
D．图像的面积即为气体做功，因为过程图像面积大于过程图像的面积，所以两过程做功不等。D错误。
故选C。
11．B
【详解】
A．分子间距小于范围内，分子力表现为斥力，随着距离减小，分子力做负功，则分子势能一直增大，故A错误；
B．水面上的单分子油膜，在测量油膜分子直径d大小时把它们当作球形处理，故B正确；
C．食盐中的钠、氯离子按一定规律分布，具有各向同性，食盐属于晶体，故C错误；
D．猛推木质推杆，密闭的气体可看做是绝热变化，外界对气体做功，内能增大温度升高，故D错误。
故选B。
12．BD
【详解】
A．由于气缸是导热的，气体的温度与环境相等，保持不变，其内能和分子的平均动能不变，故A错误；
B．气体的体积增大，温度不变，根据理想气体的状态方程
可知，气体的压强减小，故B正确；
CD．气体的体积增大，气体要对外做功，由于气体的内能不变，根据热力学第一定律
可知，气体要从外界吸收热量，故C错误，D正确。
故选BD。
13．AC
【详解】
A．从状态a到状态b，温度升高，内能变大， U>0，体积不变，则W=0，则Q>0，即气体吸收热量，选项A正确；
B．从状态a到状态b，温度升高，气体分子平均动能变大，但非每个气体分子的动能都增大，选项B错误；
C．从状态c到状态d，气体体积不变，则气体的密度不变，选项C正确；
D．从状态b到状态c，体积变大，气体对外做功，温度不变，则内能不变，选项D错误。
故选AC。
14．BCD
【详解】
A．足球充足气后很难压缩，是因为足球内气体压强作用的结果，故A错误；
B．一定质量的理想气体经过等容过程，则对外做功为零，吸收热量，由热力学第一定律可知其内能一定增大，故B正确；
C．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度有关，分子密度越大，碰撞次数越多，温度越好，分子速率越大，碰撞次数越多，故C正确；
D．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，油酸的体积变大，由
可知会使分子直径计算结果偏大，故D正确。
故选BCD。
15．（1）300.3K（或27.3℃）；（2）个；（3）1.419J
【详解】
（1）由等压变化得
解得
或
（2）气缸内气体分子数目
个
解得
个
（3）根据关系式得，初状态的气体的内能为
末状态气体的内能为
内能变化量
气体经历等压变化，外界对气体做功
由热力学第一定律，得
即气体向外界释放的热量为1.419 J。
16．（1）放出热量；（2）
【详解】
（1）（2）选择被压缩的空气为研究对象，根据的热力学第一定律有
由题意可知
，
代入上式得
负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为。