3.2热力学第一定律 同步练习3（Word版含答案）

3.2热力学第一定律 精选练习3（解析版）
一、选择题
1．一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p－T图象如图所示，下列判断正确的是（　　）
A．过程ab中气体一定放出热量
B．过程bc中气体一定吸收热量
C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D．过程ca中气体的内能保持不变
2．回热式制冷机是一种深低温设备，制冷极限约50 K。某台回热式制冷机工作时，一定量的氦气（可视为理想气体）缓慢经历如图所示的四个过程：已知状态A和B的温度均为27 ℃，状态C和D的温度均为 ℃，下列判断正确的是（　　）
A．气体由状态A到B过程，温度先降低后升高
B．气体由状态B到C过程，内能保持不变
C．气体由状态C到D过程，分子间的平均间距减小
D．气体由状态C到D过程，气体对外做功
3．下列说法中错误的是（　　）
A．图甲中，洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力必须大于玻璃板的重力，其原因是水分子和玻璃分子之间存在吸引力
B．图乙中，表面层内分子间距离比液体内部的大，是因为表面层内液体分子间的斥力较大
C．图丙中，食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性
D．图丁中，猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，可看做是绝热变化
4．为适应太空环境，去太空执行任务的航天员都要穿上航天服，航天服有一套生命保障系统，为航天员提供合适的温度、氧气和气压，让航天员在太空中如在地面上一样，假如在地面上航天服内气压为1atm，气体体积为2L，到达太空后由于外部气压低，航天服急剧膨胀，内部气体体积变为4L，使航天服达到最大体积，假设航天服内气体可视为理想气体且温度不变，将航天服视为封闭系统（　　）
A．由地面到太空过程中航天服内气体分子平均动能减小
B．由地面到太空过程中航天服内气体的分子数密度不变
C．由地面到太空过程中航天服内气体放热
D．若开启航天服生命保障系统向航天服内充气，使航天服内的气压缓慢达到0.9atm，则需补充1atm的等温气体1.6L
5．下列说法正确的是（　　）
A．一物质在某状态下是晶体，在一定条件下，它可能变为非晶体
B．某气体温度升高，单位时间内分子撞击器壁单位面积上的次数一定增大
C．气体从外界吸热，其分子平均动能一定增大
D．人们可以直接观察到墨水在清水中的扩散现象，说明肉眼可以直接观察到墨水分子的运动
6．一定质量的理想气体从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其V-T图象如图所示，pa、、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列判断正确的是（　　）
A．状态a、b、c的压强大小满足
B．a到b过程中气体内能减小
C．b到c过程中气体放出热量
D．c到a过程中每一个分子的速率都不变
7．夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变化，气泡内的气体看作理想气体。则上升过程中（　　）
A．气泡内气体内能不变 B．气泡内气体的压强不变
C．气泡体积不变 D．气泡内气体吸热
8．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
9．分子动理论较好地解释了物质的宏观热力学性质。下列说法正确的是（　　）
A．分子间距离减小，分子间的引力和斥力都增大
B．液体分子的无规则运动称为布朗运动
C．分子间距离增大，分子势能一定减小
D．物体对外做功，物体内能一定减小
10．在温度均匀且恒定的水池中，有一小气泡（其内部气体可视作理想气体）正在缓慢向上浮起，体积逐渐膨胀，在气泡上浮的过程中（　　）
A．气泡内的气体向外界放出热量
B．气泡内的气体与外界不发生热传递，其内能不变
C．气泡内的气体对外界做功，其内能减少
D．气泡内的气体对外界做功，同时从水中吸收热量，其内能不变
11．封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态A变到状态D，其体积V与热力学温度T关系如图所示，三点在同一直线上。则（　　）
A．由状态A变到状态B程中，气体放出热量
B．由状态B变到状态C过程中，气体从外界吸收热量，内能增加
C．C状态气体的压强小于D状态气体的压强
D．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
12．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　）
A．该气体放出热量时，其内能一定减少
B．该气体膨胀对外做功时，其内能一定减少
C．该气体吸收热量同时对外膨胀做功，其内能可能增加
D．该气体放出热量同时膨胀对外做功，其内能可能不变
13．如图所示，吊在天花板下的导热汽缸中有一个可无摩擦上下移动且不漏气的活塞A，活塞A的下面吊着一个重物，汽缸中封闭着一定量的理想气体。起初各部分均静止不动，外界大气压保持不变，针对汽缸内的气体，当状态缓慢发生变化时，下列判断正确的是（　　）
A．迅速向下拉动活塞，缸内气体温度降低
B．当活塞向下移动时，外界一定对气体做正功
C．若汽缸导热良好，保持环境温度不变，缓慢增加重物的质量，气体一定会吸热
D．环境温度升高，气体的压强一定增大
14．如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历过程到达状态E，其中的延长线经过原点，与横轴平行，与纵轴平行。下列说法正确的是（　　）
A．过程中气体的体积不变
B．过程中气体的体积变小
C．过程中气体的体积变大
D．过程气体与外界没有热交换
15．关于热学现象和热学规律，下列说法正确的是（　　）
A．布朗运动就是液体分子的热运动
B．用滴管滴液滴，滴出的液滴总是呈球形，这是液体表面张力的缘故
C．凡是具有规则的几何形状的物体必定是晶体
D．用活塞压缩汽缸里的气体，外界对气体做功，气体的内能增加，则气体对外界放热
E.第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律
二、解答题
16．如图所示，一个绝热的气缸竖直放置，内有一个绝热且光滑的活塞，中间有一个固定的导热性良好的隔板，隔板将气缸分成两部分，分别密封着两部分理想气体A和活塞的质量为1kg，横截面积为，与隔板相距1m。现通过电热丝缓慢加热气体，当A气体吸收热量120J时，活塞上升了1m，此时气体的温度为已知大气压强为，重力加速度为。
（1）加热过程中，若A气体内能增加了，求B气体内能增加量；
（2）现停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当活塞恰好回到原来的位置时A气体的温度为求此时添加砂粒的总质量。
17．某孵化设备制造厂出厂了一批鸡蛋孵化器，当孵化器内部的温度和相对湿度适合时能孵出小鸡。一次在检测孵化器内部性能时，工作人员往孵化器中加入一定质量的某种气体后密封，然后进行一系列操作使气体依次经历A→B→C→A的三个阶段。该过程的p-T图象可简化成下图。已知pA=0.8×105Pa，TA=300K，VC=0.12m3，TC=360K。孵化器中的气体可视为理想气体。求：
（1）pB的大小；
（2）若B→C过程中气体对外界做功2000J，则气体从A→B→C→A的整个过程中是吸热还是放热？吸收或者放出热量是多少。
参考答案
1．B
【详解】
A．由图示可知，ab过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，即
气体温度升高，内能增大，即
由热力学第一定律
可知
所以，气体吸收热量，故A错误；
B．由图示图象可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，即
压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，气体对外做功
由热力学第一定律
可知
气体吸热，故B正确；
CD．由图象可知，ca过程气体压强不变，温度降低，由盖吕萨克定律可知，其体积减小，外界对气体做功，即
气体温度降低，内能减少，即
由热力学第一定律
可知
所以，气体要放出热量，且过程ca中外界对气体所做的功小于气体所放热量，故CD错误；
故选B。
2．D
【详解】
A．如图所示，因为等温线离O点越远，温度越高，所以气体由状态A到B过程，温度先升高后降低，选项A错误；
B．由图示图线可知，气体由状态到过程，气体体积不变而压强减小，由理想气体状态方程可知，气体温度降低，气体内能减小，选项B错误；
C．由图示图线可知，气体由状态到过程，气体体积增大，分子间的平均间距增大，故C错误；
D．由图示图线可知，气体由状态到过程，气体体积增大，气体对外做功，选项D正确。
故选D。
3．B
【详解】
A．图甲中，洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力必须大于玻璃板的重力，其原因是水分子和玻璃分子间存在引力，A正确，不合题意；
B．图乙中，表面层内分子间距离比液体内部的大，所以表面层内液体分子间的引力较大，B错误，符合题意；
C．图丙中，食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，C正确，不合题意；
D．图丁中，猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，气体来不及向外传递热量，可看做是绝热变化，D正确，不合题意。
故选B。
4．D
【详解】
A．航天服内，温度不变，气体分子平均动能不变，选项A错误；
B．航天服内气体质量不变，分子数不变，体积膨胀，单位体积内的分子数减少，即航天服内气体的分子数密度减小，选项B错误；
C．航天服内气体因为体积膨胀对外做功，而航天服内气体温度不变，即气体内能不变，由热力学第一定律可知气体吸热，选项C错误；
D．设需补充latm气体V′后达到的压强为p3＝0.9atm，取总气体为研究对象，由玻意耳定律得
p1（V1+V′）＝p3V2
解得
V′＝1.6L
选项D正确。
故选D。
5．A
【详解】
A．晶体和非晶体在适当的条件下可以互相转化．例如天然石英是晶体，熔融过的石英却是非晶体，A正确；
B．一定质量的气体，若体积保持不变时，温度升高时单位时间内分子撞击器壁单位面积上的次数增大，B错误；
C．气体从外界吸热，内能不一定增大，其分子平均不一定增大，C错误；
D．分子很小，分子运动是无法用肉眼观察的，D错误。
故选A。
6．C
【详解】
A．a到b为等容变化，有
解得
a到c过程，为等温变化，有
解得
综上可得
故A错误；
B．a到b过程中，温度升高，内能增大，故B错误；
C．b到c过程中温度降低，内能减小，即
体积减小，外界对气体做功
由热力学第一定律可知
即气体放出热量，故C正确；
D．温度时平均动能的标志，是大量分子运动的统计结果，对单个分子没有意义，故D错误。
故选C。
7．D
【详解】
BC．气泡内气体压强
p=p0+ρgh
气泡升高过程中，其压强减小；越接近水面，湖内水的温度越高，气体的温度升高，根据理想气体状态方程
可知，体积一定增大，故气泡内气体对外界做功，故BC错误；
AD．湖内水的温度越高，气体的温度升高，气体内能增大，由上分析可知体积增大，气泡内气体对外界做功，根据热力学第一定律可知气泡内气体吸热，故A错误，D正确。
故选D。
8．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。
9．A
【详解】
A．分子间存在相互作用的引力和斥力，引力和斥力都随分子间距离的减小而增加，随分子间距的增大而减小，故A正确；
B．布朗运动是指悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，不是液体分子的无规则运动，是液体分子无规则热运动的反映，故B错误；
C．当分子力表现为引力时，分子力总是随分子间距离的增大而减小，因克服分子力做功，分子势能总是随分子间距离的增大而增大，故C错误；
D．物体对外做功，若气体吸收热量，则其内能不一定减小，故D错误。
故选A。
10．D
【详解】
气泡体积增大，对外做功，由于温度不变，分子的平均动能不变，气泡内气体内能不变，根据
可知，气体吸收热量，选项ABC错误，D正确。
故选D。
11．D
【详解】
A．气体从状态A到状态B体积不变，发生的是等容变化，气体不做功
温度升高，内能增加
根据热力学第一定律
知
气体吸收热量，故A错误；
B．由状态B变到状态C的过程中，温度不变，内能不变
体积变大，气体对外界做功，根据热力学第一定律
知
气体吸收热量，故B错误；
C．气体从C到D发生等容变化，根据查理定律知，所以C状态气体的压强大于D状态气体的压强，故C错误；
D．A点和D点在过原点的连线上，说明气体由A到D压强不变，体积增大，分子的密集程度减小，状态D温度高，分子的平均动能大，状态A和状态D压强相等，根据压强的微观解释可知，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。
12．C
【详解】
A．由可知，改变物体内能的方式有两种：做功和热传递，该气体放热，，但做功未知，所以内能不一定减少，故A错误；
B．该气体对外做功，，但未知，所以内能不一定减少，故B错误；
C．该气体吸收热量，，同时对外做功，，可能是正值也可能是负值，所以内能可能增加，故C正确；
D．该气体放出热量，，同时对外做功，，所以，即气体内能一定减少，故D错误。
故选C。
13．AC
【详解】
A．迅速向下拉动活塞，缸内气体对外做功且来不及吸热，气体内能减小，所以温度降低，故A正确；
B．当活塞向下移动时，气体对外界做功，外界对气体做负功，故B错误；
C．若汽缸导热良好，保持环境温度不变，缓慢增加重物的质量，活塞下降，气体体积增加，对外做功，而内能不变，由热力学第一定律知气体一定会吸热，故C正确；
D．以活塞为研究对象
pS＋mg＝p0S
若环境温度升高，气体的压强不变，故D错误。
故选AC。
14．AC
【详解】
A．AB直线过原点，即为等容过程，故A正确。
B．BC过程压强不变，温度升高，所以内能变大，根据公式
可知体积变大，故B错误；
C．过程压强减小，温度升高，根据公式
可知体积变大，故C正确；
D．DE过程温度不变，内能不变，压强降低，根据公式
可知，体积升高，气体对外做功，根据热力学第一定律：，可知气体对外做功等于气体吸收的热量，故D错误。
故选AC。
15．BDE
【详解】
A．布朗运动是指悬浮在液体内的固体颗粒的无规则运动，是液体分子热运动的表现，故A错误；
B．用滴管滴液滴，滴出的液滴总是呈球形，这是液体表面张力的缘故，故B正确；
C．自然形成的几何形状是由于分子间具有规则的空间点阵结构，所以具有规则的天然几何形状的物体必定是单晶体，但由于其他原因而具有规则的几何形状的物体不一定是晶体，故C错误；
D．用活塞压缩汽缸里的气体，对气体做功，气体的内能增加，由热力学第一定律可知
所以气体向外界放热，故D正确；
E．第一类永动机不可能制成是因为它违背了能量守恒定律，故E正确。
故选BDE。
16．（1）；（2）
【详解】
（1）气体对外做功，B气体对外做功
由热力学第一定律得
解得
（2）B气体的初状态
B气体末状态
由理想气体状态方程得
解得
17．（1）；（2）吸热，400J
【详解】
（1）由图可知， B→C为等温变化，则有
TB=TC=360K
C→A为等压变化，则有
A→B为等容变化，根据查理定律可得
解得
（2）B→C为等温变化，根据玻意耳定律可得
解得
则有
C→A为等压过程，体积减小，外界对气体做功为
则气体从A→B→C→A的整个过程中，根据热力学第一定律可得
代入数据，解得
则整个过程中是吸热，吸收的热量是400J。