3.2热力学第一定律 同步练习4（Word版含答案）

3.2热力学第一定律 精选练习4（解析版）
一、选择题
1．一定质量的理想气体，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
2．如图所示为一定质量气体的绝热变化图像（实线）。图中虚线为某条等温线，则气体在上述过程中温度（　　）
A．一直升高 B．一直减小 C．先升高后降低 D．先降低后升高
3．下列说法正确的是（　　）
A．物体放出热量，其内能一定减少
B．外界对物体做功，其内能一定增加
C．物体吸收热量同时对外做功，其内能一定减少
D．物体吸收热量且外界对物体做功，其内能一定增加
4．如图所示，在斯特林循环的p-V图像中，一定质量的理想气体从状态a依次经过状态b、c和d后再次回到a，整个循环由两个等容过程ab、cd和两个等温过程bc、da组成，则（　　）
A．a→b过程，外界对气体不做功，气体内能不变
B．b→c过程，气体对外界做功，气体内能减少
C．c→d过程，气体向外界放热，气体内能减少
D．整个循环过程中，气体对外界做功小于气体从外界吸收的热量
5．下列说法正确的是（　　）
A．对物体做功，同时物体放热，物体的内能一定减小
B．对物体做功，同时物体吸热，物体的内能一定减小
C．物体对外做功，同时放热，物体的内能一定减小
D．物体对外做功，同时吸热，物体的内能一定减小
6．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
7．某开口容器内的空气温度与容器外的相同，现对该容器内空气加热，当容器内空气温度高于容器外空气温度时（　　）
A．容器内空气的压强比容器外的小 B．容器内空气的密度比容器外的大
C．容器内空气分子的平均动能比容器外的大 D．容器内空气对容器外空气做了负功
8．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
9．一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
10．如图所示，在斯特林循环的p-V图像中，一定质量的理想气体从状态a依次经过状态b、c和d后再次回到a，整个循环由两个等容过程ab、cd和两个等温过程bc、da组成，则（　　）
A．a→b过程，外界对气体不做功，气体内能不变
B．b→c过程，气体对外界做功，气体内能减少
C．c→d过程，气体向外界放热，气体内能减少
D．整个循环过程中，气体对外界做功小于气体从外界吸收的热量
11．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
12．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　）
A．物体内部所有分子动能的总和叫做物体的内能
B．一定质量的 冰融化为的水时，分子势能增加
C．一定质量的理想气体放出热量，它的内能一定减小
D．通电时电阻发热，它的内能增加是通过“热传递”方式实现的
13．以下说法正确的是（　　）
A．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，仅与单位体积内的分子数有关
B．用a mL的纯油酸配制成b mL的油酸酒精溶液，则每1mL此溶液中含有油酸mL
C．显微镜下观察到墨水中的小碳粒在不停地做无规则运动，这反映了碳分子运动的无规则性
D．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力
E.体积可变的绝热密闭容器中一定质量的气体体积增大，其内能一定减少
14．如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为1.5 × 105Pa，经历A→B→C→A的过程，已知B→C过程中气体做功数值是C→A过程中气体做功数值的3倍，下列说法中正确的是（ ）
A．C→A的过程中外界对气体做功300J
B．B→C的过程中气体对外界做功600J
C．整个过程中气体从外界吸收600J的热量
D．整个过程中气体从外界吸收450J的热量
15．关于物体的内能，下列说法中正确的是（　　）
A．相同质量的两种物体，升高相同的温度，内能增量一定相同
B．一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少
C．一定量气体克服外界压力膨胀，但不吸热也不放热，内能一定减少
D．一定量气体吸收热量而保持体积不变，内能可能减少
二、解答题
16．如图所示，水平地面上放置一个内壁光滑的绝热汽缸，汽缸开口朝上，缸内通过轻质活塞封闭一部分气体。初态时气体压强为一个大气压，温度为27 ℃，活塞到汽缸底部距离为30 cm。现对缸内气体缓慢加热到427 ℃，缸内气体膨胀而使活塞缓慢上移，这一过程气体内能增加了100 J。已知汽缸横截面积为50 cm2，总长为50 cm，大气压强为1.0×105 Pa。汽缸上端开口小于活塞面积，不计活塞厚度，封闭气体可视为理想气体。求：
（1）活塞刚到气缸顶部时封闭气体的温度；
（2）末态时（427 ℃）缸内封闭气体的压强；
（3）封闭气体共吸收了多少热量。
17．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．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。
2．B
【详解】
由图可知，气体绝热变化时，体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律判断可知气体的内能减少，温度降低，根据可知气体的一直在减小，所以该过程中温度一直降低。
故选B。
3．D
【详解】
A．物体放出热量，若外界对物体做功，则物体的内能不一定减少，选项A错误；
B．外界对物体做功，若物体放热，则其内能不一定增加，选项B错误；
C．物体吸收热量同时对外做功，若吸收的热量大于对外做功，则其内能增加，选项C错误；
D．物体吸收热量且外界对物体做功，其内能一定增加，选项D正确。
故选D。
4．C
【详解】
A． a→b过程，为等容变化，外界对气体不做功，由
可得
故气体的内能增大，故A错误；
B． b→c过程，为等温变化，气体内能不变，体积增大，气体对外界做功，故B错误；
C． c→d过程，为等容变化，气体对外界不做功，由
可得
则气体内能减少，由热力学第一定律
可得c→d过程，气体向外界放热，故C正确；
D．整个循环过程中，气体内能不变，根据热力学第一定律可知气体对外界做功等于气体从外界吸收的热量，故D错误。
故选C。
5．C
【详解】
A．对物体做功，同时物体放热，根据热力学第一定律可知，当对物体做的功大于物体放出的热量时，物体的内能将增大，故A错误；
B．对物体做功，同时物体吸热，根据热力学第一定律可知，物体的内能一定增大，故B错误；
C．物体对外做功，同时放热，根据热力学第一定律可知，物体的内能一定减小，故C正确；
D．物体对外做功，同时吸热，根据热力学第一定律可知，当物体吸收的热量大于对外做的功时，物体的内能将增大，故D错误。
故选C。
6．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。
7．C
【详解】
A．因为是开口容器，则容器内空气的压强等于容器外的压强，选项A错误；
B．容器内空气气体的温度升高，体积变大，则容器内气体的密度比容器外的小，选项B错误；
C．温度是分子平均动能的标志，因为容器内空气气体的温度高，则容器内空气分子的平均动能比容器外的大，选项C正确；
D．容器内空气体积膨胀，则对容器外空气做了正功，选项D错误。
故选C。
8．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。
9．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。
10．C
【详解】
A． a→b过程，为等容变化，外界对气体不做功，由
可得
故气体的内能增大，故A错误；
B． b→c过程，为等温变化，气体内能不变，体积增大，气体对外界做功，故B错误；
C． c→d过程，为等容变化，气体对外界不做功，由
可得
则气体内能减少，由热力学第一定律
可得c→d过程，气体向外界放热，故C正确；
D．整个循环过程中，气体内能不变，根据热力学第一定律可知气体对外界做功等于气体从外界吸收的热量，故D错误。
故选C。
11．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。
12．B
【详解】
A．根据内能的定义可知，物体内部所有分子的分子动能与分子势能的总和叫做物体的内能，A错误；
B．一定质量的的冰熔化为的水时要吸收热量，内能增大，由于温度不变，则分子的平均动能不变，故分子势能增加，B正确；
C．一定质量的理想气体放出热量的同时如果外界对它做功，则它的内能可能不变，C错误；
D．通电时电阻发热，它的内能增加是通过电流做功的方式实现的，D错误。
故选B。
13．BDE
【详解】
A．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内的分子数有关，还与分子平均速率有关，故A错误；
B．用a mL的纯油酸配制成b mL的油酸酒精溶液，则每1mL此溶液中含有油酸
V=mL
故B正确；
C．墨水中的碳粒的运动是因为大量水分子对它的撞击作用力不平衡导致向各方向运动，并且没有规则，故C错误；
D．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，液体分子间表现为引力，在宏观上表现为液体表面存在表面张力，故D正确；
E．一定量的某种理想气体绝热膨胀过程中体积增大，对外做功，但同时与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知气体的内能减小，故E正确。
故选BDE。
14．AC
【详解】
A．在C→A过程中，气体体积减小，外界对气体做功，根据
WCA = pV
得
WCA = 300J
A正确；
B．由题知B→C过程中气体做功数值是C→A过程中气体做功数值的3倍，则B→C的过程中气体对外界做功900J，B错误；
CD．A→B→C→A整个过程中，温度不变，则内能U = 0，A→B过程，气体体积不变，做功为零；B→C的过程中气体对外界做功900J；C→A的过程中外界对气体做功300J，根据热力学第一定律
U = W + Q
表达式中的W表示外界对气体做的功，故
W = WCA - WBC = - 600J，Q = U - W = 600J
则整个过程中气体从外界吸收600J的热量，C正确、D错误。
故选AC。
15．BC
【详解】
A．内能的改变不仅仅决定于温度的变化，还与物体的比热、质量、体积等因素有关，由于两物体比热可能不同，所以内能增量可能不同，故A错误；
B．一定量0℃的水结成0℃的冰，要放出热量，内能一定减少，故B正确；
C．在无传热的情况下，气体膨胀对外做功，内能一定减少。故C正确；
D．气体体积不变，即意味着气体不对外界做功，外界也不对气体做功，气体吸收热量，则内能一定会增加，故D错误。
故选BC。
16．（1）T2＝500K，即227 ℃；（2）1.4×105Pa；（3）200J
【详解】
（1）由题意可知，在活塞移动到汽缸口的过程中，气体发生的是等压变化。设活塞的横截面积为S，活塞未移动时封闭气体的温度为T1，活塞恰好移动到汽缸口时，封闭气体的温度为T2，则由盖—吕萨克定律可知
又
解得
即227℃。
（2）因为227 ℃<427 ℃，所以气体接着发生等容变化。设当气体温度达到427 ℃时，封闭气体的压强为p，由查理定律可得
又
代入数据可得
（3）由题意可知，气体膨胀过程中活塞移动的距离
故大气压力对封闭气体所做的功为
代入数据解得
由热力学第一定律
得
即封闭气体共吸收的热量为200 J。
17．（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