3.2热力学第一定律 练习（Word版含答案）

3.2热力学第一定律 精选练习5（解析版）
一、选择题
1．一定质量的理想气体，由状态A经状态B变为状态C，其中过程为等压变化，过程为等容变化。已知状态A的温度与状态C的温度相同，下列说法正确的是（　　）
A．过程气体温度升高，密度减小
B．过程外界对气体做功，气体温度降低
C．过程气体与外界的热交换为0
D．过程气体吸收的热量小于过程气体放出的热量
2．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
3．美丽的气球是很多小孩喜欢的玩具，将气球释放，它就会在空中缓慢上升，气球体积变大.已知环境温度随高度增加而降低，气球不漏气.则在上升过程（　　）
A．球内所有气体分子的动能都减小
B．球内气体内能增大
C．外界将对球内气体做正功
D．球内气体放出的热量小于内能的减少量
4．如图所示，内壁光滑的绝热气缸固定在斜面上一定质量的绝热活塞把气缸分成a、b两部分，两部分中封闭有相同质量、相同温度的同种理想气体，初始时活塞用销钉固定，b部分气体的体积小于a部分气体的体积。现拔掉销钉活塞移动一段距离最终达到平衡状态则最终状态与初始状态相比（　　）
A．a部分气体温度可能不变 B．b部分气体压强可能不变
C．两部分气体压强之差不变 D．两部分气体内能之和增大
5．如图所示，在斯特林循环图像中，一定质量的理想气体从状态依次经过状态、和后再回到状态。其中，和为等温过程，该循环过程中，下列说法不正确的是（　　）
A．过程中，气体从外界吸收热量
B．过程中，气体分子的热运动变得更激烈
C．过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．过程中，气体分子的速率分布曲线发生变化
6．一定质量的理想气体按的顺序经历一系列状态变化，其图像如图所示。图中线段与纵轴平行，线段与纵轴垂直。气体在状态变化过程中下列叙述正确的是（　　）
A．过程气体体积增加
B．过程气体不放热也不吸热
C．过程气体分子在单位时间内撞击单位面积容器壁的次数增加
D．过程气体对外界做的功小于过程外界对气体做的功
7．如图所示，A、两装置，均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热传递，则下列说法正确的是（　　）
A．A中水银的内能增量大于中水银的内能增量
B．中水银的内能增量大于A中水银的内能增量
C．A和中水银体积相同，故内能增量相同
D．A和中水银温度始终相同，故内能增量相同
8．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
9．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
10．如图所示为某品牌的气压式电脑椅，其主要构造是由汽缸和活塞及气缸内的封闭气体组成，气缸及活塞为导热材料制成。人坐下时，向下压活塞，使气体体积减小；人离开椅子后，汽缸内的气体体积增大将椅子顶起。假设汽缸内的气体可视为理想气体，周围环境温度及大气压强恒定，则下列说法正确的是（　　）
A．人迅速坐下时，缸内气体的温度一定不变
B．人坐在椅子上不动，当环境温度降低，气体的压强将减小
C．人离开椅子后，足够长时间内，汽缸内的气体对外做的功的大小一定等于气体吸收的热量
D．人离开椅子后，气缸内气体吸收的热量一定比对外做的功少，否则违背了热力学第一定律
11．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
12．如图所示为一定质量的理想气体的图像，其中段为双曲线，则下列有关说法正确的是（　　）
A．由b到c过程中，气体从外界吸收热量
B．由c到a过程中，气体内能增加且外界对气体做功
C．由a到b过程中，外界对气体不做功，气体分子的平均动能增大
D．由b到c过程中，气体分子单位时间内对容器壁的撞击次数增加
13．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
14．关于气体，下列说法正确的是（　　）
A．压缩密闭容器中气体的过程中，越来越难压缩，是因为分子间斥力越来越大
B．一定质量的理想气体保持压强不变，温度升高，则单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数减小
C．一定质量的气体，如果体积增大，压强一定减小
D．对于一定质量的理想气体，如果体积不变，压强减小，气体一定向外界放出热量
15．一定质量的理想气体，其内能与温度成正比。在初始状态A时，体积为，压强为，温度为，该理想气体从状态A经一系列变化，最终还回到原来状态A，其变化过程的图线如图所示，其中延长线过坐标原点，在同一竖直线上，在同一水平直线上。下列说法正确的是（　　）
A．由C到A的过程中，气体的体积没有发生变化
B．从B到C的过程中，理想气体的每个气体分子的动能都增大
C．由A到B的过程，气体对外界放热
D．从B经过C到A的过程，气体的内能一直在增加
E.从B经过C到A的过程，气体从外界吸热为
二、解答题
16．如图所示，环境的热力学温度为，环境气体压强为，导热良好的汽缸直立在水平地面上，汽缸的质量,高度为。用活塞把一定质量的气体封闭在汽缸内，活塞可沿汽缸壁无摩擦地移动活塞的质量为,横截面积为S，气体可看作理想气体，质量可忽略不计。平衡时，活塞处于距汽缸底处。重力加速度为。
（1）若由于环境温度缓慢升高，活塞缓慢向上移动，温度升至某一值时，活塞向上移动了。已知密封气体的内能与热力学温度的关系为（为大于零的常数），求此过程中：
①活塞缓慢向上移动距离时气体的温度；
②密封气体从外界吸收的热量。
（2）用力缓慢向上拉动活塞，直至汽缸刚要离开地面。
①求汽缸刚要离开地面时，活塞距汽缸底的距离；
②若此过程中封闭气体需从外界吸收热量，求力做的功为多少？
17．如图所示，一质量为m=3kg、横截面积为S=10cm2的活塞静止于气缸内，气缸下部封闭着一定质量的理想气体，活塞离气缸底部的距离为L1=10cm，离气缸顶部的距离为L2=10cm，活塞被四个力传感器顶住（传感器的体积可忽略不计），此时每个传感器的示数均为F1=5N，气缸底部有一电热丝可以对封闭气体加热（电热丝未画出且体积可忽略不计），气缸和活塞都是用绝热材料做成的。已知大气压强为p0=105Pa，重力加速度为g=10m/s2开始时封闭气体的温度为T0=300K，后来用电热丝对封闭气体缓慢加热，直到活塞被气缸顶部的四个力传感器挡住此时每个传感器的示数均为F2=2.5N，若此过程中电热丝产生的热量为Q=1000J。求：
（1）末态封闭气体的温度；
（2）此过程中气体增加的内能。
参考答案
1．A
【详解】
A．根据等压变化有
可知，过程气体体积增大，温度升高，密度减小，所以A正确；
B．过程气体体积增大，气体对外界做功，气体温度升高，所以B错误；
C．过程气体的温度不变，气体的内能不变，根据热力学第一定律有
由于气体膨胀对外界做功 ，则气体从外界吸引热量，所以C错误；
D．由于过程气体从外界吸引热量，则过程气体吸收的热量大于过程气体放出的热量，所以D错误；
故选A。
2．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。
3．D
【详解】
A．球内气体温度降低，可知气体分子平均动能减小，但不是所有气体分子的动能都减小，选项A错误；
B．球内气体温度降低，则气体的内能减小，选项B错误；
C．气球的体积变大，则球内气体对外界做功，选项C错误；
D．因气体对外界做功，气体内能减小，则球内气体放出的热量小于内能的减少量，选项D正确。
故选D。
4．D
【详解】
根据热力学知识可知b部分气体压强较大，又活塞受到重力沿斜面的分力，所以拔掉销钉后，活塞下降，根据热力学第一定律
由于两部分气体都是绝热的，可知为零，既不吸热也不放热，b部分气体对a部分气体做功，即有
因此b内能减小，温度降低，a内能增加，温度升高，活塞下移，活塞的重力势能减小，根据能量守恒定律可知活塞重力势能的减少量等于a、b两部分气体内能的增大量，；两部分气体的内能之和增大，ABC错误，D正确。
故选D。
5．B
【详解】
A．A→B为等温过程，一定质量的理想气体的温度不变，内能不变，体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，故A正确；
B．B→C过程中为等容变化，一定质量的理想气体的压强减小，温度降低，分子的平均动能减小，气体分子的热运动变慢，故B错误；
C．C→D过程为等温过程，一定质量的理想气体的压强增大，体积减小，分子密集程度增大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；
D．D→A过程为等容变化，一定质量的理想气体的压强增大，温度升高，气体分子的速率分布曲线发生变化，故D正确。
此题选择不正确的选项，故选B。
6．D
【详解】
AB．过程由图可知为等温变化，气体内能不变，根据玻意耳定律可知，当压强p增大时，体积V减小，可知外界对气体做功，根据热力学第一定律,由于内能不变，可知过程气体放出热量，故AB错误；
C．由图可知为等容变化，为等压变化，过程中气体温度升高，根据盖—吕萨克定律可知体积变大，由于压强不变，温度升高，气体分子平均速率增大，则气体分子在单位时间内撞击单位面积容器壁的次数减少，故C错误；
D．由于a、c两个状态体积相同，则过程气体体积的变化量与过程气体体积的变化量相同，而过程气体压强不变，过程气体压强增大，根据可知，过程气体对外界做的功小于过程外界对气体做的功，故D正确。
故选D。
7．B
【详解】
在水银进入管状容器的过程中，大气压力对水银做功，把大气的能量转化为水银的内能和重力势能，在一定的大气压下，A、中的水银柱在稳定后高度是相同的，且进入管中的水银体积相同，所以大气压力做功相同。但两装置中水银重力势能的增量不同，所以两者内能的改变也不同，由题图可知装置中水银的重力势能较小，所以装置中水银的内能增量较大。
故选B。
8．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。
9．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。
10．C
【详解】
A．人迅速坐下时，外界对气体做功，气体还没来得及与外界充分发生热量交换，所以缸内气体的温度可能升高，故A错误；
B．人坐在椅子上不动，由人处于平衡状态，可知气体的压强不发生变化，故B错误；
CD．人离开椅子后，经过足够长时间，气体的温度和外界温度相等，可知气体的内能不变，气体体积增大，则气体对外界做功，由热力学第一定律
可得
可知汽缸内的气体对外做的功的大小一定等于气体吸收的热量，故C正确，D错误。
故选C。
11．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。
12．A
【详解】
A．由b到c过程中，温度升高，内能增加，体积增大，气体对外界做功，气体从外界吸收热量，故A正确；
B．由c到a过程中，气体温度不变，为等温过程，气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，故B错误；
C．由a到b过程中，外界对气体不做功，根据，体积不变，压强减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故C错误；
D．由b到c过程中，压强不变，体积增大，温度升高，气体分子单位时间内对容器壁的撞击次数减少，故D错误。
故选A。
13．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。
14．BD
【详解】
A．压缩密闭容器中的气体，越来越难压缩，是因为气体的压强越来越大，故A错误；
B．温度升高，分子的平均动能增大，压强不变说明单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数减小，故B正确；
C．一定质量的气体，体积增大，因为温度变化情况不确定，故压强变化情况不确定，故C错误；
D．体积不变，压强减小，由理想气体状态方程
得温度降低，故气体的内能减小
根据热力学第一定律
气体体积不变，气体不做功，内能减少，则气体向外界放热，故D正确。
故选BD。
15．ACE
【详解】
A．从C到A过程，由理想气体状态方程可得
代入数据可得
故C到A过程中体积不变，A正确；
B．从B到C过程，温度升高，分子平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，个别分子动能也可能减小，B错误；
C．A到B过程为等温变化，由玻意耳定律可得
解得
体积减小，外界对气体做功，即，气体内能不变，由热力学第一定律知，，即气体对外界放热，C正确；
DE．B经过C到A的过程，气体的温度升高后降低，则内能先增大后减小，整个过程气体的内能不变，由C的解析可知，，从B到C的过程中，气体对外界做的功为
则从B经过C到A的过程中，气体吸收的热量为，D错误，E正确。
故选ACE。
16．（1）①；②；（2）①；②
【详解】
（1）①以封闭气体为研究对象，初态体积
温度为
末态体积
温度为，气体做等圧変化，根据盖吕萨克定律得
解得
②活塞缓慢向上移动的过程，封闭气体等压变化，且对外做功，有
其中
根据热力学第一定律可知，该过程中气体增加的内能为
由
可知
联立解得
（2）①以气缸为研究对象，设气缸刚要离开地面时气体的体积为，封闭气体的压强为，则有
解得
活塞缓慢上升过程中，温度不变，由玻意耳定律得
即
代入数据得
②气体温度不变，由热力学第一定律可得封闭气体对活塞所做的功为
以活塞为研究对象，力和封闭气体对活塞的总功为
则力F做的功为
17．（1）763.6K；（2）987J
【详解】
（1）对活塞，由平衡条件得
初状态
末状态
气体初状态体积
温度
气体末状态体积
设末状态温度为T2，由理想气体状态方程得
代入数据解得
（2）设活塞离开传感器时气体压强为p，对活塞，由平衡条件得
活塞上升过程气体压强不变，直到活塞与上面的传感器接触，该过程气体对外做功W，则
由热力学第一定律得
代入数据解得