3.2热力学第一定律 自主提升过关练（word版含答案）

3.2热力学第一定律 自主提升过关练（解析版）
一、选择题
1．如图所示为理想的狄塞尔内燃机循环过程，它是由两个绝热过程AB和CD、等压过程BC以及等容过程DA组成．则该气体（　　）
A．在B到C过程中，放出热量
B．在A到B过程中，外界对其做的功大于增加的内能
C．在状态A和C时的内能可能相等
D．在一次循环过程（）中吸收的热量大于放出的热量
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
3．一定质量的理想气体从状态a开始，经历、、三个过程回到原状态，其图像如图所示，下列判断正确的是（　　）
A．整个变化过程，状态a气体的分子平均动能最大
B．状态a到状态b的过程，气体放出热量
C．状态b到状态c的过程，气体吸收热量
D．状态c到状态a的过程，气体吸收热量
4．如图，在上端有活塞的玻璃管底部放置一小块硝化棉，用手快速向下压活塞，可观察到硝化棉被点燃。在此过程中（　　）
A．气体对外界做功，气体内能增加 B．外界对气体做功，气体内能增加
C．气体对外界做功，气体内能减少 D．外界对气体做功，气体内能减少
5．如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为的活塞密封一部分理想气体，活塞导热良好且能无摩擦地滑动，容器的横截面积为，将整个装置放在大气压强恒为的空气中，开始时气体的温度为，活塞与容器底的距离为，当环境温度变化时，气体从外界吸收热量后，活塞缓慢上升后再次平衡。下列判断正确的是（　　）
A．气体对外做功的数值等于
B．气体对外做功的数值为
C．外界气体的温度升高了
D．此过程中的密闭气体的内能增加了
6．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
7．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
8．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
9．一定质量的理想气体经历如图所示的一系列状态变化过程，a、b状态的连线与横轴垂直，b、c状态的连线与纵轴垂直。c、a状态连线的延长线经过坐标原点。下列说法正确的是（　　）
A．b、c两状态密度不相同
B．a状态的压强大于c状态的压强
C．c状态气体分子平均动能大于a状态分子的平均动能
D．a→b过程，气体放热
10．用图甲所示的装置探究注射器内封闭气体的压强与体积的关系，根据测得的实验数据作出图像如图乙所示，线段的延长线经过坐标原点，段为曲线，环境温度保持不变。则下列说法中正确的是（　　）
A．过程，气体的内能增加 B．过程，气体吸收热量
C．过程，气体对外做正功 D．过程，可能出现了漏气
11．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
12．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
13．如图所示，绝热隔板把绝热的汽缸分成体积相等的两部分，与汽缸壁的接触是光滑的，两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种理想气体和。现通过电热丝对气体加热一段时间后，、各自达到新的平衡，下列说法正确的是（　　）
A．的温度升高
B．的体积增大，压强变小
C．加热后的分子热运动比的分子热运动更激烈
D．的体积减小，压强增大
14．一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其p-V图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正确的是（　　）
A．气体经历过程1，其温度不变
B．气体经历过程1，其温度降低
C．气体经历过程2，其内能减少
D．气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的相同
15．下列说法正确的是（　　）
A．一定质量的理想气体向真空自由膨胀的过程中，气体对外界做功且内能减少
B．一定质量的理想气体在等温压缩的过程中，气体的内能不变
C．空调机在制冷的过程中，向室外放出的热量大于从室内吸收的热量
D．若气体的温度不变，压强减小，则单位时间撞击器壁单位面积的分子数一定减少
E.物体吸热，温度一定升高，分子热运动的平均动能一定增大
二、解答题
16．一个热机理想循环的图像如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态、和后再回到状态A完成一个循环过程，已知气体在状态A时的热力学温度为，图中、均为已知量，求：
（1）气体在状态、、时的热力学温度、、；
（2）气体从状态A变化到状态的过程中气体吸收的热量。
17．如图所示，一定质量的理想气体由状态A经状态B变化到状态C，在过程中，气体内能增加100J，在状态B时压强为，求：
（1）气体在状态C时的压强p；
（2）过程中气体吸收的热量Q。
参考答案
1．D
【详解】
A．在B到C过程中，压强不变，体积变大，根据理想气体状态方程
可知气体的温度升高，由热力学第一定律可知它一定从外界吸收热量，故A错误；
B．在A→B过程中为绝热压缩，外界对气体做功
W>0
Q=0
则
ΔU=W
即外界对其做的功等于增加内能，故B错误；
C．从C到D为绝热膨胀，内能减小，温度降低；从D到A，体积不变，压强减小，温度降低，则状态C的温度高于A态温度，所以在状态A和C时的内能不可能相等，故C错误；
D．在一次循环过程中，封闭图像围成的面积等于气体对外做的功，由于总体对外做功，根据热力学第一定律，可知总体吸热，也就是气体吸收的热量大于放出的热量，故D正确。
故选D。
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．C
【详解】
A．整个变化过程，状态a气体的温度最低，则分子平均动能最小，选项A错误；
B．状态a到状态b的过程，气体体积不变，温度升高，内能变大，则气体吸收热量，选项B错误；
C．状态b到状态c的过程，温度不变，压强减小，则体积变大，内能不变，气体对外做功，则气体吸收热量，选项C正确；
D．状态c到状态a的过程，气体温度降低，内能减小，压强不变，则体积减小，外界对气体做功，则气体放出热量，选项D错误。
故选C。
4．B
【详解】
用手快速向下压活塞，气体体积减小，则外界对气体做功，气体内能增加。
故选B。
5．D
【详解】
对活塞进行受力分析可得
可得封闭气体的压强
A．由于气体发生等圧変化，气体膨胀，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律，对外做功的值小于Q，A错误；
C．气体发生等圧変化，可得
因此温度升高了
C错误；
B．温度升高后对外做的功
B错误；
D．根据热力学第一定律，内能增加量
D正确。
故选D。
6．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。
7．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。
8．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。
9．D
【详解】
A．b、c两状态气体体积相同，所以密度相同，故A错误；
B．由题意可知
所以c→a过程为等压膨胀过程，a状态的压强等于c状态的压强，故B错误；
C．气体在c状态的温度比在a状态低，所以c状态气体分子平均动能小于a状态分子的平均动能，故C错误；
D．a→b过程为等温压缩过程，气体内能不变，而外界对气体做功，根据热力学第一定律可知气体放热，故D正确。
故选D。
10．D
【详解】
AB．因AB是过原点的直线，可知过程温度不变，气体的内能不变；过程体积减小，外界对气体做功，气体放出热量，选项AB错误；
C．过程，体积减小，则外界对气体做功，选项C错误；
D．过程中pV乘积减小，则可能出现了漏气，选项D正确。
故选D。
11．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。
12．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。
13．AD
【详解】
A．加热气体a，活塞右移，活塞对气体b做功，而气体b没有放出热量，根据热力学第一定律，气体的温度升高，A正确；
BD．由于b的体积减小，温度升高，根据理想气体状态方程
气体b的压强增大，而两部分压强相等，因此a的压强变大，B错误，D正确；
C．根据
两部分压强相等，而
因此
也就是加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈，C错误。
故选AD。
14．BCD
【详解】
AB．过程1中，气体始终与外界无热量交换，故
根据热力学第一定律
可知，过程1体积变大，故气体对外做功
故
内能减小，温度降低，故B正确，A错误；
CD．无论是经过1过程还是2过程，气体初、末状态相同，初末状态温度相等，初末状态内能相等，由热力学第一定律可知，气体经历过程1的内能改变量与经历2过程相同，则过程2中内能减小，故CD正确。
故选BCD。
15．BCD
【详解】
A．一定质量的理想气体向真空自由膨胀的过程中，气体对外界做功为零，气体的内能不变，A错误；
B．一定质量的理想气体在等温压缩的过程中，气体的分子动能不变，分子势能不变，气体的内能不变，B正确；
C．空调机在制冷的过程中，除了从室内吸收热量，消耗的电能也转化为热量，所以向室外放出的热量大于从室内吸收的热量，C正确；
D．如果气体的温度不变，分子运动的剧烈程度不变，而压强减小，体积一定增大，分子数密度减小，则单位时间撞击器壁单位面积的分子数减少，D正确；
E．晶体熔化时虽然吸热，但温度不变，分子平均动能不变，E错误。
故选BCD。
16．（1），，；（2）
【详解】
(1)气体从状态A到状态的过程，由查理定律有
解得
气体从状态A到状态的过程，由理想气体状态方程有
解得
气体从状态A到状态的过程，由理想气体状态方程有
解得
(2)根据图像与横轴所围面积表示功可知，气体从状态A变化到状态的过程中气体对外做功
由于状态A与状态的p、V乘积相等，即温度相同，所以内能相同，根据热力学第一定律，气体吸收的热量为
17．（1）；（2）
【详解】
（1）由图示图像可知，B→C气体体积不变，由查理定律得
即
解得，在状态C时的压强
（2）由图示图像可知，A→B过程V与T成正比，气体压强不变，气体体积变大，气体对外做功
代入数据解得
由热力学第一定律
可知