3.2热力学第一定律 学科素养提升练（word版含答案）

3.2热力学第一定律 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．卡诺循环是由法国工程师卡诺于1824年提出的，它可用于分析热机的工作过程，卡诺循环包括四个步骤：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩。下列相关说法中正确的是（　　）
A．随着设备的改进和技术的提高，热机效率可能达到100%
B．绝热膨胀和绝热压缩过程中，气缸内气体的内能保持不变
C．等温压缩过程中，因外界对气体做功，故气缸内气体内能增大
D．等温膨胀过程中，单位时间内在单位面积上碰撞气缸壁的分子数减少
2．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
3．一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
4．一定质量的理想气体，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
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，直立容器内有一薄层隔板，把容器分成体积相等的两部分A和B，A中气体的密度较小，B中气体的密度较大。若抽去隔板，加热容器，使A、B两部分气体均匀混合，设在此过程中气体共吸热Q，气体内能增量为，不考虑散热损失，则（　　）
A． B． C． D．无法比较与Q的大小关系
7．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
8．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
9．一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
10．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
11．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
12．一定质量的理想气体，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
13．图示描述了一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中的延长线过原点，则下列说法正确的是（　　）。
A．气体从状态到的过程，气体体积不变
B．气体从状态到的过程，一定从外界吸收热量
C．气体从状态到的过程，外界对气体做功
D．气体从状态到的过程，气体的内能减小
14．一定质量的理想气体从状态A经过状态B、到状态C，其V-T图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．A→B的过程中，气体对外界做功
B．A→B的过程中，气体放出热量
C．B→C的过程中，气体压强不变
D．A→B→C的过程中，气体内能增加
15．一定质量的理想气体经历了图示的状态变化，已知均与p轴平行，和过程气体与外界没有热交换，则下列说法正确的是（　　）
A．过程中，单位体积内气体分子数减少
B．过程中，气体内能增加
C．过程中，分子平均动能增大
D．过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增多
E．过程中，气体放出热量
二、解答题
16．如图所示，一内壁光滑的导热圆柱形气缸静止在地面上。气缸内部有卡环，卡环上方放有一轻质活塞和一个物块，气缸的横截面积为。气缸内封闭有体积为的一定质量的理想气体，气体的温度为。现对气缸缓慢加热，当缸内气体温度上升到时活塞恰好离开卡环，继续缓慢加热气缸直到气体温度上升到。整个过程气体的内能增加了，气体从外界吸收了的热量。大气压强，重力加速度，求：
（1）物块的质量；
（2）温度为时气体的压强。
17．一定质量的理想气体被一薄活塞封闭在导热性能良好的汽缸内。活塞的质量、面积，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，开始时汽缸水平放置，如图甲所示，活塞与汽缸底的距离，离汽缸口的距离。外界气温为，大气压强为，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位罝，待稳定后如图乙所示，然后对缸内气体缓慢加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，如图丙所示，取。
（1）求图乙状态下活塞与汽缸底部的距离；
（2）在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，气体增加的内能，求该过程气体吸收的热量。
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参考答案：
1．D
【解析】
A．由热力学第二定律可知，热机效率不可能达到100%，选项A错；
B．绝热膨胀和绝热压缩过程中，与外界没有热量交换，而气缸体积改变，气缸内气体的内能因做功而改变，选项B错；
C．等温压缩过程中，温度不变，气缸内气体内能不变，选项C错；
D．等温膨胀过程中，温度不变，体积增大，单位体积内分子数目减少，单位时间内在单位面积上碰撞气缸壁的分子数减少，选项D对。
故选D。
2．D
【解析】
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。
3．C
【解析】
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。
4．D
【解析】
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。
5．B
【解析】
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．B
【解析】
由于A中气体的密度较小，B中气体的密度较大，混合均匀后整体重心升高，重力势能变大，由能量守恒可知
即
故选B。
7．D
【解析】
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。
8．B
【解析】
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。
9．B
【解析】
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。
10．C
【解析】
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。
11．D
【解析】
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。
12．A
【解析】
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。
13．ABD
【解析】
A．从状态到，气体发生的是等容变化，气体的体积不变，故A正确；
B．从状态到，气体发生的是等容变化，气体的体积不变，温度升高，气体吸热，从状态到，温度升高，气压不变，根据理想气体状态方程
可知体积增加，体积增加说明对外做功，温度升高说明内能增加，根据热力学第一定律公式
可知气体吸收热量，故B正确；
C．从状态到，温度不变，是等温变化，压强减小，体积变大，体积变大说明气体对外界做功，故C错误；
D．从状态到，各点与原点连线的斜率变大，则体积变小，所以外界对气体做功，且温度降低，所以内能减小，故D正确。
故选ABD。
14．BC
【解析】
A．A→B的过程中，温度不变，体积减小，可知外界对气体做功，A错误；
B．A→B的过程中，温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律
知，W为正，则Q为负，即气体放出热量，B正确；
C．因为V-T图线中，BC段的图线是过原点的倾斜直线，则B→C的过程中，压强不变，C正确；
D．A到B的过程中，温度不变，内能不变，B到C的过程中，温度降低，内能减小，则A→B→C的过程中，气体内能减小，D错误。
故选BC。
15．BCE
【解析】
A．过程中，体积变小，单位体积内气体分子数增加，故A错误：
B．过程中，无热交换即，气体被压缩，外界对气体做功即，根据热力学第一定律
得：，即气体内能增加，故B正确：
C．过程中，体积不变，压强变大，根据查理定律知：温度升高，分子平均动能增大，故C正确；
D．过程中，无热交换即，气体膨胀，对外做功即，内能减少，温度降低，平均速率减小，又体积增大，所以单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减小，故D错误：
E．过程中，气体等容减压，根据查理定律知：温度降低，内能减少即，又气体体积不变即，则，即气体放出热量，故E正确。
故选BCE。
16．（1）4kg；（2）
【解析】
（1）活塞离开卡环继续加热，活塞缓慢上升的过程中，气缸内气体发生等压变化，根据盖—吕萨克定律可得
代入数据，解得
根据热力学第一定律可得
其中
，
解得
又有
代入数据，解得
对活塞及物块整体受力分析，由平衡条件可得
联立方程，代入数据解得
（2）当气缸内气体温度上升到时活塞恰好离开卡环的过程中，气缸内气体发生等容变化，根据查理定律可得
解得
17．（1）；（2）
【解析】
（1）当气缸水平放置时
当汽缸口向上
由玻意耳定律
则
（2）加热后气体做等压变化，设外界对气体做功为，则
解得
由热力学第一定律得
解得
试卷第页，共页