3.2热力学第一定律基础巩固（word版含答案）

3.2热力学第一定律基础巩固2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册
一、选择题（共15题）
1．如图所示，内壁光滑的绝热汽缸深度L，固定在水平地面上，汽缸内有一厚度可忽略不计的活塞封闭了一定质量的理想气体。开始时汽缸内气体长，压强。现在活塞上施加一水平外力缓慢拉动活塞至L处，此过程中不漏气，则此时气体的压强（　　）
A．等于 B．小于 C．大于 D．以上都有可能
2．给旱区送水的消防车停于水平面，在缓缓放水的过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子势能，则胎内气体
A．从外界吸热 B．对外界做负功
C．分子平均动能减少 D．内能增加
3．下列说法正确的是（　　）
A．1kg0℃水的内能比1kg0℃冰的内能小
B．气体膨胀，它的内能一定减小
C．已知阿伏伽德罗常数、某气体的摩尔质量和密度，就可估算出该气体中分子的平均距离
D．对于一定质量的理想气体，当分子热运动变剧烈时，压强必变大
4．如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空，抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中（　　）
A．气体对外界做功，内能减少 B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度降低 D．气体压强变大，温度降低
5．关于气体的内能，下列说法正确的是（　　）
A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大
C．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
D．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定减小
6．一定质量的理想气体自状态A经状态C变化到状态B．这一过程在V-T图上表示如图所示，则（ ）
A．在过程AC中，气体对外界做功
B．在过程CB中，外界对气体做功
C．在过程AC中，气体压强不断变大
D．在过程CB中，气体压强不断变小
7．下列说法中正确的是
A．布朗运动就是液体分子的热运动
B．物体的温度越高，分子的平均动能越大
C．外界对系统做功，其内能一定增加
D．系统从外界吸收热量，其内能一定增加
8．如图所示，一导热性能良好的金属气缸内封闭一定质量的理想气体。现缓慢地向活塞上倒一定质量的沙土，忽略环境温度的变化，在此过程中（　　）
A．单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多
B．气缸内大量分子撞击气缸壁的平均作用力增大
C．气缸内大量分子的平均动能增大
D．气体的内能增大
9．封闭在气缸内一定质量的理想气体由状态A经状态B、C变到状态D，其体积V与热力学温度T的关系如图所示，O、A、D三点在同一直线上。则在此过程中（　　）
A．由A到B，气体所有分子的动能都增大
B．由B到C，气体对外做功，放出热量
C．由C到D，气体压强增大，内能减少
D．由A到D，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少
10．一定质量的理想气体分别经历和两个变化过程，如图所示。过程，气体对外做功为，与外界变换的热量为；过程，气体对外做功为，与外界变换的热量为。两过程中（　　）
A．气体吸热， B．气体吸热，
C．气体放热， D．气体放热，
11．用水壶在地球表面不同的位置将1千克的水加热吸收的热量后，它的温度在下列给出的四个温度中，最多有几个可能温度（　　）
（水的比热容：）
① ② ③ ④
A．1 B．2 C．3 D．4
12．如图所示，一定质量的理想气体从状态a经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a。下列说法正确的是（　　）
A．在过程ca中外界对气体做功
B．在过程ab中气体的内能减少
C．在过程ab中气体对外界做功
D．在过程bc中与气体沿直线从状态b到达状态c相比气体吸收热量更多
13．下列关于热学中的一些说法，正确的是（ ）
A．当分子间距离增大时，分子间引力增大，分子间斥力减小，分子的引力势能也减小
B．布朗运动反映了悬浮颗粒内部的分子在永不停息地做无规则的热运动
C．一定量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
D．一定量的理想气体，如果体积不变，分子每秒平均碰撞器壁次数随着温度降低而增大
14．一定质量的理想气体，在温度升高的过程中（　　）
A．气体的内能一定增加
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可能不变
15．当把打足气的车胎内的气体迅速放出时，会发现气嘴处的温度明显降低，这是因为（　　）
A．气体对外做功，同时向外放出热量
B．气体对外做功，胎内气体温度降低，从外界吸热
C．外界对气体做功，胎内气体向外传递热量
D．外界对胎内气体做功，同时向胎内气体传递热量
二、填空题（共4题）
16．如图是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功200J，同时气体向外界放热100J，则缸内气体的温度将_______（填“升高”、“降低”或 “不变”）、内能将_________（填“增加”、“减少”）_____________J
17．一个气泡自池塘底浮起，上升到水面的过程中，气泡体积逐渐变大．若水底和水面温度相同，则上升过程中，气泡内气体（不可看作理想气体）的分子动能________，气体的内能_______（均选填“变大”、“不变”或“变小”），这是因为___________________________。
18．一定质量的理想气体，从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p–V图象如图所示．已知气体处于状态A时的温度为300 K，从A到C过程中气体_______（填“吸收”或“放出”）热量____________ ．
19．（2）如图甲，是“探究某种固体物质熔化时温度变化规律”的实验装置，图 乙是根据实验数据描绘出的该物质在熔化过程中温度随时间变化的图象。
①该物质的熔点是 ______ ℃。
②该物质是 ______ （选填“晶体”或“非晶体”）。
③该物质在B 点的内能 _______ （选填“大于”“小于”或“等于”）C 点的内能
三、综合题（共4题）
20．如果一定质量的气体膨胀时做的功是135J，同时吸热85J，问：
（1）气体内能的变化量是多少？内能是增加了还是减少了？
（2）气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J，气体对外做功了还是外界对气体做功了，做的功是多少？
21．内壁光滑的导热汽缸竖直浸入在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为1.0×105Pa、体积为2.0×10－3m3的理想气体，现在活塞上缓慢倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半。
(1)求汽缸内气体的压强；
(2)若封闭气体的内能仅与温度有关，在上述过程中外界对气体做功145J，封闭气体吸收还是放出热量？热量是多少？
22．如图甲所示，导热性良好的汽缸固定在左端带有铰链的木板上，在汽缸内通过厚度可忽略的、可以在汽缸内无摩擦滑动的、横截面面积为S的活塞密封了一定质量的理想气体。现在竖直面内缓慢转动木板，可得到气体的压强p与外界大气压强p0的比值随木板与水平面之间的夹角θ的变化关系如图乙所示。当θ=60°时活塞距汽缸底面的高度为h，环境温度为T0，理想气体的内能与温度的关系为U=kT，比例系数k已知。sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度为g。（结果用S、p0、h、T0、k、g表示）
（1）求活塞的质量m。
（2）当=37°时固定木板，环境温度缓慢降至0.8T0，求在此过程中气体向外界放出的热量Q。
23．如图所示，一个内壁光滑导热性良好的圆柱形气缸竖直静置于水平面上，高度为、底面积为，缸内有一个质量为的活塞，封闭了一定质量的理想气体。开始周围环境温度为时，缸内气体高为。已知重力加速度为，大气压强为，不计活塞厚度及活塞与缸体的摩擦。求：
（1）若周围环境温度缓慢升高，最终活塞刚好脱离气缸，问最终周围环境温度为多少？
（2）在（1）问情景中，若气体内能增加了，则在此过程中缸内气体共吸热多少？
参考答案
1．B
【详解】
根据热力学第一定律，可知活塞运动过程中，气体对外界做功，气缸本身绝热。其内能必定减少，即理想气体温度下降。
根据理想气体状态方程，有
整理得
其中，
故气体压强将小于
故选B。
2．A
【详解】
不计分子间势能，气体的内能只有动能，只由温度决定，所以气体内能不变，在缓缓放水的过程中，若车胎不漏气，气体膨胀对外做功，所以气体要从外界吸热，A对；
3．C
【详解】
A．1kg0℃水的凝固成1kg0℃冰会放出热量，所以1kg0℃水的内能比1kg0℃冰的内能大，A错误；
B．气体膨胀，对外做功，若同时吸收热量，它的内能不一定减少，B错误；
C．已知阿伏加德罗常数、某气体的摩尔质量和密度，就可估算出该气体中分子间的平均距离，C正确；
D．温度是分子的平均动能的标志，当分子热运动变剧烈时，温度升高，但根据理想气体的状态方程可得，气体的温度升高，压强不一定增大，D错误。
故选C。
4．B
【详解】
AB．由于b内为真空，抽开隔板K后，a内气体进入b，气体不做功，内能不变，选项A错误，B正确；
CD．由于气体体积增大，温度不变，气体压强变小，选项CD错误。
故选B。
5．C
【详解】
A．温度相同的气体，其分子平均动能相同，仅质量相同，分子质量不同的气体，所含分子数不同，分子的动能也可能不同，所以内能不一定相同，A错误；
B．气体的内能与整体运动的机械能无关，B错误；
C．理想气体不考虑分子间相互作用力，分子势能为零，一定量的气体，分子数量一定，温度相同时分子平均动能相同，由于内能是所有分子热运动的动能与分子势能的总和，所以C正确；
D．由盖—吕萨克定律可知，一定量的理想气体，等压膨胀过程中，温度一定升高，则其内能一定增加，D错误。
故选C。
6．C
【解析】
【详解】
A．由图知A→C过程中气体温度不变，体积减小，外界对气体做功，故A错误；
B．由图知C→B过程中体积不变，外界对气体不做功，故B错误；
C．根据理想气体状态方程，由图知A→C过程中气体温度不变，体积减小，气体的压强不断增大，故C正确；
D．由图知C→B过程中体积不变，温度上升，根据理想气体状态方程，可知温度升高，气体的压强不断增大，故D错误．
故选C．
7．B
【详解】
试题分析：布朗运动指的是液体中的固体颗粒在受到液体分子的不均衡碰撞而发生的运动，反映出液体分子的无规则运动，选项A错误；物体的温度是分子的平均动能的宏观表现，物体温度越高，分子运动越剧烈，分子的平均动能越大，B正确；根据热力学第一定律，做功和热传递都可以改变物体的内能，只知道做功或热传递的情况都不能直接判断系统内能的变化，C、D均错误；故选B．
8．A
【详解】
A．温度不变，气体分子的平均动能不变，平均速率不变，等温压缩时，根据玻意耳定律得知，压强增大，则单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多，故A正确；
B．气缸内封闭气体被压缩，体积减小，压强增大，大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力增大，大量分子撞击气缸壁的平均作用力却不一定增大，故B错误；
C．温度不变，则气缸内分子平均动能保持不变，故C错误；
D．金属气缸导热性能良好，由于热交换，气缸内封闭气体温度与环境温度相同，向活塞上倒一定质量的沙土时气体等温压缩，温度不变，气体的内能不变，故D错误。
故选A。
9．D
【详解】
A．由A到B，温度升高，气体分子的平均动能增大，但不是气体所有分子的动能都增大，故A错误；
B．由B到C，温度不变，内能不变，即
体积变大，气体对外界做功，则
根据热力学第一定律知
即
气体从外界吸收热量，故B错误；
C．由C到D发生等容变化，根据查理定律有
又
则
即由C到D，气体压强减小；由C到D，温度降低，内能减小，故C错误；
D．O、A、D三点在同一直线上，说明状态A和状态D压强相等，状态D温度高，分子的平均动能大，所以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。
10．A
【详解】
p V图象中，图线所包围的面积为气体对外所做的功，所以，根据热力学第一定律，由于两过程的初末状态pV乘积相同由理想气体方程可得初末状态温度相同，则气体内能相同，故两过程气体吸热，且。
故选A。
11．B
【详解】
若水吸收的热量全部用来增加内能，根据
可得
而水在标准状况下的沸点为，而且随着压强的减小，沸点降低，在高山上，压强会小于一个大气压，因此沸点可能为，而在地面上，压强为一个大气压，沸点为。
故选B。
12．A
【详解】
A．在过程ca中气体体积减小，则外界对气体做功，故A正确；
B．在过程ab中气体的体积不变，压强变大，由
可知气体温度升高，则内能增加，故B错误；
C．在过程ab中气体的体积不变，则气体不对外界做功，外界也不对气体做功，故C错误；
D．在过程bc中，气体温度不变，则内能不变；体积变大，气体对外做功；根据热力学第一定律有
可知，气体从外界吸收热量等于气体对外做的功；若在过程bc中气体沿直线从状态b到达状态c，由图像围成的面积表示气体对外做的功，可知该情形下做的功较多，由于气体内能不变，所以对应从外界吸收的热量更多，故D错误。
故选A。
13．C
【详解】
A．分子间距离增大时，分子间引力和斥力都减小，但斥力减小的快，选项A错误；
B．布朗运动反映了液体分子在永不停息地做无规则热运动，选项B错误；
C．由理想气体状态方程可知，一定量的理想气体如果压强不变，体积增大，则温度升高。温度升高，内能增大，而体积增大，对外做功，根据热力学第一定律可知它一定从外界吸热，选项C正确；
D．一定量的理想气体，如果体积不变，当温度降低时，分子运动激烈程度减小，则单位时间内器壁单位面积受到气体分子平均碰撞次数减小，选项D错误。
故选C。
14．A
【详解】
AD．理想气体不计分子势能，温度升高，平均动能增大，内能一定增加，选项A正确，D错误；
BC．温度升高，外界可能对气体做功，也可能从外界吸收热量，选项BC错误。
故选A.
15．B
【详解】
根据热力学第一定律△U=Q+W，因迅速放气，使胎内气体对外做功（W＜0），气体来不及和外界交换热量（Q=0），内能减少（△U＜0），温度降低，所以会发现车胎气嘴处的温度明显降低；气体温度降低，从而会和外界进行热交换，从外界吸收热量。故ACD错误，B正确。
故选B。
16．升高 增加 100J
【详解】
由题意可知：W=200J，Q=-100J，由热力学第一定律得：△U=W+Q=200J-100J=100J＞0，气体内能增加，温度升高，内能增加100J.
17．不变 变大(气泡内气体）温度不变，分子动能不变；体积变大，分子间引力做负功，分子势能变大 内能为分子动能和分子势能的总和，所以变大
【解析】
【详解】
[1][2][3]温度是分子平均动能的标志，因水底和水面温度相同，则上升过程中，气泡内气体的分子动能不变；气体体积变大，分子间引力做负功，分子势能变大，气体的内能变大，这是因为内能为分子动能和分子势能的总和，所以变大。
18．吸收 200J
【详解】
[1][2]根据理想气体状态方程可知状态A和状态C温度相同，故理想气体的内能相同，由热力学第一定律
△U=Q+W
得
Q=-W
在整个过程中，B到C为等容变化，气体不做功，只有从A到B过程对外做功所以
W=-p△V=-3×105×（3×10-3-1×10-3）J=-600J
即
Q=-W=600J
是正值，故在这个过程中吸热。
19．①50℃；②晶体；③小于
【详解】
①[1]如乙图所示物体在50℃时，保持一段时间温度不变，故物质的熔点是50℃
②[2]物质在熔化过程中，温度保持不变，因此该物质为晶体；
③[3]由于物质有B-C的过程继续吸热，故该物质在B 点的内能小于C 点的内能
20．（1），气体的内能减少了；（2）外界对气体做功了，做的功是。
【详解】
（1）由热力学第一定律可得
气体的内能减少了；
（2）由热力学第一定律可得
外界对气体做功了，做的功是。
21．(1)2.0×105Pa；(2)放出热量，145J
【详解】
(1)气体发生等温变化，由玻意耳定律得p1V1=p2V2，得气体的压强
(2)因为气体做等温变化，所以内能不变，即
ΔU=0
根据热力学第一定律ΔU=W＋Q，得热量
Q=－W=－145J
说明封闭气体放出热量，热量为145J
22．（1） ；（2）
【详解】
（1）由图乙可知当θ=60°时P=1.5P0，对活寒进行受力分析，由平衡条件得
mgcos60°+P0S=1.5P0S
解得
（2）当θ=37°时对活塞进行受力分析，由平衡条件得
mgcos37°+P0S=PS
设此时活塞距缸底的距离为H1，该过程为等温变化，
由玻意耳定律得
1.5P0S h=PSH
当θ=37°时固定木板，环境温度缓慢降至0.8T0，设此时活塞距缸底的距离为H2，该过程为等压变化，由盖—吕萨克定律得
外界对气体做功为
W=PS（H1—H2）
由热力学第一定律得
解得
23．(1) ； (2)
【详解】
(1) 周围环境温度缓慢升高，缸内气体压强不变，根据气体实验定律得
解得
(2)气缸内气体的压强为
气体膨胀过程中，气体压强不变，则气体对外做功为
根据热力学第一定律得