3.2热力学第一定律 课时提升练-2021—2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册（word含答案）

3.2热力学第一定律 课时提升练（含解析）
一、选择题
1．一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是（　　）
A．W8×104J，J，
B．W＝8×104J，J，
C．W－8×104J，J，
D．W－8×104J，，
2．下列说法正确的是（　　）
A．布朗运动就是气体或液体分子的无规则运动
B．在完全失重的情况下，熔化的金属能够收缩成标准的球形
C．做功和热传递在改变系统内能方面不是等价的
D．非晶体呈各向同性，晶体呈各向异性
3．如图所示为某同学设计的一个简易温度计，一根透明吸管插入导热良好的容器，连接处密封，在吸管内注入一小段油柱，外界大气压保持不变。将容器放入热水中，观察到油柱缓慢上升，下列说法正确的是（　　）
A．气体对外做的功大于气体吸收的热量
B．气体对外做的功等于气体吸收的热量
C．容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力增大
D．气体分子单位时间撞击容器壁单位面积的次数减小
4．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
5．对于热学现象的相关认识，下列说法正确的是（　　）
A．一定量的理想气体发生绝热膨胀时，其内能变大
B．气体分子速率呈现出“中间少、两头多”的分布规律
C．在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动是布朗运动
D．在分子力表现为斥力时，随分子间距离的减小，分子势能增大
6．下列四幅图的有关说法中正确的是（　　）
A．分子间距小于范围内，随分子间距离减小，分子势能先减小后增大
B．水面上的单分子油膜，在测量分子直径d大小时可把分子当作球形处理
C．食盐中的钠、氯离子按一定规律分布，具有各向同性，所以食盐属于非晶体
D．猛推木质推杆，密闭的气体可看做是绝热变化，气体对外做功，内能增大温度升高
7．对于热学现象的相关认识，下列说法正确的是（　　）
A．在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动是布朗运动
B．气体分子速率呈现出“中间少、两头多”的分布规律
C．定量的理想气体发生绝热膨胀时，其内能变大
D．在分子力表现为斥力时，随分子间距离的减小，分子势能增大
8．对于一定质量的物体（或系统），下列说法正确的是（　　）
A．吸热物体的温度一定会升高
B．只要气体的体积、温度变化，则气体的内能一定改变
C．外界对系统做功，系统内能可能不变
D．物体温度不变，则其内能一定也不变
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
10．一定质量的理想气体，从某一状态开始经过一系列改变后又回到开始状态，用W1表示外界对气体做功，W2表示气体对外界做功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则整个过程一定有（　　）
A．Q1-Q2=W2-W1 B．Q1=Q2 C．W2=W1 D．Q1>Q2
11．一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的p-T变化过程如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．从A到B气体体积变大，气体放出热量
B．从B到C气体体积变小，气体放出热量
C．从C到D气体分子密集程度变小，气体放出热量
D．从D到A气体分子密集程度变大，气体放出热量
12．某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环可视为由a→b和c→d两个绝热过程和两个等容过程组成如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体（　　）
A．在d→a的过程中，气体温度升高
B．在a→b过程外界对气体做的功大于在c→d过程气体对外界做的功
C．在a→b的过程中，由于该过程绝热，故外界对其做的功全部用于增加内能
D．在b→c的过程中，气体温度不变
13．一定质量的气体封闭在绝热的气缸内，当用活塞压缩气体时，一定增大的物理量有（不计气体分子势能）（　　）
A．气体分子密度 B．气体体积
C．气体内能 D．单个气体分子的动能
14．如图所示，一定质量的理想气体，由状态A沿直线AB过程变化到状态B，再由B沿直线BC过程变化到状态C，然后由C沿直线CA过程变化到状态A，在此循环过程中，下列说法正确的是（　　）
A．在AB过程中，气体分子的平均速率不变
B．在AB过程中，气体对外做的功大于气体吸收的热量
C．在BC过程中，气体的内能减小
D．经过ABCA一个循环过程，气体对外做的功等于从外界吸收的热量
15．一定质量的理想气体从状态开始，经、、三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。已知、、，下列说法正确的是（　　）
A．气体在过程中压强增大
B．气体在过程中从外界吸收的热量等于增加的内能
C．气体在过程中外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量
D．气体在过程中内能的减少量大于过程中内能的增加量
二、解答题
16．一定质量的理想气体，从状态开始，经历、、三个过程回到原状态，其图像如图所示。图线ac的反向延长线过坐标原点O，图线ab平行于V轴，图线bc平行于p轴。已知a状态的气体温度为，求：
（1）气体在状态c的温度；
（2）从a到b过程中气体对外做的功；
（3）经历三个过程气体吸收或释放的热量Q。
17．阳光烤暖了大地，地面辐射又对地面附近的空气加热，形成暖气团升往高空。于是有人认为高山顶上的气温要比地面的高，但实际情况正好相反。你怎么解释这个现象？
参考答案
1．B
【详解】
外界对气体做了8×104J的功，则
气体内能减少了1.2×105J，则
由热力学第一定律
可得
故B正确，ACD错误。
故选B。
2．B
【详解】
A．布朗运动就是固体颗粒的无规则运动，反映了气体或液体分子的无规则运动，A错误；
B．在完全失重的情况下，由于液体表面张力，使熔化的金属能够收缩成标准的球形，B正确；
C．做功和热传递在改变系统内能方面是等价的，C错误；
D．非晶体和多晶体呈各向同性，单晶体呈各向异性，D错误。
故选B。
3．D
【详解】
AB．将容器放入热水中，气体的温度升高，内能变大，由
知，气体对外做的功小于气体吸收的热量，选项AB错误；
C．气体的压强保持不变，则容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力大小不变，选项C错误。
D．由于P一定，温度升高使热运动平均动能增大，故气体分子单位时间撞击容器壁单位面积的次数减小，选项D正确。
故选D。
4．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。
5．D
【详解】
A．一定量的理想气体发生绝热膨胀时，根据热力学第一定律，气体对外做功，而没有吸收热量，因此内能减小，A错误；
B．气体分子速率呈现出“中间多、两头少”的分布规律，B错误；
C．在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动，是由于气流运动带动尘埃运动，不是布朗运动，C错误；
D．在分子力表现为斥力时，随分子间距离的减小，分子力做负功，分子势能增大，D正确。
故选D。
6．B
【详解】
A．分子间距小于范围内，分子力表现为斥力，随着距离减小，分子力做负功，则分子势能一直增大，故A错误；
B．水面上的单分子油膜，在测量油膜分子直径d大小时把它们当作球形处理，故B正确；
C．食盐中的钠、氯离子按一定规律分布，具有各向同性，食盐属于晶体，故C错误；
D．猛推木质推杆，密闭的气体可看做是绝热变化，外界对气体做功，内能增大温度升高，故D错误。
故选B。
7．D
【详解】
A．在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动不是布朗运动，布朗运动肉眼是看不到的，所以A错误；
B．气体分子速率呈现出“中间多、两头少”的分布规律，所以B错误；
C．定量的理想气体发生绝热膨胀时，根据热力学第一定律 可知，绝热，膨胀时外界对气体做负功，则内能变小，所以C错误；
D．在分子力表现为斥力时，随分子间距离的减小，分子力做负功，则分子势能增大，所以D正确；
故选D。
8．C
【详解】
A．物体吸收热量后，热量可能转变为分子势能而温度不变，如晶体熔化，也有可能物体吸热的同时对外做功，物体的内能减小温度降低，故吸热后物体温度不一定升高，故A错误；
B．物体内所有分子动能与分子势能之和等于物体的内能，体积、温度都变化，对应势能和平均动能都变化，若一种能增加另一种能减小，则内能可能不变，故B错误；
C．根据热力学第一定律可知，外界对系统做功的同时若放出热量，则系统内能可能不变，故C正确；
D．内能除了和温度有关，还和物体的体积有关，故温度不变，内能可能变化，如零摄氏度的冰吸收热量变为零摄氏度的水，温度不变，内能增加，故D错误。
故选C。
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．A
【详解】
由于从某一状态开始经过一系列变化后又回到开始状态，根据热力学第一定律，可知
整理可得
Q1-Q2=W2-W1
故选A。
11．D
【详解】
A．从A到B气体温度升高而压强不变，由可知则体积增大，故，，由可知，则气体吸收热量，故A错误；
B．从B到C气体温度不变，压强变小，由可知则体积增大，故，，由可知，则气体吸收热量，故B错误；
C．从C到D气体的温度减小而压强不变，由可知则体积减小，则分子密集程度变大，故，，由可知，则气体放出热量，故C错误；
D．从D到A气体的温度减小而压强增大，由可知则体积减小，则分子密集程度变大，而，，由可知，则气体放出热量，故D正确；
故选D。
12．C
【详解】
A．d→a的过程为等容过程，由查理定律
可得此过程温度降低，故A错误。
B．在p-V图象中图线与V轴所夹面积表示气体做功，所以在a→b过程外界对气体做的功小于在c→d过程气体对外界做的功，故B错误。
C．在a→b的过程中，由于该过程绝热，故外界对其做的功全部用于增加内能。故C正确。
D．b→c的过程为等容过程，由查理定律可知，温度升高压强变大，故D错误。
故选C。
13．AC
【详解】
AB．当用活塞压缩气体时，体积一定减小，故气体的密度一定增大，故A正确，B错误；
CD．气体体积减小，故外界气体做功，因为气缸绝热，所以和外界没有热量交换，由热力学第一定律知气体的内能增大，则温度升高，气体分子的平均动能增加，单个气体分子的动能可能增加，也有可能减小，故C正确，D错误。
故选AC。
14．CD
【详解】
A．根据理想气体状态方程
可知，T与PV成正比，气体由状态A沿直线变化到状态B，由图可知，PV先增大后减小，在温度T先升高后降低，则分子平均动能先增大后减小，气体分子的平均速率先增大后减小，故A错误；
B．根据理想气体状态方程得
得
所以由状态A到状态B，温度不变，内能不增加，即
从A到B体积变大，气体对外界做功，即
根据热力学第一定律
可得
知在AB过程中，气体对外做的功等于气体吸收的热量，故B错误；
C．根据理想气体状态方程得
得
可知在BC过程中，气体温度降低，则气体的内能减小，故C正确；
D．经过ABCA一个循环，气体温度不变，内能不变，根据热力学第一定律
知气体对外做功等于从外界吸收的热量，故D正确。
故选CD。
15．BC
【详解】
A．根据
气体在过程中，体积膨胀，温度降低，因此压强减小，A错误；
B．气体在过程中，根据热力学第一定律
体积保持不变，没有做功过程，从外界吸收的热量全部用来增加物体的内能，B正确；
C．气体在过程中，根据热力学第一定律
温度保持不变，也就是内能不变，外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量，C正确；
D．由于a、c状态温度相等，内能相同，因此过程中内能的减少量等于过程中内能的增加量，D错误。
故选BC。
16．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）由理想气体状态方程得
解得
（2）从a到b过程中气体对外做的功为图线与横轴围成的面积，即
解得
（3）从b到c过程中气体做功为零；从c到a过程，外界对气体做功，经历三个过程回到原状态，气体内能不变，显然，所以此过程气体向外放热。由题图中面积结合热力学第一定律得
解得
17．见解析
【分析】
产生这个现象有多种因素，如果仅从上升的气团来说，这种大气现象可以用热力学第一定律来解释。
【详解】
把地面附近温度、压强相同的一大团空气作为研究对象，这团空气最初在地面附近受热膨胀，密度变小，因而逐渐上升。在上升的过程中，其边缘部分和外界空气的热交换对整个气团没有明显的影响，可以认为气团与外界之间传递的热量，因此气团内能的变化仅与做功有关，即
气团上升时，不断膨胀，挤推周围的空气，对外做功（），内能减少（），温度降低，所以越高的地方，空气的温度越低。
根据气象学家的考察与科学分析，对于干燥的空气，大约每升高，温度降低左右。