4.1热力学第一定律 学科素养提升练（Word版含答案）

4.1热力学第一定律 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V–T图像如图所示。下列说法正确的有（　　）
A．A→B的过程中，气体对外界做功 B．A→B的过程中，气体吸收热量
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
2．下列说法中错误的是（　　）
A．图甲中，洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力必须大于玻璃板的重力，其原因是水分子和玻璃分子之间存在吸引力
B．图乙中，表面层内分子间距离比液体内部的大，是因为表面层内液体分子间的斥力较大
C．图丙中，食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性
D．图丁中，猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，可看做是绝热变化
3．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
4．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
5．一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
6．一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
7．一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
8．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
9．对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是（　　）
A．温度高的物体内能一定大，分子平均动能一定大
B．外界对物体做功，物体内能一定增加
C．温度越高，布朗运动越显著
D．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小
10．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
11．如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b气体分子之间相互作用势能可忽略。现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡，则下列错误的是（　　）
A．a的体积增大了，压强变小了
B．b的温度升高了
C．加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈
D．a增加的内能大于b增加的内能
12．现代某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环由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．在状态a和c时的内能可能相等
B．在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量
C．b→c过程中增加的内能小于d→a过程中减少的内能
D．在a→b过程中，外界对其做的功全部用于增加内能
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．如图，静置在水平地面上的气缸用活塞封闭一定质量的理想气体。假设外界环境温度不变，气缸导热性能良好，活塞和气缸之间的摩擦不计。若缓慢取走放在活塞上的细铁砂，则此过程中（　　）
A．气体对外做功
B．气体内能不变
C．气缸壁受到分子的撞击力减小
D．气体分子单位时间内对活塞的碰撞次数增多
E.气体对外做的功与系统从外界吸收的热量相等
15．如图所示，在一定质量的理想气体压强随体积变化的P-V图象中，气体先后经历了ab、bc、cd、da四个过程，其中ab垂直于cd，ab垂直于V轴且与p轴平行，bc，da是两条等温线，下列判断正确的是（　　）
A．气体在状态a时的温度低于在状态c时的温度
B．a→b的过程中，气体分子密集程度不变，分子平均动能增加
C．a→b→c的过程中，气体密度不断减小，温度先升高后不变
D．c→d的过程中，气体放出的热量大于外界对气体做的功
二、解答题
16．如图所示，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为，这段过程对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于恒力使活塞移动相同距离所做的功。已知活塞的面积为，开始压缩时气缸内气体的体积为，温度为，压强为，气体可视为理想气体。
（1）若气体被压缩后的温度为，则被压缩后压强为多大？
（2）上述压缩过程中，气体传递给气缸的热量为，则气体内能的变化量是多少？
17．一定量的气体，从外界吸收的热量，内能增加了。那么，是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少功？
参考答案
1．C
【详解】
A．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．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错误；
C．因为图线中，BC段的图线是过原点的倾斜直线，则程的过程中，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，则的过程中，气体内能减小，D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．图甲中，洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力必须大于玻璃板的重力，其原因是水分子和玻璃分子间存在引力，A正确，不合题意；
B．图乙中，表面层内分子间距离比液体内部的大，所以表面层内液体分子间的引力较大，B错误，符合题意；
C．图丙中，食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，C正确，不合题意；
D．图丁中，猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，气体来不及向外传递热量，可看做是绝热变化，D正确，不合题意。
故选B。
3．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。
4．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。
5．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。
6．C
【详解】
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。
7．B
【详解】
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。
8．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。
9．C
【详解】
A．内能是分子势能与分子动能之和；温度高的物体分子热运动的平均动能大，但内能不一定大，故A错误；
B．根据热力学第一定律
可知外界对物体做功，物体内能不一定增加，故B错误；
C．布朗运动是小微粒受到的液体分子的撞击的不平衡产生的，液体的温度越高，液体分子热运动的平均动能越大，碰撞的不平衡性越明显，布朗运动越显著，故C正确；
D．当时，分子力表现为斥力，随着分子之间距离的增大，分子间的作用力减小，当时，分子力表现为引力，随着分子之间距离的增大，故D错误。
故选C。
10．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。
11．A
【详解】
A．当a加热时，气体a的温度升高，压强增大，由于K与气缸壁的接触是光滑的，可以自由移动，所以a，b两部分的压强始终相同，都变大，故A错误。
B．由于a气体膨胀，b气体被压缩，所以外界对b气体做功，根据热力学第一定律得：b的温度升高了，故B正确。
C．由于过程中a气体膨胀，b气体被压缩，所以a气体的温度较高，所以加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈，故C正确。
D．由于a气体膨胀，b气体被压缩，最终a气体体积大于b气体体积，所以a气体的最终温度较高，内能增加较多，故D正确。
本题选错误的，故选A。
12．D
【详解】
A．从c到d为绝热膨胀，有
根据热力学第一定律
可知
温度降低；从d到a，体积不变，由查理定律
可知压强减小，则温度降低，则状态c的温度高于状态a态温度，根据一定质量的理想气体内能由温度决定，所以状态a的内能小于状态c的内能，A错误；
BC．从b→c过程系统从外界吸收热量，从c→d系统对外做功，从d→a系统放出热量，从a→b外界对系统做功，根据p-V图像“面积”即为气体做功大小，可知c到d过程气体做功，图像中b→c→d→a围成的图形的面积为气体对外做的功，整个过程气体能内能变为零，则
即
即在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量，则b→c过程中增加的内能大于d→a过程中减少的内能， BC错误；
D．在a→b过程中为绝热压缩，外界对气体做功
根据热力学第一定律
即外界对其做的功全部用于增加内能，D正确。
故选D。
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．ABE
【详解】
A．缓慢取走细铁砂的过程中，因为活塞对封闭气体的压力减小，所以活塞会缓慢上升，是气体膨胀的过程，缸内气体对外做功，A正确；
B．气缸导热性良好，所以气缸内气体温度保持不变，则内能不变，B正确；
C．气体温度不变，即气体分子平均动能不变，所以气缸壁受到分子的撞击力不变，C错误；
D．根据理想气体状态方程
可知，T不变，V增大，则p减小。所以缸内气体压强减小，分子的平均动能不变，因为缸内体积增大，所以分子密度变小，则单位时间内气体对活塞的碰撞次数减少，D错误；
E．根据热力学第一定律
缸内气体对外做功，W<0，气缸内气体温度保持不变,，所以Q>0，即气体要从外界吸收热量，E正确。
故选ABE。
15．ABD
【详解】
A．由a到b是等容增压，由理想气体状态方程
可知，温度升高，故b的温度高于a的温度，而bc是等温线，故c的温度高于a的温度，A正确；
B．a→b的过程，气体体积不变，气体分子密集程度不变，但温度升高，分子平均动能增加，B正确；
C．a→b→c的过程，气体体积先不变后增大，气体密度先不变后减小，温度先升高后不变，C错误；
D．c→d的过程，气体等压压缩，由理想气体状态方程可知，温度降低，内能减少，而体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体放出的热量大于外界对气体做的功，D正确。
故选ABD。
16．（1）；（2）
【详解】
(1)根据理想气体状态方程有
解得
(2)压缩过程活塞对气体所做的功
根据热力学第一定律有
17．气体对外界做功，
【详解】
由热力学第一定律
代入数据解得
可知气体对外界做功，做了的功。