3.2热力学第一定律 课后练习（word版含答案）

3.2热力学第一定律
一、选择题（共15题）
1．有些物理量是过程量，有的是状态量，下面哪个是过程量（　　）
A．热量 B．内能 C．压强 D．体积
2．一竖直放置的U形玻璃管一端封闭，另一端开口向下，如图所示，用水银柱封闭一定质量的理想气体，在保持温度不变的情况下，假设在管子的D处钻一小孔，则管内左侧被封闭的气体压强p和体积V变化的情况及做功情况是（ ）
A．p、V都不变
B．V减小，p增大
C．封闭气体对外做功
D．该过程封闭气体从外界吸收热量
3．在装有食品的包装袋中充入氮气，然后密封进行加压测试，测试时，对包装袋缓慢施加压力，将袋内的氮气视为理想气体，在加压测试过程中，下列说法中不正确的是(　　)
A．包装袋内氮气的压强增大 B．包装袋内氮气的内能不变
C．包装袋内氮气对外做功 D．包装袋内氮气放出热量
4．关于气体的说法中，正确的是(　　)
A．由于气体分子运动的无规则性，所以密闭容器的器壁在各个方向上的压强可能会不相等
B．气体的温度升高时，所有的气体分子的速率都增大
C．一定质量一定体积的气体，气体分子的平均动能越大，气体的压强就越大
D．气体的分子数越多，气体的压强就越大
5．如图所示，用细绳将一个导热良好且开口向下的气缸悬挂在天花板上，气缸内有一定质量的气体（不计气体分子之间的相互作用力），气缸内活塞可以自由滑动且不漏气，活塞下挂个沙桶，当沙桶装满细沙时，活塞恰好静止，外部环境温度恒定给沙桶底部开一小孔，细沙缓慢漏出，则在此过程中
A．气缸内气体体积减小，温度降低
B．气缸内气体压强增加，内能不变
C．外界对气体做功，气体温度升高
D．气体向外界放热，气体内能减少
6．在热力学中，下列说法正确的是（　　）
A．当分子间的距离变小时，分子间作用力可能减小，也可能增大
B．物体的温度越高，分子热运动越剧烈，每个分子的动能越大
C．一定质量的理想气体吸热后，温度一定升高
D．一定质量的理想气体，对外做功，压强一定减小
7．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
8．“回热式热机”的热循环过程可等效为如图所示a→b→c→d→a的曲线，理想气体在a→b、c→d为等温过程，b→c、d→a为等容过程，则（　　）
A．a状态气体温度比c状态低
B．a状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比b状态少
C．b→c、d→a两过程气体吸、放热绝对值相等
D．整个循环过程，气体对外放出热量
9．水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体（ ）
A．压强变大 B．对外界做功
C．对外界放热 D．分子平均动能变大
10．如图所示，固定的绝热气缸内用活塞（活塞与气缸壁无摩擦，不漏气，且不导热）密封一定质量的理想气体，气缸置于温度不变的环境中。现用力F使活塞向左缓慢移动，密闭气体的状态发生了变化。用n表示单位体积内气体的分子数，p、V分别表示该气体的压强、体积，表示该气体分子的平均动能，U表示内能，下列四个图象（图中a、b为双曲线，c、d为直线）符合上述过程的是（　　）
B．
C． D．
11．如图所示，一定质量的理想气体了经历的过程，已知在状态时压强为，则
A．过程气体对外做功
B．过程气体每个分子速率都会变大
C．过程气体对外界做功为零
D．过程气体向外界放出热量
12．如图，一开口向上的导热气缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中（　　）
A．气体体积逐渐减小，内能增加 B．气体压强逐渐增大，内能变大
C．气体压强逐渐增大，吸收热量 D．外界对气体做功，气体内能不变
13．下列说法正确的是_________．
A．布朗运动说明液体分子做永不停息的无规则运动，同时说明液体分子间有间隙
B．一定质量的理想气体，如果温度升高，同时体积增大，其内能可能减小
C．足球充足气后很难压缩，是因为足球内气体分子间斥力作用的结果
D．分子间作用力为零时，分子间的势能不一定是零
E．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气 体温度有关
14．关于热现象，下列说法正确的是（　　）
A．物体速度增大，则组成物体的分子动能增大
B．物体的温度或者体积变化，都可能引起物体内能变化
C．相同质量的两个物体，升高相同温度，内能增加一定相同
D．绝热密闭容器中一定质量气体的体积增大，其内能一定减少
15．一定质量的理想气体，经过一个压缩过程后，体积减小为原来的一半，这个过程可以是等温的、绝热的或等压的过程，在这三个过程中以下说法正确的是（　　）
A．绝热过程做功最多
B．a、b、c、d中d的温度最高
C．等压过程内能减小
D．等温过程要吸热
二、填空题
16．在大气中，空气团竖直运动经过各气层的时问很短，因此，运动过程巾空气团与周围空气热量交换极少，可看作绝热过程．潮湿空气团在山的迎风坡上升时，水汽凝结成云雨，到山顶后变得干燥，然后沿着背风坡下降时升温，气象上称这股干热的气流为焚风（大气压强随高度的增加而减小）空气团沿背风坡下降时，下列描述其压强p随体积V变化关系的图象中，可能正确的是_____（图中虚线是气体的等温线）．
空气团在山的迎风坡上升时温度降低，原因是空气团___（选填“对外放热”或“对外做功”）：设空气团的内能U与温度T满足U＝CT（C为一常数），空气团沿着背风坡下降过程中，外界对空气团做功为W，则此过程中空气团升高的温度ΔT＝__
17．（1）空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对汽缸中的气体做功为2.0×105J，同时气体的内能增加了1.5×105J。试问：此压缩过程中，气体放出的热量等于___________J。
（2）若一定质量的理想气体状态分别按下图所示的三种不同过程变化，其中表示等压变化的是___________（填“A”、“B”或“C”），该过程中气体的内能___________（填“增加”或“减少”）。
A． B． C．
18．（1）下列说法中正确的是___________
A．利用氧气的摩尔质量、密度以及阿伏加德罗常数就可以算出氧气分子体积
B．固体很难被压缩是因为其内部的分子之间存在斥力作用
C．只要物体与外界不发生热量交换，其内能就一定保持不变
D．一定质量的理想气体，温度升高，内能可能降低
（2）如图所示，一定量气体放在体积为的容器中，室温为有一光滑导热活塞（不占体积）将容器分成、两室，室的体积是室的两倍，室容器上连接有一形管（形管内气体的体积忽略不计），两边水银柱高度差为，右室容器中连接有一阀门，可与大气相通。（外界大气压等于）求：
（a）将阀门打开后，室的体积变成多少___________？
（b）打开阀门后将容器内的气体从分别加热到和，室的压强各为多少___________？
19．如图，活塞将一定质量的理想气体封闭于导热汽缸中，活塞可沿气缸内壁无摩擦滑动．通过加热使气体温度从T1升高到T2，此过程中气体吸热12J，气体膨胀对外做功8J，则气体的内能增加了______J；若将活塞固定，仍使气体温度从T1升高到T2，则气体吸收的热量为_____J．
三、综合题
20．铅弹以速度v=200m/s 射入木块后停在木块中，木块没有移动．增加的内能的80%使铅弹的温度升高，铅弹温度升高多少？（C=1.3×102J/kg℃）
21．一定质量的理想气体的p–V图象如图所示，气体状态经历了A→B→C．A、B、C三个状态的有关参量如图所示，气体在状态C时温度为400 K．
①气体在状态B时温度多少？
②气体经A→B→C变化后与外界交换的热量的绝对值是多大？
22．一定质量的理想气体由状态A沿直线经状态B、C到状态D，其P-V图像如图所示，已知该气体在状态A时的温度是320K，求：
（ⅰ）该气体在A、B、C、D四个状态中，哪点温度最高，哪点温度最低，各是多少？
（ⅱ）该气体从状态A到状态D的过程中对外做功W是多少？
23．如图所示，一圆柱形绝热容器竖直放置，通过绝热活塞封闭着摄氏温度为t1的理想气体，活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h1．现通过电热丝给气体加热一段时间，使其摄氏温度上升到t2，若这段时间内气体吸收的热量为Q，已知大气压强为p0，重力加速度为g,不计一切摩擦．求：
(1)这段时间内活塞上升的距离是多少？
(2)这段时间内气体的内能如何变化，变化了多少？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
A．热量是某一过程中物体吸收或放出的能量，是过程量，故A正确；
BCD．内能、压强和体积都是指物体在某一状态时的物理量，都是状态量；故BCD错误。
故选A。
2．B
【详解】
AB．设玻璃管两侧水银面高度差是h，大气压为p0，封闭气体压强p=p0-ρgh，在管子的D处钻一小孔，封闭气体压强p=p0变大，气体温度不变，压强变大，由玻意耳定律pV=C可知，封闭气体体积变小，故B正确，A错误；
C．因为封闭气体体积减小，所以外界对气体做功，故C错误；
D．保持温度不变，所以气体的内能不变，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知封闭气体向外放出热量，故D错误。
故选B。
3．C
【详解】
测试时，对包装袋缓慢地施加压力，说明在实验的过程中，袋内氮气的温度不变，所以实验气体的内能不变．根据pV=c知，袋内氮气的体积减小，则压强增大．故AB正确．袋内氮气的体积减小，外界对氮气做功，故C错误．根据热力学第一定律，知包装袋内氮气放出热量，故D正确．本题选不正确的，故选C．
4．C
【详解】
温度是分子热运动的平均动能的标志；气体对容器的压强从微观角度讲是由大量气体分子对启闭的频繁碰撞产生的．
气体对容器的压强从微观角度讲是由大量气体分子对启闭的频繁碰撞产生的，所以密闭容器的器壁在各个方向上的压强是相等的，A错误；温度是分子热运动的平均动能的标志，气体的温度升高时，气体分子的平均速率增加，B错误；气体压强大小取决于气体分子的数密度和分子热运动平均动能；一定质量一定体积的气体，分子数密度相等；气体分子的平均动能越大，则气体的压强就越大，C正确；气体压强大小取决于气体分子的数密度和分子热运动平均动能；气体的分子数多，分子数密度不一定大，故压强不一定大，D错误．
5．B
【详解】
以活塞为研究对象，根据平衡条件有：PS+mg=P0S，解得：，细沙漏出，mg减小，可知P增大；气缸导热良好，则温度不变，根据理想气体状态方程，则V减小；体积减小，外界对气体做功，不计气体分子之间的相互作用力则忽略分子势能，分子内能只与温度有关，温度不变则分子内能不变，根据热力学第一定律知气体放热，故B正确，ACD错误．
6．A
【详解】
A．当分子间的距离变小时，分子间作用力可能减小，也可能增大，所以A正确；
B．物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子的平均动能越大，但是并不是每个分子动能都增大，所以B错误；
C．根据热力学第一定律
一定质量的理想气体吸热后，内能不一定增大，则温度不一定升高，所以C错误；
D．一定质量的理想气体，对外做功，体积增大，但是如果同时吸收热时，则内能可能增大，温度升高，其压强不一定减小，所以D错误；
故选A。
7．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。
8．C
【详解】
A．由于
而从b到c的过程中，发生等容变化，因此
可得
因此a状态气体温度比c状态高，A错误；
B．由图可知
而
根据压强的微观解释，可知a状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数比b状态多，B错误；
C．b→c、d→a两个过程都发生等容变化，根据热力学第一定律
吸收或放出的热量都用来改变物体的内能，由于内能的变化量相同，因此体吸、放热热量的绝对值相等，C正确；
D．在图像中，图像与横轴围成的面积等于气体做的功，可知整个循环过程，气体对外做功，而内能没变，因此吸收热量，D错误。
故选C。
9．B
【详解】
A．随着水向外喷出，气体的体积增大，由于温度不变，根据
恒量
可知气体压强减小，A错误；
BC．由于气体体积膨胀，对外界做功，根据热力学第一定律
气体温度不变，内能不变，一定从外界吸收热量，B正确，C错误；
D．温度是分子平均动能的标志，由于温度不变，分子的平均动能不变，D错误。
故选B。
10．A
【详解】
A．一定质量的理想气体，单位体积内气体的分子数为，N为所有气体的分子数，所以n-V图象是双曲线，故A正确；
B．气缸和活塞都绝热，现用力F使活塞缓慢地向左移动，密闭气体的压强变大，体积变小，活塞对气体做功，根据热力学第一定律知，气体内能增大，温度升高，但气体不是发生等温变化，所以p-V图象不是双曲线，故B错误；
C．温度是分子平均动能变化的标志，所以该气体分子的平均动能随着气体体积的减小而增大，故C错误；
D．气缸内气体温度升高，则气体的内能增大，故D错误。
故选A。
11．D
【详解】
A．过程气体变化为等温变化，根据玻意耳定律得
可知，体积增大，由于压强减小，根据
可知，外界对气体做功
即过程气体对外做功，且做功小于，故A错误；
B．过程温度升高，分子平均动能增大，绝大部分气体分子速率变大，极少数分子的速率变小，故B错误；
CD．由图可知，为等压变化，此过程外界对气体做功
过程，外界对气体做功
根据热力学第一定律
可知，气体内能最终不变，，又，则，即过程外界对气体做功，同时放热，故C错误，D正确。
故选D。
12．D
【详解】
外力使活塞缓慢下降的过程中，由于温度保持不变，则气体的内能保持不变，气体的体积逐渐减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体向外界放出热量，又由玻意耳定律可知，气体体积减小，气体的压强增大，由以上分析可知D正确ABC错误。
故选D。
13．ADE
【详解】
A．布朗运动说明液体分子做永不停息的无规则运动，同时说明液体分子间有间隙，选项A正确；
B．一定质量的理想气体，如果温度升高，其内能一定增加，选项B错误；
C．足球充足气后很难压缩，是因为足球内气体压强作用的结果，与分子间斥力无关，选项C错误；
D．分子间作用力为零时，分子间的势能最小，但不是零，选项D正确；
E．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度有关，单位体积内气体的分子数越多，气体温度越高，则气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数越多，选项E正确；
故选ADE.
14．BD
【详解】
A．物体分子平均动能的标志是温度，与宏观速度无关，选项A错误。
B．物体内能等于所有分子的动能与所有分子势能的和，分子平均动能与温度有关，而分子势能与体积有关，所以物体内能与温度和体积有关，选项B正确。
C．相同质量的两个物体，升高相同的温度，但体积关系未知，所以内能变化无法判断，选项C错误。
D．根据热力学第一定律
绝热容器，气体体积增大，所以气体对外做功，，则，内能减少，选项D正确。
故选BD。
15．ABC
【详解】
A．绝热过程，压缩气体时，根据热力学第一定律，温度最高，压强最大，因此外界做功最多，A正确；
B．对一定量的气体，根据
恒量①
可知，值最大的温度最高，因此a、b、c、d中d的温度最高，B正确；
C．由①式可知，等压过程中，压强不变，体积减小时，温度降低，内能减小，C正确；
D．等温过程，温度不变内能不变，压缩气体，外界对气体做功，根据热力学第一定律，气体放出热量，D错误。
故选ABC。
16． C 对外做功
【详解】
（1）在P-V图中等温线为双曲线的一支，而且越远离坐标远点的温度越高，沿着背风坡下降时升温，所以图象应该由低温度线指向高温度线，另外在此过程中空气团的体积减小，故选C．
（2）空气团在山的迎风坡上升时温度降低，空气团内能减小，又绝热，根据热力学第一定律可知空气团对外做功；根据U=CT得：△U=C△T…①，
由根据热力学第一定律得：△U=W+Q…②、
Q=0…③
①②③联立解得：；
17． 5104J C 增加
【详解】
(1)由热力学第一定律可得
其中
W=2.0×105J
1.5×105J
代入解得
Q=-5104J
故气体放出的热量等于5104J。
(2)A．从1到2的过程压强在减小，A错误
B．从1到2的过程压强在增大，B错误；
C．由
可得
对比图线可知，斜率恒定，压强不变，C正确。
故选C。
该过程中气体的温度升高，故内能增加。
18． B ，
【详解】
（1）A．已知氧气的摩尔质量、密度以及阿伏加德罗常数，可以求出氧气分子所占的空间体积以及氧分子之间的距离，但不能计算出氧气分子体积，A错误；
B．固体很难被压缩是因为其内部的分子之间存在斥力作用，B正确；
C．做功和热传递都可以改变物体的内能，物体与外界不发生热量交换，但做功可以改变其内能，C错误；
D．一定质量的理想气体，温度升高，内能一定升高，D错误。
故选B。
（2）阀门未打开时
，
阀门打开后
根据玻意耳定律得
解得
打开阀门后，将容器内的气体温度升高时，A室气体先发生等压变化，设等压变化过程，最终活塞C到最右边时的温度为T。
由于400 K小于450 K，所以加热到400 K时活塞不会到最右端，所以A室气体的压强为。
加热到540 K，C滑到最右端，从450 K到540 K，A室气体发生等容变化
解得
19． 4 4
【详解】
由热力学第一定律公式
U=W+Q=12-8=4J
知气体的内能增加了4J；
若将活塞固定W=0，仍使气体温度从T1升高到T2，气体内能的增量相同，根据热力学第一定律知，气体吸收的热量全部用来增加内能，所以仍然是4J。
20．铅弹温度升高了123℃
【详解】
由题意可知铅弹的动能完全转化为木块和铅弹的内能，可得：Ek=mv2=U，
又知增加的内能的80%使铅弹温度升高，可得：0.8U=Cm△t，
可得：
即铅弹温度升高了123℃．
21．①100 K ②300 J
【详解】
①由得
②气体在状态C时温度为400 K，由理想气体的状态方程可知气体在状态A时温度也为400 K；
外界对气体做功
W=p0(VA–VB)
由热力学第一定律得
ΔU=W+Q=0
解得
Q=–300 J
与外界交换的热量的绝对值为300 J
22．(1), (2)
【详解】
（ⅰ）由理想气体状态方程： ，知PV乘积与T成正比，所以B点温度最高，D点温度最低．
对于A到B过程：
对于A到D过程:
（ⅱ）可建立圆柱体内的气体推动活塞做功模型，由功的公式可得对A到D的过程：
代入图示的数据可以求得：W=7.5×102J.
23．(1) (2)
【详解】
（1）活塞受力分析如图：
由平衡条件得：
解得：
设温度为t2时活塞与容器底部相距h2.因为气体做等压变化，由盖—吕萨克定律：
得：
得：
活塞上升了：
（2)气体对外做功为：
由热力学第一定律可知：
答案第1页，共2页