4.1热力学第一定律课后练习-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册（word 含答案）

4.1热力学第一定律
一、选择题（共15题）
1．下列说法正确的是（　　）
A．气体的体积是所有气体分子的体积之和
B．气体的体积很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现
C．物体的内能就是组成该物体的所有分子热运动动能的总和
D．1g0 C水的内能比1g0 C冰的内能大
2．固定的汽缸内由活塞封闭着一定质量的气体，在通常的情况下，这些气体分子之间的相互作用力可以忽略。在外力F作用下，将活塞缓慢地向上拉动，如图所示。在拉动活塞的过程中，假设汽缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不变，关于对汽缸内的气体的下列论述，其中正确的是（　　）
A．气体对活塞做功，气体的内能减少
B．气体从外界吸热，气体分子的平均动能增大
C．气体从外界吸热，气体压强不变
D．气体单位体积的分子数减小，气体压强减小
3．下列说法中正确的是（　　）
A．图甲为中间有隔板的绝热容器，隔板左侧装有温度为T的理想气体，右侧为真空。现抽掉隔板，气体的最终温度小于T
B．图乙为布朗运动示意图，悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞的液体分子越多，撞击作用的不平衡性表现的越明显
C．图丙为同一气体在0℃和100℃两种不同情况下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线，两图线与横轴所围面积不相等
D．图丁中由于液体浸润管壁，管中液体能上升到一定高度，利用此原理想把地下的水分引出来，就用磙子压紧土壤
4．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　）
A．气体温度升高，每一个气体分子的动能都增大
B．气体温度升高，气体内能一定增大
C．若压缩气体做功，气体分子的无规则运动一定更剧烈
D．若气体膨胀对外做功100 J，则内能一定减少100J
5．关于分子动理论和物体的内能，下列说法中正确的是(　　)
A．液体分子的无规则运动称为布朗运动
B．物体的温度升高，物体内大量分子热运动的平均动能增大
C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
D．气体的温度升高，气体的压强一定增大
6．关于物体的内能变化，以下说法正确的是（　　）
A．物体吸收热量，内能一定增大
B．物体对外做功，内能一定减小
C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
D．物体吸收热量，同时对外做功，内能一定不变
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．气体体积增大时，其内能一定减少
C．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的分子数和温度有关
D．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间斥力大于引力的缘故
8．如图所示，固定容器及可动活塞 P 都是绝热的，中间有一导热的固定隔板 B,B 的两边分别盛有气体甲和乙．现将活塞 P 缓慢地向 B 移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动 P 的过程中
A．外力对乙做功；甲的内能不变
B．外力对乙做功；乙的内能不变
C．乙传递热量给甲；乙的内能增加
D．乙的内能增加；甲的内能不变
9．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　）
A．气体压强只与气体分子的密集程度有关
B．气体温度升高，每一个气体分子的动能都增大
C．气体的温度升高，气体内能一定大增
D．若气体膨胀对外做功50 J，则内能一定减少50 J
10．如图所示，一绝热容器被隔板K隔成两部分。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．外界对气体做功，内能增加
C．气体压强变小，温度降低
D．气体压强变小，温度不变
11．下列说法中正确的是 ．A．分子势能随分子间距离的增大而减小
B．超级钢具有高强韧性，其中的晶体颗粒有规则的几何形状
C．压强为1atm时，一定量的水蒸发为同温度的水蒸气，吸收的热量等于其增加的内能
D．水的温度升高时，水分子的速度都增大
12．如图所示，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，和为绝热过程（气体与外界无热量交换）。这就是著名的“卡诺循环”。下列说法正确的是（　　）
A．过程中，气体放出热量
B．过程中，气体内能增加
C．过程中，内能减少
D．整个过程中，气体吸热
13．在一个标准大气压下，1 g水在沸腾时吸收了2260 J的热量后变成同温度的水蒸气，对外做了170 J的功．已知阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，水的摩尔质量M＝18 g/mol．下列说法中正确的是
A．分子间的平均距离增大
B．水分子的热运动变得更剧烈了
C．水分子总势能的变化量为2090 J
D．在整个过程中能量是不守恒的
14．关于一定量的气体，下列说法正确的是（　　）
A．只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低
B．若气体被压缩且吸收热量，则压强一定增大
C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加
D．气体在等压膨胀过程中温度一定升高
15．下列说法正确的是 （ ）
A．布朗运动说明分子间存在相互作用力
B．物体的温度越高，其分子的平均动能越大
C．水和酒精混合后总体积会减小，说明分子间有空隙
D．物体的内能增加，一定是物体从外界吸收了热量
二、填空题
16．在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24kJ的功。现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5kJ的热量。在上述两个过程中，空气的内能共减小___________kJ，空气___________（选填“吸收”或“放出”）的总能量为___________kJ。
17．如图，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，已知气体在状态A时的温度为300K，则气体在状态B时的温度为______K，从状态A到状态C气体从外界吸收热量______J。
18．压缩过程中，两个阀门均关闭．若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104 J，则该气体的分子平均动能________(填“增加”“减少”或“不变”)，活塞对该气体所做的功________(填“大于”“小于”或“等于”)3.4×104 J.
19．A．一位同学为了表演“轻功”，用打气筒给4只相同的气球充以相等质量的空气（可视为理想气体），然后将它们放置在水平木板上，再在气球的上方平放一块轻质塑料板，如图所示。这位同学慢慢站上轻质塑料板中间位置的过程中，气球一直没有破裂，球内气体温度可视为不变。
（1）下列说法正确的是______；
A．气球内气体的压强是由于气体重力而产生的
B．由于该同学压迫气球，球内气体分子间表现为斥力
C．气球内气体分子平均动能不变
D．气球内气体的体积是所有气体分子的体积之和
（2）表演过程中，对球内气体共做了4J的功，此过程中气球_____（填“吸收”或“放出”）的热量是_____J；若某气球突然爆炸，则该气球内的气体内能_____（填“增加”或“减少”），温度_____（填“升高”或“降低”）；
（3）一个气球内气体的体积为2L，密度为3kg/m3，平均摩尔质量为15g/mol，阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol﹣1，试估算这个气球内气体的分子个数为______。
三、综合题
20．一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化。问：
（ⅰ）已知从A到B的过程中，气体的内能减少了300 J，则从A到B气体吸收或放出的热量是多少？
（ⅱ）试判断气体在状态B、C的温度是否相同；如果知道气体在状态C时的温度TC＝300 K，则气体在状态A时的温度为多少？
21．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程（气体与外界无热量交换）。这就是著名的“卡诺循环”。
（1）该循环过程中，下列说法正确的是_______；
A．A→B过程中，外界对气体做功
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
（2）该循环过程中，内能减小的过程是_______（选填“A→B”、“B→C”、“C→D”或“D→A”）。若气体在A→B过程中吸收63kJ的热量，在C→D过程中放出38kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为_______kJ；
（3）若该循环过程中的气体为1mol，气体在A状态时的体积为10L，在B状态时压强为A状态时的。求气体在B状态时单位体积内的分子数。（已知阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1，计算结果保留一位有效数字）
22．如图所示，一圆柱形绝热汽缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体．活塞的质量为m，活塞的横截面积为S.初始时，气体的温度为T0，活塞与容器底部相距h.现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时活塞下降了h，已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与汽缸的摩擦．求此时气体的温度和加热过程中气体内能的增加量．(题中各物理量单位均为国际单位制单位)
23．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900J的功，同时汽缸向外散热210J，汽缸里空气的内能改变了多少？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A．气体分子间空隙很大，所以气体的体积远大于所有气体分子的体积之和，故A错误；
B．气体分子之间的距离很大，分子力为引力，基本为零，而很难被压缩是压强的表现，故B错误；
C．物体的内能是组成该物体的所有分子热运动动能和势能的总和，故C错误；
D．冰融化时要吸收热量，故1g0℃的水的内能比1g0℃的冰的内能大，故D正确。
故选D。
2．D
【详解】
AB．由题意知，气缸内的封闭气体是理想气体且温度不变，故平均动能不变，气体内能不变，AB错误；
CD．气体体积增大，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，封闭气体温度不变，体积增大，压强减小，C错误，D正确。
故选D。
3．D
【详解】
A．因为右侧为真空，抽掉隔板后气体向右扩散不需要做功，所以气体内能不变，则温度不变，A错误；
B．做布朗运动的颗粒越大，在某一瞬间跟它相撞的液体分子越多，撞击作用力越趋近于零，不平衡性表现得越不明显，B错误；
C．因为分子总数一定，所以两图线与横轴所围成的面积应相等，C错误；
D． 由于液体浸润管壁，管中液体能上升到一定高度，是毛细现象，利用此原理想把地下的水分引出来，就用磙子压紧土壤，减小毛细管的直径，D正确。
故选D。
4．B
【详解】
A．气体温度升高，绝大多数气体分子的动能都增大，但个别分子的动能也可能减小，A错误；
B．理想气体不考虑分子势能，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，气体内能一定增大，B正确；
C．压缩气体做功，若存在对外放热，由热力学第一定律可知，气体的内能可能减小，温度可能降低，故无规则运动不一定更剧烈，C错误；
D．若气体膨胀对外做功100J，内能不一定减少100J，还跟吸、放热多少有关，D错误。
故选B。
5．B
【详解】
试题分析：布朗运动是固体小颗粒在液体分子的无规则撞击下的无规则运动，而不是液体分子的运动，但是可以反映液体分子的无规则运动，选项A错．温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子热运动平均动能增大，选项B对．改变内能的方式有两种，即做功和热传递，只是从外界吸收热量，无法判断内能变化，选项C错．气体温度升高，根据，可知在不明确体积变化的情况下无法判断压强变化，选项D错．
6．C
【详解】
A．物体吸收热量，若物体对外界做的功大于吸收的热量，其内能减小，A错误；
B．物体对外做功，如同时从外界吸收的热量，则内能不一定减少，B错误；
CD．物体吸收热量，同时对外做功，如二者相等，则内能可能不变，D错误C正确。
故选C。
7．C
【详解】
布朗运动“反应”液体分子的热运动，A错．气体体积增大时对外做功，但是没明确吸放热所以无法知道内能如何变化，B错．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体的流动性，D错．只有C正确．
8．C
【详解】
活塞P压缩气体乙，则外力对气体乙做功，因P与外界隔热，可知乙的内能增加，因B是导热的隔板，可知乙的热量将传给甲，最终甲、乙的内能都增加，故选C.
9．C
【详解】
A．气体压强与气体的热动动的平均动能和气体分子的密集程度有关，A错误；
B．气体温度升高，气体分子的平均动能增大，但是分子总在做无规则运动，所以每一个分子动能都在变化但不一定增大，B错误；
C．气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，由于气体间距比较大分子间的相互作用力较小，分子间的势能一般不考虑，则气体内能只由分子动能决定所以气体内能一定大增，C正确；
D．由热力学第一定律可知，当气体膨胀对外做功50 J，若没有热传递没有吸收或者放出热量时，内能减少50 J，D错误。
故选C。
10．D
【详解】
AB．绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，Q=0，稀薄气体向真空扩散没有做功，W=0，根据热力学第一定律可知，内能不变，故A、B错误；
CD．气体的内能不变，则温度不变，稀薄气体扩散，体积增大，由可知压强必然减小，故C错误，D正确。
故选D。
11．B
【详解】
试题分析：分子力做功等于分子势能的减小量，由于分子力方向会改变，故分子势能与分子间距离关系要分情况讨论，不能一概而论，故A错误；超级钢具有高强韧性，一定是其中的晶体颗粒有规则的几何形状，故B正确；压强为1atm时，一定量的水蒸发为同温度的水蒸气，吸热的同时要膨胀并对外做功，故吸收的热量一定大于其增加的内能，故C错误；水的温度升高时，水分子热运动额平均动能一定增加，不是每个水分子动能增加，故D错误；故选B．
12．D
【详解】
A．过程中，温度不变，体积增大，则理想气体的内能不变，根据热力学第一定律可知
由于气体的体积增大，对外做功，则气体必须吸收热量，所以A错误；
B．过程中，根据热力学第一定律可知
由于气体的体积增大，对外做功，因为该过程绝热，则 ，则气体内能减小，所以B错误；
C．和为等温过程，根据等温线可判断过程温度高于过程温度，则过程中，气体的温度升高，其内能增大，所以C错误；
D．整个过程中，气体对外界做的功大于外界对气体做的功，则，由于一个大循环后气体的温度不变，则内能不变 ，根据热力学第一定律可得
则气体吸热，所以D正确；
故选D。
13．AC
【详解】
A．液体变成气体后，分子间的平均距离增大了，故A正确；
B．温度是分子热运动剧烈程度的标志，由于两种状态下的温度是相同的，故两种状态下水分子热运动的剧烈程度是相同的，故B错误；
C．水发生等温变化，分子平均动能不变，因水分子总数不变，分子的总动能不变，根据热力学第一定律△U=Q+W，可得水的内能的变化量为△U=2260J-170J=2090J，即水的内能增大2090J，则水分子的总势能增大了2090J，故C正确；
D．在整个过程中能量是守恒的，故D错误．
14．ABD
【详解】
A．温度高时气体分子热运动就剧烈，所以只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低，故A正确；
B．气体的压强与单位体积的分子数和分子动能有关，若一定质量的理想气体被压缩且吸收热量，则，，根据热力学第一定律知
说明气体的温度T升高，分子平均动能增大，又气体被压缩，体积V减小，单位体积的分子数增加，所以气体压强一定增大，故B正确；
C．气体从外界吸收热量，但如果同时对外做功，则内能不一定增加，故C错误；
D．由理想气体状态方程可得，气体在等压膨胀过程中温度一定升高，故D正确。
故选ABD。
15．BC
【详解】
布朗运动说明液体分子在永不停息的做无规则运动，A错．温度是分子平均动能的标志，物体的温度越高，其分子的平均动能越大，B对．C对．物体的内能增加，可能是物体从外界吸收了热量，也可能是外界对物体做了功，D错．
16． 5 放出 29
【详解】
在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，即内能不变，，外界做了24kJ的功，即W=24kJ，据热力学第一定律
可得
即放出24kJ的热量；
潜入海底的过程中，空气不做功，W=0，据热力学第一定律可得
故空气的内能共减少5kJ。
放出的总热量
故空气放出总热量29kJ。
17． 100 400
【详解】
根据
可得
从状态A到状态C，气体的pV乘积不变，则温度不变，内能不变；气体对外做功
则从外界吸收热量
Q=W=400J
18． 增加 等于
【详解】
由题意内能增加，理想气体的内能只与温度有关，故温度升高，则气体的分子平均动能增大；
根据热力学第一定律
得
．
19． C 放出 4 减少 降低 2.41×1023
【详解】
（1）A．气球内气体的压强是由于气体分子无规则运动，撞击气球壁而产生的，与重力无关，A错误；
B．球内气体可视为理想气体，分子间相互作用力忽略不计，B错误；
C．由于球内气体温度可视为不变，故气球内气体分子平均动能不变，C正确；
D．气球内气体分子间距较大，故气体的体积远大于所有气体分子的体积之和，D错误。
故选C。
（2）表演过程中，对球内气体共做了4J的功，由于内能不变，据热力学第一定律可知，此过程中气球放出的热量是4J。
若某气球突然爆炸，体积迅速膨胀对外做功，可看成无热传递，则该气球内的气体内能减少，温度降低。
（3）一个气球内气体的体积为2L，密度为3kg/m3，气体质量为
m=ρV=0.006kg
平均摩尔质量为M=15g/mol，所以气体的摩尔数为
=0.4mol
可知这个气球内气体的分子个数为
=2.41×1023
20．（ⅰ）放热1200 J；（ⅱ）相同，1200 K
【详解】
（ⅰ）从A到B，外界对气体做功
根据热力学第一定律
ΔU＝W＋Q
解得
Q＝－1200J
即气体放热1200J。
（ⅱ）由图可知pBVB＝pCVC，由理想气体方程可知TB＝TC；根据理想气体状态方程有
代入图中数据可得
TA＝1200 K
21．（1）C（2）B→C，25（3）
【详解】
（1）A．从图上看，A→B过程体积变大，气体对外做功，A错误；
B．B→C过程为绝热过程，则有
且从图上看，气体的体积增大，气体对外做功，则有
由热力学第一定律可知
则气体的温度将变低，气体分子的平均动能变小，B错误；
C．从图上看，C→D过程的气体压强在增大，则单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，C正确；
D．D→A为绝热过程，则有
且从图上看，气体的体积减小，外界对气体做功，有
由热力学第一定律可以判断出气体的内能变大，故气体温度升高，则气体分子的速率分布曲线会发生变化，D错误。
故选C。
（2）从（1）的分析中，知内能减小的过程为B→C；B→C和D→A为绝热过程，无热量交换，若在A→B过程中吸收63kJ的热量，在C→D过程中放出38kJ的热量，则整个过程热量交换为
整个循环中内能变化量为0，由
可得
故整个过程对外做的功为25kJ。
（3）A→B过程为等温过程，由
得
则有
故气体在B状态时单位体积内的分子数为个。
22．解：封闭气体做等压变化，由盖—吕萨克定律得
此时气体的温度为
气体在等压变化过程中，活塞受力如图所示
由平衡条件得
气体对活塞做的功为
由热力学第一定律得
气体内能的增加量为
23．690J
【详解】
根据题意，，
由热力学第一定律得：J
故本题答案为690J．