3.2热力学第一定律 同步训练（word版含答案）

3.2热力学第一定律
一、选择题（共15题）
1．下列说法正确的是（　　）
A．一物质在某状态下是晶体，在一定条件下，它可能变为非晶体
B．某气体温度升高，单位时间内分子撞击器壁单位面积上的次数一定增大
C．气体从外界吸热，其分子平均动能一定增大
D．人们可以直接观察到墨水在清水中的扩散现象，说明肉眼可以直接观察到墨水分子的运动
2．如图所示，一个内壁光滑、导热良好的汽缸悬挂在天花板上，轻质活塞上方封闭着理想气体，若用向下的力F缓慢将活塞向下拉动一小段距离，则（　　）
A．缸内气体的温度可能降低
B．缸内气体分子的平均动能会减小
C．缸内气体会吸热
D．若拉力F对活塞做的功为W，则缸内气体的内能减少了W
3．关于热现象下列说法正确的是（　　）
A．两分子间距离增大，分子势能一定增大
B．气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击的结果
C．物体从外界吸热，其内能一定增大
D．悬浮在液体中的固体颗粒越大，周围液体分子撞击的机会越多，布朗运动越明显
4．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．气体被压缩时，内能一定改变
D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
5．下列说法正确的是（　　）
A．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
B．物体对外界做功，其内能一定减少
C．物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大
D．物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大
6．气缸中一定质量的理想气体内能增加了180,下列说法中正确的是( )
A．—定是外界对物体做了180的功
B．—定是气体吸收了180的热量
C．一定是气体分子总动能增加了180
D．物体的分子平均动能可能不变
7．根据热力学定律，可知下列说法中正确的是（　　）
A．外界对物体做功，物体的内能必定增加
B．随着科技的发展，机械效率是的热机是可能制成的
C．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
D．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体
8．下列说法中正确的是
A．物体内能增大时，温度不一定升高
B．物体温度升高，每个分子的动能都增加
C．物体对外界做功，其内能一定减少
D．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
9．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空．现将隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡，在此过程中(　 　)
A．气体对外界做功，温度降低，内能减少
B．气体对外界做功，温度不变，内能不变
C．气体不做功，温度不变，内能不变
D．气体不做功，温度不变，内能减少
10．关于热现象，下列说法正确的是（ ）
A．物体温度不变， 其内能一定不变
B．物体温度升高，其分子热运动的平均动能一定增大
C．外界对物体做功，物体的内能一定增加
D．物体放出热量，物体的内能一定减小
11．如图所示，A、B为两相同的绝热气缸，用绝热活塞封闭了压强、体积、温度、质量均相同的同种气体，活塞和杠杆质量不计，活塞和杠杆接触，忽略一切摩擦．O为固定轴，且MO=NO，将A中气体温度升高（变化不大）到杠杆MN重新平衡，下列说法正确的是（ ）
A．B中气体温度不变
B．B中气体温度降低
C．A中气体克服外力做功，外界对B气体做功
D．A中气体内能增加，B中气体内能减少
12．如图，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．气体压强不变，温度不变
13．下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动只能在液体里发生，且温度越高，布朗运动越激烈
B．分子间距离增大，分子间作用力对外表现可能为斥力
C．分子动能与分子势能的和叫作这个分子的内能
D．滴进水中的墨水微粒能做扩散运动，说明分子间有空隙
E．外界对某理想气体做功，气体对外放热，则气体温度升高
14．下列有关热力学第一定律的说法正确的是（ ）
A．气体膨胀时，同时又从外界吸收热量，气体的内能一定增大．
B．气体在等压膨胀时，一定会从外界吸收热量．
C．凡是满足热力学第一定律的的热学现象一定可以发生．
D．热力学第一定律实际是热学中的能量守恒定律．
15．关于一定量的气体，下列说法正确的是(　　)
A．气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，而不是该气体所有分子体积之和
B．气体吸收的热量可以完全转化为功
C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
D．气体从外界吸收热量，其内能一定增加
E．气体在等压膨胀过程中温度一定升高
二、填空题
16．一定质量的理想气体从初状态I变到末状态II的过程中，温度升高，压强增大，变化过程中p－T图像如图所示，由图像可知，初状态I的体积___________（填“小于”、“等于”或“大于”）末状态II的体积；初状态I的内能___________（填“小于”、“等于”或“大于”）末状态II的内能；初状态I变到末状态II气体___________（填“吸收”或“放出”）热量。
17．一定质量的理想气体压强p与热力学温度T的关系如图所示，AB、BC分别与p轴和T轴平行．气体在状态C时分子平均动能______（选填“大于”、“等于”或“小于”A状态时分子平均动能．气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，对外做的功为W，内能增加了ΔU，则此过程气体吸收的热量为______．
18．如图所示，用横截面积为S的活塞在气缸内封闭一定质量的空气，活塞质量为m．在活塞上施加恒力F缓慢推动活塞，使气体体积减小．
(1)设上述过程中气体温度保持不变，则气缸内的气体压强______(选填“增大”、“减小”或“不变”)，按照分子动理论从微观上解释，这是因为_______;
(2) 设上述过程中活塞下降的最大高度为Δh，气体放出的热量为Q，外界大气压强为p0，试求此过程中被封闭气体内能的变化ΔU_________.
19．一定质量的理想气体由状态A经状态B变化到状态C的P-V图像如图所示。在由状态A变化到状态B的过程中，理想气体的温度___________（填“升高”、“降低”或“不变”）。在由状态A变化到状态C的过程中，理想气体吸收的热量___________ 它对外界做的功（填“大于”、“小于”或“等于”）
三、综合题
20．如图所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部高度h1=0.50m，气体的温度t1=27℃．给汽缸缓慢加热至t2=207℃，活塞缓慢上升到距离汽缸底某一高度h2处，此过程中缸内气体增加的内能△U=300J。已知大气压强p0=1.0×105Pa，活塞横截面积S=5.0×10﹣3m2。求：
①活塞距离汽缸底部的高度h2；
②此过程中缸内气体吸收的热量Q。
21．如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在圆柱形汽缸内，质量、横截面积的活塞，可沿汽缸壁无摩擦滑动并保持良好的气密性，整个装置与外界绝热。初始时气体的温度，活塞距离汽缸底部的高度，大气压强。现给电热丝通电缓慢加热气体，使活塞缓慢上升高度，此过程中电热丝放出的热量为，重力加速度g取，求：
(1)初始时气体的压强
(2)活塞上升时，气体的温度为多少摄氏度；
(3)此过程中气体内能的增加量。
22．某容器封闭一定质量的理想气体，压强为，保持气体压强不变，将气体温度从升高至，其图象如图所示。已知当气体温度时体积为，求：
(1)温度为时气体的体积；
(2)温度从升高至过程中气体对外所做的功。
23．如图，一开口向下的汽缸竖直放置，汽缸壁内有卡口和，厚度不计的活塞可以在、间自由移动，已知距缸顶的高度为H，a、b间距为h，活塞上方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为，面积为S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态，且恰好对卡口无压力，外界大气压强为，汽缸内外温度均为。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞刚好到达处。重力加速度为，求：
（a）此时汽缸内气体的温度；
（b）如果缸内气体每升高，内能升高E0，求在此过程中从电阻丝吸收了多少内能。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
A．晶体和非晶体在适当的条件下可以互相转化．例如天然石英是晶体，熔融过的石英却是非晶体，A正确；
B．一定质量的气体，若体积保持不变时，温度升高时单位时间内分子撞击器壁单位面积上的次数增大，B错误；
C．气体从外界吸热，内能不一定增大，其分子平均不一定增大，C错误；
D．分子很小，分子运动是无法用肉眼观察的，D错误。
故选A。
2．C
【详解】
AB. 内壁光滑、导热良好的汽缸, 在力F缓慢将活塞向下拉动一小段距离的过程中，缸内气体的温度保持不变，缸内气体分子的平均动能也保持不变，故AB错误；
C.由热力学第一定律知，在力F缓慢将活塞向下拉动一小段距离的过程中，气体对外做功，而温度保持不变，则，所以，缸内气体会吸热，故C正确；
D. 拉力F对活塞做的功与缸内气体内能的变化无关，故D错误。
故选C。
3．B
【详解】
A．当分子表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大，当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而减小，故A错误；
B．密闭容器内气体的压强产生的机理是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的，故B正确；
C．根据热力学第一定律
△U=Q+W
可知气体从外界吸收热量，即Q＞0，若同时气体对外界做功，即W＜0，且气体从外界吸收热量小于气体对外界做功，则有△U＜0，其内能会减小，故C错误；
D．悬浮在液体中的固体颗粒越小，周围液体分子撞击越不平衡，布朗运动越明显，故D错误。
故选B。
4．D
【详解】
A．质量和温度都相同的气体，内能不一定相同，还和气体的种类有关，故A错误；
B．物体的内能与温度、体积有关，与物体宏观整体运动的机械能无关，所以整体运动速度越大，其内能不一定越大，故B错误；
C．气体被压缩时，外界对气体做功W＞0，如果向外界放热Q＜0，根据热力学第一定律，△U=W+Q，可能△U=0内能不变，故C错误；
D．理想气体分子间无分子势能，理想气体的内能只与温度有关，故D正确。
故选D。
5．D
【详解】
A．如果物体从外界吸收热量时，再对外做功，则内能可能减小，可能不变，可能增加，A错误；
B．如果物体对外界做功的同时，再从外界吸收热量，则其内能可能减小，可能不变，可能增加，B错误；
CD．温度是分子平均动能大小的标志，温度升高，物体内大量分子热运动的平均动能增大，C错误D正确。
故选D。
6．C
【详解】
做功和热传递都能改变物体的内能，气体的内能增加了180J，由热力学第一定律知，可能是外界对气体做了180J的功，也可能是气体吸收了180J的热量，也可能既有做功，又有热传递，两者代数和为180J，故AB错误．理想气体的内能是所有分子动能的总和，故内能增加了180J，则分子总动能增加了180J，而分子数没有变，故分子的平均动能不变，故C正确，D错误；故选C．
7．C
【详解】
A、根据热力学第一定律：△E=W+Q，外界对物体做功，若物体放出热量，则物体的内能不一定增大，故A错误；
B、无论科学技术多么发达，机械效率可能提高，但一定小于100%，即物体的机械效率不可能达到100%，故B错误；
C、根据热力学第二定律内容，不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．故C正确；
D、根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但是只要外界提供能量，热量可以从低温传递到高温，比如冰箱的工作原理，故D错误．
故选C．
8．A
【详解】
物体内能等于分子势能和分子动能之和，内能增大可能分子动能不变，分子势能增大，A正确；物体温度升高，则物体的分子平均动能越大，但由于分子的运动是无规则的，不是每个分子的动能都增加，故B错误；物体对外界做功的同时有可能从外界吸热，其内能不一定减小，同理从外界吸收热量的同时有可能对外界做功，其内能不一定增加，CD错误．
9．C
【详解】
右侧为真空，气体自由膨胀做功“没有对象”，当然不做功，根据热力学第一定律有：，做功W=0，因为是绝热容器，所以没有热交换即：Q=0，因此内能不变，理想气体，内能由温度决定，所以温度不变，故ABD错误，C正确；
故选C．
10．B
【详解】
A. 晶体在熔化过程中，温度不变，分子动能不变，但由固态变成液态，分子势能增大，所以内能增大，故A错误；
B、温度是分子平均动能的标志，物体的温度升高，分子平均动能一定增大，故B正确；
C、外界对物体做功时，若同时散热，则由热力学第一定律可知物体的内能不一定增加，故C错误；
D、物体放热的同时外界对物体做功，其内能不一定减小，故D错误；
故选B．
11．C
【详解】
AB．活塞和杠杆质量不计，将A中气体温度升高，则A的体积增大，A上方的活塞上升，B上方的活塞下降，外界对B做功，，由于汽缸与活塞都绝热，，由热力学第一定律可知：，B中气体内能增加，气体温度升高，故AB错误；
C．A气体体积变大，气体对外做功，即A中气体克服外力做功，B体积减小，外界对B做功，故C正确；
D．A气体温度升高，内能增加，由A的分析可知，B的内能增加，故D错误．
故选C.
12．B
【详解】
根据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稀薄气体的内能不变，则温度不变．稀薄气体扩散体积增大，压强必然减小．故B正确，ACD错误。
13．BDE
【详解】
A．布朗运动是悬浮在液体或气体中固体小颗粒的无规则运动；布朗运动可以在液体里发生，也可以在气体里发生，且温度越高，布朗运动越激烈，故A错误。
B.在分子间距离rr0范围内，即使距离增大，分子间作用力表现为斥力，故B正确；
C.所有分子动能与分子势能的总和叫做物体的内能，单个分子的内能没有意义，故C错误；
D.滴进水中的墨水微粒能做扩散运动，说明分子间有空隙，故D正确；
E.外界对某理想气体做功W=2.0×105J，气体对外放热Q=-1.0×105J，根据热力学第一定律，则气体的内能变化
E=W+Q=2.0×105J-1.0×105J=1.0×105J
所以气体的内能增大，温度升高，故E正确。
故选BDE。
14．BD
【详解】
A. 气体膨胀时，气体对外做功，同时又从外界吸收热量，气体的内能不一定增大，故A错误；
B、气体在等压膨胀时，温度升高，内能增大，膨胀时气体对外做功，一定会从外界吸收热量，故B正确；
C、热学过程除了要受到能量守恒定律的制约外，还具有方向性，凡是满足热力学第一定律的的热学现象不一定可以发生，C错误；
D、能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为别的形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中其总量不变，所以热力学第一定律实际是热学中的能量守恒定律，故D正确；
故选BD．
15．ABE
【详解】
气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，故A正确；气体吸收的热量在一定的条件下可以完全转化为功，但会引起其他的变化，故B正确；在完全失重的情况下，分子运动不停息，气体对容器壁的压强不为零，故C错误；若气体吸收热量的同时，对外做功，若对外做功大于吸收的热量，则内能可能减小；故D错误；气体在等压膨胀过程中由理想气体状态方程可知，温度一定升高，故E正确；故答案为ABE；
16． 等于 小于 吸收
【详解】
图像中，与原点连线斜率的倒数表示气体的体积，所以体积的大小关系为
温度升高，初状态I的内能小于末状态II的内能
体积不变，根据热力学第一定律
温度升高，内能增大，吸收热量。
17． 大于 W＋ΔU
【详解】
由图可知，C点的温度最高；因温度是分子平均动能的标志；故C点时分子平均动能大于A状态时的分子平均动能；由热力学第一定律可知，气体对外做功；则有：，则；
18． 增大 体积减小，分子的密集程度增大，单位时间内撞击单位面积的分子数增多
19． 升高 等于
【详解】
如图所示画出理想气体的等温线，由图像可知，由状态A变化到状态B的过程中，理想气体的温度升高。
由状态A变化到状态C的过程中，温度先增大后减小，状态A与状态C在同一等温线，温度相等，根据理想气体内能由温度决定，则气体内能不变，再根据热力学第一定律可得
由状态A变化到状态C的过程中，体积增大，气体对外界做功，则W<0，而，所以有 ，并且，则理想气体在该过吸收的热量等于它对外界做的功。
20．①0.80m ②450 J
【详解】
①气体做等压变化，根据气态方程可得
解得h2＝0.80m
②在气体膨胀的过程中，气体对外做功为
W0＝pΔV＝1.0×105×(0.80－0.50)×5.0×10－3J＝150 J
根据热力学第一定律可得气体内能的变化为
ΔU＝W＋Q
得
Q＝ΔU+W0＝450 J
21．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)对活塞受力分析，根据共点力平衡原理得
(2)气体缓慢加热过程中，处于等压变化
，，
由盖吕萨克定律得
代入数据解得
(3)上升过程中，根据热力学第一定律得
式中
Q=500J
因此
所以此过程中气体内能的增加量为.
22．(1)；(2)
【详解】
(1)设温度为时气体的体积，由题意和图象可知，,，由盖—吕萨克定律可得，解得
(2)设此过程中体积的变化为，所做的功为，则
解得
23．（a）；（b）
【详解】
（a）加热后，汽缸中的气体经历等压过程，直至活塞刚好到达b处，设此时汽缸中气体的温度为；活塞位于a处和b处时气体的体积分别为和。根据盖—吕萨克定律有
式中
，
解得
（b）从开始加热到活塞到达b处的过程中，汽缸内气体压强为，对活塞由平衡条件得
汽缸中的气体对外做的功为
解得
气体内能增加了
由热力学第一定律有
气体对外做功，记为W<0
解得
Q=E0+p0Sh-mgh
答案第1页，共2页