3.1热力学第一定律 自主提升过关练（Word版含解析）

3.1热力学第一定律 自主提升过关练（含解析）
一、选择题
1．如图所示，一导热良好且足够长的气缸，倒置悬挂于天花板下。气缸内被活塞封闭一定质量的理想气体。活塞质量为，气缸横截面积为，当地大气压为且不随温度变化，重力加速度为，忽略一切摩擦。当环境温度缓慢升高时，下列说法正确的是（　　）
A．悬线的拉力变大
B．被封闭理想气体的内能增大
C．被封闭理想气体的压强大小不变，且始终为
D．外界对气体做正功
2．下列说法正确的是（　　）
A．单晶体有确定的熔点，而多晶体没有确定的熔点
B．理想气体等压膨胀时一定吸收热量
C．布朗运动是分子热运动，而扩散现象不是分子热运动
D．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面分子引力小于分子斥力
3．一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab，bc，cd，da四个过程又回到状态a，其体积V与热力学温度T的关系图像如图所示，cd的延长线经过坐标原点O，ab、bc分别与横轴、纵轴平行，e是Ob与da的交点，下列说法正确的是（　　）
A．气体从状态c到状态d是等容变化
B．ab之间某个状态的压强小于状态e的压强
C．气体从状态b到状态c是气体对外做功同时吸热
D．气体从状态d到状态a是压强增大
4．分子动理论较好地解释了物质的宏观热力学性质。下列说法正确的是（　　）
A．分子间距离减小，分子间的引力和斥力都增大
B．液体分子的无规则运动称为布朗运动
C．分子间距离增大，分子势能一定减小
D．物体对外做功，物体内能一定减小
5．对于以下教材中配图说明，说法正确的是（　　）
A．甲图为油膜法估算分子直径的实验图。实验中需将痱子粉撒的尽量厚一些
B．乙图为布朗运动产生原因示意图。说明微粒越大，液体分子沿各方向撞击它的数量越多，布朗运动越明显
C．丙图为模拟气体压强产生机理实验图。说明气体压强是由大量气体分子对器壁频繁碰撞产生的
D．丁图为热机工作时的能流分配图。说明热机的效率可能达到100%
6．如图所示，一定质量理想气体经历A→B的等压过程，B→C的等容过程，则（　　）
A．A→B过程，气体吸收热量 B．A→B过程，气体内能不变
C．B→C过程，气体压强减小 D．B→C过程，外界对气体做功
7．回热式制冷机是一种深低温设备，制冷极限约50 K，某台设备工作时，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：从状态A到B和C到D是等温过程；从状态B到C和D到A是等容过程，体积分别为V0和5V0。下列说法正确的是（　　）
A．图中t1< t2 B．压强pD=5pC
C．B到C过程外界对氦气做正功 D．整个循环过程A-B-C-D-A氦气系统要放热
8．如图所示，A、两装置，均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热传递，则下列说法正确的是（　　）
A．A中水银的内能增量大于中水银的内能增量
B．中水银的内能增量大于A中水银的内能增量
C．A和中水银体积相同，故内能增量相同
D．A和中水银温度始终相同，故内能增量相同
9．如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到初态a。下列说法错误的是（　　）
A．在过程ab中气体的内能增加
B．在过程ca中外界对气体做功
C．在过程ab中气体对外界做功
D．在过程bc中气体从外界吸收热量
10．下列说法正确的是（　　）
A．一定量的气体吸收热量，其内能一定增大
B．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越快
C．太空中水滴呈现完美球形是由于液体重力的作用
D．分子间作用力等于零（），此时分子势能最小
11．一定质量的理想气体，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
12．关于内能、温度和分子的平均动能，下列说法正确的是（　　）
A．物体的温度越低，则物体的内能一定越小
B．物体的温度越低，则物体分子的平均动能一定越小
C．外界对气体做功时，气体的内能一定增大
D．物体做加速运动，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大
13．如图所示，一定质量的理想气体从状态b经过等温过程到状态c，经等压过程到状态a，再经等容过程回到状态b，下列说法正确的是（　　）
A．从状态c到状态a再到状态b的过程中，气体温度先升高后降低
B．从状态c到状态a再到状态b的过程中，气体温度先降低后升高
C．从状态a到状态b的过程中，气体吸收热量
D．从状态b到状态c的过程中，气体既不吸热也不放热热量
E．从状态c到状态a的过程中，单位时间内碰撞器壁单位面积的分子个数增加
14．如图所示，在p－T图像中，一定质量的理想气体经历了从状态A到状态B、再到状态C，最后回到状态A的过程，在该过程中，下列说法正确的是（　　）
A．从A到B过程中，气体对外做功
B．从B到C过程中，气体放出热量
C．从C到A过程中，气体分子密度减小
D．从A到B过程和从C到A过程，气体做功的绝对值相等
15．一定质量的理想气体从状态经过状态变化到状态，其图像如图所示，则下列说法正确的有（　　）
A．的过程中，气体对外界做功
B．的过程中，气体气温不变
C．的过程中，气体压强不变
D．的过程中，气体内能增加
二、解答题
16．如图所示，一根两端开口、横截面积为S、足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定（插入水银槽中的部分足够深）。管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长的气柱，气体的温度为，外界大气压取。求：
（1）若在活塞上放一个质量为m的砝码，保持气体的温度不变，平衡后气柱为多长；
（2）若保持砝码的质量不变，对气体缓慢加热，使其温度升高到T，气体吸收的热量为Q。则气体的内能增加多少。
17．如图所示，用隔板将一绝热气缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，右侧与绝热活塞之间是真空的，现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个气缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积、假设整个系统不漏气，则气体自发扩散前后内能变化了吗？为什么？气体在被压缩的过程中内能如何变化？为什么？
参考答案
1．B
【解析】
A．以气缸和活塞为研究对象，受到重力和悬线对其的拉力，根据平衡条件可知重力和悬线对其的拉力大小相等，方向相反，所以当环境温度缓慢升高时，悬线的拉力不变，故A错误；
B．由于气缸的导热良好，当环境温度缓慢升高时，被封闭理想气体的温度缓慢升高，所以被封闭理想气体的内能增大，故B正确；
C．以活塞为研究对象，根据平衡条件可知
解得被封闭理想气体的压强大小
故C错误；
D．当环境温度缓慢升高时，被封闭理想气体的压强不变，根据盖-吕萨克定律可得被封闭理想气体的体积增大，气体对外界做正功，故D错误。
故选B。
2．B
【解析】
A．单晶体和多晶体都有固定的熔点，A错误；
B．理想气体等压膨胀时温度一定升高，且气体对外做功，气体一定吸收热量，B正确；
C．扩散现象是分子的热运动，C错误；
D．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面分子引力大于分子斥力，D错误。
故选B。
3．B
【解析】
A．根据可知，由于cd的延长线经过坐标原点O，则气体从状态c到状态d是等压变化，故A错误；
B．根据可知
坐标原点O与ab上各点连线的斜率与压强成反比，由图可知，O与b的连线的斜率最小，压强最大，即e点压强最大，故B正确；
C．由图可知，气体从状态b到状态c等温变化，气体内能不变，同时体积变小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体放出热量，故C错误；
D．根据可知
坐标原点O与ad上各点的连线斜率与压强成反比，由图可知，气体从状态d到状态a是压强减小，故D错误。
故选B。
4．A
【解析】
A．分子间存在相互作用的引力和斥力，引力和斥力都随分子间距离的减小而增加，随分子间距的增大而减小，故A正确；
B．布朗运动是指悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，不是液体分子的无规则运动，是液体分子无规则热运动的反映，故B错误；
C．当分子力表现为引力时，分子力总是随分子间距离的增大而减小，因克服分子力做功，分子势能总是随分子间距离的增大而增大，故C错误；
D．物体对外做功，若气体吸收热量，则其内能不一定减小，故D错误。
故选A。
5．C
【解析】
A．甲图为油膜法估算分子直径的实验图。实验中需将痱子粉撒的尽量薄一些，油酸滴到痱子粉上能尽可能的散开，故A错误；
B．乙图为布朗运动产生原因示意图。说明微粒越大，液体分子沿各方向撞击它的数量越多，微粒各方向受力比较均衡，布朗运动不明显，故B错误；
C．气体分子永不停息地做无规则的热运动，频繁地碰撞容器的器壁，会对器壁产生压强，丙图为模拟气体压强产生机理实验图。实验说明气体压强是由大量气体分子对器壁频繁碰撞产生的，故C正确；
D．丁图为热机工作时的能流分配图。从高温向低温传递热量时会伴随着对外做功，说明热机的效率不可能达到100%，故D错误。
故选C。
6．A
【解析】
【详解】
AB．由题图知A→B过程，气体压强不变，体积膨胀，气体对外做功（）；温度升高，内能增大（），根据热力学第一定律
可知该过程气体吸收热量（），故A正确，B错误；
CD．由题图知B→C过程，气体体积不变，则外界对气体不做功；温度升高，根据查理定律，可知压强增大，故CD错误。
故选A。
7．D
【解析】
【详解】
A．从状态B到C，由查理定律得
由于，所以
故A错误；
B．C到D是等温过程，由玻意耳定律得
由于，，所以
故B错误；
C．由于B到C过程，是等容过程，所以
因此B到C过程外界对氦气不做功，故C错误；
D． 整个循环过程A-B-C-D-A，由热力学第一定律得
由于从状态B到C和D到A是等容过程，所以外界对系统做功
，
A-B过程外界对系统做正功，C-D过程外界对系统做负功，p-V图象与横轴围成的面积表示做的功，所以
所以整个循环过程外界对系统做正功。整个循环过程
所以
整个循环过程A-B-C-D-A氦气系统要放热，故D正确。
故选D。
8．B
【解析】
在水银进入管状容器的过程中，大气压力对水银做功，把大气的能量转化为水银的内能和重力势能，在一定的大气压下，A、中的水银柱在稳定后高度是相同的，且进入管中的水银体积相同，所以大气压力做功相同。但两装置中水银重力势能的增量不同，所以两者内能的改变也不同，由题图可知装置中水银的重力势能较小，所以装置中水银的内能增量较大。
故选B。
9．C
【解析】
【详解】
A．从a到b等容升压，根据理想气体状态方程
可知温度升高，一定质量的理想气体内能决定于气体的温度，温度升高，则内能增加，故A不符合题意；
B．在过程ca中压强不变，体积减小，所以外界对气体做功，故B不符合题意；
C．在过程ab中气体体积不变，根据
W=p△V
可知，气体对外界做功为零，故C符合题意；
D．在过程bc中，属于等温变化，气体膨胀对外做功，而气体的温度不变，则内能不变；根据热力学第一定律
△U=W+Q
可知，气体从外界吸收热量，故D不符合题意。
故选C。
10．D
【解析】
【详解】
A．根据热力学第一定律知，一定量的气体吸收热量，若气体同时对外做功，其内能可能减小，A错误；
B．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压，水蒸发越慢，B错误；
C．太空中水滴呈现完美球形是由于失重状态下液体的重力全部用来提供向心加速度，液体表面张力作用使液体的表面积最小化，C错误；
D．由分子间作用力的变化规律可知，当分子间作用力等于零（），此时分子势能最小，D正确。
故选D。
11．A
【解析】
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。
12．B
【解析】
【详解】
A．物体内能与温度和体积均有关，A错误；
B．温度是物体分子平均动能的标志，B正确；
C．内能不仅与做功有关，还与热传递有关，C错误；
D．物体做加速运动，速度越来越大是宏观的机械运动不改变物体的温度，即不会改变微观的分子的平均动能；故D错误；
故选B。
13．BCE
【解析】
【详解】
AB．根据可知，图像的点的横纵坐标围成的矩形能够反映温度，则从状态c到状态a再到状态b的过程，矩形面积先减小后增大，则气体温度先降低后升高，故A错误，B正确；
C．从状态a到状态b的过程中，体积不变，则，而压强增大，根据可知温度升高，则有，根据热力学第一定律
可知，即气体吸热，故C正确；
D．从状态b经过等温过程到状态c，则，但体积变大，，则，即气体吸热同时对外做功，内能不变，故D错误；
E．从状态c到状态a的过程，压强不变，体积变小，则温度降低，因分子的平均速率变小，而压强不变，则单位时间内碰撞器壁单位面积的分子个数增加，故Ｅ正确；
故选BCE。
14．AB
【解析】
A．根据理想气体状态方程
可知OA等容线的体积比OB等容线的体积小，故从A到B过程中，体积增大，因此气体对外做功，A正确；
B．从B到C过程中，体积不变，温度降低，故气体内能减少，根据热力学第一定律可知气体放出热量，B正确；
C．从C到A过程中，气体温度不变，压强增大，根据理想气体状态方程可知，气体体积减小，分子密度增大，C错误；
D．从A到B过程和从C到A过程，气体体积变化相等，但两个过程气体压强的平均值不同，因此两个过程气体做功绝对值不同，D错误。
故选AB。
15．BC
【解析】
AB．的过程中，气体温度不变，体积减小，可知外界对气体做功，A错误，B正确；
C．因为图线中，段的图线是过原点的倾斜直线，则的过程中，气体压强不变，C正确；
D．到的过程中，气体温度不变，内能不变，到的过程中，气体温度降低，内能减小，则的过程中，气体内能减小，D错误。
故选BC。
16．(1) ；(2)
【解析】
【详解】
(1) 在活塞上放一个质量为m的砝码，保持气体的温度不变，平衡后，根据平衡关系可得，气体压强为
由等温变化的状态方程
可得
(2)保持砝码的质量不变，对气体缓慢加热，为等圧变化，活塞始终处于平衡，由等圧变化方程
可得
气体对外做功为
则气体的内能增加
17．气体内能不变，见解析，内能增大，见解析
【解析】
【详解】
气体向真空自发扩散，对外界不做功，且气缸、隔板、活塞均绝热没有热传递，气体的内能不会改变；
气体被压缩的过程中，活塞对气体做功，因气缸绝热，故气体的内能增大。
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