3.2 热力学第一定律 章节练习（Word版含答案）

3.2、热力学第一定律
一、选择题（共16题）
1．关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．气体吸热后温度一定升高
B．对气体做功，气体内能一定发生改变
C．理想气体等压膨胀过程一定放热
D．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
2．轨道车运行时，车与轨道摩擦使轨道温度升高。下列说法正确的是(　　)
A．温度升高，但轨道的内能不增加
B．温度升高，但轨道不会产生热辐射
C．摩擦生热与摩擦生电一样，都涉及能量转化
D．轨道对车的摩擦力方向与车的运动方向无关
3．如图所示为某同学设计的一个简易温度计，一根透明吸管插入导热良好的容器，连接处密封，在吸管内注入一小段油柱，外界大气压保持不变。将容器放入热水中，观察到油柱缓慢上升，下列说法正确的是（　　）
A．气体对外做的功大于气体吸收的热量
B．气体对外做的功等于气体吸收的热量
C．容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力增大
D．气体分子单位时间撞击容器壁单位面积的次数减小
4．某未密闭房间的空气温度与室外的相同，现对该室内空气缓慢加热，当室内空气温度高于室外空气温度时，
A．室内空气的压强比室外的小
B．室内空气分子的平均动能比室外的大
C．室内空气的密度比室外大
D．室内空气对室外空气做了负功
5．下列说法正确的是（　　）
A．一定量的理想气体，当气体体积增大时，气体一定对外界做功
B．物体放出热量，其内能一定减少
C．温度高的物体分子平均动能一定大，但内能不一定大，
D．压缩气体需要用力，这是因为气体分子间存在斥力
6．“温泉水滑洗凝脂，冬浴温泉正当时”，在寒冷的冬天里泡一泡温泉，不仅可以消除疲劳，还可扩张血管，促进血液循环，加速人体新陈代谢．设水温恒定，则温泉中正在缓慢上升的气泡( )
A．压强增大，体积减小，吸收热量 B．压强增大，体积减小，放出热量
C．压强减小，体积增大，吸收热量 D．压强减小，体积增大，放出热量
7．一定质量的理想气体从状态A开始，经状态B和状态C回到状态A，其状态变化的p—T图象如图所示，其中线AB与OT轴平行，线段BC与Op轴平行。下列说法正确的是（　　）
A．气体从状态A到状态B过程中，气体分子对容器器壁的碰撞次数不变
B．气体从状态B到状态C过程中，气体向外界释放热量
C．气体从状态A到状态B过程中，气体吸收热量全部用来增加气体的内能
D．气体从状态C到状态A过程中，单位体积内气体分子数减少
8．下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动是指在显微镜下观察到的液体分子的无规则运动
B．物体吸热时，它的内能一定增加
C．分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小
D．用阿伏伽德罗常数和某种气体的密度，就可以求出该种气体的分子质量
9．如图所示为一定质量的理想气体的图像，其中段为双曲线，则下列有关说法正确的是（　　）
A．由b到c过程中，气体从外界吸收热量
B．由c到a过程中，气体内能增加且外界对气体做功
C．由a到b过程中，外界对气体不做功，气体分子的平均动能增大
D．由b到c过程中，气体分子单位时间内对容器壁的撞击次数增加
10．用密闭活塞封闭在气缸内一定质量的某种理想气体，如果气体与外界没有热交换，下列说法正确的是
A．若气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大
B．若气体分子的平均动能增大，则气体的压强可能减小
C．若气体分子的平均距离增大，则气体的压强一定增大
D．若气体分子的平均距离增大，则气体的压强可能不变
11．某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环可视为由a→b和c→d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d→a的过程中，气体温度升高
B．在a→b过程外界对气体做的功大于在c→d过程气体对外界做的功
C．在a→b的过程中，由于该过程绝热，故外界对其做的功全部用于增加内能
D．在b→c的过程中，气体温度不变
12．如图所示，气缸内封闭一定质量的理想气体。现缓慢地向活塞上倒一定质量的细沙，忽略环境的温度变化，在此过程中如果气缸、活塞（　　）
A．导热良好，气缸内气体的内能必增大
B．导热良好，气缸内气体向外放热
C．绝热良好，气缸内气体分子的平均动能不变
D．绝热良好，气缸内所有气体分子的运动速率都变大
13．“百脉寒泉珍珠滚”，为章丘八大景之一。泉水深，底部温度为，一个体积为的气泡，从底部缓慢上升，到达泉水表面温度为。其内能增加了。g取，外界大气压强取，水的密度取。下列说法正确的是（　　）
A．气泡内所有分子动能都增大
B．气泡上升过程中对外做功，放出热量
C．气泡到达水面的体积为
D．上升过程中气泡吸收热量小于
14．下列说法中正确的是（ ）
A．气体放出热量，其分子的平均动能可能增大
B．气体的体积指的是该气体所有分子的体积之和
C．布朗运动的激烈程度跟温度有关，所以布朗运动也叫做热运动
D．在温度不变的情况下，减小液面上方饱和汽的体积时，饱和汽的压强不变
E．被踩扁的乒乓球（表面没有开裂）放在热水里浸泡，恢复原状的过程中，球内气体对外做正功的同时会从外界吸收热量
15．下列说法正确的是____________
A．压缩气体需要用力，这是气体分子间有斥力的表现
B．物理性质表现为各向同性的固体不一定是非晶体
C．液面上部的蒸汽达到饱和时，就没有液体分子从液面飞出，所以液体不再蒸发
D．气缸里一定质量的理想气体发生等压膨胀时，气缸内气体一定吸收热量
16．下列说法正确的是（　　）
A．晶体在熔化过程中分子的平均动能不断增加
B．在轮胎爆裂的短暂过程中，胎内气体膨胀，温度下降
C．温度越高，布朗运动越剧烈，所以布朗运动也叫做热运动
D．只知道水蒸气的摩尔体积和水分子的体积，不能计算出阿伏加德罗常数
E．在油膜法估测分子大小的实验中，如果有油酸未完全散开会使测量结果偏大
二、填空题
17．一定质量的理想气体在状态A与状态B时的压强和体积如图所示，当气体从状态A经过程Ⅰ变至状态B时，从外界吸收热量520 J，同时膨胀对外做功400 J．气体从状态B经过程Ⅱ又重新回到状态A．过程Ⅱ中气体________(填“吸收”或“放出”)_______热量；
18．如图所示，在p-V图中有三条气体状态变化曲线，一定质量的理想气体可沿这三条路径从状态i到状态j，已知曲线1为绝热变化过程，气体内能变化分别为△U1、△U2、△U3，它们的大小关系是_____；气体对外界做功分别为W1、W2、W3，它们的大小关系是_____；气体从外界吸收的热量大小为Q1、Q2、Q3，它们的大小关系是_____。
19．如图所示，用导热性能良好的汽缸和活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸内(活塞与汽缸壁之间无摩擦)．在活塞上缓慢地加沙子，在此过程中，密闭气体________(选填“吸热”“放热”或“无热传递”)，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数________(选填“增多”“减少”或“不变”)．
20．（1）下列说法中正确的是_________
A、被活塞封闭在气缸中的一定质量的理想气体，若体积不变，压强增大，则气缸在单位面积上，单位时间内受到的分子碰撞次数增加
B、晶体中原子（或分子、离子）都按照一定规则排列，具有空间上的周期性
C、分子间的距离r存在某一值r0，当r大于r0时，分子间斥力大于引力；当r小于r0时分子间斥力小于引力
D、由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
（2）如图所示，一定质量的理想气体发生如图所示的状态变化，状态A与状态B 的体积关系为VA __VB(选填“大于”、“小于”或“等于”)； 若从A状态到C状态的过程中气体对外做了100J的功，则此过程中______(选填“吸热”或“放热”)
（3）在“用油膜法测量分子直径”的实验中，将浓度为的一滴油酸溶液，轻轻滴入水盆中，稳定后形成了一层单分子油膜．测得一滴油酸溶液的体积为V0，形成的油膜面积为S，则油酸分子的直径约为__；如果把油酸分子看成是球形的（球的体积公式为，d为球直径），计算该滴油酸溶液所含油酸分子的个数约为多少．
三、综合题
21．如图所示，一导热性能良好、内壁光滑的气组开口向上竖直放置．横截面积s=0.02m 、质量与厚度均不计的活塞，可以在气缸内自由滑动，活塞与气缸底部之间封闭了一定质量的理想气体，开始时活塞与气缸底部之间的距离为L=40cm．气体的初始温度为T=600K，压强为p=1.5×105Pa，已知环境温度T0=300K，大气压强p0= 1.0×105Pa.由于缸内气体缓慢散热，最终气体的温度达到与环境温度相同．(不计活塞与缸壁之间的摩擦) 求：
①活塞与气缸底部之间的最短距离；
②请写出气体状态变化的过程，并在p-V坐标系中画出气体状态变化过程的图线；
③在②间的过程中，外界对气体所做的功．
22．如图所示，一根竖直的轻绳吊着活塞。使足够长的汽缸悬空而静止(汽缸底水平)。设活塞和缸壁间无摩擦且可以在缸内自由移动，汽缸受到的重力为G，汽缸底的面积为S，开始时缸内理想气体的体积为V0，大气压强恒为p0，汽缸壁的厚度不计
( i )若气体温度不变，用大小为F的力沿汽缸的轴心竖直向下拉汽缸，求稳定后缸内气体的体积V
(ii)若使缸内气体的热力学温度缓慢升高到原来的k倍，求该过程中缸内气体对外界做的功W
23．一定质量的理想气体经历如图所示的A→B、B→C、C→A三个变化过程，TA=300K，气体从C→A的过程中吸热250J，已知气体的内能与温度成正比.求：
（1）气体在状态B 的温度TB；
（2）C→A的过程中气体内能改变多少？
（3）气体处于状态C时的内能EC．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A．物体吸收热量，同时对外做功，如二者相等，则内能可能不变，所以气体吸热后温度不一定升高，选项A错误；
B．做功和热传递都能改变内能，若对气体做功，物体同时释放热量，则内能可能不变，选项B错误；
C．根据理想气体的状态方程可知，理想气体等压膨胀过程中压强不变，体积增大则气体的温度一定升高，所以气体的内能增大；气体的体积增大对外做功而内能增大，所以气体一定吸热，选项C错误；
D．根据热平衡定律可知，如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，选项D正确。
故选D。
2．C
【详解】
A．车与轨道摩擦，机械能转化为轨道的内能，温度升高，内能增加，故A错误；
B．温度升高，轨道产生热辐射，且强度增加，故B错误；
C．摩擦生热过程中将机械能转化为内能，摩擦生电过程将机械能转化为电能，这两个过程都涉及能量转化，故C正确。
D．轨道对车的摩擦力方向与车的相对运动方向相反，故D错误；
故选择C选项。
3．D
【详解】
AB．将容器放入热水中，气体的温度升高，内能变大，由
知，气体对外做的功小于气体吸收的热量，选项AB错误；
C．气体的压强保持不变，则容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力大小不变，选项C错误。
D．由于P一定，温度升高使热运动平均动能增大，故气体分子单位时间撞击容器壁单位面积的次数减小，选项D正确。
故选D。
4．B
【详解】
未密闭房间说明是等压变化，压强不变，故A错误；
温度是分子平均动能的标志；温度升高分子平均动能增加，故B正确；
等压升温度，体积增大，密度变小，故C错误；
体积增大，对外做正功，故D错误．
5．C
【详解】
A．一定量的理想气体，当气体由于自由扩散而体积增大时，气体对外界不做功，故A错误；
B．物体放出热量，若同时外界对物体做功，物体的内能不一定减少，故B错误；
C．内能取决于物体的温度、体积和物质的量，温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大，故C正确；
D．气体之间分子距离很大，分子力近似为零，用力才能压缩气体是由于气体内部压强产生的阻力造成的，并非由于分子之间的斥力造成，故D错误。
故选C。
6．C
【详解】
温泉中正在缓慢上升的气泡，压强减小，由理想气体状态方程公式＝C，知温度不变，压强减小时体积增大；温度是一定量气体内能的标志，故内能不变，体积增大时，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体应吸收热量，故C正确，ABD错误．故选C．
点睛：解答本题要掌握：根据气体体积变化判断做功情况；理解温度是分子平均动能的标志，一定质量理想气体的内能只与温度有关；正确应用热力学第一定律判断气体的吸放热情况．
7．B
【详解】
AC．气体从状态A到状态B经历了一个温度升高的等压过程，则粒子的平均动能增加，单个粒子对气壁的撞击力增大，由气体方程可知其体积要增大，所以单位体积内的气体分子数要减少，但是气体压强保持不变，由气体压强的微观解释可知气体分子在单位时间内对容器器壁的碰撞次数要减小；气体体积增大的过程中气体对外界做了功，由热力学第一定律
可知吸热并不全部增加内能，故AC错误；
B．气体从状态B到状态C经历了一个压强增大的等温过程，由气体方程可知其体积要减小，即气体被压缩了，外界对气体做了功，但是气体的内能没有变，由热力学第一定律可知气体向外界释放了热量，故B正确；
D．A、C两点所在的直线过原点，即压强P与温度T成正比，其比值是一个定值，由理想气体方程可得
即从状态C到状态A，气体的体积没有变化，单位体积内气体分子数不变，故D错误。
故选B。
8．C
【详解】
布朗运动是指在显微镜下观察到的固体颗粒的无规则运动，选项A错误；若物体吸热，但是有对外做功，则物体的内能不一定增加，选项B错误；分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小，选项C正确；用阿伏伽德罗常数和某种气体的密度，不可以求出该种气体的分子质量，选项D错误；故选C.
9．A
【详解】
A．由b到c过程中，温度升高，内能增加，体积增大，气体对外界做功，气体从外界吸收热量，故A正确；
B．由c到a过程中，气体温度不变，为等温过程，气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，故B错误；
C．由a到b过程中，外界对气体不做功，根据，体积不变，压强减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故C错误；
D．由b到c过程中，压强不变，体积增大，温度升高，气体分子单位时间内对容器壁的撞击次数减少，故D错误。
故选A。
10．A
【详解】
AB、若气体分子的平均动能增大，则温度一定升高，内能增加，根据，因为，，故，则气体被压缩，根据，因为，，则，即压强一定增大，故A正确，B错误；
CＤ、若气体分子的平均距离增大，则气体体积变大，气体对外做功，据，因为，则，内能减小，温度降低，根据，气体的压强一定减小，故CD错误；
故选A．
11．C
【详解】
A．d→a的过程为等容过程，由查理定律
可得此过程温度降低，故A错误。
B．在p-V图象中图线与V轴所夹面积表示气体做功，所以在a→b过程外界对气体做的功小于在c→d过程气体对外界做的功，故B错误。
C．在a→b的过程中，由于该过程绝热，故外界对其做的功全部用于增加内能。故C正确。
D．b→c的过程为等容过程，由查理定律可知，温度升高压强变大，故D错误。
故选C。
12．B
【详解】
AB．若气缸导热良好，缓慢加入细沙，气体再被压缩过程中，与环境进行充分热交换，温度保持不变，理想气体内能主要有温度决定，温度不变，内能不变，压缩气体，由热力学第一定律可知，气体将放出热量，A错误，B正确；
CD．若气缸绝热良好，与外界没有热交换，压缩气体时，外界对气体做功，气体内能增加，温度升高，分子平均动能增大，并不是所有分子速率都增大，CD错误；
故选B。
13．D
【详解】
A．内能增大是气体分子的平均动能增大，故A错误；
B．由
可知上升过程中，气体分子内能增加，体积增大，对外做功，所以是吸收热量，故B错误；
C．由理想气体的状态方程
带入数据可求得到达水面的体积为，故C错误；
D．由对外做功的表达式
当压强不变时，则气体对外做功等于，由于上升过程中压强减小，所以对外做功小于，由
可得上升过程中气泡吸收热量小于，故D正确。
故选D。
14．ADE
【详解】
A.气体放出热量，若同时外界对气体做功，且做功的数值大于放出的热量的数值，则气体分子的平均动能可能增大，故A正确；
B.气体的体积通常指的是盛气体的容器的容积，而不是该气体所有分子的体积之和，故B错误；
C.布朗运动的激烈程度跟温度有关，但是布朗运动不叫热运动，分子的无规则运动叫做热运动，故C错误；
D.饱和汽的压强仅与温度有关，与饱和汽的体积无关，故D正确；
E.被踩扁的乒乓球放在热水里浸泡，在恢复原状的过程中，气体体积增大，气体对外做功，温度升高，内能增大，根据热力学第一定律，球内气体从外界吸收热量，故E正确。
故选ADE.
15．BD
【详解】
A．气体之间分子距离很大，分子力近似为零，用力才能压缩气体是由于气体内部压强产生的阻力造成的，并非由于分子之间的斥力造成，故A错误；
B．物理性质表现为各向同性的固体不一定是非晶体，也可能是多晶体，故B正确；
C．液面上部的蒸汽达到饱和时，液体分子从液面飞出，同时有蒸汽分子进入液体中；从宏观上看，液体不再蒸发，故C错误；
D．气缸里一定质量的理想气体发生等压膨胀时，气体温度升高，内能增大，同时气体对外做功，则气缸内气体一定吸收热量，故D正确。
故选BD。
16．BDE
【详解】
A.晶体在熔化过程中，温度不变，分子平均动能不变，故A错误；
B.在轮胎爆裂的短暂过程中，胎内气体膨胀，对外做功，内能减小，温度降低，则B正确；
C.布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒做的无规则运动，而固体微粒是由大量分子组成，微粒的运动是大量分子的集体运动，并不是单个分子的无规则运动，所以布朗运动不能叫做热运动．故C错误；
D.液体和固体可用摩尔体积除以分子体积得阿伏加德罗常数，而气体分子占有的空间远大于分子的大小，所以不能计算出阿伏加德罗常数，故D正确；
E.油膜法估测分子大小的实验中，如果有油酸未完全散开会油膜面积小，则d的测量结果偏大；E正确；
17． 放出 320 J
【详解】
试题分析:设气体从状态B到状态A的过程中外界对其做功为WBA，则WBA＝pΔV＝200 J；在过程Ⅰ中，由热力学第一定律有ΔU＝W1＋Q1＝(520－400) J＝120 J；在过程Ⅱ中，由热力学第一定律有－ΔU＝W2＋Q2，所以Q2＝－ΔU－W2＝－120 J－200 J＝－320 J，即在过程Ⅱ中气体放出热量320 J.
18． △U1=△U2=△U3 W1【详解】
从状态i到状态j温度的变化相同，则内能变化相同，即
△U1=△U2=△U3
根据可知，p-V图像与坐标轴围成的面积等于做功的大小，则由图像可知
W1由题意可知Q1=0；根据热力学第一定律 U=W+Q，因△U2=△U3， W2Q119． 放热 增多
【详解】
在活塞上缓慢地加沙子，气体的压强变大，体积减小，外界对气体做功，由于活塞导热性良好，则气体与外界温度保持相等，根据热力学第一定律可知，密闭气体放热；气体的温度不变，而压强变大，可知单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增加；
20． ABD ＜ 吸热
【详解】
（1）被活塞封闭在气缸中的一定质量的理想气体，若体积不变，压强增大，根据气体状态方程知道温度升高．温度是分子平均动能变化的标志′，则气缸在单位面积上，单位时间内受到的分子碰撞次数增加，故A正确；晶体中原子（或分子、离子）都按照一定规则排列，具有空间上的周期性，故B正确；分子间的距离r存在某一值r0，当r大于r0时，分子间引力大于斥力；当r小于r0时分子间斥力大于引力，故C错误；由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，故D正确．
（2）状态A到状态B，温度升高，压强不变，根据气体状态方程知道体积增大，故，若从A状态到C状态的过程中，温度不变，内能不变，气体对外做了100J的功，根据热力学第一定律的表达式△U=Q+W得：此过程中吸热．
（3）由得，故油酸分子的直径约为
21．①L1=30cm ②先等容变化，再做等压变化；如图③W=200J
【详解】
①当气体的温度最低时，活塞与气缸底部之间的距离最短为L，
根据理想气体的状态方程： 求得：L1=30cm
②气体首先经历等容变化，当压强变为P0后，气体开始做等压变化，P-V图像如下图所示：
③在②问过程中外界对气体对所做的功为：
W=P0S(L0-L1)=200J
22．(i)；(ii)
【详解】
( i )施加力之前，气体压强为
施加力之后，气体压强为
根据等温方程有
解得：
(ii)设开始时气体温度为T0，升温后体积为V1，根据等压变化可知
体积增量为
且
解得：
23．（1）375K；（2）150J ；（3）EC.=150J
【详解】
（1）对AB的过程，对气体的状态参量进行分析有
状态A：PA=1×105Pa；VA=2×10-3m3； TA=300K
状态B：PB=2.5×105；Pa VB=1×10-3m3； TB=？
由理想气体状态方程得
解得：TB=375K
由状态C→A过程中，气体的压强不变，体积变大，气体对外做功，由盖吕萨克定律可知温度升高，内能增大，增加的内能为：
△U=W+Q=-(1×105×1×10-3)+250=150J
C态的温度为
因内能与温度成正比，当从C到A过程中，温度升高300K-150K=150K, 内能增加150J；故在C状态的内能为150J。
答案第1页，共2页