3.2 热力学第一定律 同步练习（Word版含答案）

3.2、热力学第一定律
一、选择题（共16题）
1．对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是(　 　)
A．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大
B．气体内能不变时，与外界不发生热交换
C．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动
D．扩散现象说明分子间存在斥力
2．下列说法正确的是（　　）
A．1kg0℃水的内能比1kg0℃冰的内能小
B．气体膨胀，它的内能一定减小
C．已知阿伏伽德罗常数、某气体的摩尔质量和密度，就可估算出该气体中分子的平均距离
D．对于一定质量的理想气体，当分子热运动变剧烈时，压强必变大
3．一定质量的理想气体体积不变时，温度降低，则下列说法中正确的是（　　）
A．气体对外界做功，气体的内能一定减小
B．气体的状态一定发生了变化，而且压强一定减小
C．气体分子平均动能可能增大
D．单位时间内气体分子对器壁单位面积的碰撞次数增多
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．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
D．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定减小
5．一定质量的气体膨胀对外做功100J，同时对外放热40J，气体内能的增量ΔU为（　　）
A．60J B．-60J
C．-140J D．140J
6．如图所示，汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞与缸壁间的摩擦，也不考虑密封气体和外界的热传递，当外界大气压变化时，以下物理量中发生改变的有 (　 　)
①密封气体的压强　　　　　②密封气体的体积　
③弹簧弹力的大小　　　　　④密封气体的内能
A．①②
B．③④
C．③
D．①②④
7．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
8．在盛大庆典当天，晴朗的天空飘起许多巨大的红气球来烘托气氛，如图所示．从早晨到中午，随着气温的升高，对密闭在红气球内的气体，下列说法中正确的是( )
A．体积增大 B．外界对球内气体做功
C．内能不变 D．放出热量
9．一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其V T图像如图所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，图线bc平行于T轴，图线ca平行于V轴，则（　　）
A．ab过程中气体压强不变，气体放热
B．bc过程中气体体积不变，气体放热
C．ca过程中气体温度不变，气体从外界吸热
D．整个变化过程中气体的内能先减少后增加
10．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
11．对于热学现象的相关认识，下列说法正确的是（　　）
A．在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动是布朗运动
B．气体分子速率呈现出“中间少、两头多”的分布规律
C．定量的理想气体发生绝热膨胀时，其内能变大
D．在分子力表现为斥力时，随分子间距离的减小，分子势能增大
12．下列说法正确的是（　　）
A．物体吸收热量，其内能一定增加
B．物体对外做功，其内能一定减少
C．物体吸收热量同时对外做功，其内能一定增加
D．物体放出热量同时对外做功，其内能一定减少
13．如图是一定质量的理想气体的图，气体从A→B→C→D→A完成一次循环，A→B图中实线)和c→D为等温过程，温度分别为和下列说法正确的是
A．A→B(图中实线)过程中，气体分子的速率分布曲线发生变化
B．在状态A和状态D，单位时间碰撞容器壁单位面积的分子数相同
C．从C→D过程放出的热量等于外界对气体做的功
D．若气体沿直线线由A→B，则气体的温度先降低后升高
14．下列说法正确的是（　　）
A．非晶体和多晶体都没有确定的几何形状
B．晶体在熔化过程中，分子势能保持不变
C．气体从外界吸收的热量可以全部用来对外做功
D．一定质量的理想气体发生等压膨胀时，气体分子的平均动能增大
15．如图所示，一定质量的理想气体，由状态A沿直线AB过程变化到状态B，再由B沿直线BC过程变化到状态C，然后由C沿直线CA过程变化到状态A，在此循环过程中，下列说法正确的是
A．在AB过程中，气体分子的平均速率先增大后减小
B．在AB过程中，气体对外做的功大于气体吸收的热量
C．在BC过程中，气体的内能增大
D．在CA过程中，气体对外不做功
E．经过ABCA一个循环过程，气体对外做的功等于从外界吸收的热量
16．下列说法正确的是（　　）
A．理想气体吸热后温度一定升高
B．可视为理想气体的相同质量和温度的氢气与氧气相比，平均动能一定相等，内能一定不相等
C．某理想气体的摩尔体积为V0，阿伏加德罗常数为NA，则该理想气体单个的分子体积为
D．甲、乙两个分子仅在分子力的作用下由无穷远处逐渐靠近直到不能再靠近的过程中，分子引力与分子斥力都增大，分子势能先减小后增大
二、填空题
17．一定量的理想气体经历了等温吸热过程，此过程气体内能的变化情况是_________（填“变大”变小”或“不变”），此后该气体又经历了绝热压缩，此过程气体温度的变化情况是_________（填“升高”“降低”或“不变”），容器壁单位面积上在单位时间内受到气体的平均作用力变化情况是__________（填“变大”“变小”或“不变”）。
18．一定质量的理想气体，由状态A通过如图所示的箭头方向变化到状态C．则气体由状态A到状态B的过程中，气体的内能_________（选填“增大”、“减小”或“不变”），气体由状态A到状态C的过程中，气体与外界总的热交换情况是_________（选填“吸热”、“放热”或“无法确定”）
19．一定质量的理想气体，从状态经循环后又回到状态，其变化过程的图像如图。若状态时的气体压强为，则过程中，气体___________（填“吸热”或“放热”）；过程中，气体内能___________（填“增大”、“减小”或“不变”）；过程中，外界对气体做功做功大小___________。
三、综合题
20．汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故，太低又会造成耗油量上升．已知某型号轮胎能在－40℃～90℃正常工作，为使轮胎在此温度范围内工作时的最高胎压不超过3.5atm，最低胎压不低于1.6atm．设轮胎容积不变，气体视为理想气体，请计算和回答：
①在t＝20℃时给该轮胎充气，充气后的胎压在什么范围内比较合适？
②为什么汽车在行驶过程中易爆胎，爆胎后胎内气体的内能怎样变化？说明理由．
21．如图所示，竖直放置的光滑圆柱形绝热汽缸，上端开口，有一质量、横截面积的绝热活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，在汽缸内距缸底处有体积可忽略的卡环、，使活塞只能向上滑动。开始时活塞搁在、上，缸内气体的压强等于大气压强，温度为。现通过内部电热丝缓慢加热汽缸内气体。已知大气压强。求：（取）
（1）活塞恰要离开、时，缸内气体的压强和温度；
（2）当活塞缓慢上升时（活塞未滑出汽缸）缸内气体的温度为多少？
（3）若从开始加热到活塞缓慢上升的全过程中电阻丝放热，求气体内能的变化量。
22．一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，其状态变化过程的p－V图像如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27℃，气体由状态B到C过程从外界吸收热量，求：
（i）该气体在状态C时的温度；
（ii）该气体从状态B到状态C的过程中内能变化量。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
A.温度是分子平均动能的标志，所以温度高分子平均动能大，但是内能是所有分子动能和分子势能之和，与体积和质量也有关，A正确．
B.根据热力学第一定律，，气体内能不变，可以与外界发生热交换，只要保证即可，B错误．
C.布朗运动是悬浮微粒的运动，不是液体分子运动，C错误．
D.扩散现象是分子进入彼此的现象，说明分子间存在空隙，D错误．
2．C
【详解】
A．1kg0℃水的凝固成1kg0℃冰会放出热量，所以1kg0℃水的内能比1kg0℃冰的内能大，A错误；
B．气体膨胀，对外做功，若同时吸收热量，它的内能不一定减少，B错误；
C．已知阿伏加德罗常数、某气体的摩尔质量和密度，就可估算出该气体中分子间的平均距离，C正确；
D．温度是分子的平均动能的标志，当分子热运动变剧烈时，温度升高，但根据理想气体的状态方程可得，气体的温度升高，压强不一定增大，D错误。
故选C。
3．B
【详解】
A．一定质量的理想气体体积不变时，气体不对外界做功，温度降低，则气体的内能一定减小，选项A错误；
B．气体的状态一定发生了变化，根据可知，体积不变，温度降低，则压强一定减小，选项B正确；
C．温度降低，则气体分子平均动能减小，选项C错误；
D．因压强减小，分子数密度不变，分子平均动能减小，则单位时间内气体分子对器壁单位面积的碰撞次数减小，选项D错误。
故选B。
4．C
【详解】
A．温度相同的气体，其分子平均动能相同，仅质量相同，分子质量不同的气体，所含分子数不同，分子的动能也可能不同，所以内能不一定相同，A错误；
B．气体的内能与整体运动的机械能无关，B错误；
C．理想气体不考虑分子间相互作用力，分子势能为零，一定量的气体，分子数量一定，温度相同时分子平均动能相同，由于内能是所有分子热运动的动能与分子势能的总和，所以C正确；
D．由盖—吕萨克定律可知，一定量的理想气体，等压膨胀过程中，温度一定升高，则其内能一定增加，D错误。
故选C。
5．C
【详解】
由热力学第一定律得
故选C。
6．D
【详解】
以气缸和活塞组成的系统为研究对象，系统处于平衡状态，因此弹力弹力等于系统重力，由于重力不变，因此弹簧弹力不变，故③错误；以气缸为研究对象有，设大气压强为P0，有
p0S=mg+pS
当大气压强变化时，气体压强发生变化，气体体积发生变化，气体体积变化，气体做功，由于不考虑热传递，则气体内能变化，气体温度发生变化，气体内能发生变化，故①②④正确；
故选D．
7．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。
8．A
【详解】
AC. 从早晨到中午，随着气温的升高，气体的分子平均动能最大，内能增大，从而导致对气球壁的平均撞击力变大，所以气球的体积会增大，选项A正确C错误．
B. 因气球的体积增大，所以气体对外界做功，选项B错误．
D. 气体的内能增大，同时气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体要吸收热量，选项D错误．
9．B
【详解】
A．其V T图像如图所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，所以ab过程中气体压强不变。体积变大，气体对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故A错误；
B．bc过程中气体体积不变，温度降低，体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功，温度降低内能减小，根据热力学第一定律可知，气体放热，故B正确；
C．ca过程中气体温度不变，内能不变，体积变小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故C错误；
D．整个变化过程温度先升高，后降低，最后不变，所以气体的内能先增加，后减小，最后不变，故D错误。
故选B。
10．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．
11．D
【详解】
A．在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动不是布朗运动，布朗运动肉眼是看不到的，所以A错误；
B．气体分子速率呈现出“中间多、两头少”的分布规律，所以B错误；
C．定量的理想气体发生绝热膨胀时，根据热力学第一定律 可知，绝热，膨胀时外界对气体做负功，则内能变小，所以C错误；
D．在分子力表现为斥力时，随分子间距离的减小，分子力做负功，则分子势能增大，所以D正确；
故选D。
12．D
【详解】
AB．根据热力学第一定律
可知，仅仅吸收热量或对外做功，其内能变化不能确定，故AB错误；
C．根据热力学第一定律
可知，吸收热量，同时对外做功，当吸收的热量小于对外做功的能量，内能则会减小，故C错误；
D．根据热力学第一定律
可知，物体放出热量，同时对外做功，其内能一定减小，故D正确。
故选D。
13．C
【详解】
A→B(图中实线)过程中，气体的温度不变，则气体分子的速率分布曲线不发生变化，选项A错误；在状态A和状态D压强相等，D态的体积较小，则温度较低，分子平均速率较小，因气体分子的数密度较大，则在D态单位时间碰撞容器壁单位面积的分子数较大，选项B错误；由热力学第一定律，从C→D过程为等温过程，气体的内能不变，气体体积减小，外界对气体做功等于放出的热量，选项C正确；若气体沿直线线由A→B，则气体的PV乘积先增大后减小，气体的温度先升高后降低，选项D错误．
14．ACD
【详解】
A．单晶体有确定的几何形状，非晶体和多晶体都没有确定的几何形状，A正确；
B．晶体在熔化过程要吸收热量，温度不变，分子的平均动能不变，故分子势能增大，B错误；
C．气体若发生等温碰撞，结合热力学第一定律可知，从外界吸收的热量全部用来对外做功，内能保持不变，C正确；
D．一定质量的理想气体发生等压膨胀时，由
可知温度升高，气体分子的平均动能增大，D正确。
故选ACD。
15．ADE
【详解】
A、温度是分子平均动能的标志，在A到B的过程中，温度先升高后降低到初始温度，所以气体分子的平均动能先增大后减小，气体分子的平均速率也是先增大后减小，故A正确；
B、根据热力学第一定律，可知，A、B两点温度相同气体内能变化量为零，体积增大对外做功为负值，则气体一定从外界吸热补充对外做功损失的能量，气体对外做的功等于气体吸收的热量，故B错误；
C、在BC过程中，等压变化，气体的体积减小，则有气体温度降低，气体的内能减小，故C错误；
D、在CA过程中，等容压变化，气体的体积不变，气体对外不做功，故D正确；
E、经过一个循环后回到初始状态，内能不变，即ΔU＝0．由热力学第一定律可知，整个循环气体对外做的功等于三角形ABC的面积，对外做功，必然吸热，所以气体对外做的功等于从外界吸收的热量，故E正确；
故选ADE．
16．BD
【详解】
A．根据热力学第一定律，理想气体吸热，同时对外界做功，内能不一定增大，温度不一定升高，A错误；
B．温度是分子的平均动能的标志，所以温度相同，平均动能一定相等；但氢气分子与氧气分子相比，氢气分子的质量小，所以相同质量的氢气的分子数比氧气的分子多，内能一定比氧气大，B正确；
C．某理想气体的摩尔体积为V0，阿伏加德罗常数为NA，可以求出该理想气体的每一个分子所占的空间为 ，由于气体分子之间的距离远大于分子的大小，所以气体的体积小于，C错误；
D．分子之间的距离减小时，分子引力与分子斥力都增大；甲、乙两个分子在只受分子力的作用下由无穷远处逐渐靠近直到不能再靠近的过程中，开始时分子之间的作用力表现为引力，距离减小的过程中分子力做正功，分子势能减小；分子之间的距离小于平衡位置的距离时，分子力表现为斥力，距离再减小的过程中分子力做负功，分子势能增大， D正确。
故选BD。
17． 不变 升高 变大
【详解】
理想气体经历等温吸热过程，由于温度不变，则在此过程中气体的内能是不变的；
在绝热压缩过程中，气体没有从外界吸收热量，但外界对气体做正功，由热力学第一定律可知，气体内能增大，温度升高；
由理想气体状态方程可判断出气体压强增大，容器壁单位面积上在单位时间内受到气体的平均作用力变大。
18． 不变 放热
【详解】
根据可知，由图像可知，气体由状态A到状态B的过程中，气体的温度不变，则气体的内能不变；
理想气体从状态A变化到状态B，气体体积减小，W＞0，从B到C，体积不变，压强减小，所以温度降低，内能减小，由△U=Q+W，气体由状态A到状态C的过程中，气体与外界总的热交换情况是，Q＜0，则气体放热．
19． 吸热 增大
【详解】
，温度不变，内能不变，,体积增大，气体对外做功，,根据热力学第一定律
可知，即气体吸热；
，体积不变，气体不做功，，温度升高，内能增大；
，体积与温度的比值不变，做等圧変化，气体做功为
20．（1）2.01 atm～2.83 atm （2）汽车在行驶过程中，由于轮胎与路面的摩擦，致使胎内气体温度升高，压强变大，易爆胎；爆胎后，胎内气体一方面由于温度降低而放热，另一方面气体膨胀对外做功，根据热力学定律知，其内能减少
【详解】
试题分析：①由于轮胎容积不变，轮胎内气体做等容变化．设在T0＝293K充气后的最小胎压为pmin，最大胎压为pmax．依题意，
当T1＝233K时胎压为p1＝1．6atm．
根据查理定律有
即
解得pmin＝2．01atm
当T2＝363K时胎压为p2＝3．5atm．
根据查理定律有
即
解得pmax＝2．83atm，
所以胎压在20℃时的合适范围是2．01atm～2．83atm．
②汽车在行驶过程中，由于轮胎与路面的摩擦，致使胎内气体温度升高，压强变大，易爆胎；爆胎后，胎内气体一方面由于温度降低而放热，另一方面气体膨胀对外做功，根据热力学定律知，其内能减少．
21．（1）；；（2）；（3）
【详解】
（1）活塞恰要离开时，由活塞平衡有
可得缸内气体的压强为
p1＝p0＋＝1.0×105Pa＋Pa＝2.0×105Pa
由查理定律
代入数值得
（2）从开始加热到活塞缓慢上升的全过程中，由理想气体状态方程有
代入数据可得
由（1）知在活塞上升的过程中缸内气体的压强仍为，由等压变化过程
（3）从开始加热到活塞缓慢上升的全过程中，气体对外界做功，故
全过程中电阻丝放热，即气体吸收热量为
根据热力学第一定律
可得
即气体内能增加了。
22．（i）300K；（ii）100J
【详解】
（i）分析过程，由气体状态方程得
其中
解得
（ii）分析过程，因为体积膨胀，故外界对气体做负功
代入数据
由热力学第一定律
得
答案第1页，共2页