3.2 热力学第一定律 综合训练（Word版含答案解析）

3.2热力学第一定律
一、选择题（共15题）
1．如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”，这一现象产生的原因可以用下面三句话解释：甲，水蒸气凝结成小水珠；乙，瓶内气体推动瓶塞做功，内能减小；丙，温度降低．三句话正确的顺序是
A．甲、乙、丙 B．乙、丙、甲
C．丙、甲、乙 D．乙、甲、丙
2．一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a（V0， 2p0）、 b（2V0，p0）、c（3V0，2p0） 以下判断正确的是（　　）
A．气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功
B．气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量
C．在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量
D．气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量
3．下列说法正确的是（　　）
A．分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大
B．当分子间的作用力表现为引力时，随分子间距离的增大分子势能减小
C．一定质量的理想气体发生等温膨胀，一定从外界吸收热量
D．一定质量的理想气体发生等压膨胀，一定向外界放出热量
4．一定质量的理想气体，在某一状态变化过程中，气体对外界做功8J，气体内能减少12J，则在该过程中
A．气体吸热4J B．气体放热4J
C．气体吸热20J D．气体放热20J
5．如图所示为导热气缸，内封有一定质量理想气体，活塞与气缸壁的接触面光滑，活塞上用弹簧悬挂．当周围环境温度不变，大气压缓慢变大之后，下列说法中正确的是
A．弹簧长度将改变
B．气体内能将增加
C．气体向外放出热量
D．单位时间碰撞气缸单位面积的分子数不变
6．一定质量的理想气体由状态A变到状态B的V－T图线如图所示，可知在由A到B的过程中正确的是（　　）
A．气体内能增加
B．气体分子间的平均距离不变
C．气体的体积增大，压强减小
D．气体一定放出热量
7．如图所示，一个与外界绝热的气缸有一个绝热的活塞，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体A和B，活塞处于静止平衡状态，现通过电热丝对A气体加热一段时间，后来活塞达到新的静止平衡状态，不计气体分子势能，不计活塞与气缸壁的摩擦，大气压强保持不变，则 ( )
A．气体A吸热，内能增加
B．气体B吸热，对外做功，内能不变
C．气体A和B都做等压变化
D．气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数不变
8．下列说法正确的是（　　）
A．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒分子的无规则运动
B．在绝热过程中，外界对物体做功，物体的内能一定增加
C．分子间的作用力总是随分子间距减小而增大
D．已知水的摩尔质量为18g/mol和水密度为1g/cm3可估算出1mol水分子的个数
9．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，这就是著名的“卡诺循环”。下列说法正确的是（　　）
A．A→B过程中，气体和外界无热交换
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
10．如图，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c。设气体在状态b和状态c的内能分别为Ub和Uc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac。则（　　）
A．Ub＞Uc，Qab＞Qac B．Ub＞Uc，Qab＜Qac
C．Ub＝Uc，Qab＞Qac D．Ub＝Uc，Qab＜Qac
11．一定质量的理想气体，当它发生如图所示的状态变化时，哪一个状态变化过程中，气体吸收热量全部用来对外界做功
A．由A至B状态变化过程 B．由B至C状态变化过程
C．由C至D状态变化过程 D．由D至A状态变化过程
12．一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比较，其变化情况是 （ ）
A．气体内能一定增加 B．气体内能一定减小
C．气体内能一定不变 D．气体密度一定减小
13．如图，一开口向上的导热气缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上。使其缓慢上升。环境温度保持不变，大气压不变，系统始终处于平衡状态。在活塞上升过程中______。
A．气体体积逐渐增大，内能增加
B．气体压强逐渐减小，内能不变
C．气体压强逐渐增大，放出热量
D．气体对外界做功，吸收热量
E．气体对外界做功，外力逐渐增大
14．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（ ）
A．若气体不和外界进行热传递，则气体内能一定不变
B．若气体内能增大，则分子的平均动能一定增大
C．若气体发生等温膨胀，则气体对外做功和吸收的热量数值相等
D．若气体温度升高，体积不变，则单位时间内气体对容器壁的某侧面冲量增大
E．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
15．如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计。置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep（弹簧处在自然长度时的弹性势能为零）。现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡状态，经过此过程（ ）
A．绝热容器内气体的内能增加
B．绝热容器内气体的体积增加
C．绝热容器内气体压强增加
D．弹簧的弹性势能为零
二、填空题
16．用蒸锅蒸煮食物时，锅盖有时候被锅内气体向上顶起而向外放气。从蒸锅开始加热到锅盖刚要被顶起，锅内气体内能___________ （选填“增大”、“减小”或“不变”）；若不考虑放气前后锅内气体温度变化，则放气后锅内气体相比于放气前单位时间内对器壁单位面积的撞击次数将___________ （选填“增多”、“减少”或“不变”）。
17．如图所示，用一绝热的轻质活塞2将一定质量的理想气体封闭在开口向上的绝热汽缸内，轻质活塞1与2通过一轻质弹簧连接，两活塞之间为真空，活塞与汽缸壁之间的摩擦忽略不计，若在活塞1的上表面放一质量为m的物块，系统保持稳定。现换一质量为M的物块，其中，使活塞1缓慢向下移动，则此过程中气体的温度___________（填“升高”“降低”或“不变”）；物块M重力所做的功及大气压力做的功之和___________（填“大于”“等于”或“小于”）气体内能的变化量。
18．如图所示，一定质量的理想气体经历如图所示的AB、BC、CA三个变化过程，则：C→A过程中气体____________(选填“吸收”或“放出”)热量，__________(选填“外界对气体”或“气体对外界”)做功，气体的内能________(选填“增大”、“减小”或“不变”)．
19．某同学用如图所示的喷壶对教室进行消毒。闭合阀门K，向下压压杆A可向瓶内储气室充气，多次充气后按下按柄B打开阀门K，消毒液会自动经导管从喷嘴处喷出。充气和喷液过程中温度保持不变，则充气过程中，储气室内所有气体的内能__________（填“增大”、“减小”或“不变”）；喷液过程中，储气室内气体___________（填“吸收”或“放出”）热量，所有气体均可看成理想气体。
三、综合题
20．如图所示，一容积为V0的导热容器连接横截面积为S的两端开口的长直管，用一小段水银封闭了一定质量的气体，当温度为T0时，水银柱停在长直管下端. 已知大气压强为p0，该小段水银柱产生的压强为，大气压强不变，不计水银与管壁间的摩擦.
①已知封闭气体在某过程中从外界吸收热量Q，水银柱上升h，求气体内能的增加量；
②若环境温度缓慢升高，请推导出该小段水银柱在直管内相对下端移动的距离x随封闭气体热力学温度T的变化关系式.
21．如图甲所示，一质量为m=10kg的活塞在气缸内封闭一定质量的理想气体，开始时活塞距气缸底高度h1=1.00m．给气缸加热，活塞缓慢上升到距离气缸底h2=1.60m处，在此过程中缸内气体吸收了Q=700J的热量．已知活塞横截面积S=5.0×10﹣3m2 ， 大气压强p0=1.0×105Pa，活塞与气缸壁间摩擦忽略不计，重力加速度g=10m/s2 ． 求：
①此过程中缸内气体增加的内能△为多少？
②此后，若保持气缸内气体温度不变，让活塞最终稳定在距气缸底高度h3=0.50m处，如图乙所示，需要在轻质活塞上放一个质量M为多大的重物？
22．如图所示，气缸内封闭一定质量的理想气体，在状态C时压强为，经历的过程，整个过程中向外界放出52.5J热量。求：该气体在过程中对外界所做的功。
23．汽缸内封闭了一定质量、压强为p＝1.0×105Pa、体积为V＝2.5m3的理想气体，现使气体保持压强不变，体积缓慢压缩至V′＝1.0m3，此过程气体向外界释放了Q＝1.8×105J的热量，则：
(1)压缩过程外界对气体做了多少功？
(2)气体内能变化了多少？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
根据题意因果顺序的进程为：空气推动瓶塞做功——空气内能减小——瓶内空气温度降低——瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾”，而瓶塞跳起的原因是用打气筒往瓶内打气使气体压强增大所致．故顺序是乙、丙、甲，B正确．
2．C
【详解】
A．根据气体做功的表达式可知图线和体积横轴围成的面积即为做功大小，所以气体在过程中对外界做的功等于过程中对外界做的功，A错误；
B．气体从，满足玻意尔定律，所以
所以，根据热力学第一定律可知
气体从，温度升高，所以，根据热力学第一定律可知
结合A选项可知
所以
过程气体吸收的热量大于过程吸收的热量，B错误；
C．气体从，温度降低，所以，气体体积减小，外界对气体做功，所以，根据热力学第一定律可知，放出热量，C正确；
D．理想气体的内能只与温度有关，根据可知从
所以气体从过程中内能的减少量等于过程中内能的增加量，D错误。
故选C。
3．C
【详解】
A．分子间距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，选项A错误；
B．当分子间的作用力表现为引力时，随分子间距离的增大分子势能增大，选项B错误；
C．一定质量的理想气体发生等温膨胀，温度不变，内能不变，对外做功，一定从外界吸收热量，选项C正确；
D．一定质量的理想气体发生等压膨胀，对外做功，根据盖—吕萨克定律，等压膨胀，温度一定升高，内能增大，一定吸收热量，选项D错误；
故选C。
4．B
【详解】
试题分析：改变内能的方式有2种，即热传递和做功，气体内能变化，即，可得，即放热，选项B对．
5．C
【详解】
A．以活塞和气缸整体为研究对象，根据平衡条件可知，两者的重力大小等于弹簧弹力大小，与大气压无关，所以A项错误；
B．周围环境的温度不变，气缸是导热的，气体的温度不变，所以气体的内能不变，B项错误；
C．由于大气压强增大，封闭气体的压强增大，根据理想气体状态方程，温度不变，压强增大，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律封闭气体一定放出热量，所以C项正确；
D．压强增大，体积减小，相等时间内碰撞气缸单位面积的分子数一定增大，所以D项错误．
6．A
【详解】
A．由题意可知，气体温度升高，气体分子平均动能增大，则气体内能增大，故A正确；
B．由图示图线可知，气体的体积增大，分子间的平均距离增大，故B错误；
C．由图示图线可知，气体的体积与温度成正比，可知气体的压强不变，故C错误；
D．气体的温度升高，内能增大，体积增大，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，故D错误。
故选A。
7．A
【详解】
A．通过电热丝对A气体加热一段时间，气体A温度升高，根据热力学第一定律的表达式
知内能增加，故A正确；
B．气体B吸热，对外做功，后来活塞达到新的静止平衡状态，说明气体B压强不变。根据气体状态方程知道，温度升高，不计气体分子势能，所以内能增加。故B错误；
CD．气体A温度升高，体积不变，根据气体状态方程知道压强增大，所以气体A分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数增多。气体B压强不变，但体积增大，所以气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数减小，故CD错误。
故选A。
8．B
【详解】
A．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的无规则运动，反映了液体分子在不停地做无规则热运动，由于固体颗粒是由大量颗粒分子组成的，所以布朗运动并不是悬浮固体颗粒分子的运动，故A错误；
B．在绝热过程中，与外界无热交换，根据热力学第一定律可知，外界对物体做功，物体的内能一定增加，故B正确；
C．当分子力表现为斥力时，分子力随分子间距离的减小而增大，故C错误；
D．已知水的摩尔质量为18g/mol和水密度为1g/cm3可估算出1mol水分子的体积，故D错误。
故选B。
9．C
【详解】
A．A→B过程中，等温膨胀，体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，气体吸热，故A错误；
B．B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；
C．C→D过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；
D．D→A过程，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，故D错误。
故选C。
10．C
【详解】
一定质量的理想气体，对状态b和状态c，由理想气体状态方程可知
解得
而一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，所以该气体在b状态和c状态的内能相等，即有Ub>Ua；a到c的过程，吸收的热量全部转化为内能的增量，而a到b的过程，吸收的热量一方面转化为内能的增量，另一方面转化为气体对外界做功，所以a到b的过程吸收的热量大于a到c的过程吸收的热量，即Qab>Qac。
故选C。
11．D
【详解】
由A到B过程气体发生等容变化，体积不变而温度升高，气体内能增加，外界对气体不做功，系统从外界吸收热量，故A错误；由B到C过程发生等温变化，温度不变而体积减小，气体内能不变，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体放出热量，气体放出的热量等于外界对气体做的功，故B错误；由C到D过程发生等容变化，体积不变而温度降低，外界对气体不做功，气体内能减少，气体对外放出热量，内能的减少量等于气体放出的热量，故C错误；由D到A过程发生等温变化，气体温度不变而体积增大，气体内能不变，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体要从外界下属热量，吸收的热量等于气体对外做的功，故D正确；故选D．
12．D
【详解】
ABC．由热力学第一定律：
可知，气体吸收热量，Q为正值，体积膨胀并对外做功，W为负值，所以内能变化的正负无法判断，即内能可能增加，可能不变，也可能减小，ABC错误；
D．气体密度：
一定量的气体质量不变，体积增大，所以密度减小，D正确。
故选D。
13．BDE
【详解】
A．活塞上升，体积逐渐增大，理想气体的内能与温度相关联，温度保持不变，则内能不变。故A错误；
BCD．根据理想气体状态方程，有
可知，体积增大，温度不变，故压强减小。因为温度不变，内能不变，体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律
可知，系统吸热。故B正确；C错误；D正确；
E．对活塞受力分析，有
封闭气体压强减小，则外力逐渐增大。故E正确。
故选BDE。
14．BCD
【详解】
A.做功和热传递都可以改变气体的内能，若气体不和外界进行热传递，外界可以对其做功，则气体内能可以改变，故A错误；
B.对于理想气体，若气体内能增大，则气体温度升高，则分子的平均动能一定增大，故B正确；
C.气体温度不变，则内能不变，若气体发生等温膨胀，根据热力学第一定律可知，气体对外做功和吸收的热量数值相等，故C正确；
D.若气体温度升高，则分子运动剧烈，体积不变，则单位时间内气体对容器壁的某侧面冲量增大，故D正确；
E.在完全失重的情况下，气体分子仍在不停地做无规则运动，频繁地与容器壁发生碰撞，气体分子对容器壁的压力不为零，气体对容器壁的压强也不为零，故E错误。
故选BCD.
15．AC
【详解】
A．由
（由于容器绝热，则Q=0）可知，W为正，ΔU必为正，温度升高，内能增加，故A正确；
BC．气体体积减小，温度升高，根据
可知气体压强增加，故C正确，B错误；
D．在末状态时，由力的平衡条件知
弹簧仍然具有一部分弹性势能，故D错误。
故选AC。
16． 增大 减少
【详解】
从蒸锅开始加热到锅盖刚要被顶起，锅内气体吸收热量，内能增大；
放气后锅内气体压强减小，相比于放气前单位时间内对器壁单位面积的撞击次数将减小。
17． 升高 大于
【详解】
根据题意可知外界对理想气体做正功，理想气体与外界之间无热量交换，根据热力学第一定律
得
所以理想气体内能增大，即气体温度升高；物块M重力所做的功及大气压力做的功等于气体内能的增加量和弹簧弹性势能的增加量，所以物块M重力做的功及大气压力做的功之和大于气体内能的变化量。
18． 吸收 气体对外界 增大
【详解】
C→A过程中，气体的压强不变，体积变大，由盖吕萨克定律可知温度升高，内能增大，所以气体对外界做功的同时，要吸收热量．
19． 增大 吸收
【详解】
气体内能由温度和气体分子数密度决定，气体温度不变，充气过程中，储气室内气体质量增大，气体分子数增多，故气体内能增大；
喷液过程中，气体膨胀，气体对外做功，即W<0，但气体内能不变，即，根据热力学第一定律
可知Q>0，则气体一定从外界吸收热量。
20．①；②
【详解】
①封闭气体的压强
水银柱上升h，气体对外做功
根据热力学第一定律得气体内能的增加量
②水银柱上升过程中气体做等压变化. 设上升高度为x，根据盖—吕萨克定律得

解得
21．（1） （2）
【详解】
：①活塞上升到的过程中，气体对活塞做功为
代入数据：
解得：
由热力学第一定律得
解得：
②由玻意耳定律得
代入数据：解得
22．197.5J
【详解】
的整个过程中，过程体积不变，不做功。全程外界对气体做功
在过程中气体对外界所做的功即为
由过程中，常量，故此过程为等压过程，体积减小，则外界对气体做功
理想气体的内能只与温度有关，从状态C开始，回到C状态，其内能不变。由热力学第一定律
，
得：外界对气体做功为
则气体在过程中对外界所做的功为197.5J。
23．(1)1.5×105J；(2)3×104J
【详解】
(1)外界对气体做功
W＝p·ΔV＝p（V－V′）
解得W＝1.5×105J；
(2)由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化量
ΔU＝Q＋W＝－1.8×105J＋1.5×105J＝－3×104J
即气体内能减少了3×104J。
答案第1页，共2页