3.1 热力学第一定律 专项测试（word版含答案）

3.1、热力学第一定律
一、选择题（共15题）
1．2008年8月14日北京奥运会，在国家游泳中心“水立方”进行的女子200米蝶泳决赛中，刘子歌以2分04秒18破世界记录的成绩夺得冠军．为中国队夺得本届奥运会首枚游泳项目金牌．大家可能不知道游泳池中水的温度一般被控制在了25— 27℃，假设水的温度恒定不变．在游泳池中，一个气泡（不考虑气泡内分子间相互作用）缓缓向上浮起，在上升过程中（ ）
A．气泡的内能增加，放出热量
B．气泡的内能不变，对外做功，吸收热量
C．气泡的内能不变，不放出热量也不吸收热量
D．气泡的内能减少，吸收热量
2．快递公司用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，假设袋内气体与外界没有热交换，当充气袋的四周被挤压时（ ）
A．外界对袋内气体做功，气体内能增大，温度升高
B．外界对袋内气体做功，气体内能减小，温度降低
C．袋内气体对外界做功，气体内能增大，温度不变
D．袋内气体对外界做功，气体内能减小，温度降低
3．为做好新冠肺炎疫情防控，学校用如图所示的压缩式喷雾器对教室走廊等场所进行消杀工作。给储液罐打足气，打开开关就可以让药液喷撒出来。若罐内气体温度保持不变，随着药液的不断喷出，则罐内气体（　　）
A．内能不断减小 B．压强不断减小 C．外界对气体做功 D．气体对外放热
4．采取绝热的方式使一定量的气体由初状态A变化至末状态B，对于不同的绝热方式，下面说法正确的是（　　）
A．对气体所做的功不同
B．对气体所做的功相同
C．对气体不需做功，因为没有能量的传递
D．以上说法都不正确
5．在一个绝热气缸里，若因气体膨胀，活塞把重物逐渐举高，如图所示。则在这个过程中，气缸内的气体（　　）
A．温度升高 B．温度不变 C．内能增大 D．内能减小
6．如图所示，a、b、c、d为一定质量的理想气体状态变化过程中的4个状态，则（　　）
A．从状态a到b，外界对气体做功
B．从状态b到c，气体对外界做功
C．从状态c到d，气体对外界放热
D．从状态d到a，气体从外界吸热
7．一定质量的理想气体由状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其p-T图像如图所示，气体在三个状态的体积分别为Va、Vb、Vc，压强分别为pa、pb、pc。已知，，则下列说法正确的是（　　）
A．
B．
C．从状态a到状态b，气体对外做功
D．从状态c到状态a，气体从外界吸热
8．一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，又由状态C变为状态A，其相应的V-T图像如图所示。已知理想气体的内能与热力学温度成正比，气体在状态A时的内能为U。则（　　）
A．由状态A至状态B过程中，外界对气体做正功
B．由状态B至状态C过程中，气体对外界做功为120J
C．由状态A至状态B过程中，气体吸收的热量可能小于
D．由状态C至状态A过程中，气体释放的热量大于U
9．如图所示，圆柱形汽缸开口向上，活塞和汽缸中间的固定隔板将汽缸分为两个气室，分别密封等质量的同种气体甲、乙，汽缸、活塞绝热，隔板导热良好，活塞与汽缸壁间无摩擦，活塞处于静止状态，两气柱长度相等。现将一重物放在活塞上，大气压强保持不变，内部气体可视为理想气体，则（　　）
A．活塞达到新的平衡过程中，甲气体吸热 B．活塞达到新的平衡过程中，甲内能减小
C．活塞达到新的平衡后，甲内能比乙小 D．活塞达到新的平衡后，甲的压强比乙大
10．一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
11．下列说法不正确的是（ ）
A．对于一定质量的理想气体，若气体的压强和体积都发生变化，其内能可能不变
B．对于密封在容积不变的容器内的理想气体，若气体温度升高，则气体一定从外界吸热
C．脱脂棉脱脂的目的，在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液
D．液体表面存在着张力是因为液体内部分子间的距离大于液体表面层分子间的距离
12．下列有关热学的叙述中，正确的是（　　）
A．同一温度下，无论是氢气还是氮气，它们分子速率都呈现出“中间多，两头少”的分布规律，且分子平均速率相同
B．在绝热条件下压缩理想气体，则其内能不一定增加
C．布朗运动是指悬浮在液体中的花粉分子的无规则热运动
D．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，故液体表面存在张力
13．下列说法正确的是___________(填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分)
A．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
B．某气体的密度为ρ，每个气体分子的质量为m，则每个气体分子的体积为
C．在轮胎爆裂的短暂过程中，胎内气体膨胀，温度下降
D．一定质量的理想气体在体积不变时，每秒分子碰撞器壁的γ均次数随着温度降低而减少
E．晶体在熔化过程中所吸收的热量主要用于增加分子的平均动能
14．一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，AB、BC、CD、DA这四段过程在p－T图象中都是直线，其中CA的延长线通过坐标原点O，下列说法正确的是(　　)
A．A→B的过程中，气体对外界放热，内能不变
B．B→C的过程中，单位体积内的气体分子数减少
C．C→D的过程中，气体对外界做功，分子的平均动能减小
D．D→A过程与B→C过程相比较，两过程中气体与外界交换的热量不同
E．D→A过程与B→C过程相比较，两过程中气体与外界交换的热量相同
15．一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其p﹣V图象如图所示．在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化．对于这两个过程，下列说法正确的是（　　）
A．气体经历过程1，气体对外界做功
B．气体经历过程1，内能可能增大
C．气体经历过程2，先放热后吸热
D．气体经历过程2，内能可能不变
E．气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的一定相同
二、填空题
16．（1）如图所示，用一绝热的活塞将一定质量的理想气体密封在绝热的气缸内（活塞与气缸壁之间无摩擦），现通过气缸内一电阻丝对气体加热，则以下图象中能正确反映气体的压强p、体积V和温度T之间关系的是__________。
（2）一定质量的理想气体从状态A开始做等温膨胀变化到状态B。此过程中气体对外做功为W，则该过程中气体分子的平均动能__________（选填“增大”、“减小”或“不变”），气体__________（选填“吸收”或“放出”）热量为__________。
17．（1）下列说法中正确的是___________
A．利用氧气的摩尔质量、密度以及阿伏加德罗常数就可以算出氧气分子体积
B．固体很难被压缩是因为其内部的分子之间存在斥力作用
C．只要物体与外界不发生热量交换，其内能就一定保持不变
D．一定质量的理想气体，温度升高，内能可能降低
（2）如图所示，一定量气体放在体积为的容器中，室温为有一光滑导热活塞（不占体积）将容器分成、两室，室的体积是室的两倍，室容器上连接有一形管（形管内气体的体积忽略不计），两边水银柱高度差为，右室容器中连接有一阀门，可与大气相通。（外界大气压等于）求：
（a）将阀门打开后，室的体积变成多少___________？
（b）打开阀门后将容器内的气体从分别加热到和，室的压强各为多少___________？
18．小李和小华准备打乒乓球，但现在只有一个被踩瘪但没裂开的乒乓球，他们将此瘪球放入杯中热水里，并用杯盖盖紧，一段时间后瘪球变回球形，则瘪球变回球形的过程中，球内速率大的分子数与总分子数之比__________（选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”），球内气体因膨胀对外做的功________（选填“大于”“等于”或“小于”）吸收的热量，球内气体的内能_________（选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”）。
19．如图所示，在气缸右侧封闭一定质量的理想气体，压强与大气压强相同．把气缸和活塞固定，使气缸内气体升高到一定的温度，气体吸收的热量为Q1，在这一过程中，气体经历了________过程，（选填“等温”“等压”或“等容”）．如果让活塞可以自由滑动（活塞与气缸间无摩擦、不漏气），也使气缸内气体温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2，则Q1________Q2．（选填“大于”“等于”或“小于”）
综合题
20．如图所示，质量m=10 kg的活塞将一定质量的理想气体密封在气缸中，开始时活塞距气缸底高度h1=40 cm，此时气体的温度T1=300 K．现缓慢给气体加热，当气体吸收的热量Q=420 J，气体温度升高到T2=450 K．已知活塞面积S=50 cm2，大气压强P0=1.0×105 Pa，不计活塞与气缸之间的摩擦，g取10 m/s2．
①求气体温度升高到T2=450 K时，活塞距气缸底高度h2
②若开始时用卡环把活塞卡住，将气体的温度升高到T2，气体吸收的热量为Q ，求．
21．如图所示，左端封闭右端开口的导热气缸水平放置，横截面积为S，用厚度不计的光滑活塞封闭了长为L的理想气体，活塞距气缸开口端距离为b，活塞的重力为G。已知外界大气压强为p，热力学温度为T。现在给气缸缓慢加热，活塞恰好移到气缸右端口（气缸仍然封闭）。
（1）此时封闭气体的温度是多少；
（2）如果再把气缸开口向上竖直放置，封闭气体的长度仍为L，此气体的温度变为多少；
（3）在（2）的情况下，给气缸缓慢加热，活塞恰好移到气缸上端口（气缸仍然封闭）。封闭气体吸收的热量为Q，求此过程封闭气体内能的增加量。
22．真空泵抽气腔与容器相连，活塞向左运动时即从容器中抽气，活塞向右运动时阀门自动关闭，将进入气腔内的气体全部排出，示意图如图甲。设抽气过程中抽气腔与容器中的气体压强始终相等，每次抽气活塞均从抽气腔最右端移动至最左端.已知容器的容积为，抽气腔的容积为，初始时刻气体压强为.
（1）若抽气过程中气体的温度保持不变，求第一次抽气后容器中气体的压强；
（2）若在绝热的条件下，某次抽气过程中，气体压强随体积变化的规律如图乙，求该过程气体内能的变化量。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
因为在上升的过程中，温度恒定不变，气体分子的平均动能不变，而气体分子势能忽略，所以内能不变；温度不变是等温变化，在上升过程中，液体压强变小，气体压强变小，根据波意尔定律可知气体体积变大，对外做功，根据热力学第一定律可知，物体吸热，ACD错误B正确．
2．A
【详解】
充气袋四周被挤压时，气体的体积减小，外界对气体做功，故气体对外界做负功，由于没有热交换，根据热力学第一定律得知气体的内能增大，气体温度升高．故A正确，BCD错误．
故选A．
3．B
【详解】
A．由于罐内气体温度保持不变，故内能保持不变，A错误；
B．随着药液的不断喷出，气体的体积增大，由理想气体状态方程可知，压强不断减小，B正确；
CD．气体的体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，CD错误。
故选B。
4．B
【详解】
对一定质量的气体，不管采取哪一种绝热方式，由初状态A变化至末状态B，都是绝热过程。在这一过程中，气体在初状态A有一确定的内能U1，在末状态B有另一确定的内能U2，由绝热过程中
知，W为恒量，故B正确，ACD错误。
故选B。
5．D
【详解】
气体绝热膨胀，则
Q=0
对外做功
W<0
根据
U=W+Q
可知
U<0
即气体内能减小，温度降低。
故选D。
6．D
【详解】
A．从状态a到b，做等温变化，由玻意耳定律可知，压强减小，气体体积增大，气体对外界做功，故A错误；
B．在图中做ab的垂线交cd于b’点，从状态b到b’做等圧变化，温度降低，体积减小，从状态c到d做等容变化，所以状态c的体积小于状态b的体积，所以从状态b到c，外界对气体做功，故B错误；
C．从状态c到d做等容变化，温度升高，气体从外界吸热，故C错误；
D．从状态d到a，做等压变化，气体体积变大，气体对外界做功，但温度升高，由热力学第一定律可得，气体从外界吸热，故D正确。
故选D。
7．D
【详解】
A．由题图可知，从状态a到状态b属于等容过程，气体体积不变，由理想气体状态方程可得
又
得
所以A错误；
B．由题图可知，从状态b到状态c属于等温过程，气体温度不变，由理想气体状态方程可得
得
所以B错误；
C．从状态a到状态b，气体体积不变，所以气体不会对外做功，所以C错误；
D．从状态c到状态a，可以等效为先从状态c到状态b，再从状态b到状态a。从状态c到状态b，温度不变，即气体内能不变；体积增大，所以气体对外做功，即
由热力学第一定律可得
可知气体要从外界吸收热量。从状态b到状态a，体积不变，即
温度升高，即
由热力学第一定律可得
可知气体要从外界吸收热量。所以从状态c到状态a，气体从外界吸热。所以D正确。
故选D。
8．D
【详解】
A．由状态A至状态B为等压膨胀过程，外界对气体做负功，A错误；
B．由状态B至状态C为等容过程，气体对外界不做功，B错误；
C．由
解得
TA=200K
由
解得
UB=1.5U
UC=2U
由状态A至状态B外界对气体做负功，根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量大于，C错误；
D．由状态C至状态A外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体释放的热量大于U，D正确。
故选D。
9．D
【详解】
ABC．活塞气缸绝热，与外界没有热交换，放上物体后，气体被压缩，外界对气体做功，内能增大，温度升高，热量从甲传向乙，最终甲乙温度相同，内能相等，ABC错误；
D．由理想气体状态方程可知
最终甲乙温度相等，乙的体积大，压强小，甲的体积小，压强大，D正确；
故选D。
10．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。
11．D
【详解】
A．对于一定质量的理想气体，若气体的压强和体积都发生变化，其温度可能不变，即内能可能不变，选项A正确，不符合题意；
B．根据热力学第一定律
可知，对于密封在容积不变的容器内的理想气体，W=0，若气体温度升高，则，则Q>0，则气体一定从外界吸热，选项B正确，不符合题意；
C．脱脂棉脱脂的目的，在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液，故C正确，不符合题意；
D．液体表面存在着张力是因为液体内部分子间的距离小于液体表面层分子间的距离，选项D错误，符合题意。
故选D。．
12．D
【详解】
A. 同一温度下，无论是氢气还是氮气，它们分子速率都呈现出“中间多，两头少”的分布规律，且分子平均动能相同，由于分子质量不同，则分子平均速率不同，选项A错误；
B. 在绝热条件下压缩理想气体，外界对气体做功，根据 U=W+Q可知其内能一定增加，选项B错误；
C. 布朗运动是指悬浮在液体中的花粉颗粒的无规则运动，不是花粉分子的热运动，选项C错误；
D. 液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，故液体表面存在张力，选项D正确.
13．ACD
【详解】
A项：油酸未完全散开，S偏小，依据，则测量结果偏大，故A正确；
B项：气体的分子之间的距离比较大，使用公式：求出的结果是每一个分子所占的空间的大小，不是分子的体积，故B错误；
C项：在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，对外做功；由于时间短，气体来不及吸收热量，根据热力学第一定律可知，气体的温度下降，故C正确；
D项：一定量的气体，在体积不变时，温度降低，则分子运动的激烈程度降低，所以分子平均每秒碰撞器壁的次数随着温度的降低而减少，故D正确；
E项：晶体在熔化过程中温度不变，而温度是分子热运动平均动能的标志，故吸收的热量，将主要用于克服增加分子的势能，而分子热运动的平均动能不变，故E错误．
故选ACD．
14．ABE
【详解】
A.A→B的过程中，气体温度不变，则内能不变，压强变大，体积减小，则外界对气体做功，由ΔU＝W＋Q可知气体对外界放热，选项A正确；
B.B→C的过程中，气体的压强不变，温度升高，体积变大，则单位体积内的气体分子数减少，选项B正确；
C.C→D的过程中，温度不变，压强减小，体积变大，则气体对外界做功，分子的平均动能不变，选项C错误；
DE.D→A过程外界对气体做功W1＝pAD(VD－VA)，又，则W1＝，同理B→C过程，气体对外做功W2＝，因TD－TA＝TC－TB，VA＝VC，，则W1＝W2，根据热力学第一定律，两过程中气体与外界交换的热量相同，选项D错误，E正确.
15．ACE
【详解】
AB、气体经历过程1，压强减小，体积变大，膨胀气体对外界做功，根据热力学定律可得内能减小，故温度降低，即，故A正确、B错误；
C、气体在过程2中，根据理想气体状态方程，刚开始时，体积不变，压强减小，则温度降低，对外放热，然后压强不变，体积变大，膨胀对外做功，则温度升高，吸热，由于，所以气体经历过程2内能减小，故C正确，D错误；
E、无论是经过1过程还是2过程，初、末状态相同，故内能改变量相同，故E正确；
故选ACE．
16． BD 不变 吸收 W
【详解】
（1）电阻丝对气体加热时，活塞向上缓慢移动，气缸内气体压强不变，发生等压膨胀，根据盖 吕萨克定律可知：气体的体积与热力学温度成正比，V﹣T图线是过原点的倾斜的直线，P﹣T图线是平行于T轴的直线，AC错误，BD正确。
故选BD。
（2）一定质量的理想气体发生等温变化，气体的分子平均动能不变；
气体对外做功为W，根据热力学第一定律
得知，气体吸收热量Q=W。
17． B ，
【详解】
（1）A．已知氧气的摩尔质量、密度以及阿伏加德罗常数，可以求出氧气分子所占的空间体积以及氧分子之间的距离，但不能计算出氧气分子体积，A错误；
B．固体很难被压缩是因为其内部的分子之间存在斥力作用，B正确；
C．做功和热传递都可以改变物体的内能，物体与外界不发生热量交换，但做功可以改变其内能，C错误；
D．一定质量的理想气体，温度升高，内能一定升高，D错误。
故选B。
（2）阀门未打开时
，
阀门打开后
根据玻意耳定律得
解得
打开阀门后，将容器内的气体温度升高时，A室气体先发生等压变化，设等压变化过程，最终活塞C到最右边时的温度为T。
由于400 K小于450 K，所以加热到400 K时活塞不会到最右端，所以A室气体的压强为。
加热到540 K，C滑到最右端，从450 K到540 K，A室气体发生等容变化
解得
18． 逐渐增大 小于 逐渐增大
【详解】
瘪球内气体原先温度较低，放入热水中后，球内气体逐渐吸热，球内气体的温度逐渐升高。温度越高，速率大的分子数占总分子数比例越大。球内气体温度升高，压强增大，瘪球逐渐变回球形，此过程中从外界吸收热量的同时球内气体因膨胀而对外做功，由于内能随温度的升高而增大，根据热力学第一定律知球内气体从外界吸收的热量大于对外做的功。
19． 等容 小于
【详解】
缸和活塞固定时，气体体积不变，故做等容变化；
对一定量的气体内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相同，气体内能变化量相等，即
；
第一种情况，气缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功，W1=0；
第二种情况，活塞自由移动，气体体积增大，气体对外做功，W2＜0，
由热力学第一定律
可知
．
20．①60cm；②
【详解】
①对活塞，由平衡条件知
p0S+mg=pS
所以该过程为等压变化，故
解得h2=60cm
②在加热过程中，气体对外界做功为
W=-pΔV=-120J
根据热力学第一定律
ΔU=W+Q
可求气体内能的变化为
ΔU=300J
用卡环把活塞卡住，将气体的温度升高到T2，
ΔU=W+Q ，W=0
所以Q =300J
得
21．（1） ；（2）；（3）
【详解】
（1）活塞恰在气缸右端口时（气缸仍然封闭），设密闭气体的温度为T1，由盖·吕萨克定律有
解得
（2）气缸竖直放置时，设密闭气体的温度为T2，由活塞受力平衡有
由查理定律有
解得
（3）此过程外界对气体做的功
由热力学第一定律有
解得
22．（1）；（2）
【详解】
（1）等温变化，第一次抽气
得
（2）绝热过程可知
又有
根据热力学第一定律
答案第1页，共2页