3.1热力学第一定律练习（word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修三 3.1 热力学第一定律
一、单选题
1．一定质量的理想气体，由状态A开始，经历①②两个不同过程到达状态C，p-T图像如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．过程①气体对外做功
B．过程②气体先放出热量后吸收热量
C．气体在过程①吸收的热量小于过程②吸收的热量
D．单位时间内，状态A比状态C器壁单位面积上分子碰撞的次数多
2．如图所示，两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A变化到状态B时，下列说法正确的是（　　）
A．体积必然减小 B．不可能经过体积减小的过程
C．外界必然对气体做正功 D．气体必然从外界吸热
3．一定质量的理想气体，从状态开始，经历，，，四个过程又回到状态，其体积与热力学温度的关系图像如下图所示，的延长线经过坐标原点，、分别与横轴、纵轴平行，是与的交点，下列说法正确的是（　　）
A．气体从状态到状态是压强增大 B．气体从状态到状态是气体对外做功同时吸热
C．气体从状态到状态过程中吸热 D．气体从状态到状态是等容变化
4．一定量的理想气体从状态M开始，经状态回到状态M，如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．过程，气体放热
B．过程，气体体积变大
C．气体在N时的体积比在Q时的体积小
D．过程，单位时间内撞击器壁单位面积的分子数增加
5．恒温的水池中，有一气泡缓慢上升，在此过程中，气泡的体积会逐渐增大，不考虑气泡内气体分子势能的变化，下列说法中正确的是（　　）
A．气泡内的气体对外界做功
B．气泡内的气体内能增加
C．气泡内的气体与外界没有热传递
D．气泡内气体分子的平均动能减小
6．在夏季，自行车内胎如果充气过足，又放在阳光下暴晒，车胎极易爆裂，暴晒过程中内胎容积几乎不变，关于这一现象以下说法中不正确的是（　　）
A．车胎爆裂是因为气体分子间斥力急剧增大的缘故
B．在爆裂前的过程中，气体温度升高，气体压强增大
C．在爆裂前的过程中，气体吸热，内能增加，分子热运动加剧
D．在车胎突然爆裂的瞬间，气体对外做功，内能减少
7．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
8．某气缸内封闭有一定质量的理想气体，从状态依次经过状态和后再回到状态，其图象如图所示，则在该循环过程中，下列说法正确的是（　　）
A．从到过程中，气体吸收热量
B．从到过程中，气体的压强增大
C．从到过程中，单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数减少
D．若气体在从到过程中，内能增加，对外做功，则气体向外界放出热量
9．如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。气体分子之间相互作用势能可忽略。现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡（　　）
A．a的体积增大，压强变小
B．b的体积减小，温度不变
C．a增加的内能等于b增加的内能
D．加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈
10．一定质量的理想气体，从状态开始，经历，，，四个过程又回到状态，其体积与热力学温度的关系图像如下图所示，的延长线经过坐标原点，、分别与横轴、纵轴平行，是与的交点，下列说法正确的是（　　）
A．气体从状态到状态是压强增大 B．气体从状态到状态是气体对外做功同时吸热
C．气体从状态到状态过程中吸热 D．气体从状态到状态是等容变化
11．如图所示，为一定质量的理想气体变化过程中的三个不同状态，下列说法正确的是（　　）
A．三个状态的压强相等
B．从到气体的内能减小
C．从到气体吸收热量
D．从到与从到气体对外界做功的数值相等
12．一定质量的理想气体经历状态变化，其图线如图所示，变化顺序为，图中段延长线过坐标原点，线段与p轴垂直，线段与轴垂直，则（　　）
A．，压强不变、外界对气体做功、气体放出热量
B．，压强减小、外界对气体做功、气体吸收热量
C．，压强减小、外界对气体做功、气体吸收热量
D．，压强增大、气体对外界做功、同时放出热量
13．卡诺循环是由法国工程师卡诺于1824年提出的，它可用于分析热机的工作过程，卡诺循环包括四个步骤：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩。下列相关说法中正确的是（　　）
A．随着设备的改进和技术的提高，热机效率可能达到100%
B．绝热膨胀和绝热压缩过程中，气缸内气体的内能保持不变
C．等温压缩过程中，因外界对气体做功，故气缸内气体内能增大
D．等温膨胀过程中，单位时间内在单位面积上碰撞气缸壁的分子数减少
14．在给自行车轮胎打气时，会发现胎内气体温度升高，这是因为（　　）
A．胎内气体压强不断增大，而容积不变 B．轮胎从外界吸热
C．外界空气温度本来就高于胎内气体温度 D．打气时，外界不断对胎内气体做功
15．如图所示，汽缸和活塞与外界均无热交换，汽缸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。现通过电热丝对气体A加热一段时间，后来活塞达到新的平衡。不计气体分子势能，不计活塞与汽缸壁间的摩擦，大气压强保持不变。下列判断正确的是（　　）
A．气体B吸热，对外做功，内能不变
B．气体A分子的平均动能增大
C．气体A和气体B内每个分子的动能都增大
D．气体B分子单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数增加
二、填空题
16．如图所示，用横截面积为的活塞在导热气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞质量为。在活塞上施加恒力缓慢推动活塞，使气体体积减小。
（1）上述过程中，气缸内的气体压强____________（选填“增大”、“减小”或“不变”），
（2）设上述过程中活塞下降的最大高度为，外界大气压强为，试求此过程中被封闭理想气体与外界交换的热量__________。
17．空气压缩机在一次压缩中，活塞对汽缸内的空气做了的功，同时汽缸内的空气的内能增加了，则汽缸内的空气的压强______（填“增大”、“不变”或“减小”），与外界传递的热量是______J。
18．功与内能的改变理解
（1）ΔU＝W的适用条件是______过程．
（2）在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能______；系统对外做功，系统的内能______。
三、解答题
19．如图所示，某同学将空的玻璃瓶开口向下缓缓压入水中、设水温均匀且恒定，瓶内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的玻璃瓶在下降过程中，气体是吸热还是放热，为什么？
20．目前市场在售的玩具枪，各式各样，有些生产厂家为了经济利益，迎合少数不法分子的需求，生产超标违规玩具枪，这种违规产品存在很大安全隐患。按照公安部颁发的《枪支致伤力的法庭科学鉴定判据》（GA／T718—2007）的规定，对于不能发射制式弹药的非制式枪支，当所发射弹丸的枪口比动能EkS大于等于1.8J／cm2时，一律认定为枪支。所谓“枪口比动能”是指弹丸离开枪口时的动能与枪口横截面积的比值。现要对一支玩具气枪进行测试，先测得其枪管长度d=20cm，枪口截面积S=0.4cm2，所发射弹丸的质量m=3g。水平端着气枪从离地面高度h=1.8m处水平射击，弹丸在枪内高压气体推动下水平射出，弹丸击发时间极短，测得弹丸的水平射程L=18cm。不计空气阻力，高压气体膨胀过程质量不变，大气压强p0=1.0×105Pa，重力加速度g=10m／s2。
(1)通过计算说明该玩具枪是否能被认定为枪支；
(2)求该玩具枪发射弹丸过程中，枪内高压气体减少的内能。
21．如图，内壁光滑的汽缸竖直放置在水平桌面上，汽缸内封闭一定质量的气体。气体从状态（活塞在处）变为状态（活塞在处）时，气体吸收热量，并对外做功。
(1)气体的内能改变了多少？是增加还是减少？
(2)某人在上一问的基础上又接着提了后一个问题，说：“有人使气体从上一问的状态再回到状态，即回到原来时的体积和温度，气体放出的热量是，那么返回过程中气体对外做的功又是多少？”请你对后一个问题进行评价。
22．汽缸内由气密性良好的活塞封闭一定质量的某种理想气体，气体的温度和压强自状态A（300K，）经状态B（300K，）变化到状态C（600K，），这一过程的图像如图所示，已知状态A下汽缸内封闭气体的体积为3.0L。
（1）求汽缸内封闭气体在状态B和C下的体积；
（2）已知从状态B到状态C过程中，气体内能增加200J，求气体与外界交换的热量。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
AD．过程①气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律
ΔU=Q＋W
可知，气体吸收热量，单位时间内，状态A比状态C器壁单位面积上分子碰撞的次数少，故AD错误；
B．AB过程气体压强不变，温度升高，由盖—吕萨克定律可知其体积增大，气体对外界做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律
ΔU=Q＋W
可知，气体要吸收热量，且气体对外界所做的功小于气体所吸热量，BC过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强增大，由玻意耳定律可知，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律
ΔU=Q＋W
可知，气体放热，且外界对气体所做的功等于气体所放热量，则过程②气体先吸收热量后放出热量，故B错误；
C．过程①气体所吸热量为
Q1=ΔU
过程②气体所吸热量为
Q2=ΔU+W
气体在过程①吸收的热量小于过程②吸收的热量，故C正确。
故选C。
2．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据理想气体状态方程
（常数）
解得
可知与O点的连线均表示等容变化，连线的斜率越大，则表示气体体积越小，所以气体在状态A时的体积小于在状态B时的体积，气体从状态A变化到状态B的过程中，体积必然变大，故A错误；
B．因为气体变化的过程未知，可能经过气体体积减小的过程，故B错误；
CD．气体的体积变大，气体对外界做正功，根据热力学第一定律
气体对外界做正功，W为负值，从题图中看出气体温度升高，即为正值，所以Q必须为正值，即气体必须从外界吸热，故C错误；D正确；
故选D。
3．C
【解析】
【详解】
A．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，A错误；
B．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，B错误；
C．气体从状态到状态过程中，根据图像可知为等容变化，气体不做功，但温度升高内能增大，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，C正确；
D．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，D错误。
故选C。
4．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．由图示图象可知，N→P过程气体温度T不变而压强p增大，由理想气体状态方程，气体体积V减小，外界对气体做功，W＞0，气体温度不变，气体内能不变，△U=0，由热力学第一定律△U=W+Q可知，
Q=△U-W=-W＜0
气体放出热量，故A正确；
B．由图示图象可知，M→N过程气体温度T降低而压强p不变，由理想气体状态方程可知，气体体积V减小，故B错误；
C．由理想气体状态方程可知：，p-T图象的斜率，由图示图象可知，N、Q的连线过坐标原点，图象的斜率不变，说明气体在状态N和状态Q时的体积相等，故C错误；
D．由图示图象可知，P→M过程气体温度升高而压强减小，气体压强减小，气体分子对器壁单位面积的平均作用力减小，气体温度升高分子平均动能增大，则单位时间内撞击器壁单位面积的分子数减少，故D错误。
故选A。
5．A
【解析】
【详解】
气泡体积增大，对外做功，由于温度不变，因此分子平均动能不变，气体的内能不变，根据
可知，气体吸收热量，故A正确，BCD错误。
故选A。
6．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．气体分子间间距较大，分子力（斥力）可忽略不计，则车胎爆裂不是分子斥力的作用，故A符合题意；
B．自行车在爆裂前受暴晒的过程中，车胎内气体吸热温度升高，分子平均动能增加，而气体体积不变，单位体积内的分子数不变，因此气体压强增大，故B不符题意；
C．根据热力学第一定律，爆裂前气体吸热，内能增加，温度升高，分子的热运动加剧，故C不符题意；
D．突然爆裂的瞬间气体对外界做功，其内能应减少，故D不符题意；
故选A。
7．B
【解析】
【分析】
【详解】
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。
8．C
【解析】
【详解】
A．从到过程气体发生等温变化，内能不变，体积减小，外界对气体做功。由热力学第一定律可知，气体放出热量，选项A错误；
B．由知，从到过程气体发生等压变化，选项B错误；
C．从到程中，气体的温度不变，则单个气体分子碰撞器壁的力不变，压强减小，则必然是单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数减少造成的，选项C正确；
D．由
得
气体从外界吸收热量8kJ，选项D错误。
故选C。
9．D
【解析】
【详解】
A．当a加热时，气体a的温度升高，压强增大，由于K与气缸壁的接触是光滑的，可以自由移动，所以a，b两部分的压强始终相同，都变大，故A错误；
B．由于a气体膨胀，b气体被压缩，体积减小，外界对b气体做功，根据热力学第一定律可知b的温度升高了，故B错误；
CD．由于a气体膨胀，b气体被压缩，最终a气体体积大于b气体体积，根据理想气体状态方程
可推知a气体的最终温度较高，a的分子热运动比b的分子热运动更激烈，内能的增加也较多，故C错误，D正确。
故选D。
10．C
【解析】
【详解】
A．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，A错误；
B．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，B错误；
C．气体从状态到状态过程中，根据图像可知为等容变化，气体不做功，但温度升高内能增大，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，C正确；
D．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，D错误。
故选C。
11．C
【解析】
【详解】
A．反向延长ac线，不过坐标原点，说明气体不是等压变化，故abc三个状态的压强不相等，故A错误；
B．从a到c，气体的温度越来越高，气体的内能越来越大，故B错误；
C．从a到b，气体的温度升高，内能增加，由于气体体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律可得，气体吸热，故C正确；
D．从a到c的过程中，任意一点与坐标原点的连线斜率越来越小，压强越来越大，从a到b平均压强小于从b到c的平均压强，根据可知，从b到c气体对外界做功大于从a到b气体对外界做功，故D错误。
故选C。
12．A
【解析】
【分析】
【详解】
由理想气体状态方程可知
由题图可知，连接的直线的斜率小,所以b对应的温度低，c对应的温度高。
A.过程，气体压强p不变而体积V变小，由理想气体状态方程可知气体温度降低，理想气体内能只与温度有关，故内能减少，做功与否只与体积变化有关，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律，气体放热，故A正确；
B．过程，气体体积V不变，压强p变小，不做功，由理想气体状态方程可知，气体温度降低，气体放热，故B错误；
C．过程，气体压强减小而体积增大，对外做功，气体的压强与体积倒数成正比，则压强与体积成反比，气体发生的是等温变化，气体吸热，故C错误；
D．过程温度升高，由图像可知，同时压强增大，且体积也增大，对外做功，吸热，故D错误。
故选A。
13．D
【解析】
【详解】
A．由热力学第二定律可知，热机效率不可能达到100%，选项A错；
B．绝热膨胀和绝热压缩过程中，与外界没有热量交换，而气缸体积改变，气缸内气体的内能因做功而改变，选项B错；
C．等温压缩过程中，温度不变，气缸内气体内能不变，选项C错；
D．等温膨胀过程中，温度不变，体积增大，单位体积内分子数目减少，单位时间内在单位面积上碰撞气缸壁的分子数减少，选项D对。
故选D。
14．D
【解析】
【详解】
在给自行车打气时候，外界对打气筒内气体做功，气筒内气体温度升高，这部分高温气体进入轮胎内的过程中又对轮胎内气体做功，从而导致轮胎内气体温度升高，故ABC错误，D正确。
故选D。
15．B
【解析】
【详解】
BC．由题意可知气体A发生等容变化，则W=0，根据
ΔU=W+Q
可知气体A吸收热量，内能增加，温度升高，气体A分子的平均动能变大，但并不是每个分子的动能都增大，B项正确；C项错误；
A．因为中间是导热隔板，所以气体B吸收热量，温度升高，内能增加，又因为压强不变，故体积变大，气体对外做功，A项错误；
D．气体B的压强不变，但是体积增大，分子平均动能增大，所以气体B分子单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数减少，D项错误；
故选B。
16． 增大
【解析】
【详解】
（1）[1]在活塞上施加恒力缓慢推动活塞，使气体体积减小，则气缸内的气体压强增大；
（2）[2]此过程中，由于气缸是导热气缸且过程缓慢进行，则气体的温度不变，内能不变；根据热力学第一定律可知，外界对气体做功等于气体放出的热量，则被封闭理想气体与外界交换的热量
17． 增大
【解析】
【分析】
【详解】
[1]空气的内能增加，温度升高体积减小，故其压强增大。
[2]根据热力学第一定律有
解得，即与外界传递的热量是。
18． 绝热 增加 减少
【解析】
【分析】
【详解】
略
19．被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体的压强随着水变深而逐渐变大，气体温度由于瓶壁导热性能良好，始终与水温一致，故瓶内气体可视为等温变化、由玻意耳定律可知，瓶内空气被等温压缩，体积减小，外界对瓶内气体做正功，气体温度不变，内能不变，即，故瓶内气体放热，且放出的热量Q与外界对气体做的功W相等
【解析】
【分析】
【详解】
被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体的压强随着水变深而逐渐变大，气体温度由于瓶壁导热性能良好，始终与水温一致，故瓶内气体可视为等温变化、由玻意耳定律可知，瓶内空气被等温压缩，体积减小，外界对瓶内气体做正功，气体温度不变，内能不变，即，故瓶内气体放热，且放出的热量Q与外界对气体做的功W相等。
20．(1)被认定为枪支；(2)2.15J
【解析】
【详解】
(1)设弹丸离开枪口时的速度为v0，经时间t落地，有
解得
所以该玩具枪被认定为枪支。
(2)设弹丸在枪管内加速过程中，高压气体对弹丸做的功为W，枪内高压气体减少的内能为，有
由热力学第一定律得
解得
21．(1)160J，增加；(2)10J，后一个问题的题设条件有误，该过程不能发生，因为气体从B状态返回A状态，体积减小，显然应该是外界对气体做功才合理
【解析】
【详解】
(1)根据热力学第一定律可知 ，汽缸内封闭气体的内能变化量为
即内能增加了160J；
(2)若气体从B状态又返回A状态，则气体的内能变化量为
根据热力学第一定律可知，气体由B状态返回A状态的过程中有
则
即气体从B状态返回A状态过程中，对外做功为10J。
22．（1）9.0L；18.0L；（2）从外界吸收热量1100J
【解析】
【详解】
（1）A→B过程，气体做等温变化，由玻意耳定律有
B→C过程，气体做等压变化，由盖－吕萨克定律得
联立解得
，
（2）B→C过程，气体压强不变，体积增大，外界对气体做负功
解得
W＝－900J
由热力学第一定律有
解得
Q=1100J
气体从外界吸收热量1100J。
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