3.1热力学第一定律 综合训练（Word版含答案）

3.1热力学第一定律
一、选择题（共15题）
1．下列说法正确的是（　　）
A．液晶具有流动性，光学性质各向异性
B．气体的压强是由气体分子间斥力产生的
C．液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力
D．气球等温膨胀，球内气体一定向外放热
2．下列说法中正确的是（　　）
A．物体吸收热量，其内能必增加
B．外界对物体做功，物体内能必增加
C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能减少
D．物体温度不变，其内能也一定不变
3．下列说法中错误的是（　　）
A．图甲中，洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力必须大于玻璃板的重力，其原因是水分子和玻璃分子之间存在吸引力
B．图乙中，表面层内分子间距离比液体内部的大，是因为表面层内液体分子间的斥力较大
C．图丙中，食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性
D．图丁中，猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，可看做是绝热变化
4．下列说法正确的是（ ）
A．热量不能由低温物体传递到高温物体
B．外界对物体做功，物体的内能必定增加
C．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律
D．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
5．如图所示为某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环可视为一定质量的理想气体所经历的两个绝热过程和两个等容过程，图中a到b和c到d为绝热过程，b到c和d到a为等容过程。关于该气体，下列说法正确的是（　　）
A．由图知的过程是等温变化过程
B．在的过程中，气体分子对容器壁单位面积上的平均碰撞力变大
C．在的过程中，单位时间内撞击该气缸壁的分子数增多
D．从状态a出发完成一次循环又回到状态a的过程中气体全程吸收的热量等于放出的热量
6．用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示。充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体（　　）
A．体积减小，内能增大 B．体积减小，压强减小
C．对外界做负功，内能减小 D．对外界做正功，压强减小
7．下列说法正确的是( )
A．压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力是由于气体分子间存在斥力的缘故
B．如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，用来表征它们所具有的“共同热学性质”的物理量是内能
C．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层酌云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体
D．一定质量的理想气体，如果在某个过程中温度保持不变而吸收热量，则在该过程中气体的压强一定减小
8．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气（不计分子势能）
A．内能增大，放出热量 B．内能减小，吸收热量
C．内能增大，对外界做功 D．内能减小，外界对其做功
9．恒温环境中，在导热良好的注射器内，用活塞封闭了一定质量的理想气体。用力缓慢向外拉活塞，此过程中（　　）
A．封闭气体分子间的平均距离不变
B．封闭气体分子的平均速率减小
C．活塞对封闭气体做正功
D．封闭气体的内能不变
10．对于一定质量的理想气体，下列过程不可能发生的是（　　）
A．气体膨胀对外做功，温度升高，内能增加 B．气体吸热，温度降低，内能不变
C．气体放热，压强增大，内能增大 D．气体放热，温度不变，内能不变
11．如图所示为一带活塞的气缸，缸内盛有气体，缸外为恒温环境，气缸壁是导热的，现令活塞向外移动一段距离，在此过程中气体吸热，对外做功，此功用W1 表示，然后设法将气缸壁及活塞绝热，推动活塞压缩气体，此过程中外界对气体做功用W2 表示，则（ 　）
A．有可能使气体回到原来状态，且W1< W2
B．有可能使气体回到原来状态，且W1= W2
C．不可能使气体回到原来状态，且W1> W2
D．不可能使气体回到原来状态，且W1< W2
12．对于一定质量的某种理想气体，N表示单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子次数，则（　　）
A．当体积减小时，温度一定升高
B．当温度降低时，一定向外界放热
C．气体压强是由气体分子之间的斥力引起的
D．当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化
13．以下说法正确的是（　　）
A．雨后叶子表面上的小水珠接近球形主要是液体表面张力作用的结果
B．悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数越多，布朗运动越明显
C．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大
D．若一定质量的理想气体等压膨胀，则气体一定吸热
E．当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越小
14．如图所示，绝热容器被绝热隔板K1，卡销锁住的绝热光滑活塞K2隔成a、b、c三部分，a部分为真空，b部分为一定质量的稀薄气体，且压强pbA．只打开隔板K1，b中气体对外做功，内能减少
B．只打开隔板K1，b中气体不做功，内能不变
C．只打开隔板K1，b中气体压强减小，温度不变
D．只打开卡销K2，b中气体对外做功，内能减小
E．只打开卡销K2，b中气体对外做功，内能增加
15．一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p–T图象如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O．下列判断正确的是（　　）
A．气体在a、c两状态的体积相等
B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
二、填空题
16．如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则气体对外____（填“做功”或“不做功”）,内能_________（填“增大”“减小”或“不变”）
17．国庆期间，放飞气球增添节日气氛。图为某氦气球的上升过程，破裂之前，气球内的氦气的压强将_______（选填“变大”、“变小”或“等于”），气球内氦气的内能_______（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
18．一定质量的理想气体的压强与热力学温度的关系图像如图所示，其中图线的段平行于纵轴，段平行于横轴。则从状态到状态，气体__________（选填“吸收”、或“放出”）热量，从状态到状态，气体吸收的热量__________（选填“大于”、“等于”或“小于”）气体对外界所做的功，A、、三个状态相比，气体密度最大的是__________（选填“A”、“”或“”）。
三、综合题
19．如图所示，一圆柱形容器竖直放置，通过活塞封闭着摄氏温度为t的理想气体．活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h.现通过电热丝给气体加热一段时间，结果活塞又缓慢上升了h，若这段时间内气体吸收的热量为Q，已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计器壁向外散失的热量及活塞与器壁间的摩擦，求：
（1）容器中气体的压强；
（2）这段时间内气体的内能增加了多少？
（3）这段时间内气体的温度升高了多少？
20．如图，用面积为S的活塞在气缸内封闭着一定质量的空气，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为m，现对气缸缓缓加热使气缸内的空气热力学温度从T1升高到T2，且空气柱的高度增加了Δl，已知加热时气体吸收的热量为Q，外界大气压强为p0，问：
（1）在此过程中，活塞对气体的压力做功为多少
（2）此过程中被封闭气体的内能变化了多少
（3）被封闭空气初始状态的体积。
21．如图所示，一绝热气缸竖直放置，一定质量的理想气体被活塞封闭于气缸中，绝热活塞质量为m、横截面积为S，不计厚度，且与气缸壁之间没有摩擦．开始时活塞被销子K固定于距气缸底部高度为h1的A位置，气体温度为T1，压强为p1，现拔掉销子，活塞下降到距气缸底部高度为h2的B位置时停下，已知大气压强为p0，重力加速度为g．
（i）求此时气体温度TB；
（ii）若再用电热丝给气体缓慢加热，使活塞上升到距气缸底部高度为h3的C位置时停下，求活塞上升过程中气体对活塞做的功．
22．如图所示，一定质量的理想气体经历了A→B→C→D→A的循环，该过程每个状态都视为平衡态，各状态参数如图所示．A状态的压强为PA=1.2×105Pa，求：
（1）B状态的温度TB；
（2）C状态的压强PC；
（3）完成一个循环，气体与外界热交换的热量是多少？是吸热还是放热？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
A．液晶具有流动性，光学性质各向异性，A正确；
B．气体的压强是由大量分子对容器器壁的碰撞造成的，B错误；
C．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力，C错误；
D．根据
ΔU＝W＋Q
气球等温膨胀时，ΔU＝0，W＜0，则
Q＞0
即气体吸热，D错误。
故选A。
2．C
【详解】
ABC．据热力学第一定律
知，物体吸收热量，若同时对外做功，其内能不一定增加；外界对物体做功，若同时对外放热，其内能不一定增加；同理若物体吸收热量，同时对外做功，且吸收的热量小于对外做的功，则其内能将减少，故AB错误，C正确。
D．物体温度不变，其分子平均动能不变，但若体积变化，引起分子势能变化，则其内能也将发生变化，故D错误。
故选C。
3．B
【详解】
A．图甲中，洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力必须大于玻璃板的重力，其原因是水分子和玻璃分子间存在引力，A正确，不合题意；
B．图乙中，表面层内分子间距离比液体内部的大，所以表面层内液体分子间的引力较大，B错误，符合题意；
C．图丙中，食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，C正确，不合题意；
D．图丁中，猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，气体来不及向外传递热量，可看做是绝热变化，D正确，不合题意。
故选B。
4．D
【详解】
试题分析：根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．在发生其他变化的前提下，热量可以由低温物体传递到高温物体．
例如电冰箱制冷时，压缩机工作，消耗了电能，同时热量由冰箱内的低温物体传递到冰箱外的高温物体，所以A错．
外界对物体做功的同时，物体可能放热，物体的内能不一定增加，所以B错．
第二类永动机的效率为100%，并不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律中热机效率必小于1的表述，因此它不可能制成，所以C错．
而D选项中的表述就是热力学第二定律的一种表述形式，
所以D正确．
5．C
【详解】
A．由图知为绝热过程，没有热传递，由于体积减小，外界对气体做功，据热力学第一定律可知，内能增大，温度升高，A错误；
B．在的过程中，体积不变，压强减小，由
可知，温度降低，分子平均动能减小，气体分子对容器壁单位面积上的平均碰撞力变小，B错误；
C．在的过程中，体积不变，压强增大，由
可知，温度升高，分子平均动能增大，单位体积分子数不变的情况下，单位时间内撞击该气缸壁的分子数增多，C正确；
D．图线与横轴所围的面积表示功，可知，从a到b外界对气体做的功小于从c到d气体对外界所做的功，而从状态a出发完成一次循环又回到状态a的过程，温度相同内能不变，据热力学第一定律可知，从状态a出发完成一次循环又回到状态a的过程中气体全程吸收的热量大于放出的热量，D错误。
故选C。
6．A
【详解】
CD．充气袋被挤压时，气体体积减小，外界对气体做功，已知袋内气体与外界无热交换，则袋内气体内能增加，故选项C错误，D错误；
AB．气体体积减小，内能增加，温度一定升高，压强变大，故选项A正确，B错误。
故选A。
7．D
【详解】
A项：气体压缩可以忽略分子间作用力，压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力是由于气体压强的原因，故A错误；
B项：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，用来表征它们所具有的“共同热学性质”的物理量是温度，不是内能，故B错误；
C项：熔化的蜂蜡呈椭圆形说明云母是晶体，故C错误；
D项：温度不变，气体的内能不变，吸收热量，由公式可知，气体对外做功，体积增大，由公式可知，压强减小，故D正确．
8．D
【详解】
气体的内能由温度决定，当温度降低时，内能减小，而塑料瓶变扁，内部气体体积减小，外界对它做了功，根据热力学第一定律，它会放出热量，ABC错误，D正确．
9．D
【详解】
A．向外拉活塞，封闭气体的体积变大，分子间的平均距离增大，故A错误；
B．缓慢向外拉活塞，可以充分进行热传递，故视为等温变化，所以封闭气体分子的平均速率不变，故B错误；
C．缓慢向外拉活塞，封闭气体体积变大，封闭气体对活塞做正功，故C错误；
D．封闭气体虽然对活塞做正功，但因为整个过程温度不变，所以封闭气体的内能不变，故D正确。
故选D。
10．B
【详解】
A．理想气体的内能只与温度有关，气体膨胀对外做功，若吸收热量，其温度可能升高，内能增加，可能发生，故A正确；
B．气体吸热，若同时气体可以膨胀对外做功，温度可以降低，但是内能一定减小，不可能发生，故B错误；
C．气体放热，若同时外界可以对气体做功，体积减小，其温度可能升高，内能增大，根据可知，温度升高，体积减小，则压强增大，可能发生，故C正确；
D．气体放热，若同时外界可以对气体外做功，温度可能不变，则内能也不变，可以发生，故D正确。
选择不可能发生，故选B。
11．D
【详解】
过程一：由于外界恒温，气缸壁又是导热的，所以内部气体的温度不变，内能不变，将塞向外移动一段距离，在此过程中气体吸热等于对外做功；过程二：气缸及活塞绝热，推动活塞压缩气体，此过程中外界对气体做功，内能增加，温度升高，不能使气体回到原来状态；在过程一中气体的压强减小，对外做功为 ；过程二中，气体温度升高，则压强变大，回到原来位置时的过程中的平均压强, 故外界对气体做功，故选D.
12．D
【详解】
A．根据理想气体状态方程，当体积减小时，温度不一定升高，A错误；
B．当温度降低时，气体的内能减小，因为做功情况不确定，所以不一定向外界放热，B错误；
C．气体压强是由气体分子对器壁的持续频繁碰撞产生的，C错误；
D．若气体的温度变化，分子的平均动能变化，分子对器壁的撞击力发生变化，必须改变气体的体积，改变分子的密度，才能保持气体的压强不变，所以当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化，D正确。
故选D。
13．ACD
【详解】
A．液体表面张力使液体有收缩成球形的趋势，雨后叶子表面上的小水珠接近球形主要是液体表面张力作用的结果，故A正确；
B．悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数越多，各个方向的撞击作用衡，布朗运动越不明显，故B错误；
C．物体的内能与温度和体积有关，分子平均动能只与温度有关，所以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．若一定质量的理想气体等压膨胀，根据盖—吕萨克定律可知气体温度升高，同时气体对外做功，根据热力学第一定律可知气体一定吸热，故D正确；
E．当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子力做负功越多，分子势能越大，故E错误。
故选ACD。
14．BCE
【详解】
AB．只打开隔板K1，b中气体向a中真空扩散，气体不做功，W=0，绝热容器导致Q=0，由热力学第一定律知ΔU=W＋Q=0，内能不变，A错误，B正确；
C．只打开隔板K1时，b中气体内能不变，温度不变，由玻意耳定律pV=C知b中气体体积增大，压强减小，C正确；
DE．只打开卡销K2时，由于pb0，但Q′=0，则ΔU′=W′＋Q′>0，内能增加，D错误，E正确。
故选BCE。
15．AB
【详解】
由理想气体状态方程 知 ，a与c的体积相等，A正确．理想气体的内能由温度决定，而 ，故a的内能大于c的内能，B正确．由热力学第一定律 知，cd过程温度不变（内能不变），则，C错误．da过程温度升高，即内能增大，则吸收的热量大于对外做的功，D错误．
16． 不做功 不变
【详解】
气体膨胀，因为右边是真空，所以气体不对外做功；又因为是绝热过程，故由热力学第一定律可得气体的内能不变。
17． 变小 减小
【详解】
上升过程中，外界压强减小，由平衡条件知，气球内部压强变小；
由题意可知，气球的体积在变大，可知气体对外界做功，由于高度越高，温度越低，故气球不可能从外界吸热，由热力学第一定律可知，气球内氦气的内能减小。
18． 吸收 大于 A
【详解】
从A状态到B状态，气体温度不变，内能不变，压强减小，则体积变大，气体对外做功，则气体吸收热量；
从B状态到C状态，气体温度升高，内能变大，根据热力学第一定律可知，吸收的热量大于气体对外界所做的功；
从B到C温度升高，压强不变，则体积变大，则A态体积最小，则A、、C三个状态相比，气体密度最大的是A态。
19．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）活塞静止，处于平衡状态，由平衡条件得：
容器中气体压强为
（2）活塞缓慢上升，气体等压变化，故气体对外做功为
由热力学第一定律可知，气体内能增量为
（3）由盖吕萨克定律可得
解得
故气体温度升高了
20．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）活塞与砝码的压力对气体所做的功
（2）根据热力学第一定律得
（3）气体的变化过程为等压变化，由盖-吕萨克定律得
由题意得
联立解得
21．（i）（ii）
【详解】
（i）活塞在A位置时，pA=p1，VA=Sh1，TA=T1
活塞在B位置时；VB=Sh2
压强为
由理想气体状态方程得：
解得：
（ii）活塞由B位置上升到C位置的过程为等压过程气体对活塞的压力一直为
气体对活塞做的功为
解得：
22．（1）600K（2）3×105Pa（3）180J
【详解】
（1）理想气体从A状态到B状态的过程中，压强保持不变
根据盖--吕萨克定律有
代入数据解得
（2）由理想气体状态方程：得：PC=3×105Pa
（3）理想气体从A状态到B状态的过程中，外界对气体做功W1=-PA（VA-VB）
解得：W1=-120J
气体从B状态到C状态的过程中，体积保持不变，根据查理定律有；根据查理定律有:
解得PC=3.0×105Pa
从C状态到D状态的过程中，外界对气体做功W2=PC（VB-VA）
解得W2=300J
一次循环过程中外界对气体所做的总功W=W1+W2=180J
理想气体从A状态完成一次循环，回到A状态，始末温度不变，所以内能不变
根据热力第一定律△U=W+Q
解得Q=-180J
故完成一个循环，气体对外界放热180J
答案第1页，共2页