4.1热力学第一定律专项测试 （word版含答案）

4.1、热力学第一定律
一、单选题
1．关于做功、传热与内能变化的说法，正确的是（ ）
A．不通过做功的过程，物体的内能也可以改变
B．不对物体做功，物体的内能会保持不变
C．外力对物体做2J的功，物体就一定增加2J的内能
D．物体吸收热量，内能一定增加
2．如图所示，置于水平桌面上的汽缸导热良好，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用水平向右的外力F作用在活塞上，使其缓慢向右移动，汽缸始终静止，外界温度保持不变。在活塞被拉出汽缸前的过程中（　　）
A．气体对外界做功，吸收热量 B．气体温度降低，放出热量
C．气体压强逐渐减小，内能减小 D．气体体积逐渐增大，内能增大
3．关于分子动能和内能，下列说法正确的是（　　）
A．物体吸热则内能一定增加
B．封闭在密闭容器中的气体温度不变，气体分子的平均动能也将会随着容器运动速度增大而增大
C．物体温度不变，内能一定不变
D．质量和温度都相同的气体，内能可能不相同
4．如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如图中从a到b的直线所示，在此过程中说法错误的是（　　）
A．气体温度一直降低 B．气体内能一直增加
C．气体一直对外做功 D．气体一直从外界吸热
5．关于热现象，下列说法正确的是（　　）
A．布朗微粒越小，布朗运动越不明显
B．毛细管越小，毛细现象越不明显
C．如图，石蜡在固体片上熔化成椭圆形，则该固体可能是多晶体
D．一定质量的理想气体，体积从V1缓慢增大到V2，中间过程不同，气体对外做功可能不同
6．下列说法正确的是（　　）
A．饱和汽压与体积有关
B．水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，这是因为油脂使水的表面张力增大
C．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变
D．物体内能增加，不一定要从外界吸收热量
7．对一定量的气体，下列说法正确的是
A．气体体积是指所有气体分子的体积之和
B．气体分子的热运动越剧烈，气体的温度就越高
C．气体对器壁的压强是由于地球吸引而产生的
D．当气体膨胀时，气体对外做功，因而气体的内能一定减少
8．一定质量的理想气体自状态A经状态B变化到状态C，这一过程在V-T图中表示如图所示，则下述结论错误的是 （　　）
A．在过程AB中，气体压强不断变大 B．在过程BC中，气体密度不断变大
C．在过程AB中，气体对外界做功 D．在过程BC中，外界对气体做功
9．回热式制冷机是一种深低温设备，制冷极限约50 K。某台回热式制冷机工作时，一定量的氦气（可视为理想气体）缓慢经历如图所示的四个过程：已知状态A和B的温度均为27 ℃，状态C和D的温度均为 ℃，下列判断正确的是（　　）
A．气体由状态A到B过程，温度先降低后升高
B．气体由状态B到C过程，内能保持不变
C．气体由状态C到D过程，分子间的平均间距减小
D．气体由状态C到D过程，气体对外做功
10．如图所示，A、B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（ ）
A．气体内能一定增加 B．气体压强变大
C．气体对外界做功 D．气体对外界放热
11．绝热容器内封闭一定质量的理想气体，气体分子的速率分布由状态①变为②，如图所示。则（　　）
A．气体的内能一定减小 B．气体的体积一定增大
C．气体的压强一定增大 D．气体一定对外界做功
12．一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
13．如图所示，气缸和活塞与外界均无热交换，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，不计活塞与气缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是（　　）
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分子的平均动能增大
D．气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数增大
二、多选题
14．以下说法正确的是（ ）
A．为了增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热量
B．食盐熔化过程中,温度保持不变,说明食盐是晶体
C．物体温度降低,其内能一定增大
D．液体温度越高,悬浮颗粒越小,布朗运动越剧烈
E．自行车打气越打越费力是因为分子间斥力的作用
15．以下有关热学内容的叙述，正确的是（　　）
A．在两分子间距离增大的过程中，分子间的作用力一定减小
B．用表示阿伏加德罗常数，M表示铜的摩尔质量，ρ表示实心铜块的密度，那么铜块中一个铜原子所占空间的体积可表示为
C．液体的表面张力形成的原因是液体表面层分子间的距离略大于r0，分子力表现为引力。
D．晶体一定具有规则形状，且有各向异性的特征
E．理想气体等压膨胀过程一定吸热
16．如图所示，水平地面上放置一个导热性能良好的气缸，气缸内用活塞封闭着一定质量的理想气体，一条轻细绳一端连接在活塞上，另一端绕过两个光滑的定滑轮后连接在一个可施加拉力的传感器上，传感器由计算机控制，开始时活塞和气缸均静止。现通过计算机对活塞施加拉力，让活塞缓慢向上移动，发现活塞始终没有被从气缸中拉出，周围环境温度不变，不计一切摩擦，则在拉动活塞的过程中，下列说法正确的是________。
A．气缸内气体对活塞单位时间内碰撞的次数先减少后不变
B．气缸对地面的压力先不变后逐渐减小到零
C．缸内气体对外做功，气体从外界吸收热量
D．缸内气体从外界吸收热量，分子势能增加
E．传感器施加的拉力最大值与气缸、活塞和缸内气体的总重力大小相等
三、填空题
17．气缸的气体吸收了4.2×103J热量，同时推动活塞做了2.2×103J的功，那么它的内能_____（填增加或减少）_____J．
18．如图所示，针管内有一部分气体，现将针管口堵住，管内气体被完全封闭。若迅速压活塞，管内气体温度将___________（选填“升高”“降低”或“不变”）；若缓慢向外拉活塞，气体将___________（选填“对外界放热"从外界吸热”或“与外界无热交换”）。
19．夏天，自行车内胎充气过足，放在阳光下暴晒，车胎极易爆裂，设暴晒过程中内胎容积几乎不变，则在爆裂前车胎内气体升温的过程中，车胎内气体分子的平均动能_________（选填“增大”“减少”或“不变”）。在车胎突然爆裂的瞬间，车胎内气体内能______（选填“增大”“减少”或“不变”）.
20．(1)如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①②③到达状态d.过程①中气体________(选填“放出”或“吸收”)了热量，状态d的压强________(选填“大于”或“小于”)状态b的压强．
(2)在第(1)问③状态变化过程中，1 mol该气体在c状态时的体积为10 L，在d状态时压强为c状态时压强的.求该气体在d状态时每立方米所含分子数．(已知阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，结果保留一位有效数字)
四、解答题
21．某次科学实验中，从高温环境中取出一个如图所示的圆柱形导热气缸，把它放在大气压强为P0=latm、温度为t0=27℃的环境中自然冷却。该气缸内壁光滑，容积为V=lm3，开口端有一厚度可忽略的活塞。开始时，气缸内密封有温度为t=447℃、压强为P=1.2atm的理想气体，将气缸开口向右固定在水平面上，假设气缸内气体的所有变化过程都是缓慢的。求：
(1)活塞刚要向左移动时，气缸内气体的温度t1；
(2)最终气缸内气体的体积V1；
(3)在整个过程中，气缸内气体对外界_____（填“做正功”“做负功”或“不做功”），气缸内气体放出的热量_____（填“大于”“等于”或“小于”）气体内能的减少量。
22．如图所示，绝热容器中封闭一定质量的理想气体，开始时活塞距底部高度，容器内气体温度为。现给电热丝通电，经过一段时间，气体温度升高至，已知活塞质量，横截面积，大气压强，不计活塞与器壁间摩擦，求：
（1）封闭部分气体的压强；
（2）当气体温度升高至t2时，活塞距底部高度H；
（3）若整个加热过程中内能变化量为120J，气体吸收的热量Q。
23．如图所示，竖直放置的足够长的密闭汽缸，缸内封存着一定质量的理想气体（气体质量可忽略不计），缸体质量m1=10kg，活塞质量m2=2kg，活塞横截面积S=2×10-3m2，活塞上部由一根绳悬挂于天花板上；汽缸下部被一个劲度系数k=1×103N/m的轻弹簧支住，弹簧刚好压缩0.02m，整个装置处于静止状态封闭在汽缸内的气柱长L1=0.2m，若外界大气压p0=1×105Pa，g取10m/s2，弹簧始终在其弹性限度内，求（结果保留2位有效数字）：
（1）此时汽缸内气体的压强；
（2）若将绳剪断，待汽缸和活塞重新平衡后温度保持不变汽缸内的气柱长改变了多少？
（3）剪断绳后到气缸和活塞重新平衡（温度保持不变），气缸里的气体是吸热还是放热，请说明你的理由。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【解析】
【详解】
AB．做功和传热都可以改变物体的内能，故A正确B错误；
C．外力对物体做2J的功，若物体与外界没有热交换，则内能一定增加2J，故C错误；
D．物体吸收热量时，如果对外做功，内能不一定增加故D错误。
故选A。
2．A
【解析】
【分析】
【详解】
活塞缓慢向右移动，气体体积V变大，故气体对外做功；又汽缸导热良好外界温度T保持不变，因温度是分子平均动能的标志且气体忽略分子势能，故气体温度不变气体内能不变；由理想气体状态方程
知气体压强逐渐减小，由热力学第一定律
知气体吸收热量。故A正确BCD错误。
故选A。
3．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．改变内能的方式有做功和热传递，故物体吸热内能不一定增加，A错误；
B．封闭在密闭容器中的气体温度不变，气体分子的平均动能也不变，与容器的机械运动无关，B错误；
C．物体温度不变，内能可能变化，如0℃的冰融化成0℃的水吸热内能增大，C错误；
D．内能是所有分子的动能与势能的总和，质量相同，分子数不一定相同，温度相同，分子平均动能相同，但体积关系未知，分子势能关系未知，故内能可能不相同，D正确。
故选D。
4．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．由图知从a到b气体的 p和V一直增大，由可知，气体的温度一直升高，故A错误，符合题意。
B．一定量的理想气体内能只跟温度有关，温度一直升高，气体的内能一直增加，故B正确，不符合题意。
C．气体的体积增大，则气体一直对外做功，故C正确，不符合题意。
D．气体的内能一直增加，并且气体一直对外做功，根据热力学第一定律可知，气体一直从外界吸热，故D正确，不符合题意。
故选A。
5．D
【解析】
【详解】
A．布朗微粒越小，温度越高，布朗运动越明显，故A错误；
B．毛细现象是指浸润液体在细管中上升的现象，内径越细现象越明显，故B错误；
C．由图可知，石蜡在各个方向熔化快慢不一样，即固体片导热具有各向异性，是单晶体。而多晶体具有各向同性。故C错误；
D．由气体做功的公式
可知，体积变化量一定，但不知道压强的情况，因此气体对外做功可能不同。故D正确。
故选D。
6．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．饱和汽压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度，故一定温度下的饱和汽的分子数密度是一定值，相同温度下不同液体的饱和汽压一般是不同的，温度越高，液体越容易挥发，故饱和汽压随温度的升高而增大，而饱和汽压与气体的体积无关，故A错误；
B．由于油脂将水及玻璃隔开，而水与油脂是不浸润的，故水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，但是并没有增大表面张力，故B错误；
C．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，即分子动能增大，内能要增大，故分子势能增大，故C错误；
D．物体内能增加，可以有做功和热传递两种方式，则不一定要从外界吸收热量，故D正确；
故选D。
7．B
【解析】
【详解】
试题分析：气体分子之间距离很大，气体体积是指所有气体分子所占的体积，远大于气体分子体积之和，选项A错．分子热运动的剧烈程度与温度有关，温度越高，气体分子热运动越剧烈，选项B对．气体对器壁的压强是由于气体分子无规则运动撞击器壁而产生的，而不是地球的吸引，选项C错．改变内能的方式有两种即热传递和做功，如果没有热传递而只有气体膨胀而对外做功，可以使气体内能减少，但是不知道热传递情况属于无法判断气体内能的变化情况选项D错．
考点：气体分子热运动
8．C
【解析】
【详解】
C．在过程AB中，为等容变化，气体对外界做功为零，C错误；
A．根据理想气体状态方程，体积不变，温度升高过程中压强增大，A正确；
D．在过程BC中，温度不变，体积减小，外界对气体做功，D正确；
B．一定质量的气体，体积减小，密度增大，B正确。
故选C。
9．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．如图所示，因为等温线离O点越远，温度越高，所以气体由状态A到B过程，温度先升高后降低，选项A错误；
B．由图示图线可知，气体由状态到过程，气体体积不变而压强减小，由理想气体状态方程可知，气体温度降低，气体内能减小，选项B错误；
C．由图示图线可知，气体由状态到过程，气体体积增大，分子间的平均间距增大，故C错误；
D．由图示图线可知，气体由状态到过程，气体体积增大，气体对外做功，选项D正确。
故选D。
10．C
【解析】
【详解】
A．气体从状态A变化到状态B时，温度不变，则气体内能不变，A错误；
B．根据理想气态方程，等温膨胀，气体压强变小，B错误；
CD．气体膨胀对外做功，而内能不变，由热力学第一定律
所以气体从外界吸热，C正确，D错误。
故选C。
11．C
【解析】
【详解】
速率在某一范围内的分子数占总分子数的百分比总是一定的，这个比值只与气体的种类及温度有关。由图像可知，由状态①变为②，分子速率变大的分子数占总分子数的百分比在增加，说明气体温度升高，对于理想气体，不计分子势能，所以温度升高内能一定增大；由于容器是封闭的，所以气体体积不变，气体无法对外做功，由一定质量理想气体状态变化规律（C为定值）可知其压强一定增大，故ABD错误，C正确。
故选C。
12．B
【解析】
【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。
13．A
【解析】
【详解】
A．气体A发生等容变化
温度升高，内能增加，根据热力学第一定律
可知气体A吸热，故A正确；
B．对B上方活塞进行受力分析，根据平衡条件可知，B气体的压强不变，由于隔板导热性良好，B气体会吸收A气体的热量后温度上升，内能增大，再根据理想气体状态方程
在压强不变，温度升高的情况下，体积增大，则气体对外做功，故B错误；
C．气体A和气体B温度都上升了，分子的平均动能都增大，分子平均动能是大量分子的一种统计规律，分子的平均动能都增大，并非每一个分子的动能都会增大，故C错误；
D．根据气体压强的微观意义，气体压强和分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数、分子平均动能有关，在压强不变的情况下，气体B的分子平均动能增大，气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数减少，故D错误。
故选A。
14．ABD
【解析】
【详解】
A．由热力学第一定律，为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，故A正确；
B．晶体具有一定的熔点，食盐熔化过程 ，温度保持不变，说明食盐是晶体，故B正确；
C．物体的内能与物体的体积，温度，摩尔数等因素有关，所以温度降低，其内能不一定增大，故C错误；
D．液体温度越高，液体分子运动越剧烈，悬浮颗粒越小，则布朗运动也越剧烈，故D正确；
E．自行车打气越打越费，是由于体积减小，压强增大，不是由于气体分子间存在斥力，故E错误．
15．BCE
【解析】
【详解】
A．分子间距离增大时，分子间的作用力不一定减小，也可能增大，与分子力表现为引力和斥力有关，故A错误；
B．M表示铜的摩尔质量，ρ表示铜的密度，则铜的摩尔体积
一个铜原子所占空间的体积可表示为
故B正确；
C．液体的表面张力形成的原因是液体表面层分子间的距离略大于r0，分子力表现为引力，故C正确；
D．晶体分单晶体和多晶体，只有单晶体具有规则形状，各向异性，而多晶体没有规则形状，各向同性，故D错误；
E．理想气体等压膨胀过程，根据
温度升高，故内能增加，根据热力学第一定律
对外做功，故一定吸收热量，故E正确。
故选BCE。
16．ACE
【解析】
【分析】
【详解】
AE．由于气缸导热，缓慢拉动活塞时缸内气体温度不变，气体分子平均动能不变，活塞上移时，气体体积增大，温度不变而压强减小，当绳的拉力增大到等于气缸、活塞和缸内气体的总重力时，气缸离开地面向上运动，此时气体体积不变，压强不变，因此气缸内气体对活塞单位时间内碰撞的次数先减少后不变，AE正确；
B．气缸对地面的压力先减小后为零，B错误；
C．拉力对活塞做功，而气体由于体积增大而对外做功，但其内能保持不变，根据热力学第一定律，气体从外界吸热，C正确；
D．理想气体只有分子动能，没有势能，D错误。
故选ACE。
17． 增加 2×103
【解析】
【详解】
试题分析：在热力学中，系统发生变化时，设与环境之间交换的热为Q，与环境交换的功为W，可得热力学能（亦称内能）的变化为：△U=Q+W．
解：气体吸收了4200J的热量，故Q=4200J；
对外做的功是2200J，故W=﹣2200J；
根据热力学第一定律，有：△U=Q+W=4200J﹣2200J=2000J．即增加了2.0×103J．
故答案为增加； 2×103 J．
【点评】
本题关键用热力学第一定律列式求解，要明确公式中各个量正负的含义．
18． 升高 从外界吸热
【解析】
【详解】
[1]若迅速压活塞，气体来不及与外界发生热传递，则Q=0，体积减小，外界对气体做功，则W>0，由热力学第一定律
可知，气体内能增大，故温度将升高。
[2]若缓慢向外拉活塞，气体温度将始终与外界保持一致，即温度不变，内能不变，由于体积变大，则气体对外做功，W<0，由热力学第一定律可知，气体从从外界吸热。
19． 增大 减小
【解析】
【详解】
[1]在爆裂前车胎内气体升温的过程中，车胎内气体分子的平均动能增大。
[2]在车胎突然爆裂的瞬间，车胎内气体对外做功，而与外界无热交换，则此时气体的内能减少。
20． 吸收； 4×1025个
【解析】
【分析】
（1）根据热力学第一定律判断吸热放热情况；根据PV/T=C可知两状态的压强．（2）根据玻意耳定律求解体积，结合阿伏伽德罗常数求解分子数.
【详解】
（1）过程①中气体的体积不变，温度升高，内能变大，则气体吸收了热量，状态d的T/V的值小于状态b的T/V的值，根据PV/T=C可知状态d的压强小于状态b的压强．
（2）根据pcVc＝pdVd，解得 Vd＝15 L
n＝＝个＝4×1025个．
21．(1)327℃；(2)0.5m3；(3)做负功；大于
【解析】
【分析】
【详解】
(1)气体做等容变化，由查理定律得
解得
则
(2)由理想气态方程，得
得
(3)在整个过程中，体积变小，气体对外界做负功，根据热力学第一定律
由于温度降低，所以内能减小，知
气缸内气体放出的热量大于气体内能的减少量。
22．（1）；（2）36cm；（3）125.4J
【解析】
【分析】
【详解】
（1）对活塞，由
得
（2）由题意得P不变，则有
即
代入数据的
H=36cm
（3）由题意得
由
得
Q=125.4J
23．（1）6.0×104Pa；（2）0.091m；（3）放热，理由见解析
【解析】
【分析】
【详解】
（1）对气缸进行受力分析，重力m1g，大气向上的压力p0S，缸内气体向下的压力p1S，弹簧向上的弹力kx，列平衡方程有
p1S+m1g=p0S+kx
解得
代入数据得
p1=6.0×104Pa
（2）将绳剪断后，对活塞受力分析，重力m2g，大气向下的压力p0S，缸内气体向上的压力p2S，列平衡方程有
p2S=m2g+p0S
所以
代入数据解得
p2=1.1×105Pa
缸内的气体原状态压强为p1，体积V1=L1S；后来气体的压强为p2，体积V2=L2S，根据玻意耳定律有
p1V1=p2V2
所以
代入数据解得
则气柱长度减少了
（3）剪断绳后到气缸和活塞重新平衡，由于温度保持不变，内能不变，而气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知气缸里的气体要放热。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页