3.1热力学第一定律 同步练习（Word版含解析）

粤教版（2019）选择性必修三 3.1 热力学第一定律
一、单选题
1．如图所示，一定量的理想气体从状态 A 开始，经历两个过程，先后到达状态 B 和 C，下列说法正确的是（　　）
A．状态 A 和状态 B 温度相同，状态 C 温度最高
B．状态 B 和状态 C 温度相同，状态 A 温度最高
C．从状态 A 到状态 B 温度升高，气体对外界做功，不断吸热
D．从状态 B 到状态 C 温度升高，气体对外界做功，不断吸热
2．如图a，侧放在水平面上的气缸和一质量不可忽略的光滑活塞，封闭了一定质量的气体，处于平衡状态。现逆时针缓慢转动气缸，至如图b所示的状态。气缸和活塞的导热性能良好，不计缸内气体的分子势能，则在此过程中缸内气体（　　）
A．对外界放热 B．对外界做正功
C．分子平均动能增加 D．内能增加
3．下列说法正确的是（　　）
A．气体膨胀对外做功，其内能一定减小
B．内能是物体中所有分子热运动动能的总和
C．气体温度升高，分子的平均动能有可能不变
D．水中花粉颗粒的布朗运动是由水分子的无规则运动引起的
4．地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中（不计空气团内分子间的势能）（　　）
A．体积减小，温度降低 B．体积减小，温度不变
C．体积增大，温度降低 D．体积减小，温度不变
5．如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体（　　）
A．内能减少
B．对外界做正功
C．增加的内能大于吸收的热量
D．增加的内能等于吸收的热量
6．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，它的体积V随热力学温度T的变化关系如图所示。在这个过程中（　　）
A．气体压强不断变大 B．气体内能保持不变
C．气体对外界做负功 D．气体从外界吸收热量
7．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。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中（　　）
A．气体体积逐渐减小，内能增加 B．气体压强逐渐增大，内能变大
C．气体压强逐渐增大，吸收热量 D．外界对气体做功，气体内能不变
8．如图所示，一定量的理想气体从状态a开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态b和c。下列说法正确的是（　　）
A．在过程中气体对外界做功 B．在过程中气体对外界做功
C．在过程中气体的内能逐渐变大 D．在过程中气体的内能逐渐变小
9．如图所示，一定质量的理想气体沿直线从状态A变化到状态B。已知在此过程中，气体吸收了280J的热量。则该理想气体在此过程中（　　）
A．每个气体分子的动能均增大
B．状态B的热力学温度是状态A的2倍
C．外界对气体做正功
D．内能增加180J
10．如图，为一定质量理想气体状态变化的p—V图像，理想气体由状态变化到状态，再由状态变化到状态，图中虚线为过两点的双曲线。在整个循环过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．由状态变化到状态过程中，气体温度先降低后升高
B．由状态变化到状态过程中，气体分子运动的平均速率先增大后减小
C．在整个循环过程中，气体从外界吸收的热量大于向外界放出的热量
D．由状态变化到状态过程中，气体内能先增大后减小
11．如图所示，ABCA表示一定质量的理想气体的一个循环过程，下列说法正确的是（　　）
A．在A→B过程中，气体对外做了功 B．B→C过程中，气体内能不变
C．C→A过程中，气体内能减少 D．A→B→C过程中，气体放热
12．现代某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体（　　）
A．在状态a和c时的内能可能相等
B．在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量
C．b→c过程中增加的内能小于d→a过程中减少的内能
D．在a→b过程中，外界对其做的功全部用于增加内能
13．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　）
A．水分子的内能比冰分子的内能大
B．物体所处的位置越高分子势能越大
C．一定质量的0℃的水结成的0℃冰，内能一定减少
D．相同质量的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能
14．如图所示，由导热材料制成气缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，活塞与气缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体，将一细管插入液体，活塞上方液体会缓慢流出，在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变，则关于这一过程中气缸内的气体（　　）
A．单位时间内气体分子对活塞撞击的次数增多
B．气体分子间存在的斥力是活塞向上运动的原因
C．气体分子的速率分布情况不变
D．气体对外界做的功小于气体从外界吸收的热量
15．一定质量的理想气体密封在容器内，其初状态从A开始，经B、C、D又回到初始状态，变化过程如图所示，其中DA直线反向延长通过坐标原点，AB和CD为双曲线，BC平行于纵轴．下列说法正确的是（　　）
A．DA直线反向延长过坐标原点，故其过程是等温变化
B．C到D过程放出的热量大于外界对气体做的功
C．从微观的角度讲，BC过程压强减小是由于分子平均动能减小
D．气体经全过程回到A时，不吸热也不放热
二、填空题
16．如图所示，一定质量的理想气体从状态B或C按图示规律变为状态A，BC垂直于横轴，AC平行于横轴．在两种变化过程中，气体内能变化量______（填“＞”“＜”或“＝”），从状态C到状态A的过程中______（填“吸热”或“放热”），其热量与做功的绝对值比较大小；______（填“＞”“＜”或“＝”）。
17．一定质量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量J，气体对外界做功J，则该理想气体的内能增加了_____J；气体分子的平均动能_______。（填“增大”、“减小”或“不变”）
18．如图所示，一定质量的理想气体从状态b经过等温过程到状态c，经等压过程到状态a，再经等容过程回到状态b。从状态a到状态b的过程中气体______（填“吸收”或“放出”）热量；从状态c到状态a的过程中，单位时间内碰撞单位器壁面积的分子个数_______（填“增加”或“减少”）。
三、解答题
19．把一空的矿泉水瓶拧紧瓶盖后放入冰箱，经过一段时间取出，可以观察到什么现象？此过程中瓶内气体的内能如何变化？（不计分子势能）
20．如图，一定质量的理想气体从状态变化到状态，已知在此过程中，气体吸收了的热量，则该过程中气体内能变化了多少？
21．某同学设计的气压升降机如图所示，在竖直圆柱形汽缸内用活塞封闭了一定质量的气体，汽缸内壁光滑，活塞与内壁接触紧密无气体泄漏，活塞横截面积为S，活塞及其上方装置总重力大小为G，活塞停在内壁的小支架上（图中未画出），与缸底的距离为H，气体的温度为T0时，压强等于大气压强，已知。现给电热丝通电，经过一段时间，活塞缓慢上升了。上述过程中，气体可视为理想气体，若整个过程中封闭气体内能的变化为 U，求：
（1）气体的最高温度T；
（2）整个过程中气体吸收的热量Q。
22．如图所示，用活塞将热力学温度为T0气体封闭在竖直汽缸里，活塞的质量为m、横截面积为S，活塞到汽缸底部的距离为h。现对缸内气体缓慢加热一段时间，使活塞上升后立即停止加热。已知气体吸收的热量Q与其温度差△T的关系为Q=k△T（中k为正的常量），大气压强为p0，重力加速度大小为g，活塞汽缸均用绝热材料制成，缸内气体视为理想气体，不计一切摩擦。求：
（1）停止加热时，缸内气体的压强p和热力学温度T；
（2）加热过程中气体内能改变量△U。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
AB．由图可知，状态A到状态B是一个等压过程，根据
因为
VB＞VA
则有
TB＞TA
而状态B到状态C是一个等容过程，则有
因为
pB＞pC
则有
TB＞TC
对状态A和C，依据理想气体状态参量方程，则有
即
解得
TA=TC
故AB错误；
C．从状态 A 到状态 B 温度升高，内能增大，体积膨胀，气体对外界做功，根据热力学第一定律
可知气体不断吸热，故C正确；
D．从状态 B 到状态 C 温度降低，内能减少，体积不变，气体不做功，根据热力学第一定律
可知气体不断放热，故D错误。
故选C。
2．A
【解析】
【详解】
当汽缸由图a位置缓慢转到图b位置时，在活塞的重力作用下，气体被压缩，体积减小，外界对气体做功；由于气缸和活塞的导热性能良好，则气体的温度不变，气体分子的动能不变，则内能不变，根据热力学第一定律可知，气体对外放热。
故选A。
3．D
【解析】
【详解】
A．根据热力学第一定律
气体膨胀时对外界做功W＜0，但Q不明确，其内能不一定减小， A错误；
B．内能是物体中所有分子热运动动能与势能的总和，B错误；
C．温度是分子的平均动能的标志，气体的温度升高，则分子的平均动能一定增大，C错误；
D．布朗运动是悬浮在水中的花粉颗粒的运动，是由于受到水分子的撞击不平衡而发生的，故反映了水分子的永不停息的无规则运动，D正确。
故选D。
4．C
【解析】
【详解】
气团上升过程中压强减小，则气体体积膨胀，气体对外做功，气体与外界无热交换，根据热力学第一定律可知，内能减小，理想气体内能只与温度有关，因此气体温度降低，故ABD错误，C正确。
故选C。
5．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．由于越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小瓶上浮的过程中，小瓶内温度升高，内能增加，A错误；
B．在小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度逐渐升高，压强逐渐减小，根据理想气体状态方程
气体体积膨胀，对外界做正功，B正确；
CD．由AB分析，小瓶上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根据热力学第一定律
由于气体对外做功，因此吸收的热量大于增加的内能，CD错误。
故选B。
6．D
【解析】
【详解】
A．由可得
图线的斜率不变，则压强不变，故A错误；
B．理想气体不考虑势能，温度升高气体分子的平均动能增大，则气体内能增大，故B错误；
C．气体体积增大，气体对外界做正功，故C错误；
D．气体对外界做正功，且气体的内能增大，由热力学第一定律可知气体一定从外界吸收热量，故D正确。
故选D。
7．D
【解析】
【详解】
外力使活塞缓慢下降的过程中，由于温度保持不变，则气体的内能保持不变，气体的体积逐渐减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体向外界放出热量，又由玻意耳定律可知，气体体积减小，气体的压强增大，由以上分析可知D正确ABC错误。
故选D。
8．D
【解析】
【详解】
A．由图可知，的过程中，气体体积变小，故外界对气体做功，A错误；
B．由图可知，的过程中，气体体积变小，故外界对气体做功，B错误；
C．根据理想气体气态方程
可知，的过程中，p增大，V减小，T不一定变大，故内能不一定增大，C错误；
D．根据理想气体气态方程
可知，的过程中，p不变，V减小，则T变小，则气体的内能逐渐变小，D正确。
故选D。
9．D
【解析】
【详解】
B．根据理想气体状态方程可得
代入数据可得
故B错误；
A．从状态A变化到状态B，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，并不是每个分子的动能都增大，故A错误；
C．从状态A变化到状态B，气体体积增大，外界对气体做负功，故C错误；
D．根据p-V图像，外界对气体做功为
气体从状态A变化到状态B的过程中增加的内能为
故D正确。
故选D。
10．C
【解析】
【详解】
A．由于图中虚线为过两点的双曲线，可知图中虚线是等温线，则由状态变化到状态过程中，气体温度先升高后降低，A错误；
B．由于图中虚线为过两点的双曲线，可知图中虚线是等温线，气体由状态由b状态到状态a的过程中，气体温度先降低后升高，故平均动能先减小后增大，所以气体分子的平均速率先减小后增大，B错误；
C．根据
W = pV
可知，图像与坐标轴围成的面积等于气体做功，由图可知从b到a外界对理想气体做的功小于从a到b理想气体对外做的功；整个循环过程W < 0，U = 0，所以
Q > 0，Q吸 - Q放 > 0
即整个循环过程，理想气体吸收的热量大于放出的热量，C正确；
D．由于图中虚线为过两点的双曲线，可知图中虚线是等温线，气体由状态由b状态到状态a的过程中，气体温度先降低后升高，而理想气体的内能完全由温度决定，所以内能先减小后增大，D错误。
故选C。
11．D
【解析】
【详解】
A．由图可知A→B过程中，气体发生等压变化，温度降低，由盖吕萨克定律可知，气体体积减小，外界对气体做功，A错误；
B．由图可知B→C过程中，气体压强与热力学温度成正比，由查理定律可知，气体发生等容变化，气体温度升高，内能增加，B错误；
C．由图示可知，C到A过程中，气体温度保持不变，气体内能不变，该过程气体压强减小，C错误；
D．由图示图象可知，A→B过程压强不变而温度降低，内能减少，体积减小，根据热力学第一定律可知
B→C过程为等容变化，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知
B→C过程和A→B过程温度的变化相等，则内能的变化相等，所以A→B过程中气体放出的热量大于B→C过程中吸收的热量，A→B→C过程中，气体放热，D正确。
故选D。
12．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．从c到d为绝热膨胀，有
根据热力学第一定律
可知
温度降低；从d到a，体积不变，由查理定律
可知压强减小，则温度降低，则状态c的温度高于状态a态温度，根据一定质量的理想气体内能由温度决定，所以状态a的内能小于状态c的内能，A错误；
BC．从b→c过程系统从外界吸收热量，从c→d系统对外做功，从d→a系统放出热量，从a→b外界对系统做功，根据p-V图像“面积”即为气体做功大小，可知c到d过程气体做功，图像中b→c→d→a围成的图形的面积为气体对外做的功，整个过程气体能内能变为零，则
即
即在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量，则b→c过程中增加的内能大于d→a过程中减少的内能， BC错误；
D．在a→b过程中为绝热压缩，外界对气体做功
根据热力学第一定律
即外界对其做的功全部用于增加内能，D正确。
故选D。
13．C
【解析】
【详解】
A．分子内能和温度，质量等因素有关，所以水分子的内能不一定比冰分子的内能大，A错误；
B．物体所在的位置越高，所具有的重力势能可能大，但分子势能不一定大，分子势能和分子间的作用力有关，B错误；
C．一定质量的0 ℃的水结成0 ℃的冰需要释放热量，而温度不变，所以内能一定减小，C正确；
D．内能与宏观运动无关，运动物体的内能不一定大于静止物体的内能，故D错误；
故选C。
14．C
【解析】
【详解】
A．活塞上方液体逐渐流出，对活塞受力分析可得，气缸内气体压强减小，体积变大，又气缸内气体温度不变，则单位时间气体分子对活塞撞击的次数减少，故A错误；
B．气体分子对活塞的碰撞是活塞向上运动的原因，故B错误；
C．外界的温度保持不变，导热材料制成的气缸内气体温度不变，气体分子的速率分布情况不变，故C正确；
D．气缸内气体温度不变，气缸内气体内能不变；气缸内气体压强减小，体积变大，气体对外界做功；据热力学第一定律，气体对外界做功等于气体从外界吸收的热量，故D错误。
故选C。
15．C
【解析】
【详解】
A．DA直线反向延长过坐标原点，由理想气体实验定律
pV乘积增大，知此过程温度T升高，故A错误；
B．CD为双曲线，说明此过程是等温变化，气体内能不变，体积减小说明外界对气体做功，由热力学第一定律
知C到D过程放出的热量等于外界对气体做的功，故B错误；
C．BC过程体积不变，压强减小，则温度降低，从微观的角度讲，BC过程压强减小是由于分子平均动能减小，故C正确；
D．p-V图像中图线与坐标轴所围的面积表示外界对气体做的功，气体经全过程回到A，内能没变，但由于全过程中气体体积增大过程对外做的功（图线与坐标轴围的面积）大于体积减小过程外界对气体做的功，由热力学第一定律可知，全过程吸热，故D错误。
故选C。
16． ＞ 吸热 ＞
【解析】
【详解】
[1]理想气体在B、C两个状态时，体积相同，由题图可知
根据
则
则其内能变化量
[2][3]气体从状态C变到A，由图可知，压强不变，体积增大，则气体对外做功
根据
可知温度升高，则内能增加，由
可知，气体吸收热量，且吸收的热量大于气体对外做的功。
17． 增大
【解析】
【详解】
[1][2]根据热力学第一定律得
△U=Q+W=2.5×104J-1.0×104J=1.5×104J，△U＞0
气体内能增加，气体温度一定升高；温度是分子的平均动能的标志，所以分子的平均动能一定增大；
18． 吸收 增加
【解析】
【详解】
[1]从a到b等容升压，根据
可知温度升高，一定质量的理想气体内能决定于气体的温度，温度升高，则内能增加，根据热力学第一定律
可知，气体不做功，气体从外界吸收热量。
[2]在过程中压强不变，体积减小，则温度降低，则单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数增加。
19．瓶子变瘪，内能减少
【解析】
【详解】
把一空的矿泉水瓶拧紧瓶盖后放入冰箱，经过一段时间取出，会发现瓶子被压瘪；此过程中瓶内气体温度降低，分子平均动能减少，由于不计分子势能，所以内能减少。
20．增加了
【解析】
【详解】
由题图可知， 气体从状态A变化到状态B的过程是等压膨胀过程， 外界对气体做功
根据热力学第一定律可知，密闭气体的内能变化量
即在此过程中密闭气体的内能增加了220J。
21．（1）2.25T0；（2）
【解析】
【详解】
（1）初态
末态：对活塞分析，根据共点力平衡可得
根据理想气体状态方程得
解得
（2）全过程外界对气体做的功
由热力学第一定律
解得
22．（1）p=p0+，；（2）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）根据活塞受力平衡可得
加热过程中，缸内气体做等压变化，根据盖 吕萨克定律
（2）加热过程中，气体对外界做的功为
加热过程中，气体吸收的热量为
根据热力学第一定律有
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页