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．下列说法正确的是（　　）
A．如果气体的体积减小，压强可能减小
B．两分子间相互作用的分子势能随分子间距离的减小而增大
C．吹满气的气球打开气口后气体会快速喷出说明气体分子间有斥力
D．在绝热条件下将一杯水举高，水由于外界做功而内能增大
2．下列说法正确的是（ ）
A．两个邻近的分子之间的作用力变大时，分子间距一定减小
B．水蒸气的实际压强越大，空气的相对湿度就越大
C．制作晶体管、集成电路只能用单晶体，不能用多晶体
D．由于可以从单一热源吸收热量全部用来做功，所以热机效率可以达到100%
3．一定质量的理想气体的体积V随摄氏温度t变化的关系图像如图所示，气体由状态A变化到状态B的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．气体的内能不变
B．气体的压强减小
C．气体的压强不变
D．外界对气体做功，同时气体从外界吸收能量
4．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
5．一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
6．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
7．如图所示，一绝热容器被隔板K隔成两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态，在此过程中（　　）
A．气体对外界做功，内能减少
B．外界对气体做功，内能增加
C．气体压强变小，温度降低
D．气体压强变小，温度不变
8．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
9．一种气压式玩具水枪的储水罐如图所示，从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。将阀门M打开，水迅速从枪口喷出。若在迅速喷水过程中，罐内气体为理想气体，则（　　）
A．气体内能不变 B．外界对气体做功
C．气体分子之间的斥力使水被排出 D．单位时间与单位面积碰撞的气体分子数减少
10．一定质量的理想气体沿p-V坐标图中曲线所示的方向发生变化，其中曲线ADB是以p轴、V轴为渐近线的双曲线的一部分，则（　　）
A．气体由A经C到B，一定是放热的
B．气体由B经D到A，一定是吸热的
C．气体由A经C到B再经D到A，吸热多于放热
D．气体由A经C到B再经D到A，放热多于吸热
11．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
12．如图所示，一定质量的理想气体从状态a经绝热过程到达状态b，再经等容过程到达状态c，最后经等温过程返回到状态a。已知在b到c的过程中，气体吸收热量为10J。下列说法正确的是（　　）
A．a到c过程，气体对外界做功10J B．a到c过程，外界对气体做功10J
C． a到b过程，气体对外界做功10J D．a到b过程，外界对气体做功10J
13．图示为一定质量理想气体状态变化的p-V图像，气体由状态a变化到状态b，再由状态b变化到状态a，图中虚线为过a、b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a变化到状态b过程中，气体温度先降低后升高
B．由状态b变化到状态a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．在整个循环过程中，气体从外界吸收的热量等于向外界放出的热量
14．如图所示，一定质量的理想气体沿不同路径由状态A变到状态B，已知，则下列说法正确的是（ ）
A．气体在过程Ⅰ中对外界做的功大于在过程Ⅱ中对外界做的功
B．在过程Ⅰ中外界对气体做的功等于在过程Ⅱ中外界对气体做的功
C．气体在过程Ⅰ中内能的变化量大于在过程Ⅱ中内能的变化量
D．气体在过程Ⅰ中吸收的热量小于在过程Ⅱ中吸收的热量
15．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
二、填空题
16．两个完全相同的铜瓶，钢瓶甲装有3L的液体和1L、6个标准大气压的高压气体，钢瓶乙内有1个标准大气压的4L气体，两钢瓶中的气体均视为理想气体。
①密封在钢瓶乙中的气体，假设体积不变，若其温度升高，则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力______（填“变大”“变小”或“不变”）；
②若钢瓶乙中的气体分别经历等压过程和等容过程，温度均由升高到，则等压过程中吸收的热量______（填“大于”“小于”或“等于”）等容过程中吸收的热量；
③现将钢瓶甲倒置后按如图所示连接，将甲瓶内液体缓慢压装到乙瓶中（不计连接管道的长度和体积以及液体产生的压强），在压装过程中随着甲瓶内液体减少，甲瓶内部气体压强______（填“变大”“变小”或“不变”）。
17．一定量的理想气体从状态开始，经历、、三个过程回到原状态，其图像如图所示。则过程中气体一定___________（选填“吸热”或“放热”），过程中容器壁单位面积受到气体分子的撞击力一定___________（选填“减小”或“增大”），、过程中，压强逐渐___________（选填“减小”或“增大”）。
18．判断下列说法的正误．
（1）热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体．( )
（2）做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的．( )
（3）在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量．( )
（4）热传递只能发生在两个物体间，同一物体不能发生热传递．( )
三、解答题
19．空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对气缸中的空气做功，空气的内能增加了。空气传递的热量是多少？
20．如图所示在绝热气缸内，有一绝热活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为47℃，封闭气柱长为8cm，活塞横截面积。现通过气缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22J，稳定后气体温度变为127℃。已知大气压强等于，活塞与气缸间无摩擦，不计活塞重力，求：
(1)加热后活塞到气缸底部的距离；
(2)此过程中气体内能改变了多少。
21．如图所示是某同学设计的气压升降机，竖直圆柱形汽缸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，活塞及其上方装置总重力为，活塞停在内壁的小支架上，与缸底的距离为。气体温度为，压强为大气压强。现给电热丝通电，经过一段时间，活塞缓慢上升。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△，求：
（i）活塞恰好离开内壁小支架时气体的温度；
（ii）整个过程中气体吸收的热量。
22．如图所示，上端带有卡口的横截面积为S、高为L的导热性能良好的气缸中用一光滑的活塞B封闭着一定质量的理想气体A，气缸底部与U形水银气压计（U形管内气体体积忽略不计）相连，已知气体内能U与热力学温度T的关系为，其中为已知常数，活塞B的质量为m，重力加连度为g，大气压强为，水银的密度为，环境热力学温度为时，活塞离缸底的距离为。求：
（1）环境温度为时，U形气压计两侧水银面的高度差；
（2）环境温度由缓慢升高至过程中，气体吸收的热量。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【详解】
A．如果气体的体积减小，同时气体的温度降低，根据理想气体状态方程 知，气体压强可能减小，A正确；
B．当 时，分子间作用力表现为引力，分子间距离减小，分子力做正功，分子势能减小，B错误；
C．吹满气的气球打开后气体会很快喷出，是因为内外存在压强差的缘故，而不是说明气体分子间有斥力，C错误；
D．在绝热条件下将一杯水举高，水的机械能增加，内能不变，D错误。
故选A。
2．C
【详解】
A．两个邻近的分子之间的作用力变大时，分子间距不一定减小，例如从分子力平衡位置向右的过程中引力随距离变大先变大后变小，A错误；
B．水蒸气的实际压强与同温度水的饱和汽压的比值越大，空气的相对湿度就越大，B错误；
C．制作晶体管、集成电路只能用单晶体，不能用多晶体，C正确；
D．从单一热源吸收热量全部用来做功，必然产生影响，热机效率不可以达到100%，D错误。
故选C。
3．B
【详解】
A．由题图可知，理想气体从状态A到状态B的过程中，温度升高，内能增大，故A错误；
BC．如图所示
两条虚线为等压线，斜率越大，压强越小，故气体从状态A到状态B的过程中，压强减小，故B正确，C错误；
D．从状态A到状态B，体积增大，气体对外做功
W<0
温度升高，内能增大
ΔU>0
根据热力学第一定律
ΔU=W+Q
可知
Q>0
即气体从外界吸收热量，故D错误。
故选B。
4．C
【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。
5．D
【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。
6．C
【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。
7．D
【详解】
AB．绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，Q=0，稀薄气体向真空扩散没有做功，W=0，根据热力学第一定律可知，内能不变，故A、B错误；
CD．气体的内能不变，则温度不变，稀薄气体扩散，体积增大，由可知压强必然减小，故C错误，D正确。
故选D。
8．B
【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。
9．D
【详解】
AB．由于气体体积膨胀，气体对外界做功，根据热力学第一定律
时间极短，来不及热量交换，等效于绝热，，内能减小，气体温度减小，故A、B错误。
C．理想气体分子间的作用力忽略不计，是因为气体压强导致水被排出，故C错误。
D．随着水向外喷出，气体的体积增大，分子总数不变，单位体积内分子数减少，温度减小，压强减小，单位时间到达单位面积上的气体分子数减少，故D正确。
故选D。
10．C
【详解】
A．由图可知，气体由A经C到B，体积增大，对外做功，由于A、B两点在同一条等温线上，初末状态温度相等，故初末状态内能相等，由热力学第一定律可知，该过程一定是吸热的，A错误；
B．气体由B经D到A，温度不变，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，该过程一定是放热的，B错误；
CD．p-V图线与横坐标所围的面积表示气体对外做的功（或外界对气体做的功），由图可知，
由A经C到B对外做的功大于由B经D到A外界对气体做的功，而初末状态内能相等，故吸热多于放热，C正确，D错误。
故选C。
11．D
【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。
12．C
【详解】
CD．a到b过程中，气体只对外做功，不吸收热量；b到c的过程中，气体只吸收热量不做功，而a、c状态温度相同，即气体的内能相同，根据热力学第一定律，吸收的热量等于气体对外做的功，故a到b过程，气体对外界做功10J，C正确，D错误；
AB．在p—V图像中，图像与坐标轴围成的面积等于该过程气体做的功，由于a到b过程，气体对外界做功10J，因此a到c过程，外界对气体做功超过10J，A、B错误。
故选C。
13．C
【详解】
AB．由题意可知a、b两点温度相同，气体由状态a变化到状态b过程中，对应图线在等温线之上，所以此过程中气体温度始终高于等温线对应的温度，因此气体温度先升高后降低，同理可知气体由状态b变化到状态a过程中，温度先降低后升高，气体分子运动的平均速率先减小后增大，故AB错误；
CD．a→b过程对应图线与坐标轴所围面积比b→a过程对应图线与坐标轴所围面积大，所以a→b过程气体对外界做功大于b→a过程外界对气体做功，即在整个循环过程中，气体对外界做功，而气体内能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收的热量大于向外界放出的热量，故C正确，D错误。
故选C。
14．D
【详解】
A B．根据气体对外界做功的大小等于图线与V轴围成的面积可知，气体在过程Ⅰ中对外界做的功小于在过程Ⅱ中对外界做的功，故A、B错误；
C．对于一定质量的理想气体，内能的大小由温度决定，又因为气体的初、末状态温度相同，则两个过程中气体内能的变化量相同，故C错误；
D．沿不同路径由状态A变到状态B，由热力学第一定律知，在内能变化相同的情况下，气体对外做的功越多（），则吸收的热量越多（），即气体在过程Ⅰ中吸收的热量小于在过程Ⅱ中吸收的热量，故D正确；
故选D。
15．B
【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。
16． 变大 大于 变小
【详解】
①[1]从微观角度来看，气体压强与气体分子的平均动能和分子的密集程度有关，在体积不变的密闭容器内，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，分子密集程度不变，则气体压强变大，所以器壁单位面积受到的作用力变大；
②[2]一定质量的理想气体分别经历等容过程和等压过程，温度均由升高到，则内能增加量相同，根据热力学第一定律，等容过程中气体做功
W＝0
热量的变化为
根据热力学第一定律可得等压过程吸收的热量
而等压过程气体对外做功
W<0
所以等压过程吸热多；
③[3]缓慢压装过程中甲瓶内气体膨胀，单位体积内的分子数减少，温度不变，分子的平均动能不变，单位时间内撞击到器壁单位面积上的分子数减少，压强变小。
17． 吸热 减小 增大
【详解】
[1]过程中气体体积不变，温度升高，与外界没有做功，但是从外界吸热，其内能增加；
[2]过程中温度降低，气体分子的平均动能减小，体积增加，分子数密度减小，故容器壁单位面积受到气体分子的撞击力一定减小；
[3]过程温度不变，根据玻意耳定律可知体积减小时，压强增加。过程体积不变，根据查理定律可知，温度升高时，气体压强增加。
18． 错误 正确 错误 错误
【详解】
略
19．5.0×104J
【详解】
活塞对空气做了2×105J的功
空气的内能增加了1.5×105J
根据热力学第一定律
解得
空气从外界吸收热量5.0×104J
20．(1)10cm；(2)10J
【详解】
(1)取封闭的气体为研究对象，开始时气体的体积为
温度为：
末状态的体积为，温度为：
气体做等压变化，则
解得
(2)在该过程中，气体对外做功
由热力学第一定律
解得
21．（i）；（ii）
【详解】
（i）气体等容变化至压强为时，活塞离开小支架，设温度升高至，根据查理定律有
解得
（ii）全过程中外界对气体做的功
由热力学第一定律有
△
解得
22．（1）；（2）
【详解】
（1）设稳定后汽缸内气体的压强为，对活塞，根据平衡条件得
对水银柱，有
解得
（2）缓慢升高环境温度，活塞B上升，气体发生等压变化，U形导管内侧水银面的高度差不变，设活塞B刚好到达容器口时，温度为，由盖—吕萨克定律得
解得
之后，气体温度由升高到，气体发生等容变化。整个过程中，外界对气体做的功
由热力学第一定律得
解得
答案第1页，共2页
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