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．下列说法正确的是（　　）
A．空气中PM2.5的运动属于分子热运动
B．温度相同的氧气和臭氧气体，分子平均动能不相等
C．当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的减小而增大
D．用油膜法测出油酸分子直径后，还需知道油酸的摩尔体积，才可估算出阿伏伽德罗常数
2．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
3．将装有一定质量氧气的薄铝筒开口向下浸入20℃的水中，如图所示，缓慢推动铝筒，使其下降2m，铝筒内氧气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则铝筒在缓慢下降过程中，氧气（　　）
A．从外界吸热 B．对外界做正功
C．向外界放热 D．内能减小
4．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
5．一定质量的理想气体，按图示方向经历了ABCDA的循环，其中p﹣V图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．状态B时，气体分子的平均动能比状态A时气体分子的平均动能小
B．由B到C的过程中，气体将放出热量
C．由C到D的过程中，气体的内能保持不变
D．由D到A的过程中，气体对外做功
6．一定质量理想气体某温度下的等温线如图中虚线所示，该气体在此温度下的状态a开始绝热膨胀，图中实线能反应此变化过程的是（　　）
A． B．
C． D．
7．一定质量的理想气体被质量为的绝热活塞封闭在竖直放置的绝热汽缸中，活塞的面积为S，与汽缸底部相距，温度为。现接通电热丝给气体缓慢加热，活塞缓慢向上移动距离后停止加热，整个过程中，气体吸收的热量为，大气压强为p0，重力加速度为。则（ ）
A．初始时，气体压强
B．停止加热时，气体的温度
C．该过程中，气体内能增加量
D．该过程中，气体内能增加量
8．如图所示，一定质量的理想气体（不计分子势能）从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，和为等温过程，和为绝热过程（气体与外界无热量交换），这就是著名的“卡诺循环”。单位时间单位面积上分子碰撞次数为N，分子平均动能为，下列说法正确的是（ ）
A． B． C． D．
9．如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂。现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则（　　）
A．QA=QB B．QAQB D．无法确定
10．“百脉寒泉珍珠滚”为章丘八大景之一。假如泉水深5m，底部温度为17℃，一个体积为5.8×10-7m3的气泡从底部缓慢上升，到达泉水表面时温度为27℃，气泡内气体的内能增加了2×10-2J。不计气体分子间的相互作用，g取10m/s2，外界大气压强取1.0×105Pa，水的密度取1×103kg/m3。下列说法正确的是（　　）
A．气泡内所有分子动能都增大
B．气泡上升过程中对外做功，放出热量
C．气泡到达泉水表面时的体积为9×10-7m3
D．上升过程中气泡吸收热量大于6.8×10-2J
11．如图所示，一定质量的理想气体从状态经过等温过程到状态，经等压过程到状态，再经等容过程回到状态，则（　　）
A．从到再到的过程中，气体温度先升高后降低
B．从到的过程中，气体放出热量
C．从到的过程中，气体既不吸热也不放热热量
D．从到的过程中，单位时间内碰撞器壁单位面积的分子个数变多
12．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
13．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
14．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
15．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．气体吸热且温度升高，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
二、填空题
16．判断下列说法的正误．
（1）外界对系统做功，系统的内能一定增加．( )
（2）系统内能增加，一定是系统从外界吸收了热量．( )
（3）系统内能减少，一定是系统对外界做了功．( )
（4）违背能量守恒定律的过程是不可能发生的．( )
17．根据制冷机的工作原理，试分析每个工作过程中工作物质的内能改变情况和引起改变的物理过程：
（1）工作物质的内能___________，是___________的过程；
（2）工作物质的内能___________，是___________的过程；
（3）工作物质的内能___________，是___________的过程。
18．如图所示，用一绝热的轻质活塞2将一定质量的理想气体封闭在开口向上的绝热汽缸内，轻质活塞1与2通过一轻质弹簧连接，两活塞之间为真空，活塞与汽缸壁之间的摩擦忽略不计，若在活塞1的上表面放一质量为m的物块，系统保持稳定。现换一质量为M的物块，其中，使活塞1缓慢向下移动，则此过程中气体的温度___________（填“升高”“降低”或“不变”）；物块M重力所做的功及大气压力做的功之和___________（填“大于”“等于”或“小于”）气体内能的变化量。
三、解答题
19．如图所示，一个质量为20kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5kg，面积为0.1m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm，现在活塞上方加一15kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少？（p0=1.01×105Pa，g取10m/s2）
20．在图甲所示的密闭气缸内装有一定质量的理想气体，图乙是它从状态A变化到状态B的V-T图像。已知AB的反向延长线过坐标原点O，气体在状态A时的压强为p= 1.0×105Pa，在从状态A变化到状态B的过程中，气体从外界吸收的热量为Q=6.0×102J，求：
（1）气体在状态B时的体积VB。
（2）此过程中气体内能的增加量ΔU。
21．一个系统不从外界吸收热量，也不减少内能，它能否对外做功？为什么？
22．如图，一绝热容器被隔板隔开成、两部分。已知内有一定量的稀薄气体，内为真空。抽开隔板后，内气体进入，最终达到平衡状态。分析此过程中气体内能的变化情况。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】
A．PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，它的运动不是分子热运动，故A错误；
B．温度是分子平均动能的标志，温度相同的氧气和臭氧气体，分子平均动能相等，故B错误；
C．当分子力表现为引力时，分子间距离减小时，分子力做正功，分子势能减小，故C错误；
D．用油膜法测出油酸分子直径后，可估算出每个油酸分子的体积，再用油酸的摩尔体积除以每个油酸分子的体积即可估算出阿伏伽德罗常数，故D正确。
故选D。
2．C
【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。
3．C
【详解】
由于不计气体分子间相互作用，所以气体是理想气体，则氧气的内能只与温度有关，而外界温度不变，所以氧气的温度不变，所以氧气的内能不变；铝筒下降时，筒内液面处水的压强增大，则铝筒内氧气压强增大，由玻意耳定律可知
pV=C
则氧气体积减小，外界对氧气做正功，W为正，由
ΔU=Q+W
可知Q为负，即氧气向外界放热。C正确，ABD错误。
故选C。
4．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。
5．B
【详解】
A．由图示图像可知
pBVB＞pAVA
由理想气体状态方程
可知
TB＞TA
温度是分子平均动能的标志，温度越高分子平均动能越大，因此状态B时气体分子的平均动能比状态A时气体分子的平均动能大，故A错误；
B．由图示图像可知，由B到C过程气体体积V不变而压强p减小，由理想气体状态方程可知，气体温度T降低，该过程气体内能减少，，气体体积不变，外界对气体不做功，W＝0，由热力学第一定律
可知
气体将放出热量，故B正确；
C．由图示图像可知，由C到D过程，pV减小，由理想气体状态方程可知，气体温度T降低，气体的内能减小，故C错误；
D．由图示图像可知，由D到A过程气体体积V不变，气体对外界不做功，故D错误。
故选：B。
6．A
【详解】
气体绝热膨胀，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体内能减小，温度降低，因此乘积减小，故等温线靠近坐标轴，故A正确，BCD错误。
故选A。
7．B
【详解】
A．初始时，对活塞根据平衡条件有
解得
故A错误；
B．对气体缓慢加热过程中，气体经历等压变化，根据盖—吕萨克定律有
解得
故B正确；
CD．该过程中，气体对外做功为
根据热力学第一定律可得
故CD错误。
故选BC。
8．D
【详解】
A．过程，为绝热过程，从外界吸热量为零，而体积增大，外界对气体做负功，根据
其中
则气体内能减小，温度降低，而为等温过程，所以
故A错误；
B．A到C过程，压强减小，体积增大，分子密度降低，温度降低，分子平均动能降低，可知
故B错误；
C．为等温过程，温度不变，分子平均动能不变，而过程，温度降低，分子平均动能减小，故
故C错误；
D．B到C过程，压强减小，体积增大，分子密度降低，温度降低，分子平均动能降低，可知
故D正确。
故选D。
9．C
【详解】
A、B升高相同的温度，根据
可知，升温需要的能量是相同的。由于受热膨胀，A的重心升高，重力势能增加，吸收的热量QA一部分用于升温，剩余部分用于增加重力势能，即
B受热膨胀重心降低，重力势能减小，吸收的热量QB和减少的重力势能共同用于升温，即
显然
故C正确，ABD错误。
故选C。
10．C
【详解】
A．由于不计气体分子间的相互作用，则气泡内的气体为理想气体，内能增大即气体分子的平均动能增大，不是所有气体分子的动能都增大，故A错误；
B．上升过程中，气体内能增加，体积增大，对外做功，由
可知，上升过程中气体吸收热量，故B错误；
C．由理想气体的状态方程
代入数据
求得气泡到达泉水表面时的体积为
故C正确；
D．由气体对外做功的表达式
可得
当压强不变时，可求得气体对外做功等于4.8×10-2J，由于上升过程中气体压强减小，所以对外做功小于4.8×10-2J，由
可得上升过程中气泡吸收热量小于6.8×10-2J，故D错误。
故选C。
11．D
【详解】
A．根据可知，图像的点的横纵坐标围成的矩形面积能够反映温度，则从状态c到状态a再到状态b的过程，矩形面积先减小后增大，则气体温度先降低后升高，故A错误；
B．从状态a到状态b的过程中，体积不变，则，而压强增大，根据可知温度升高，则有，根据热力学第一定律
可知，即气体吸热，故B错误；
C．从状态b经过等温过程到状态c，则，但体积变大，，则，即气体吸热，故C错误；
D．从状态c到状态a的过程，压强不变，体积变小，则温度降低，因分子的平均速率变小，而压强不变，则单位时间内碰撞器壁单位面积的分子个数增加，故D正确。
故选D。
12．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。
13．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。
14．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。
15．D
【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，故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，故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，故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，故D正确。
故选D。
16． 错误 错误 错误 正确
【详解】
略
17． 增加 做功 减小 放热 增加 吸热
【详解】
[1][2]在（1）中，压缩气体，对气体做功，内能增加；
[3][4]在（2）中，气体液化要放出热量，内能减小；
[5][6]在（3）中，是工作物质的汽化过程，要吸收热量，内能增加。
18． 升高 大于
本题考查热力学第一定律、理想气体状态方程。
【详解】
[1][2]根据题意可知外界对理想气体做正功，理想气体与外界之间无热量交换，根据热力学第一定律
得
所以理想气体内能增大，即气体温度升高；物块M重力所做的功及大气压力做的功等于气体内能的增加量和弹簧弹性势能的增加量，所以物块M重力做的功及大气压力做的功之和大于气体内能的变化量。
19．1030J
【详解】
由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能，即
ΔU=W外=（m活塞＋m物体）gΔh＋p0SΔh=（5＋15）×10×0.1J＋1.01×105×0.1×0.1J=1030J
20．（1）；（2）
【详解】
（1）由题意可得
解得
（2）在从状态A变化到状态B的过程中，气体压强不变，对外界做功为
根据热力学第一定律可得
21．见解析
【详解】
根据热力学第一定律
可知一个系统不减少内能，且从不从外界吸收热量，则一定不会对外做功。
22．内能不变
【详解】
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△U=0，内能不变。
答案第1页，共2页
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