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
1．一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
2．一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
3．“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
4．将一定质量的理想气体缓慢压缩，压缩过程中温度保持不变。下列说法正确的是（　　）
A．气体的内能不变 B．气体的压强不变
C．气体分子的平均动能减小 D．气体与外界无热交换
5．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
6．如图所示，一定质量理想气体经历A→B的等压过程，B→C的等容过程，则（　　）
A．A→B过程，气体吸收热量 B．A→B过程，气体内能不变
C．B→C过程，气体压强减小 D．B→C过程，外界对气体做功
7．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
8．下列说法正确的是（　　）
A．若A、B两物体接触但没有热传递，则两物体所包含的热量相等
B．做功和热传递的共同点是都能使系统内能改变
C．一物体先后经几个不同的物理过程，其温度均从t1升高到t2.则在这些过程中物体一定从外界吸收相同的热量
D．高温物体内能多，低温物体内能少
9．一定质量的理想气体，从状态开始，经历，，，四个过程又回到状态，其体积与热力学温度的关系图像如下图所示，的延长线经过坐标原点，、分别与横轴、纵轴平行，是与的交点，下列说法正确的是（　　）
A．气体从状态到状态是压强增大 B．气体从状态到状态是气体对外做功同时吸热
C．气体从状态到状态过程中吸热 D．气体从状态到状态是等容变化
10．如图所示，一定质量的理想气体经历的状态变化为a→b→c→a，其中纵坐标表示气体压强p、横坐标表示气体体积V，a→b是以p轴和V轴为渐近线的双曲线。则下列结论正确的是（　　）
A．状态a→b，理想气体的内能减小
B．状态b→c，单位时间内对单位面积器壁碰撞的分子数变少
C．状态b→c，外界对理想气体做正功
D．状态c→a，理想气体的密度增大
11．恒温的水池中，有一气泡缓慢上升，在此过程中，气泡的体积会逐渐增大，不考虑气泡内气体分子势能的变化，下列说法中正确的是（　　）
A．气泡内的气体对外界做功
B．气泡内的气体内能增加
C．气泡内的气体与外界没有热传递
D．气泡内气体分子的平均动能减小
12．一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．
13．夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强恒定，视气泡内气体为理想气体。则气泡缓慢上升过程中，以下说法正确的是（　　）
A．气泡内气体的压强可能不变
B．气泡内气体对外界做功
C．气泡内气体温度升高导致放热
D．气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击次数增大
14．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
15．如图所示，一导热良好且足够长的气缸，倒置悬挂于天花板下。气缸内被活塞封闭一定质量的理想气体。活塞质量为，气缸横截面积为，当地大气压为且不随温度变化，重力加速度为，忽略一切摩擦。当环境温度缓慢升高时，下列说法正确的是（　　）
A．悬线的拉力变大
B．被封闭理想气体的内能增大
C．被封闭理想气体的压强大小不变，且始终为
D．外界对气体做正功
二、填空题
16．若只对一定质量的理想气体做1 500 J的功，可使其温度升高5 K。若改成只用热传递的方式，使气体温度同样升高5 K，那么气体吸收___________ J的热量。如果对该气体做了2 000 J的功，使其温度升高了5 K，表明在该过程中，气体还___________（选填“吸收”或“放出”）热量___________J。
17．一定质量的理想气体在体积可变的容器中等压膨胀，内能____________（选填“变大”“不变”或“变小”），单位时间内撞击在容器单位面积上的气体分子数____________（选填“增多”“不变”或“减少”）。
18．如图甲所示，一开口向上的导热气缸内封闭了一定质量的理想气体，气体体积为V、压强为1.5p0，活塞可无摩擦滑动且不漏气，气缸外大气压强为p0，环境温度不变。现将气缸倒立挂起稳定后如图乙所示，该过程中气体__________（选填“吸热”或“放热”），气体体积变为___________。
三、解答题
19．如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为，经历的过程，整个过程中对外界放出61.4J热量，求该气体在A到B过程中对外界所做的功。
20．题图为某一定质量理想气体状态变化的图象，AB、BC为直线，对应状态的压强p、体积V均已在图中标出。已知气体在状态A时的温度为，由状态A到状态C的内能增加量为，求：
（1）状态A到状态C过程中吸收的热量Q；
（2）状态A到状态B过程中的最高温度T。
21．一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0.经过太阳强烈曝晒，气体温度由T0＝300K升至T1＝360K。
（1）求此时气体的压强．
（2）保持T1＝360K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0，求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值；判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并说明原因。
22．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）
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【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。
2．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。
3．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。
4．A
【详解】
AC．理想气体温度保持不变，则气体内能不变，分子的平均动能不变，故A 正确，C错误；
B．理想气体经历等温压缩过程，根据玻意耳定律可知气体的压强增大，故B错误；
D．气体被压缩过程中，外界对气体做功，而气体内能不变，根据热力学第一定律可知气体向外界放热，故D错误。
故选A。
5．A
【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。
6．A
【详解】
AB．由题图知A→B过程，气体压强不变，体积膨胀，气体对外做功（）；温度升高，内能增大（），根据热力学第一定律
可知该过程气体吸收热量（），故A正确，B错误；
CD．由题图知B→C过程，气体体积不变，则外界对气体不做功；温度升高，根据查理定律，可知压强增大，故CD错误。
故选A。
7．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。
8．B
【详解】
A．两物体没有发生传热是因为两物体温度相等，故A错误；
B．做功和传热递都是改变物体内能的方式，故B正确；
C．物体温度从t1升高到t2，内能的改变可能是由于吸收了热量，也可能是对物体做了功，吸引的热量不一定相同，与过程有关，故C错误；
D．高温物体分子的平均动能大，但内能不一定大，故D错误。
故选B.
9．C
【详解】
A．根据
可知
坐标原点O与ad上各点的连线斜率与压强成反比，由图可知，气体从状态d到状态a是压强减小，A错误；
B．由图可知，气体从状态b到状态c等温变化，气体内能不变，同时体积变小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体放出热量，B错误；
C．气体从状态到状态过程中，根据图像可知为等容变化，气体不做功，但温度升高内能增大，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，C正确；
D．根据可知，由于cd的延长线经过坐标原点O，则气体从状态c到状态d是等压变化，D错误。
故选C。
10．C
【详解】
A．状态a→b为等温变化，所以理想气体内能不变，所以A错误；
BC．状态b→c为等压变化，且体积减小，外界对气体做正功，分子数密度增大，则单位时间内对单位面积器壁碰撞的分子数变大，所以B错误，C正确；
D．状态c→a为等容变化，即体积不变，由
可知，一定质量的理想气体的密度不变，所以D错误。
故选C。
11．A
【详解】
气泡体积增大，对外做功，由于温度不变，因此分子平均动能不变，气体的内能不变，根据
可知，气体吸收热量，故A正确，BCD错误。
故选A。
12．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。
13．B
【详解】
AD.气泡内气体的压强为
因为大气压强p0恒定，且气泡缓慢上升过程中h减小，所以p减小，则气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击次数减少，故AD错误；
B.根据理想气体状态方程
可知当p减小且T增大时，V一定增大，所以气泡内气体对外界做功，故B正确；
C.气泡内气体温度升高，则内能增大，且对外界做功，根据热力学第一定律可知气体吸热，故C错误；
故选B。
14．C
【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。
15．B
【详解】
A．以气缸和活塞为研究对象，受到重力和悬线对其的拉力，根据平衡条件可知重力和悬线对其的拉力大小相等，方向相反，所以当环境温度缓慢升高时，悬线的拉力不变，故A错误；
B．由于气缸的导热良好，当环境温度缓慢升高时，被封闭理想气体的温度缓慢升高，所以被封闭理想气体的内能增大，故B正确；
C．以活塞为研究对象，根据平衡条件可知
解得被封闭理想气体的压强大小
故C错误；
D．当环境温度缓慢升高时，被封闭理想气体的压强不变，根据盖-吕萨克定律可得被封闭理想气体的体积增大，气体对外界做正功，故D错误。
故选B。
16． 1500 放出 500
【详解】
[1] 改变物体内能的方法是做功与热传递，若只对一定质量的理想气体做1500 J的功，可使其温度升高5 K，内能增加1500J，改成只用热传递的方式，使气体温度同样升高5 K，则需要吸收1500 J的热量；
[2][3] 如果对该气体做了2000 J的功，使其温度升高了5 K，内能仍然增加1500J，则还需要放出500 J的热量。
17． 变大 减少
【详解】
[1]由题意根据盖吕萨克定律可得，压强不变，体积膨胀时温度升高，因为一定质量的理想气体内能只与温度有关，即温度越高内能越大，故内能变大；
[2]根据压强的微观表达式，根据动量定理得，因为温度升高，分子的平均动能增大，则单位时间内撞击在容器单位面积上的平均力变大，因为压强不变，所以单位时间内撞击在容器单位面积上的气体分子数减少。
18． 吸热 3V
【详解】
[1][2]汽缸开口向上时，则
汽缸开口向下时，则
则由玻意耳定律可得
解得
V′=3V
气体体积变大，对外做功，即W<0，温度不变，则内能不变， U=0，根据
U=W+Q
可知Q>0，气体吸热。
19．138.6J
【详解】
设整个过程中，外界对气体做功为
由图可知，C到A过程为等压压缩，外界对气体做功为
整个过程由A又回到A，温度相同，内能不变，由热力学第一定律可得
即
代入数据解得
即气体对外界做的功为138.6J
20．（1）ΔU + p0V0（W取p0V0）；（2）
【详解】
（1）由P—V图象可知，A到C过程气体膨胀对外做功值为
(p0 + 2p0)V0 + p0·V0 = p0V0
由热力学第一定律得出
Q = ΔU - W = ΔU + p0V0（W取p0V0）
（2）由图分析知，直线AB方程为
由一定质量的理想气体状态方程得
联立解得
当时，即时，T有最大值，解得
21．（1）p0；（2），吸热
【详解】
（1）设升温后气体的压强为p1，由查理定律得
＝
代入数据得
p1＝p0
（2）抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为V，由玻意耳定律得
p1V0＝p0V
联立得
V＝V0
设剩余气体的质量与原来总质量的比值为k，由题意得
k＝
联立得
k＝
因为抽气过程中剩余气体温度不变，故内能不变，而剩余气体膨胀对外做功，所以根据热力学第一定律可知剩余气体要吸热．
22．瓶子变瘪，内能减少
【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。
答案第1页，共2页
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