3.1热力学第一定律（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．如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程到达状态b，再经过等温过程到达状态c，直线过原点。则气体（　　）
A．在状态c的压强小于在状态a的压强
B．在状态b的压强小于在状态c的压强
C．在的过程中内能保持不变
D．在的过程对外做功
2．如图所示，一定质量的某种理想气体从状态A变化到状态（ ）
A．可通过等容变化实现
B．不可能经过体积减小的过程
C．气体一定从外界吸热
D．外界一定对气体做正功
3．如图所示，气缸置于水平面上，用活塞密封一定质量理想气体。已知气缸及活塞导热性能良好，在理想气体等压膨胀过程中，下列说法正确的是（ ）
A．气体对外做功，吸热
B．气体对外做功，放热
C．外界对气体做功，吸热
D．外界对气体做功，放热
4．一定质量的理想气体，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
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．做功和热传递都可以改变物体的内能，以下说法正确的是（　　）
A．物体放出热量，内能一定减少
B．物体对外做功，内能一定减少
C．物体吸收热量，同时对外做功，内能一定增加
D．物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少
7．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
8．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
9．一定质量的理想气体，由状态A开始，经历①②两个不同过程到达状态C，p-T图像如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．过程①气体对外做功
B．过程②气体先放出热量后吸收热量
C．气体在过程①吸收的热量小于过程②吸收的热量
D．单位时间内，状态A比状态C器壁单位面积上分子碰撞的次数多
10．对封闭在汽缸中一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　）
A．温度升高，气体分子的平均动能一定增大
B．体积减小，气体的压强一定增大
C．外界对气体做功，气体的内能一定增大
D．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大
11．一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，又由状态C变为状态A，其相应的V-T图像如图所示。已知理想气体的内能与热力学温度成正比，气体在状态A时的内能为U。则（　　）
A．由状态A至状态B过程中，外界对气体做正功
B．由状态B至状态C过程中，气体对外界做功为120J
C．由状态A至状态B过程中，气体吸收的热量可能小于
D．由状态C至状态A过程中，气体释放的热量大于U
12．一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
13．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
14．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
15．分子间存在着分子力，并且分子力做功与路径无关，因此分子间存在与其相对距离有关的分子势能。如图所示为分子势能E随分子间距离r变化的图像，取r趋近于无穷大时Ep为零。通过功能关系可以从此图像中得到有关分子力的信息，若仅考虑这两个分子间的作用，下列说法中正确的是（　　）
A．图中r1是分子间引力和斥力平衡的位置
B．假设将两个分子从r=r2处释放，它们将相互靠近
C．假设将两个分子从r=r1处释放，当r=r2时它们的速度最大
D．假设将两个分子从r=r1处释放，当r=r2时它们的加速度最大
二、填空题
16．雪后，小朋友们堆了一个漂亮的雪人，雪人慢慢变成水，再逐渐蒸发。雪人变成水的过程中，水分子的平均动能__________（填“增大”、“减小”或“不变”）；水蒸发成同质量的水蒸气的过程中，吸收的热量__________（填“大于”、“小于”或“等于”）内能的增加量。
17．如图所示，一定质量的气体被封闭在容器内，a态是容器放在冰水混合物中气体达到的平衡状态；b态是容器从冰水混合物中移出后，在室温（27°C）中达到的平衡状态。.若忽略气体分子之间的势能，则
（1）b态的气体分子在单位时间内撞击单位面积器壁的个数比a态____ （选填“多”或“ 少”）；
（2）从a态到b态，容器中气体内能_____（选填“增加”或“减少”）。
18．回热式制冷机是一种深低温设备，制冷极限约50K，某台设备工作时，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：从状态到和到是等温过程；从状态到和到是等容过程，体积分别为和。则图中___（填“>” “<”或者“=”）；整个循环过程氦气系统是______的（填“吸热” “放热”或者“绝热”）。
三、解答题
19．远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃。随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”的方法。其中的物理原理是什么？
20．如图，内壁光滑的汽缸竖直放置在水平桌面上，汽缸内封闭一定质量的气体。气体从状态（活塞在处）变为状态（活塞在处）时，气体吸收热量，并对外做功。
(1)气体的内能改变了多少？是增加还是减少？
(2)某人在上一问的基础上又接着提了后一个问题，说：“有人使气体从上一问的状态再回到状态，即回到原来时的体积和温度，气体放出的热量是，那么返回过程中气体对外做的功又是多少？”请你对后一个问题进行评价。
21．如图所示，一导热性能良好的圆柱形容器竖直放置于地面上，容器的横截面积为S。内部用质量为m的活塞密封一定质量的理想气体，活塞可无摩擦地滑动，整个装置放在大气压强为、温度为的室内，开始时活塞到容器底的距离为h。由于温度变化，活塞缓慢下降了d，这一过程中，封闭气体内能变化量大小为，已知重力加速度为g。求：
（1）此时的室内温度T；
（2）此过程吸收或者放出的热量是多少。
22．气体绝热膨胀时是否做功 气体绝热自由膨胀时是否做功 能量有无变化 怎样变化
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
AB．根据
可知，因直线ac过原点，可知在状态c的压强等于在状态a的压强，b点与原点连线的斜率小于c点与原点连线的斜率，可知在状态b的压强大于在状态c的压强，故A B错误；
C．在的过程中温度不变，则气体的内能保持不变，故C正确；
D．在的过程中，气体的体积不变，则气体不对外做功，故D错误。
故选C。
2．C
【详解】
A．根据
= C（常数）
可得
p = T
由此可知A、B与O点的连线表示等容变化，直线AO斜率大，则A状态下气体体积小，即A状态体积小于B状态的体积，所以气体自状态A到状态B的过程中，体积必然变大，A错误；
B．由于具体气体变化的过程未知，故可能经过体积减小的过程，B错误；
CD．整个过程，气体体积增大，气体对外做负功，W为负值，从图中看出气体温度升高，所以Q必须为正数，即气体必须从外界吸热，因为体积变大，所以气体对外做功，C正确、D错误。
故选C。
3．A
【详解】
气体膨胀，体积增大，对外做功；由
知，一定质量理想气体在等压膨胀过程中温度升高，内能增大，由
可知气体一定吸收热量。
故选A。
4．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。
5．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。
6．D
【详解】
A．物体放出热量，若外界对物体做更多的功，则内能增加，故A错误。
B．物体对外做功，如同时从外界吸收更多的热量，则内能增加，故B错误。
C．物体吸收的热量为Q，同时对外做功为W，如二者相等，则内能不变；若Q>W，则内能增加；若W>Q，则内能减少，故C错误。
D．物体放出热量，同时对外做功，则内能一定减少，故D正确。
故选D。
7．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。
8．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。
9．C
【详解】
AD．过程①气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律
ΔU=Q＋W
可知，气体吸收热量，单位时间内，状态A比状态C器壁单位面积上分子碰撞的次数少，故AD错误；
B．AB过程气体压强不变，温度升高，由盖—吕萨克定律可知其体积增大，气体对外界做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律
ΔU=Q＋W
可知，气体要吸收热量，且气体对外界所做的功小于气体所吸热量，BC过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强增大，由玻意耳定律可知，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律
ΔU=Q＋W
可知，气体放热，且外界对气体所做的功等于气体所放热量，则过程②气体先吸收热量后放出热量，故B错误；
C．过程①气体所吸热量为
Q1=ΔU
过程②气体所吸热量为
Q2=ΔU+W
气体在过程①吸收的热量小于过程②吸收的热量，故C正确。
故选C。
10．A
【详解】
A．温度升高，气体分子的平均动能一定增大，选项A正确；
B．当温度不变时，体积减小，气体的压强一定增大，选项B错误；
C．外界对气体做功，若气体放热，则气体的内能可能减小，选项C错误；
D．气体从外界吸收热量，若气体对外做功，则气体的内能可能减小，选项D错误。
故选A。
11．D
【详解】
A．由状态A至状态B为等压膨胀过程，外界对气体做负功，A错误；
B．由状态B至状态C为等容过程，气体对外界不做功，B错误；
C．由
解得
TA=200K
由
解得
UB=1.5U
UC=2U
由状态A至状态B外界对气体做负功，根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量大于，C错误；
D．由状态C至状态A外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体释放的热量大于U，D正确。
故选D。
12．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。
13．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， 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。
14．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。
15．C
【详解】
AB．假设将距离无穷远的两分子由静止释放，则两分子间距离在到达平衡距离前分子力对两分子始终做正功，分子势能减小，又因为无穷远处分子势能为零，所以当到达平衡距离时，分子势能达到最低且为负值，因此图中r2是分子间引力和斥力平衡的位置，假设将两个分子从r=r2处释放，它们将保持静止，故AB错误；
CD．因为r1小于r2，所以假设将两个分子从r=r1处释放，分子力表现为斥力，两分子将做加速度减小的加速运动，当r=r2时它们的速度最大，加速度为零，故C正确，D错误。
故选C。
16． 不变 大于
【详解】
[1] 雪人变成水的过程中，由于保持温度不变，故水分子的平均动能不变；
[2] 水蒸发成同质量的水蒸气的过程中，由于体积变大，要对外做功，根据热力学第一定律可知，吸收的热量大于内能的增加量。
17． 多 增加
【详解】
（1）[1]因为b态的温度较大，分子平均速率大于a态，可知b态的气体分子在单位时间内撞击单位面积器壁的个数比a态多；
（2）[2]从a态到b态，温度升高，则容器中气体内能增加。
18． > 放热
【详解】
[1]从状态B到C，由查理定律得
由于，所以
[2]A-B过程外界对系统做正功，C-D过程外界对系统做负功，p-V图象与横轴围成的面积表示做的功，所以
所以整个循环过程外界对系统做正功。整个循环过程
所以
整个循环过程A-B-C-D-A氦气系统要放热。
19．答案见详解
【详解】
“钻木取火”是通过做功方式改变物体的内能，在此过程中，机械能转变为内能，温度达到了木材的着火点，就可以使木材燃烧。
20．(1)160J，增加；(2)10J，后一个问题的题设条件有误，该过程不能发生，因为气体从B状态返回A状态，体积减小，显然应该是外界对气体做功才合理
【详解】
(1)根据热力学第一定律可知 ，汽缸内封闭气体的内能变化量为
即内能增加了160J；
(2)若气体从B状态又返回A状态，则气体的内能变化量为
根据热力学第一定律可知，气体由B状态返回A状态的过程中有
则
即气体从B状态返回A状态过程中，对外做功为10J。
21．（1）（2）
【详解】
（1）取密闭气体为研究对象，活塞下降过程为等压变化，由盖·吕萨克定律有
其中
，
解得外界温度为
（2）活塞下降的过程，大气压力和活塞重力对气体做功，所以外界对系统做的功
根据热力学第一定律，得封闭气体增加的内能
温度降低，内能减小，放热过程。
题目中的只表示内能的变化量，实际上内能是减小的，为负值，故
22．绝热膨胀时做功，能量有变化；绝热自由膨胀时不做功，能量不变化
【详解】
气体绝热膨胀过程时，因外界有阻碍气体膨胀的外力作用，气体克服外力做功，由热力学第一定律
绝热过程Q=0，W为负值，所以为负值，内能减小；
气体绝热自由膨胀时，由于外界是真空，气体不对外做功，Q=0，W=0，则=0，气体内能不变。
答案第1页，共2页
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