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．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%
2．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
3．如图所示，汽缸和活塞与外界均无热交换，汽缸中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体A和B，活塞处于静止平衡状态。现通过电热丝对气体A加热一段时间，后来活塞达到新的平衡。不计气体分子势能，不计活塞与汽缸壁间的摩擦，大气压强保持不变。下列判断正确的是（　　）
A．气体B吸热，对外做功，内能不变
B．气体A分子的平均动能增大
C．气体A和气体B内每个分子的动能都增大
D．气体B分子单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数增加
4．一定质量的理想气体被质量为试卷第8页，共9页
试卷第9页，共9页
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
5．一定质量的理想气体从状态开始，经历等温或等压过程回到原状态，其p-T图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是（　　）
A．过程da中气体一定放热
B．过程ab中气体既不吸热也不放热
C．过程bc中外界对气体所做的功等于气体所放出的热量
D．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
6．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（ ）试卷第8页，共9页
试卷第9页，共9页
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
7．下列说法不正确的是（　　）
A．当分子斥力与分子引力大小相等时，分子势能有极小值
B．一个热力学系统，如果从外界吸热，内能可能减少
C．利用氧气的摩尔质量、密度以及阿伏加德罗常数就可以算出一个氧气分子的体积
D．某种液体的饱和汽压与该饱和汽的温度相关
8．如图甲所示，气缸内封闭了一定质量的气体（可视为理想气体），可移动活塞与容器壁光滑接触，开始时活塞处于Ⅰ位置静止，经历某个过程后，活塞运动到Ⅱ位置（图中未标出）重新静止，活塞处于这两个位置时，气缸内各速率区间的气体分子数n占总分子数N的百分比（）与分子速率v之间的关系分别如图乙中Ⅰ（实线）和Ⅱ（虚线）所示，忽略大气压强的变化，则下列说法中正确的是（　　）
A．气体在状态Ⅰ时温度较高
B．气体在状态Ⅱ时压强较大
C．在此过程中外界对气体做正功
D．在此过程中气体从外界吸热
9．如题图所示，夏天，从湖底形成的气泡，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，大气压强不变，将泡内气体视为理想气体。则在气泡缓慢上升的过程中，对于泡内气体，下列说法正确的是（ ）试卷第8页，共9页
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A．每一个气体分子的热运动都变快
B．对气泡壁单位面积单位时间内的冲量变小
C．对气泡壁做功，内能减少
D．内能增大，放热
10．一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
11．一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→D→A循环，该过程每个状态可视为平衡态。下列说法中正确的是（　　）试卷第8页，共9页
试卷第9页，共9页
A．状态A气体分子的平均动能比状态B气体分子的平均动能大
B．状态C到状态D，气体的内能保持不变
C．状态B到状态C，气体将放出热量
D．状态D到状态A，气体对外做功
12．山地自行车前轮有气压式减震装置来抵抗颠簸，其原理如图所示。当路面不平时，活塞上下振动，在气缸内封闭气体的作用下，起到延缓震动的目的。当活塞迅速下压过程中（　　）
A．气缸内的气体分子的平均动能不变
B．气缸内所有分子的速率增大
C．气缸内的气体压强可能不变
D．单位时间内撞到气缸内壁单位面积上的气体分子数增多
13．下列说法不正确的是（　　）
A．由图甲可知，状态①的温度比状态②的温度高
B．图乙为水中某花粉颗粒每隔一定时间位置的连线图，连线表示该花粉颗粒做布朗运动的轨迹试卷第8页，共9页
试卷第9页，共9页
C．由图丙可知，当分子间的距离r>r0时，分子间的作用力先增大后减小
D．由图丁可知，在r由r1变到r2的过程中分子力做正功
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．如图甲，竖直放置导热性能良好的密闭矩形容器中，一活塞上下各封闭一定质量的理想气体A和B，它们的温度相同，活塞重力不可忽略并可在密闭容器中无摩擦滑动，此时活塞处于静止状态，理想气体A和B在体积不变下的图像如图乙所示，则以下说法正确的是（　　）
A．图乙中图线Ⅰ表示在体积不变下的理想气体A的图像
B．封闭的理想气体A的体积一定大于理想气体B的体积
C．若环境温度升高，活塞一定向上移动
D．若环境温度升高，理想气体B一定释放热量
二、填空题
16．在热力学中有一种循环过程叫做焦耳循环。它由两个等压过程和和两个绝热过程组成。图示为一定质量的理想气体的焦耳循环过程（A→B→C→D→A），已知某些状态的部分参数如图所示（见图中所标数据）。试解决下列问题：试卷第8页，共9页
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（1）从状态C→D过程气体分子的密度_______，分子的平均动能会______（均选填“变大”、“变小”或“不变”）；
（2）已知状态A的温度TA=250K，求状态C的温度TC=______K；
（3）若已知A→B过程放热Q=80J，则A→B过程中内能的变化量△UAB=______J，B→C过程外界对气体做的功WBC=_______J。
17．如图所示，针管内有一部分气体，现将针管口堵住，管内气体被完全封闭。若迅速压活塞，管内气体温度将___________（选填“升高”“降低”或“不变”）；若缓慢向外拉活塞，气体将___________（选填“对外界放热"从外界吸热”或“与外界无热交换”）。
18．一定质量的理想气体“卡诺循环”过程如图所示，从状态A依次经过状态、、后再回到状态A。其中，和为等温过程，和为绝热过程。气体从状态到状态的过程，气体分子的平均动能___________（选填“增大”“减小”或“不变”）；整个循环过程，气体从外界___________（选填“吸收”“放出”或“无吸放”）热量。
三、解答题
19．如图所示，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为试卷第8页，共9页
试卷第9页，共9页
，这段过程对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于恒力使活塞移动相同距离所做的功。已知活塞的面积为，开始压缩时气缸内气体的体积为，温度为，压强为，气体可视为理想气体。
（1）若气体被压缩后的温度为，则被压缩后压强为多大？
（2）上述压缩过程中，气体传递给气缸的热量为，则气体内能的变化量是多少？
20．如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”。某同学对这一现象做了以下解释：水蒸气凝结成小水珠，温度降低。瓶内气体推动瓶塞做功，内能减小，该同学的描述准确吗？如果不准确，可以如何修正？
21．如图所示为一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C过程的p- V图象，且AB∥V轴，BC∥p轴，已知气体在状态C时的热力学温度为300K，在状态C时的内能比在状态A时的内能多1200J。
（1）求气体在状态A、B时的热力学温度；
（2）请通过计算判断气体从状态A变化到状态C的过程是吸热还是放热，同时求出传递的热量。
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22．一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，若不计气泡内空气分子个数和分子势能的变化，在上浮过程中气泡的内能如何变化，吸热还是放热？
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参考答案：
1．C
【解析】
【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。
2．D
【解析】
【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。
3．B
【解析】
【详解】
BC．由题意可知气体A发生等容变化，则W=0，根据答案第10页，共11页
答案第11页，共11页
ΔU=W+Q
可知气体A吸收热量，内能增加，温度升高，气体A分子的平均动能变大，但并不是每个分子的动能都增大，B项正确；C项错误；
A．因为中间是导热隔板，所以气体B吸收热量，温度升高，内能增加，又因为压强不变，故体积变大，气体对外做功，A项错误；
D．气体B的压强不变，但是体积增大，分子平均动能增大，所以气体B分子单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数减少，D项错误；
故选B。
4．B
【解析】
【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。
5．D答案第10页，共11页
答案第11页，共11页
【解析】
【详解】
A．da过程中，温度升高，则内能增大
根据热力学第一定律
可知
温度升高，压强不变，则体积减小，外界对气体做正功
即的状态不确定，A错误；
B．ab过程中温度不变，内能不变
根据热力学第一定律
可知
所以气体向外界放出的热量等于外界对气体做的功，B错误；
C．过程bc温度减小，则内能减小
又压强不变，则体积减小，外界对气体做正功
因为
且
即外界对气体做的功大于气体所放出的热量，C错误；
D．理想气体的内能只由温度决定，由图可知
答案第10页，共11页
答案第11页，共11页
所以气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能，D正确。
故选D。
6．D
【解析】
【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。
7．C
【解析】
【详解】
A．当分子斥力与分子引力大小相等时，分子势能有极小值，A正确；
B．一个热力学系统，如果从外界吸热，同时对外做功，内能可能减小，B正确；
C．利用氧气的摩尔质量、密度和阿伏加德罗常数，可以算出氧气分子运动占据的空间的体积，不能算出一个氧气分子的体积，C错误；
D．某种液体的饱和汽压和该饱和汽的温度有关，D正确；
此题选择不正确的选项，故选C。
8．D
【解析】
【详解】
A．由图像乙可知，气体在状态Ⅱ时，速率较大的分子占据的比例较大，则分子平均速率较大，温度较高，选项A错误；
B．气体进行等压变化，则气体在两个状态的压强相等，选项B错误；
C．在此过程中气体的体积变大，则气体对外界做功，选项C错误；
答案第10页，共11页
答案第11页，共11页
D．在此过程中气体对外做功，温度升高，内能变大，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，选项D正确。
故选D。
9．B
【解析】
【详解】
A．如果气体温度升高，分子的平均动能增大，并不是每一个分子热运动的速率都增加，A错误；
B．根据气体压强定义及其微观意义，气泡内气体压强减小，气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小
I = Ft
易知气泡内气体分子对气泡壁单位面积单位时间内的冲量一定减小，B正确；
C．气泡上升过程中，温度升高，与水面的距离减小
p=p0 +ρgh
压强减小，则根据
可知气体对气泡壁做功，内能减小，C错误；
D．湖内水的温度越高，气体的温度升高，气体内能增大，根据以上选项分析，可知体积增大，气泡内气体对外界做功，根据热力学第一定律可知气泡内气体吸热，D错误。
故选B。
10．D
【解析】
【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
由答案第10页，共11页
答案第11页，共11页
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。
11．C
【解析】
【详解】
A．由图可知A状态的压强、体积都比B状态的小，由理想气体状态方程得
温度是分子平均动能的标志，温度越高分子平均动能越大，即：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．由图可知D状态的压强、体积都比C状态的小，由理想气体状态方程得
因为一定量的理想气体内能由气体温度决定，温度越高气体内能越大，故B错误；
C．由图可知C状态的压强、比B状态的小，两状态的体积相同，由查理定律知
所以气体从状态B到状态C内能减小，，，由热力学第一定律可知
故气体将放出热量，故C正确；
D．状态D到状态A，气体体积不变，气体对外做功为0，故D错误。
故选C。答案第10页，共11页
答案第11页，共11页
12．D
【解析】
【详解】
A．当活塞迅速下压时，活塞对气体做功，气体来不及散热，则由热力学第一定律可知，气体内能增加，温度升高，气缸内的气体分子的平均动能增大，A错误；
B．气缸内的气体分子的平均动能增大，则分子的平均速率增大，可不是气缸内所有分子的速率增大，B错误；
CD．当活塞迅速下压时，气缸内的气体的体积减小，由理想气体状态方程可知，气体压强增大，则有单位时间内撞到气缸内壁单位面积上的气体分子数增多，C错误，D正确。
故选D。
13．B
【解析】
【详解】
A．由图甲可知，状态①速率大的氧气分子比例较大，所以状态①的温度比状态②的温度高，故A正确；
B．由于图乙中的位置是每隔一定时间记录的，所以位置的连线不能表示该花粉颗粒做布朗运动的轨迹，只能说明花粉颗粒运动的无规则性，故B错误；
C．由图丙可知，当分子间的距离r>r0时，分子间的作用力先增大后减小，故C正确；
D．由图丁可知，在r由r1变到r2的过程中分子势能减小，分子力做正功，故D正确。
本题选错误的，故选B。
14．C
【解析】
【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答案第10页，共11页
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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．C
【解析】
【详解】
A．活塞处于平衡状态时，由
可知，相同温度下理想气体B的压强大于理想气体A的压强，即题图乙中图线Ⅰ表示等容下理想气体B的图像，A错误；
B．根据理想气体状态方程
可知斜率
因为题设中理想气体A和B可能是不同的气体，C的值可能不同，因此无法判断理想气体A和B的体积大小，B错误；
C．使外界温度升高，由图像可知，理想气体A和B的压强变化量
所以活塞一定向上移动，C正确；
D．根据热力学第一定律
可知温度升高答案第10页，共11页
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理想气体B对外做功
解得
即封闭的理想气体B一定吸收热量，D错误。
故选C。
16． 变小 变大 250 -20 20
【解析】
【详解】
[1] 从状态C→D过程，气体体积变大，气体质量不变，气体分子的密度变小；
[2] 从状态C→D过程，压强不变，由盖吕萨克定律得，气体的体积变大，温度升高，则气体分子的平均动能会变大；
[3] 根据理想气体状态方程，有：
代入数据
得
TC＝250K
[4] [5]A→B过程外界对气体做功
W=p V=105×(1.2-0.6)×10-3J=60J
气体放热
Q=80J
则A→B过程中内能的变化量
UAB=W-Q=-20J
从A到C气体的内能不变，从B到C为绝热过程，则从B→C过程外界对气体做的功
WBC=80J-60J=20J
17． 升高 从外界吸热
【解析】答案第10页，共11页
答案第11页，共11页
【详解】
[1]若迅速压活塞，气体来不及与外界发生热传递，则Q=0，体积减小，外界对气体做功，则W>0，由热力学第一定律
可知，气体内能增大，故温度将升高。
[2]若缓慢向外拉活塞，气体温度将始终与外界保持一致，即温度不变，内能不变，由于体积变大，则气体对外做功，W<0，由热力学第一定律可知，气体从从外界吸热。
18． 不变 吸收
【解析】
【分析】
【详解】
[1]从状态为等温过程，温度是平均动能的标志，温度不变，气体分子的平均动能不变；
[2]由可知整个循环过程气体内能不变，气体对外界做功，根据热力学第一定律，气体从外界吸收热量。
19．（1）；（2）
【解析】
【分析】
【详解】
(1)根据理想气体状态方程有
解得
(2)压缩过程活塞对气体所做的功
根据热力学第一定律有
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