2022-2023学年高二物理粤教版（2019）选择必修三3.1 热力学第一定律 课时作业 解析版

3.1 热力学第一定律
一、单选题
1．关于物体内能的改变，下列说法中正确的是 （ ）
A．物体对外做功，物体内能一定减小
B．物体吸收热量，它的内能一定增加
C．物体放出热量，它的内能一定减少
D．外界对物体做功，物体的内能不一定增加
2．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
3．下列说法正确的是（　　）
A．分子间的作用力随分子间距离的减小不一定增大
B．理想气体分子热运动的平均动能减小时，气体压强也一定减小
C．布朗运动是液体分子的运动，说明分子永不停息的做无规则运动
D．一定质量的理想气体等温膨胀时会向外放热但内能保持不变
4．根据热力学定律，可知下列说法中正确的是（　　）
A．外界对物体做功，物体的内能必定增加
B．随着科技的发展，机械效率是的热机是可能制成的
C．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化
D．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体
5．如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙，现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中（ ）
A．外力对乙做功，甲的内能不变
B．外力对甲做功，甲的内能增加
C．乙传递热量给甲，乙的内能减少
D．甲吸热，乙放热，甲、乙内能都增加
6．一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
7．回热式制冷机是一种深低温设备，制冷极限约50 K。某台回热式制冷机工作时，一定质量的氦气（可视为理想气体）缓慢经历如图所示的四个过程，已知状态A和B的温度均为 ，状态C和D的温度均为 ，下列判断正确的是（　 　）
A．气体由状态A到B过程，温度先降低后升高
B．气体由状态B到C过程，内能保持不变
C．气体由状态C到D过程，气体对外做功
D．气体由状态D到A过程，其摄氏温度与压强成正比
8．从湖底形成的一个气泡，缓慢上升到湖面。已知越接近水面，湖水的温度越高，假设大气压不变，气泡内气体视作理想气体。气泡缓慢上升过程中（　　）
A．湖水对气泡内气体做了正功 B．气泡内气体的内能增大
C．气泡内气体温度升高导致放热 D．气泡内气体的压强不变
二、多选题
9．一竖直放置的U形玻璃管一端封闭，另一端开口向下，如图所示，用水银柱封闭一定质量的理想气体，在保持温度不变的情况下，假设在管子的D处钻一小孔，则管内左侧被封闭的气体压强p和体积V变化的情况及做功情况是
A．p、V都不变 B．V减小，p增大
C．封闭气体对外做功 D．该过程中封刚气体向外放出热量
10．一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p-T图像如图所示，abcd是平行四边形，且ad的延长线过原点O。则四个过程中，一定从外界吸收热量的是（　　）
A．过程ab B．过程bc C．过程cd D．过程da
11．如图所示，导热的气缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸中，气缸的内壁光滑．现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，由状态①变化到状态②，在此过程中，如果环境温度保持不变，下列说法正确的是 （填入选项前的字母，有填错的不得分）
E．气体放出热量
F．气体内能不变，却对外做功，此过程违反热力学第一定律，不可能实现
G．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
A．每个气体分子的速率都不变
B．气体分子平均动能不变
C．水平外力F逐渐变大
D．气体内能减少
12．关于内能，下列说法正确的是（　　）
A．物体的内能大小与它整体的机械运动无关
B．达到热平衡状态的两个系统内能一定相等
C．质量和温度相同的氢气和氧气内能一定相等
D．100°C水的内能可能大于100°C水蒸气的内能
E．一定量的理想气体压强不变、体积减小，其内能一定减小
三、解答题
13．一定质量的气体从外界吸收热量，对外做功，气体的内能如何变化，变化了多少？
14．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图象如图所示.已知该气体在状态B时的温度为300K.气体由状态B变化到状态C从外界吸收2500J 热量.求：
(1)该气体在状态A时的温度；
(2)该气体从状态B到状态C的过程中，内能变化量.
15．如图，粗细均匀、横截面积为S、内壁光滑、竖直放置的玻璃管下端密封，上端封闭但留有一抽气孔。管内下部被活塞封住一定量的热力学温度为T0的理想气体。开始时，活塞上方气体压强为p0，气柱长度为3L，活塞下方气柱长度为L，现将活塞上方抽成真空并密封，抽气过程中管内气体温度始终保持不变。活塞稳定时距玻璃管顶端的距离为L，求：
（1）活塞的重力G；
（2）假设一段时间后因环境温度缓慢降低，致使密封气体温度变为，已知该降温过程密封气体内能减少了，求该过程密封气体对外界放出的热量。
参考答案：
1．D
【详解】做功和热传递都能改变物体的内能，则物体对外做功，物体内能不一定减小，故A错误；物体吸收热量，可能同时对外做功，故内能不一定增加，故B错误；物体放出热量，可能同时外界对气体做功，故内能不一定减小，故C错误；外界对物体做功，物体可能同时放热，故物体的内能不一定增加；故D正确；故选D．
2．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。
3．A
【详解】A．当分子间的作用力表现为引力时，分子力随分子间距离的增大而减小；当分子间的作用力表现为斥力时，分子力随分子间距离的减小而增大。A正确；
B．影响气体压强的微观因素是分子的密集程度和分子的平均动能，分子的平均动能减小，密集程度可能增加，则压强可能增加或不变，B错误；
C．布朗运动是固体微粒的无规则运动是由液体分子撞击形成的，说明分子永不停息的做无规则运动，C错误；
D．一定质量的理想气体在等温膨胀的过程中，内能不变，要对外做功，由热力学第一定律可知，要吸收热量，D错误；
故选A。
4．C
【详解】A、根据热力学第一定律：△E=W+Q，外界对物体做功，若物体放出热量，则物体的内能不一定增大，故A错误；
B、无论科学技术多么发达，机械效率可能提高，但一定小于100%，即物体的机械效率不可能达到100%，故B错误；
C、根据热力学第二定律内容，不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．故C正确；
D、根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但是只要外界提供能量，热量可以从低温传递到高温，比如冰箱的工作原理，故D错误．
故选C．
5．D
【详解】容器和活塞是绝热的，说明容器内气体与外界没有热交换．当将活塞P向B移动一段距离时，活塞压缩气体对气体乙做功，根据热力学第一定律分析得知，乙的内能增加，温度升高．因隔板B是导热的，说明甲、乙两部分气体间有热传递，则甲的温度也升高，内能增加， 由于隔板B是固定的，甲的体积不变，外力没有对甲做功．故ABC错误，D正确．故选D．
点睛：本题是热力学第一定律的应用．判断外界对气体有无做功，就看气体的体积有无变化，当气体体积增大时，气体对外界做功；当气体体积减小时，外界对气体做功．
6．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。
7．C
【详解】A．由题意可知，气体在状态A、B时的温度相等，两状态在同一等温线上，由理想气体状态方程
可知
由图示图线可知，气体由状态A到B过程，pV先变大后变小，则气体温度先升高后降低，A错误；
B．由图示图线可知，气体由状态B到C过程，气体体积不变而压强减小，由理想气体状态方程可知，气体温度降低，气体内能减小，B错误；
C．由图示图线可知，气体由状态C到D过程，气体体积增大，气体对外做功，C正确；
D．由图示图线可知，气体由状态D到A过程，气体体积不变，气体发生等容变化，由查理定律可知，其热力学温度与压强成正比，D错误。
故选C。
8．B
【详解】AD．气泡内的压强为
气泡上升过程中，其压强减小，而其温度又在升高，有
体积一定增大，故气泡内的气体对外界做功，故AD错误；
B．温度越高，气体分子的平均动能越大，故在这个过程中，气体分子的内能增大，故B项正确；
C．由之前分析可知，气体分子对外界做功，所以
根据热力学第一定律
所以
即气泡是吸热的，故C项错误。
故选B。
9．BD
【详解】设玻璃管两侧水银面高度差是h，大气压为P0，封闭气体压强P=P0-h，在管子的D处钻一小孔，封闭气体压强P=P0变大，气体温度不变，压强变大，由玻意耳定律可知，封闭气体体积变小，故B正确，A错误；因为封闭气体体积减小，所以外界对气体做功，故C错误；保持温度不变，所以气体的内能不变，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知封刚气体向外放出热量，故D正确．所以BD正确，AC错误．
10．AD
【详解】A．由图像可知，过程ab中，气体体积增大、温度升高，即对外界做功且内能增加，根据热力学第--定律
可知，此过程一定吸收热量，故A正确；
B．过程bc中，气体的体积增大、温度降低，即对外界做功、内能减少，故不能确定吸收热量还是放出热量，故B错误；
C．过程cd中，气体体积减小、温度降低，外界对气体做功且内能减少，此过程一定放出热量，故C错误；
D．过程da中，气体体积不变、温度升高，没有做功、内能增加，此过程一定吸收热量，故D正确。
故选AD。
11．BC
【详解】活塞缓慢移动，气体温度环境，气体分子平均动能不变， B项正确；理想气体内能只与温度有关，故内能不变，D项错；气体分子的速率遵守统计规律，A项错；气体等温膨胀，压强减小，水平外力F逐渐变大，C项正确；气体膨胀对外界做功，内能不变，故吸收热量，E项错；此过程不违反热力学第一定律，F项错；气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，由于此过程需要借助外界的影响才能实现，故不违反热力学第二定律，G项正确
12．ADE
【详解】A．物体的内能大小与它整体的机械运动无关，选项A正确；
B．达到热平衡状态的两个系统温度一定相等，内能不一定相等，选项B错误；
C．温度相同的氢气和氧气分子的平均动能相同，质量相同的氢气和氧气分子数不同，则内能一定不相等，选项C错误；
D．物体的内能与物体的温度、体积以及物体的量等因素都有关，则100°C水的内能可能大于100°C水蒸气的内能，选项D正确；
E．一定量的理想气体压强不变、体积减小，则温度降低，则其内能一定减小，选项E正确。
故选ADE。
13．内能减少，
【详解】气体从外界吸收热量
气体对外做功
根据热力学第一定律，气体内能的改变量为
可知为负值，表示气体的内能减少了，且减少量为
14．(1)TA＝300K（或 tA＝27℃） (2)内能增加 1000J
【详解】（i）对一定质量的理想气体由 A 到 B 过程，由理想气体状态方程知：
解得 TA＝300 K（或 tA＝27℃）
（ii）气体由状态 B 变化到状态 C 过程，气体体积增大，外界对气体做负功，
即WpVCVB
根据热力学第一定律有U Q W
而 Q＝2500 J
解得U 1000 J
即气体内能增加 1000 J．
15．（1）；（2）
【详解】（1）抽气过程温度不变，对密封气体由玻意耳定律得
对活塞受力分析得
联立解得
（2）降温时为等压过程，由盖·吕萨克定律得
活塞下降了
外界对气体做功
由热力学第一定律
联立解得
即密封气体对外界放出的热量为。