同步课时精练（十一）3.2热力学第一定律（含解析）

二十一世纪教育 《名师求索》工作室出品
同步课时精练（十一）3.2 热力学第一定律（后附解析）
一、多选题
1．如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态，再到状态，最后变化到状态A，完成循环。下列说法正确的是（　　）
A．状态A到状态是等温变化
B．状态A时分子的平均速率比状态时的小
C．状态A到状态，气体对外界做功为
D．整个循环过程，气体从外界吸收的热量是
2．下列说法中正确的是（　）
A．仅由阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度，能估算该种气体分子大小
B．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加
C．一定质量的100℃水变成100℃的水蒸气，其分子势能相同
D．由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
E．封闭气体的密度变小，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数减少，分子平均动能增加，气体的压强可能不变
3．下列说法正确的是（　　）
A．理想气体在绝热膨胀过程中，其内能可以不变
B．温度越高的物体，其内能也越大
C．恒温池中，将玻璃杯倒扣着缓慢从空气中压入池底，将玻璃杯中的空气视为理想气体，则玻璃杯中的气体分子平均速率不变，并且将放出热量
D．两个分子从相距最近开始相互远离的过程中（在分子间作用范围内）分子间的引力在不断减小，分子间的势能也不断减小
E．晶体在熔化过程中一定会吸收热量，但体积可能会减小
二、单选题
4．如图，一绝热容器被隔板K隔开成A、B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。此过程中气体内能的变化情况为（　　）

A．变大 B．变小 C．不变 D．无法确定
5．如图所示，将空的薄金属筒开口向下压入水中，设水温均匀恒定，筒内空气不泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，下列说法正确的是（ ）
A．筒内壁与气体接触处，单位时间内碰撞单位面积的气体分子数不变
B．筒内气体每一个分子的分子动能都不变
C．筒内气体从外界吸热
D．筒内气体向外界放热
6．关于内能的概念，下列说法中正确的是（　　）
A．温度高的物体，内能一定大 B．物体吸收热量，内能一定增大
C．100°C的水变成100℃水蒸气，内能一定增大 D．物体克服摩擦力做功，内能一定增大
7．下列说法中正确的是
A．导热性能各向同性的固体，可能是单晶体
B．一定质量理想气体发生绝热膨胀时，其内能不变
C．分子运动的平均速率可能为零，瞬时速率不可能为零
D．液体与大气相接触，表面层内分子所受其它分子的作用表现为相互吸引
8．下列说法正确的是（　　）
A．液体分子的无规则运动称为布朗运动
B．气体放出热量，其分子平均动能减小
C．玻璃裂口放在火上烧熔，其尖端变圆的原因是表面张力的作用
D．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积
9．一定质量的理想气体（分子力不计），体积由V1膨胀到V2，如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为 U1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为 U2。则（　　）
A．W1>W2，Q1 U2
B．W1>W2，Q1>Q2， U1> U2
C．W1D．W1=W2，Q1>Q2， U1> U2
10．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
11．一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程，ab、bc、cd和da这四段过程在p —T图上都是直线段，ab和dc的延长线通过坐标原点O，bc垂直于ab，ad平行于纵轴，由图可以判断（ ）
A．ab过程中气体体积不断减小，外界对气体做正功，气体内能减小
B．bc过程中气体体积不断减小，外界对气体做正功，气体内能不变
C．cd过程中气体体积不断增大，气体对外界做正功，气体内能增加
D．da过程中气体体积不断增大，气体对外界做正功，气体内能不变
12．一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后又回到状态A．其中C→D→A为等温过程。该循环过程如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．A→B过程中，气体对外做功大于从外界吸收的热量
B．B→C过程中，单位时间单位面积气体撞击器壁的个数减小
C．气体状态A时内能大于状态C时内能
D．从状态A经一个循环又回到A的全过程中，气体吸收的热量小于放出的热量
三、解答题
13．一定质量的理想气体从状态A经状态B、C、D后又回到状态A，其状态变化过程中的p-V图像如图所示。已知图线的AD段是双曲线的一部分，且该气体在状态A时的温度为270K。
（1）求气体在状态C时的温度TC和在循环过程中气体的最高温度Tm；
（2）若由状态C到状态D过程中吸收热量75J，则求此过程中内能的变化量ΔU。
14．如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C.已知状态A的温度为300K.
（1）求气体在状态B的温度；
（2）由状态B变化到状态C的过程中，气体是吸热还是放热？简要说明理由．
15．居家生活种植花草，可以提高家庭生活品位，家用洒水壶成家庭必备。如图所示，圆柱形洒水壶密封时容积为V，打气筒气室容积△V＝，某次浇花时，倒入壶中水的体积为并密封，然后开始打气，每一次打入压强为p0、体积为的空气，已知大气压强为p0，不计喷水细管的体积及喷水后细管内剩余液体的压强，设气体质量m∝（p为气体压强，V为气体体积，T为热力学温度），打气过程及喷洒过程中环境温度不变。
①至少打几次气后，洒水壶里的水可以全部喷完；
②若在喷洒过程中洒水壶中空气从外界吸收热量为12J，求壶中空气做功为多少。
二十一世纪教育 《名师求索》工作室出品
试卷第1页，共3页
@21世纪教育
参考答案：
1．BD
解析：A．状态A变化到状态，压强与体积均增加，根据理想气体状态方程，有
易知温度必定升高。故A错误；
B．状态C变化到状态A，压强不变，体积减小，易知温度降低，即分子的平均速率减小。故B正确；
C．状态A变化到状态，压强的平均值为
气体对外界做功为
故C错误；
D．整个循环过程，内能不变。对外界做的功为图线所围面积，即
根据热力学第一定律，有
解得
故D正确。
故选BD。
2．BDE
解析：A．气体的体积不是分子的体积，气体分子之间存在大量空隙，所以根据阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度，不能估算该种气体分子大小，故A错误；
B．在绝热条件下压缩气体，外界对物体做功，并且与外界无热量交换，所以根据热力学第一定律气体的内能一定增大，故B正确；
C．一定质量的100℃水变成100℃的水蒸气，体积增大，分子势能不同，故C错误；
D．由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，形成表面张力，表面张力使液体表面具有收缩的趋势，故D正确；
E．气体的压强是大量的气体分子持续撞击器壁产生的，封闭气体的密度变小，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数减少；根据公式
可得分子平均动能增加，温度升高，可能体积增大，故气体压强可能不变，故E正确。
故选BDE。
3．ACE
解析：A.当理想气体向真空绝热膨胀时，其内能不变，故A正确；
B.物体的内能除了与温度有关外，还跟物体本身的物质多少及体积等有关，故B错误；
C.当杯子缓慢下降时，里面气体温度不变，内能不变，又气体被压缩，故而需要放出热量，故C正确；
D.两分子在远离过程中，分子引力和斥力都在减小，但先表现为斥力做正功后表现为引力做负功，分子势能先减小后增大，故D错误；
E.晶体在融化过程中会吸收热量，体积可能减小，如冰融化成水的过程，故E正确。
故选ACE。
4．C
解析：绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，即
Q=0
稀薄气体向真空扩散没有做功，即
W=0
根据热力学第一定律可得
△U=Q+W=0
即内能不变。
故选C。
5．D
解析：A．气体体积减小，单位时间内碰撞单位面积的气体分子数增多，A错误；
B．由于不计气体分子间相互作用，所以气体是理想气体，内能只与温度有关，而外界温度不变，所以气体温度不变，分子平均动能不变，但并不是每一个分子的分子动能都不变，B错误；
CD．又U=Q+W，外界对气体做功，W为正，U恒定，所以Q为负，即气体向外界放热，C错误，D正确．
故选D。
6．C
解析：A．物体的内能与温度、体积、物质的量等因素都有关，故温度高的物体，分子平均动能大，但是内能不一定大，A错误；
B．物体吸收热量，如果向外放热，则内能不一定增大，B错误；
C．100℃的水变成100℃水蒸气，要吸收热量，分子的动能不变，势能增大，则内能一定增大，C正确；
D．物体克服摩擦力做功，若存在热传递，则内能不一定增大，D错误。
故选C。
7．D
解析：A. 导热性能各向异性的固体，可能是单晶体，选项A错误；
B. 一定质量理想气体发生绝热膨胀时，对外做功W<0，Q=0，则由热力学第一定律可知， U<0，则其内能减小；选项B错误；
C. 分子永不停息的做无规则运动，则分子运动的平均速率不可能为零，瞬时速率不可能为零，选项C错误；
D. 液体与大气相接触，表面层内分子所受其它分子的作用表现为相互吸引，选项D正确.
8．C
解析：A．布朗运动是悬浮在液体中的微小固体颗粒的运动，间接反映了液体分子的无规则运动，A错误；
B．气体放出热量，若有外力对其做正功，内能不一定减小，温度不降低，分子平均动能就不减小，B错误；
C．玻璃裂口放在火上烧熔，则玻璃变成了液态，由于液体的表面张力作用，则使液体表面收缩，使其尖端变圆，C正确；
D．气体分子不是紧密排列，气体分子间距较大，不能忽略，分子间距不等于分子直径，知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，只能求出每个气体分子占据的空间大小，不能求出气体分子的体积，D错误。
故选C。
9．B
解析：在p V图象作出等压过程和等温过程的变化图线，如图所示
根据图象与坐标轴所围的面积表示功，可知
第一种情况，根据（常数）可知，气体压强不变，体积增大，因此温度升高， U1> 0，根据热力学第一定律有
则有
第二种情况等温过程，气体等温变化， U2= 0，根据热力学第一定律有
则有
由上可得
，
故选B。
10．C
解析：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。
11．D
解析：A．由
在图象中等容线为过原点的直线，ab过程是等容变化，温度降低，内能减小，体积不变，外界对气体不做功，故A错误；
B．bc过程中，根据
可以知道，体积减小，外界对气体做正功，温度降低，则内能减小，故B错误；
C．同理，cd过程是等容变化，体积不变，外界对气体不做功，故C错误；
D． da过程中是等温变化，压强减小，根据
则体积增大，气体对外界做正功，温度不变，则气体内能不变，故D正确。
故选D。
12．B
解析：A．A→B过程中，气体压强不变，体积变大，温度升高，气体对外做功，内能增加，根据
可知，气体从外界吸收的热量大于对外做功，选项A错误；
B．B→C过程中，气体体积不变，压强减小，温度降低，气体的平均速率减小，单位时间单位面积气体撞击器壁的个数减小，选项B正确；
C．状态A和状态C，气体的温度相同，则气体在AC状态中的内能相同，选项C错误；
D．从状态A经一个循环又回到A的全过程中，气体内能不变，整个过程气体对外做功（大小等于图像ABCDA围成的面积），则整个过程气体吸收热量，即气体吸收的热量大于放出的热量，选项D错误。
故选B。
13．（1）337.5K，675K；（2）100J
解析：(1)图线的AD段是双曲线的一部分,即从D到A，理想气体等温变化，有
由图可知，从C到D，理想气体等压变化，有
代入数据，有
对于给定质量的理想气体，根据理想气体状态方程易知变化过程中横纵坐标乘积最大时，其温度最高。由图可知状态B时温度最高，理想气体从A到B是等压过程，有
代入数据，可得
(2)由状态C到状态D过程是等压变化，外界对气体做功，有
根据热力学第一定律，有
代入数据，得
14．（1）1200K （2）放热
解析：①设气体在状态B的温度TB，根据理想气体状态方程：
代入数据解得：
；
②由状态B变化到状态C的过程中，等容降压，温度降低，内能减小；体积不变，做功W＝0；由热力学第一定律，气体是放热。
15．①40；②12J
解析：①设状态1：p1＝p0，；至少打n次气后洒水壶中为状态2：p2，；
当水刚好全部喷洒完毕时为状态3：p3＝p0，V3＝V；
气体由状态1到状态2，根据质量关系，有
p1V1+np0ΔV＝p2V2
气体由状态2到状态3做等温变化，由玻意耳定律，有
p2V2＝p3V3
联立解得
n＝40次
②喷洒过程中由于环境温度不变，气体内能不变，根据热力学第一定律，有
ΔU＝Q+W
解得
W＝﹣Q＝﹣12J
则壶中空气对外做功为12 J。
答案第1页，共2页
@21世纪教育