同步课时精练（十）3.1热力学第一定律（含解析）

同步课时精练（十）3.1 热力学第一定律（后附解析）
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．汽缸中的气体从外界吸收了4.2103J的热量，同时气体推动活塞对外界做了2.2103J的功。那么气体的内能( )
A．增加了2.0103J B．减少了2.0103J C．增加了6.4103J D．减少了6.4103J
3．一定质量的理想气体从状态a开始，经过一系列的状态变化后又回到状态a，其变化过程的图如图所示，已知气体在状态a时的温度与在状态c时的温度相同，则下列说法正确的是（　　）
A．在a到b过程中，气体吸收的热量一定大于气体对外做的功
B．气体在状态a时的内能大于在状态c时的内能
C．在c到a过程中，气体的温度先降低后升高
D．从b到c过程中，气体的分子数密度减小
4．一定质量的理想气体从状态a开始，其变化过程的V－T图象如图所示，其中ab和cd均与T轴平行。对此气体，下列说法正确的是（　　）
A．在过程ab中气体的压强增大 B．在过程bc中气体对外做功，内能减小
C．在过程cd中气体吸收热量，内能减小 D．在过程da中气体对外做功，内能减小
5．恒温水池底部一条小鱼吐出一个气泡，该气泡由池底缓缓上浮，气泡内气体可视为定质量的理想气体，则在气泡上浮的过程中（　　）
A．气泡内气体向外界放热
B．气泡内气体内能增大
C．气泡内气体压强增大
D．气泡内气体对外界做功等于从外界吸热
6．如图所示，一定质量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，再变化到状态c，然后再由状态c回到状态a，p—V图像中的bc段与横轴平行，ca段与纵轴平行。下列说法正确的是（ ）

A．由a→b→c→a的过程气体从外界吸收热量
B．由a→b的过程气体温度不变
C．由b→c的过程气体温度逐渐升高
D．由c→a的过程外界对气体做功
7．如图所示，一定质量的理想气体，从图中A状态开始，经历了B、C状态，最后到D状态.，AB的反向延长线过O点，BC和DA连战与横轴平行，CD与纵轴平行，则下列判断正确的是（　　）

A．过程，气体放出热量
B．BC过程，气体体积增大
C．过程，气体压强减小的原因是气体分子数密度减小
D．整个过程，气体对外做的功大于外界对气体做的功
8．如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程A→B，等容过程B→C，等温过程C→A，又回到了状态A，则（　　）
A．C→A过程气体内能增大 B．B→C过程气体放热
C．A→B过程气体降温 D．全部过程气体做功为零
9．一定质量的理想气体，从状态1（p1、V1、T1）可以经过不同的过程变化到状态2（p2、V2、T2）。已知1、2这两个状态气体的温度关系为，则在这些过程中（ ）
A．气体一定都从外界吸收热量 B．气体和外界交换的热量一定是相等的
C．气体内能的变化量一定是相等的 D．外界对气体所做的功一定是相等的
二、多选题
10．对于一定量的理想气体，下列说法正确的是（ ）
A．气体的体积指的不是该气体的所有气体分子体积之和，而是指该气体所有分子所能到达的空间的体积
B．只要气体的温度降低，气体分子热运动的剧烈程度一定减弱
C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
D．外界对气体做功，气体的内能一定增加
E．气体在等温膨胀的过程中一定从外界吸收热量
11．如图所示，竖直放置、上端开口的绝热汽缸底部固定一电热丝（图中未画出），质量不计、面积为的绝热活塞位于汽缸内，活塞与汽缸之间封闭一定质量的某种理想气体。活塞上放置一质量为的重物并保持平衡，此时汽缸内理想气体的温度为，活塞距汽缸底部的高度为。现用电热丝缓慢给汽缸内的理想气体加热，使活塞上升了，封闭理想气体的内能增加了。已知大气压强为，重力加速度为。下列说法正确的是（　　）
A．活塞上升时理想气体的温度为 B．理想气体吸收的热量为
C．理想气体吸收的热量为 D．理想气体吸收的热量为
12．一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如图上的两条线段所示，则气体在（　　）
A．状态a处的压强大于状态c处的压强
B．由a变化到b的过程中，气体对外做功
C．由b变化到c的过程中，气体的压强不变
D．由a变化到b的过程中，气体从外界吸热
E．由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能
三、解答题
13．某风景区有一处约20层楼高的瀑布，甚为壮观。请估计：瀑布上、下水潭的水温因瀑布的机械能转化成内能而相差多少？水的比热容为。
14．足够长的玻璃管水平放置，用长的水银封闭一段长为的空气柱，大气压强为，环境温度为，将玻璃管缓慢顺时针旋转到竖直，则：
①空气柱是吸热还是放热
②空气柱长度变为多少
③当气体温度变为时，空气柱长度又是多少？
15．一圆柱形绝热汽缸开口向上竖直放置，用质量为m的绝热且光滑活塞，封闭一定质量的理想气体，活塞的底面面积为S，开始时活塞距缸底高度为，气体的温度为，现通过电热丝（体积可忽略）缓慢加热气体，经过一段时间，活塞上升至距缸底高度为。已知大气压强为，重力加速度为g。
（i）加热过程中，若封闭气体内能增加了，求电热丝放出的热量；
（ii）现停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当添加砂粒的总质量为时，活塞恰好回到原来的位置，求此时气体的温度。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
解析：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；答案：D．
2．A
解析：对一定质量的气体加热，气体吸收了4200J的热量，故
Q=4200J
同时对外做的功是2200J，故
W=-2200J
根据热力学第一定律有
即内能增加了2.0103J，故A正确，BCD错误。
答案：A。
3．A
解析：A．从状态a变化到状态b的过程中，从题图中可以看出，气体的压强不变，体积增大，故由盖—吕萨克定律可知气体的温度升高，气体的内能增加，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收的热量一定大于气体对外做的功，故A正确；
B．由于气体在状态a时的温度与在状态c时的温度相等，故其内能相等，故B错误；
C．由玻意耳定律可知，图像中的等温线应为双曲线的一支，如图所示，由于两点温度相同，所以这两点在同一条等温线上，故从c到a的过程中，气体的温度先升高后降低，故C错误；
D．由于从b到c过程中气体的体积不变，故气体的分子数密度不变，故D错误。
答案：A。
4．A
解析：A．过程ab为等容变化，且气体温度增大，由公式可知，气体压强增大，故A正确；
B．由题图可知，在过程bc中，气体体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，故B错误；
C．由题图可知，过程cd为等容变化，外界对气体做的功为0，又气体温度减小，所以内能减小，由热力学第一定律
ΔU＝W＋Q
可知Q<0，即气体放出热量，故C错误；
D．由题图可知，过程da中气体体积增大，气体对外做功，又气体温度升高，内能增大，故由热力学第一定律
ΔU＝W＋Q
可知Q>0，气体吸收热量，故D错误。
答案：A。
5．D
解析：在气泡上浮的过程中，气体的压强减小，体积变大，气体对外做功；由于温度不变，则内能不变，根据热力学第一定律 U＝W＋Q可知，气体吸收热量，即气体对外界做功等于从外界吸热。故D正确，ABC错误。
答案：D。
6．A
解析：A．由a→b的过程气体对外做功，其大小等于ab直线与坐标轴围成的面积；由b→c的过程外界对气体做功，其大小等于直线bc与坐标轴围成的面积，由c→a的过程气体体积不变，对外不做功，外界对气体也不做功，则a→b→c→a的过程气体对外做功，大小等于三角形abc面积大小，整个过程内能不变，根据U = W＋Q可知，整个过程从外界吸收热量，故A正确；
B．由a→b的过程中，pV乘积先增加后减小，则气体温度先升高后降低，故B错误；
C．由b→c的过程压强不变，体积减小，则气体温度降低，故C错误；
D．由c→a的过程体积不变，则外界对气体不做功，故D错误。
答案：A。
7．C
解析：A．过程为等容变化过程，气体温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，故A错误；
B．BC过程为等压过程，温度降低，根据理想气体状态方程可知，气体体积减小，故B错误；
C．过程为等温过程，气体压强减小，体积增大，由于分子平均动能不变，因此压强减小的原因是气体分子数密度减小，故C正确；
D．作出气体状态变化对应的图像，p-V图像与V轴围成的面积代表功，BC过程外界对气体做功，过程气体对外做功，可以确定整个过程气体对外做的功小于外界对气体做的功，故D错误。

答案：C。
8．C
解析：A．C→A过程气体等温压缩，温度不变，故内能变化为零，故A错误；
B．B→C过程气体等容升压，由
可知，气体温度升高，其对应内能增加，因做功为0，根据热力学第一定律可知，该过程必定从外界吸热，故B错误；
C．A→B过程气体绝热膨胀，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，其对应的内能必定减小，即气体温度降低，故C正确；
D．A→B过程气体对外做功，其数值等于AB线与横轴包围的面积，B→C过程气体不做功，C→A过程外界对气体做功，其数值等于CA线与横轴包围的面积，显然全过程对气体做的净功为ABC封闭曲线包围的面积，故D错误。
答案：C。
9．C
解析：A．因为理想气体内能的大小只与温度有关，由题意知，，所以从状态1到状态2气体内能增大。而V1 和V2的大小关系未知，由热力学第一定律知，气体不一定从外界吸收热量，故A错误；
BCD．因为经过不同的过程从状态1到状态2，则其做功和吸热情况都有可能不同，但是内能变化只与温度有关，因不同过程对应的温度变化相同，所以内能变化量一定相等，故BD错误，C正确。
答案：C。
10．ABE
解析：A.气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，不是指的该气体的所有气体分子体积之和，故A正确；
B.温度是分子的平均动能的标志，温度高体分子热运动就剧烈，只要气体的温度降低，气体分子热运动的剧烈程度一定减弱，故B正确；
C.气体对容器壁的压强是分子对容器壁的碰撞产生的，与气体的重力无关，故C错误；
D.根据热力学第一定律，外界对气体做功，若物体同时向外放出热量，气体的内能不一定增加，故D错误；
E.气体在等温膨胀的过程中内能不变，而对外做功，所以一定从外界吸收热量，故E正确．
答案：ABE.
11．AD
解析：A．气体发生等压变化，则有
解得
故活塞上升时理想气体的温度为，A正确；
BCD．活塞上升过程，气体的压强为
此过程气体克服外界做功为
根据热力学第一定律可得
解得
即此过程气体吸热，D正确，BC错误。
答案：AD。
12．ABD
解析：AC．根据理想气体状态方程可知
即图像的斜率为，故有
故A正确，C错误；
B．理想气体由a变化到b的过程中，因体积增大，则气体对外做功，故B正确；
DE．理想气体由a变化到b的过程中，温度升高，则内能增大，由热力学第一定律有
而，，则有
可得
，
即气体从外界吸热，且从外界吸收的热量大于其增加的内能，故D正确，E错误；
答案：ABD。
13．
解析：设水的质量为m，上下水潭的水温差为，根据能量守恒定律有
因为每层楼高大约3m，所以
解得
14．①放热；②；③
解析：①②以封闭气体为研究对象，气体做等温变化，设玻璃管横截面积为，玻璃管水平时
玻璃管竖起来后
根据
解得
气体体积减小，外界对气体做功，但其温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知气体向外放热；
③空气柱长度为；由等压变化得
其中
解得
15．（i）；（ii）
解析：（i）气体对外做功为
由热力学第一定律得
解得
（ii）气体的初状态有
，，
气体末状态有
，，，
气体发生等容变化，由查理定律得
解得
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