山东省寿光中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-3：5.1热力学第一定律 跟踪训练（含解析）

5.1热力学第一定律
课时作业（含解析)
1．如图所示，一定量的理想气体由状态A经过过程①到达状态B，再由状态B经过过程②到达状态C，其中过程①图线与横轴平行，过程②图线与纵轴平行。对于这个变化过程，下列说法中正确的是（　　）
A．从状态A到状态B的过程，气体放出热量
B．从状态A到状态B的过程，气体分子热运动的平均动能在减小
C．从状态B到状态C的过程，气体分子对容器壁撞击的频繁程度增加
D．从状态B到状态C的过程，气体吸收热量
2．下列说法正确的是（　　）
A．气体压强仅与气体分子的平均动能有关
B．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和
C．温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度
D．气体膨胀对外做功且温度降低，分子的平均动能可能不变
3．如图所示，内壁光滑的固定气缸水平放置，其右端由于有挡板，厚度不计的活塞不能离开气缸，气缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距气缸右端的距离为0.2m。现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105Pa。已知活塞的横截面积为0.04m2，外部大气压强为1×105Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2000J，则封闭气体的内能变化量为（
）
A．400J
B．1200J
C．2000J
D．2800J
4．对于在一个大气压下100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．水的内能不变，对外界做功，从外界吸热
B．水的内能减少，对外界不做功，向外界放热
C．水的内能增加，对外界做功，向外界放热
D．水的内能增加，对外界做功，一定是吸热
5．一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p-T图象如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是（　　）
A．在过程da中气体的内能增加，体积减小
B．在整个过程气体对外界做的功大于外界对气体做的功
C．在过程cd中气体向外界放出的热量等于外界对气体做的功
D．气体在状态a的单位体积分子数大于在状态c的单位体积分子数
E.若将过程ab改为绝热过程且压强变化相同，则状态的温度小于状态b的温度
6．一定质量的理想气体由状态a经状态b、c到状态d，其体积V与热力学温度T关系如图所示，O、a、d三点在同一直线上，ab和cd平行于横轴，bc平行于纵轴，则下列说法正确的是（　　）
A．由状态a变到状态b的过程中，气体吸收热量
B．由状态a变到状态b的过程中，每个气体分子的动能都会增大
C．从状态b到状态c，气体对外做功，内能减小
D．从状态c到状态d，气体密度不变
7．下列说法正确的是（
）
A．温度高的物体内能不一定大
B．一定质量的理想气体，在完全失重的状态下，气体的压强会变为零
C．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力的缘故
D．一定质量的理想气体，当放出热量内能增加时，单位体积内的分子数一定增加
E.空气的绝对湿度用空气中所含水蒸汽的压强表示
8．一定量的理想气体经历了A→B→C→D→A的循环，ABCD位于矩形的四个顶点上。下列说法正确的是（　　）
A．状态C的温度为
B．从A→B，分子的平均动能减少
C．从D→A，气体压强增大、内能减小
D．经历A→B→C→D→A一个循环，气体吸收的热量大于释放的热量
9．如图所示，用横截面积为S=10cm2的活塞将一定质量的理想气体封闭在导热良好的汽缸内，汽缸平放到光滑的水平面上。劲度系数为k=1000N/m的轻质弹簧左端与活塞连接，右端固定在竖直墙上。不考虑活塞和汽缸之间的摩擦，系统处于静止状态，此时弹簧处于自然长度，活塞距离汽缸底部的距离为L0=18cm。现用水平力F向右缓慢推动汽缸，当弹簧被压缩x=5cm后再次静止(已知大气压强为p0=1.0×105Pa，外界温度保持不变)，在此过程中，下列说法正确的是（　　）
A．气体对外界放热
B．气体分子的平均动能变大
C．再次静止时力F的大小为50N
D．汽缸向右移动的距离为11cm
10．如图所示，汽缸和活塞与外界均无热交换，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，则下列判断正确的是（　　）
A．气体A所有分子的运动速率都增大
B．气体A吸热，内能增加
C．气体B吸热，对外做功，内能不变
D．气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少
11．如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①②③到达状态d。过程①中气体_____（选填“放出”或“吸收”）了热量。在③状态变化过程中，lmol该气体在c状态时的体积为10L，在d状态时压强为c状态时压强的，求该气体在d状态时每立方米所含分子数_____。（已知阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol﹣1，结果保留一位有效数字）
12．如V—T图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③到达状态d。则：过程①中，气体压强________（填“增大”、“减小”或“不变”）；过程②中，气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数_______（填“增加”、“减少”或“不变”）；过程③中，气体_______（填“对外界放热”、“从外界吸热”或“既不吸热也不放热”）。
13．一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化。已知从A到B的过程中，气体的内能减少了300J，气体在状态C时的温度TC=300K，则从A到B气体放出的热量是______J；气体在状态A时的温度为_______K。
14．如图所示，质量为M、内部高为H的绝热气缸内部带有加热装置，用绝热活塞封闭一定质量的理想气体。气缸顶部有挡板，用绳将活塞悬挂在天花板上。气缸底面积为S，活塞质量为m。开始时缸内理想气体温度为300
K，活塞到气缸底部的距离为0.5
H。用电流强度为I的电流通过图中阻值为R的电阻丝缓慢加热时间t后，气缸内气体的温度升高到700
K。已知大气压强恒为p0，重力加速度为g。忽略活塞和气缸壁的厚度，不计一切摩擦。求：当温度从300
K升高到700
K的过程中，缸内气体内能的增加量。
参考答案
1．C
【解析】
A．从状态A到状态B的过程，气体体积不变，，温度升高，，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，A错误；
B．从状态A到状态B的过程，气体温度升高，气体分子热运动的平均动能在增大，B错误；
C．从状态B到状态C的过程，温度不变，体积减小，单位体积内的分子个数增大，所以气体分子对容器壁撞击的频繁程度增加，C正确；
D．从状态B到状态C的过程，温度不变，，气体体积减小，，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，D错误。
故选C。
2．C
【解析】
3．B
【解析】
由题意可知，气体先等压变化，到活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程气体对外做功，做功为
由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为
故ACD错误，B正确。
故选B。
4．D
【解析】
水变成同温度的水蒸气的过程中，体积变大对外做功，即克服分子力做功，分子势能增加，而分子的平均动能不变，故内能增加，一定是从外界吸收热量，故D正确，ABD错误。
故选D。
5．BCE
【解析】
A．过程中是等压过程，根据
温度变大，体积变大，内能增加，A错误；
B．过程和过程都是等温过程，根据
则有
因为，，相同
过程是等温过程，压强变小，体积变大，外界对气体做功，过程是压强变大，体积变小，气体对外界做功，所以，过程中外界对气体做的功应大于在过程中气体对外界做的功
在过程中，等压变化，温度降低，内能减小
温度降低，体积减小，外界对气体做功，根据
即
过程中外界对气体做功
过程中，气体对外界做功
所以
在过程中外界对气体做的功等于在过程中气体对外界做的功，综合分析，整个过程气体对外界做的功大于外界对气体做的功，B正确；
C．过程中温度不变，内能不变
等温变化压强与体积成反比，从c到d体积减小，外界对气体做正功，
根据热力学第一定律
所以
所以在过程中气体向外界放出的热量等于外界对气体做的功，C正确；
D．根据压强和温度的图像，a、c两点在同一直线上过原点，即a、c两点是同一等容线上的两点，体积相等，所以气体在状态a的单位体积分子数等于在状态c的单位体积分子数，D错误；
E．过程是等温过程，温度不变，变为绝热过程后
体积变小，气体对外界做负功
根据热力学第一定律
所以
内能减小，温度降低，E正确。
故选BCE。
6．AD
【解析】
A．气体从状态a到状态b体积不变，发生的是等容变化，气体不做功W=0，温度升高，内能增加△U＞0，根据热力学第一定律△U=W+Q知Q＞0，气体吸收热量，故A正确；
B．气体从状态a到状态b温度升高，分子平均动能增大，但不是每个气体分子的动能都会增大，故B错误；
C．由状态b变到状态c的过程中，温度不变，内能不变△U=0，体积变大，气体对外界做功，故C错误；
D．气体从c到d发生等容变化，体积不变，质量不变，所以气体密度不变，故D正确。
故选AD。
7．ADE
【解析】
A．物体的内能与物体的温度、体积以及物质的量等都有关系，则温度高的物体内能不一定大，选项A正确；
B．一定质量的理想气体的压强是大量的气体分子频繁地对器壁碰撞而产生的，与是否完全失重无关，选项B错误；
C．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子无规则运动的缘故，与分子间存在斥力无关，选项C错误；
D．根据热力学第一定律，一定质量的理想气体，当放出热量内能增加时，则外界对气体做功，体积减小，则单位体积内的分子数一定增加，选项D正确；
E．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸汽的压强表示，选项E正确。
故选ADE。
8．AD
【解析】
A．过程为等压过程，则有
即有
解得
过程也为等压过程，则有
即
解得，
故A正确；
B．从A→B从A→B，温度升高，分子平均动能增大，故B错误；
C．从D→A，由图可知，气体压强增大，温度升高，气体内能增大，故C错误；
D．经历A→B→C→D→A一个循环,气体内能不变；在p-V图像中，图像与坐标轴围成面积表示功，所以，即整个过程，气体对外界做功，所以气体吸收的热量大于释放的热量，故D正确。
故选AD。
9．ACD
【解析】
A．设末态汽缸内气体的压强为p，对活塞受力分析，则有
解得p=1.5×105Pa
气体温度保持不变，由玻意耳定律得
解得L=12cm，即气体体积减小；因温度不变，故气体的内能不变，而此过程气体体积减少，外界对气体做功，为保持内能不变，故气体对外界放热，故A正确；
B．此过程温度不变，故气体分子平均动能不变，故B错误；
C．对汽缸受力分析，根据平衡条件有
故C正确；
D．设汽缸向右移动的距离为，则有
代入数据解得，故D正确。
故选ACD。
10．BD
【解析】
A．温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子平均动能增大，则分子平均速率增大，但不是所有分子的运动速率都增大，故A错误；
B．气体A等容变化，则W=0，温度升高，内能增加，根据
可知气体A吸热，故B正确；
C．气体B做等压变化，温度升高，则体积增大，气体对外做功，W＜0，温度升高，内能增加，根据
可知气体B吸热，故C错误；
D．由气体B压强不变，温度升高，体积增大，则单位时间内对器壁单位面积碰撞次数减小，故D正确。
故选BD。
11．吸收
【解析】
[1]．过程①中气体体积不变，做功为零；温度升高，气体内能增大，根据热力学第一定律可知，气体吸热；
[2]．③过程，气体做等温变化，根据玻意耳定律得
pcVc=pdVd
又，解得
Vd=15?L
即该气体在d状态时每立方米所含分子数4×1025个.
12．增大
减少
从外界吸热
【解析】
[1]由图可知，过程①中，体积不变，气体发生等容变化，温度升高，故压强增大；
[2]由图可知，过程②中，根据理想气体状态方程有
变形得
即V-T图线是一条过原点的等压直线，故过程②中，压强一直不变，气体发生等压变化，气体体积增大，则分子数密度减小，温度升高，则分子平均动能增大，而气体的压强取决于分子数密度和平均动能，故与b态相比，c态的气体分子在单位时间内对容器壁单位面积撞击的次数减少；
[3]由图可知，过程③中，温度不变，发生等温变化，理想气体的内能只与温度有关，故此过程内能不变。现体积增大，气体对外做功，减少内能，故为保持内能不变，所以气体要从外界吸热。
13．1200J
1200K
【解析】
[1][2]从A到B，外界对气体做功，有
根据热力学第一定律
得
即从A到B气体放出的热量是，根据理想气体状态方程有
代入解得
14．
【解析】
在活塞碰到挡板之前，气体做等压变化，当T1
=
300K时，体积为0.5HS；当T2
=
700K时，设气体高度为h，则
解得
h
=
H
>H
说明活塞已经碰到挡板，气体先做等压变化，后做等容变化，在等压变化过程中，对气缸进行受力分析可知，气体压强为
p
=
p0
–
气体对外做功为
W
=
pS×0.5H
根据热力学第一定律
因此