烟台市第十中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-3：5.1热力学第一定律 课时作业（含解析）

5.1热力学第一定律
课时作业（含解析)
1．在一个上下水温均匀，并保持恒温的水池中，有一个小气泡缓慢上升，则上升过程中正确的说法是（设气泡内为理想气体）（
）
A．气泡内能减少，放出热量
B．气泡内能不变，对外做功，吸收热量
C．气泡内能不变，不放热也不吸热
D．气泡内能增加，吸收热量
2．关于物体内能的变化，以下说法中正确的是（　　）
A．物体吸收热量，内能一定增大
B．物体对外做功，内能一定减少
C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
3．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程，这就是著名的“卡诺循环”。下列说法正确的是（　　）
A．A→B过程中，气体和外界无热交换
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
4．下列说法正确的是（　　）
A．气体分子热运动的平均动能减小时，则气体压强也一定减小
B．分子力随分子间距离的减小可能会增大
C．破碎的玻璃很难再“粘”在一起，说明分子间有斥力
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
5．如图所示是一定质量的理想气体的状态变化过程的p－T图线，在AB、BC、CA三个阶段中，吸热过程有（　　）
A．AB
B．BC
C．BC、CA
D．AB、CA
6．一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其V
?
T图像如图所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，图线bc平行于T轴，图线ca平行于V轴，则（　　）
A．ab过程中气体压强不变，气体放热
B．bc过程中气体体积不变，气体放热
C．ca过程中气体温度不变，气体从外界吸热
D．整个变化过程中气体的内能先减少后增加
7．A、B两装置，均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同．将两管抽成真空后，开口向下竖直插人水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止．假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是
A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量
B．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量
C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同
D．A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同
8．下列四幅图的有关说法中不正确的是(
)
A．分子间距离为r0时，分子间不存在引力和斥力
B．分子间距小于r0范围内分子间距离减小时，斥力增大引力减小，分子力表现为斥力
C．水面上的单分子油膜，在测量分子直径d大小时可把分子当做球形处理
D．食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性
E.猛推木质推杆，密闭的气体可看做是绝热变化，气体对外做功，内能增大温度升高
9．如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态B和C。已知从状态A变化到状态B的过程中，气体吸收了100J的热量，则下列说法中正确的是（　　）
A．气体在状态B时的温度大于在状态A时的温度
B．从状态B变化到状态C的过程中气体分子的平均动能增大
C．气体从状态A变化到状态B的过程中内能增加了40J
D．气体从状态B变化到状态C的过程中放出了40J的热量
10．一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其图像如图所示，下列判断正确的是（　　）
A．过程ab中气体一定吸热
B．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热量
C．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小
D．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
11．如图所示，圆筒形容器A、B用细而短的管连接，活塞F与容器A的内表面紧密接触，且不计摩擦。初始K关闭，A中有温度为T0的理想气体，B内为真空，整个系统对外绝热。现向右缓慢推动活塞F，直到A中气体的体积与B的容积相等时，气体的温度变为T1，则此过程中气体内能将________（填“变大”、“不变”、“变小”）。然后固定活塞不动，将K打开，使A中的气体缓慢向B扩散，平衡后气体的温度变为T2，那么T2________T1（填“>”、“=”、“<”）。
12．如图所示为测量大气压强的实验装置，将一定质量的气体密封在烧瓶内，烧瓶通过细玻璃管与注射器和装有水银的U形管连接，最初竖直放置的U形管两臂中的水银柱等高，烧瓶中气体体积为800
mL；现用注射器缓慢向烧瓶中注入200
mL的水，稳定后两臂中水银面的高度差为25
cm，不计玻璃管中气体的体积，环境温度不变。则
(1)大气压强p0=?
__________________(用“cmHg”做压强单位)
(2)此过程中外界对烧瓶内的气体_____(填“做正功”、“做负功”、“不做功”)，气体将_____(填“吸热”或“放热”)。
13．如图所示，一定质量的理想气体沿不同过程I、II，由状态A变到状态B，状态A和状态B的温度相同。则过程I对外做的功_____（选填“大于”、“等于”或“小于”）过程II对外做的功；过程I吸收的热量_____（选填“大于”、“等于”或“小于”）过程II吸收的热量。
参考答案
1．B
【解析】气泡缓慢上升的过程中，外部的压强逐渐减小，气泡膨胀对外做功，由于外部恒温，在上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，则内能不变，根据热力学第一定律可得，，气泡内能不变，同时对外做功，所以必须从外界吸收热量，且吸收的热量等于对外界所做的功，故B正确，A、C、D错误；
故选B。
【点睛】在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功，气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变，根据热力学第一定律可以判断气泡做功的情况。
2．C
【解析】
根据热力学第一定律
,若物体吸收热量，内能不一定增大，选项A错误；物体对外做功，若物体吸热，则内能不一定减小，选项B错误；
物体吸收热量，同时对外做功，且两者相等时，内能不变，选项C正确；
物体放出热量，同时对外做功，内能一定减小，选项D错误；故选C.
3．C
【解析】
A．A→B过程中，等温膨胀，体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，气体吸热，故A错误；
B．B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；
C．C→D过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C正确；
D．D→A过程，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，故D错误。
故选C。
4．B
【解析】
A．气体分子热运动的平均动能减小时，气体的温度会降低，但是，根据理想气体状态方程
（定值）
可知，气体的压强增大还是减小，取决与其体积和温度如何变，所以A错误；
B．当分子间距离达到某值时，分子间作用力为0，当小于此值时，分子间作用力表现为引力，当分子间距离减小时，分子力先增大后减小，所以B正确；
C．玻璃破碎后分子间的距离变成无穷远，距离r变成无穷远，分子间没有作用力了，不能复原。所以破碎的玻璃无法复原不能说明分子间存在斥力。所以C错误；
D．一定质量的理想气体等温膨胀时，气体的内能不变。由热力学第一定律
气体膨胀对外做功，要保持内能不变，要从外界吸热，不是放热，所以D错误。
故选B。
5．B
【解析】
AB过程是等容降温过程，即气体内能减少，但是气体不做功，因此其内能的减少是气体放热的结果；BC过程是等压膨胀升温的过程，气体对外做功，但气体温度升高，说明一定大量吸热，这是吸热过程；CA过程是等温升压、气体体积减小的过程，虽然外界对气体做功，但气体的内能不变，说明这个过程气体放热。故ACD错误，B正确。
故选B。
6．B
【解析】
A．其V
?
T图像如图所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，所以ab过程中气体压强不变。体积变大，气体对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故A错误；
B．bc过程中气体体积不变，温度降低，体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功，温度降低内能减小，根据热力学第一定律可知，气体放热，故B正确；
C．ca过程中气体温度不变，内能不变，体积变小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故C错误；
D．整个变化过程温度先升高，后降低，最后不变，所以气体的内能先增加，后减小，最后不变，故D错误。
故选B。
7．B
【解析】
选B.由于水银与外界没有热交换，大气压力对水银做功，一部分转化为水银的重力势能，一部分转化为水银的内能，两种情况下管中进入的水银量相等，故大气将槽中水银面向下压的距离相等，因此大气压力做功相等，图A管中水银的重力势能比图B的大，因此A中水银的内能增量比B中小，B正确．
8．ABE
【解析】
A．分子间距离为时，分子间引力和斥力大小相等，方向相反，不表现分子力，A错误，符合题意；
B．分子间距小于范围内分子间距离减小时，斥力和引力都增大，斥力比引力增大的快，分子力表现为斥力，B错误，符合题意；
C．水面上的单分子油膜，在测量分子直径d大小时就是把分子当做球形处理，C正确，不符合题意；
D．食盐晶体具有规则的几何外形，其中的钠、氯离子是按照一定规律分布，具有空间上的周期性，D正确，不符合题意；
E．猛推木质推杆，短时间气体来不及和外界发生热传递，密闭的气体可看做是绝热变化，木质推杆对气体做功，气体内能增大温度升高，E错误，符合题意。
故选ABE。
9．ACD
【解析】
A．气体在状态B到状态A为等压变化，由等压变化有可知，由于从A到B体积变大，则温度升高，即气体在状态B时的温度大于在状态A时的温度，故A正确；
B．从状态B变化到状态C的过程为等容变化，由等容变化有可知，压强减小，则温度降低，所以气体分子的平均动能减小，故B错误；
C．气体从状态A变化到状态B的过程中对外做功为
由热力学第一定律得
故C正确；
D．由理想气体状态方程可知，状态A与状态C的温度相同即内能相同，由于B到C为等容变化，则气体不对外做功，外界也不对气体做功，则放出了40J的热量，故D正确。
故选ACD。
10．ACD
【解析】
A．根据理想气体状态方程可知
根据热力学第一定律可知，气体温度升高，，所以，所以气体一定吸热，A正确；
B．根据理想气体状态方程可知
气体体积减小，，温度降低，，所以气体放出热量一定大于气体对外界做的功，B错误；
C．a、b和c三个状态中，状态a的温度最低，所以状态a分子的平均动能最小，C正确；
D．b和c两个状态中，气体温度相同，体积不同，所以容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，D正确。
故选ACD。
11．变大
=
【解析】
[1]．因A中气体的体积减小，外界对气体做功，W>0；而气体与外界绝热，则Q=0，根据可知?U>0，即气体内能变大；
[2]．然后固定活塞不动，将K打开，使A中的气体缓慢向B扩散，因为B为真空，可知气体不对外做功，气体与外界绝热，可知平衡后气体的内能不变，温度不变，即T1=T2。
12．75
cmHg
做正功
放热
【解析】
（1）[1]初始时，烧瓶中气体压强与大气压强相等，即，体积为，注入水后，烧瓶内气体压强为，体积为，由波意耳定律
解得，大气压强为
（2）[2][3]此过程中，烧瓶中气体体积减小，故外界对烧瓶内气体做正功；由与气体温度不变，由热力学第一定律，气体放热。
13．大于
大于
【解析】
[1]过程I、II气体对外做的功分别为
，
由p
?
V图可知，、，所以，即过程I对外做的功大于过程II对外做的功。
[2]理想气体在状态A和状态B的温度相同，内能不变（ΔU
=
0），由热力学第一定律得
，
解得
，
因为，所以，即过程I吸收的热量大于过程II吸收的热量。