上海市大境中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-3：4.1热力学第一定律 课时作业（含解析）

热力学第一定律
1．一定质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P-T图象如图所示。下列判断正确的是（ ）
A．气体在状态c体积最小
B．过程bc中气体既不吸热也不放热
C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
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
2．以下说法正确的是（ ）
A．热量只能由高温物体传递给低温物体
B．物体温度不变，其内能一定不变
C．第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律
D．如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡
3．下列有关热现象的叙述中，正确的是（ ）
E、热量可以从低温物体传到高温物体，但是不可能不引起其它变化
A．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
B．机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程
C．气体可以从单一热源吸收热量，全部用来对外做功
D．第二类永动机没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律
4．如图所示，一个封闭的绝热气缸，被中间的挡板分割成左右相等的两部分．左边充满一定量的某种理想气体，有边真空．现将中间的挡板移去，待气体稳定后，则________
E．气体分子在器壁单位面积上单位时间内发生碰撞的平均次数变为原来的一半
A．气体的温度不发生变化
B．因为气体的体积膨胀了，所以内能降低
C．气体分子的平均动能减小
D．虽然气体的体积膨胀了，但是没有对外做功
5．下列叙述正确的是
A．温度升高时，物体内每个分子的热运动速率都增大
B．布朗运动是液体分子对悬浮固体颗粒的碰撞作用不平衡造成的
C．外界对气体做正功，气体的内能一定增加
D．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
E.气体压强本质上就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力
6．下列说法正确的是
E．生产半导体器件时，需要在纯净的半导体材料中掺人其他元素，可以在高温条件下利用分子的扩散来完成
A．一定质量的气体，在体积不变时，分子每秒与器壁平均碰撞次数随着温度降低而减小
B．晶体熔化时吸收热量，分子平均动能一定增大
C．空调既能制热又能制冷，说明在不自发地条件下热传递方向性可以逆向
D．外界对气体做功时，其内能一定会增大
7．如图所示，竖直放置的固定容器及质量为m的可动光滑活塞P都是不导热的，中间有一导热的固定隔板Q，Q的上下两边盛有温度、体积和质量均相同的同种气体甲和乙，现用外力F将活塞P缓慢向下移动一段距离，则在移动P的过程中
A．外力F对活塞做功，甲将热量传递给乙，甲的内能增大
B．甲传热给乙，乙的内能增加
C．甲气体与乙气体相比，甲气体在单位时间内与隔板Q碰撞的分子数一定较少
D．甲气体与乙气体相比，甲气体在单位时间内与隔板Q碰撞的分子数一定较多
8．下列说法正确的是( )．
A．一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变
B．扫地时扬起的尘埃在空气中的运动是布朗运动
C．悬浮在液体中的微粒越大，布朗运动就越明显
D．在液体表面分子之间表现为引力
E.外界对物体做功，物体的内能不一定增加
9．下列说法正确的是__________
E．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大
A．能源在利用过程中有能量耗散，这表明能量不守恒
B．没有摩擦的理想热机也不可能把吸收的能量全部转化为机械能
C．非晶体的物理性质各向同性而晶体的物理性质都是各向异性
D．对于一定量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
10．下列说法正确的是
E．做功和热传递在改变物体内能上是等效的
A．对于一定质量的理想气体，体积不变时，温度越高，气体的压强就越大
B．在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关
C．布朗运动就是液体分子的热运动
D．水中所含的分子数目和地球上的人口总数差不多
11．如图，用面积为S的活塞在气缸内封闭着一定质量的空气，活塞上放一砝码，活塞和砝码的总质量为m，现对气缸缓缓加热使气缸内的空气热力学温度从T1升高到T2，且空气柱的高度增加了Δl，已知加热时气体吸收的热量为Q，外界大气压强为p0，问：
（ⅰ）在此过程中，活塞对气体的压力做功为多少；
（ⅱ）此过程中被封闭气体的内能变化了多少；
（ⅲ）被封闭空气初始状态的体积。
12．将如图所示的装置的右端部分气缸B置于温度始终保持不变的环境中，绝热气缸A和导热气缸B均固定在地面上，由刚性杆连接的绝热活塞与两气缸间均无摩擦，开始时两形状相同的长方体气缸内装有理想气体，压强距为、体积均为、温度均为，缓慢加热A中气体，使气缸A的温度升高到，稳定后，求：
①气缸A中气体的压强以及气缸B中气体的体积;
②此过程中B中气体吸热还是放热？试分析说明。
13．如图所示，为厚度和质量不计，横截面积为的绝热气缸倒扣在水平桌面上，气缸内有一绝热的“”型活塞固定在桌面上，活塞与气缸封闭一定质量的理想气体，开始时，气体的温度为，压强为，活塞与气缸底的距离为，活塞与气缸可无摩擦滑动且不漏气，大气压强为．求：
①此时桌面对气缸的作用力
②现通过电热丝给气体缓慢加热到，此过程中气体吸收热量为，内能增加了，
整过程活塞都在气缸内，求的值．
14．如图所示，圆柱形容器内用活塞封闭一定质量的理想气体，已知容器横截面积为S，活塞重为G，大气压强为p0．若活塞固定，封闭气体温度升高1℃，需吸收的热量为Q1；若活塞不固定，仍使封闭气体温度升高1℃，需吸收的热量为Q2．不计一切摩擦，在活塞可自由移动时，封闭气体温度升高1℃，活塞上升的高度h应为多少？
15．如图所示，将一个绝热的汽缸竖直放在水平桌面上，在汽缸内用一个活塞封闭一定质量的气体．在活塞上面放置一个物体，活塞和物体的总质量为m，活塞的横截面积为S．已知外界的大气压为P0，不计活塞和汽缸之间摩擦．在汽缸内部有一阻值为R的电阻丝，电源的电压为U，在接通电源t时间后，发现活塞缓慢上升h高度．已知重力加速度为g，求
①外界对气体做多少功；②在这一过程中气体的内能改变了多少？
16．一只篮球的体积为V0，球内气体的压强为p0，温度为T0。现用打气筒对篮球充入压强为p0、温度为T0的气体，使球内气体压强变为3p0，同时温度升至2T0。已知气体内能U与温度的关系为U=T（为正常数），充气过程中气体向外放出Q的热量，篮球体积不变。求：
①充入气体的体积；
②充气过程中打气筒对气体做的功。
参考答案
1．D
【解析】
试题分析：气体从a到b发生等容变化，Va=Vb，b到c发生等温变化，压强减小，体积增大，故气体在状态C体积最大，故A错误；由图示图象可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律△U=Q+W可知，气体吸热，故B错误；由图象可知，ca过程气体压强不变，温度降低，由盖吕萨克定律可知，其体积减小，外界对气体做功，W＞0，气体温度降低，内能减少，△U＜0，由热力学第一定律可知，气体要放出热量，过程ca中外界对气体所做的功小于气体所放热量，故C错误由图象可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，b、c状态气体的分子数密度不同，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，故D正确；故选D。
考点：P-T图线；热力学第一定律；盖吕萨克定律
【名师点睛】本题考查气体的状态方程中对应的图象，分析清楚图示图象、知道理想气体内能由气体的温度决定即可解题，解题时要抓住在P-T图象中等容线为过原点的直线。
2．CD
【解析】
试题分析：热量只能自发地由高温物体传递给低温物体，但在有其他因素的影响下，也可以由低温物体传递到高温物体，如冰箱制冷，故A错误．物体的内能与物体的体积、体积和物质的量有关，则物体温度不变时，其内能也可能变化．故B错误．第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律，选项C正确；如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，故D正确．
故选CD．
考点：
【名师点睛】本题考查热力学的基本知识，理解并掌握热力学第一定律、第二定律是关键．要知道热平衡时物体的温度相等，而不是内能相等。
3．BCE
【解析】
试题分析：由熵增加原理知，一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，故A错误；根据热力学第二定律知，机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程，故B正确；在外界的影响下，气体可以从单一热源吸收热量，全部用来对外做功，故C正确；第二类永动机没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故D错误；根据热力学第二定律知，热量可以从低温物体传到高温物体，但是不可能不引起其它变化，故E正确．
考点：热力学第二定律
【名师点睛】本题根据熵增原理、热力学第二定律进行解答．热力学第二定律有不同的表述：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响．
4．ADE
【解析】
试题分析：气体在向真空膨胀的过程中没有力的作用，所以不做功，绝热过程，内能不变，故温度不变，故AD正确，B错误；温度是分子热运动平均动能的标志，温度不变，故分子的平均动能不变，故C错误；气体的温度不变，体积增加为2倍，故分子热运动的平均动能不变，分子数密度减小为一半，故气体分子在器壁单位面积上单位时间内发生碰撞的平均次数变为原来的一半，故E正确
考点：考查了热力学第一定律、温度的微观意义、气体压强的微观意义
【名师点睛】知识点多，难度小，关键是记住基础知识，掌握基础知识即可解题，平时要注意基础知识的学习与掌握
5．BDE
【解析】
试题分析：温度是分子平均动能的标志，是大量分子的统计规律；当温度升高时，分子的平均动能增大，并不是每个分子的动能都增大，故A错误；布朗运动反映的是液体分子的永不停息的无规则运动，并不是组成固体小颗粒的分子的无规则运动，形成的原因是由于液体分子对悬浮微粒无规则撞击引起的，撞作用是不平衡造成的，故B正确；外界对气体做正功，如果同时放热，气体的内能一定减小，故C错误；根据热力学定律，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故D正确；根据分子动理论，气体压强本质上就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力，故E正确．
考点：布朗运动；温度是分子平均动能的标志；热力学定律
6．ACE
【解析】
试题分析：一定质量的气体,在体积不变时，表示分子个数不变，温度降低则气体的平均动能减少，气体的分子的平均速率减小，故气体分子每秒与器壁平均碰撞次数减少，故A正确；晶体融化时吸收热量，但温度不变，故分子平均动能一定不变，故B错误；空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下热传递方向性可逆，故C正确；外界对气体做功时，由热力学第一定律，若气体同时放热，气体的内能可能不变，故D错误；生产半导体器件时，需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素，可以在高温条件下利用分子的扩散来完成，故E正确，本题选ACE．
考点：气体的压强微观表达式，气体分子的平均动能，热力学第一定律，液体的性质，半导体．
7．BD
【解析】
试题分析：外力F将活塞P缓慢向下移动一段距离的过程中，外力F对活塞做功，甲和乙的内能都增大，故A正确；由于外力对甲做正功，所以甲的内能增大，甲传热给乙，乙的内能也增加，故B正确；中间有一导热的固定隔板Q，则甲与乙升高相同的温度，甲的体积减小，压强大于乙的压强，所以甲气体与乙气体相比，甲气体在单位时间内与隔板Q碰撞的分子数一定多；故C错误，D正确．故选ABD．
考点：气体的压强
【名师点睛】本题考查了做功和热传递对气体内能的影响，外力对甲做功，同时甲向乙传递热量，且外力做的功等于甲向乙传递的热量，甲的体积减小，分子密度增大，可以利用热力学第一定律进行判断．
8．ADE
【解析】
试题分析：温度是分子平均动能的标志，故一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变，选项A正确；布朗运动是肉眼看不到的，扫地时扬起的尘埃在空气中的运动不是布朗运动，选项B错误；悬浮在液体中的微粒越小，布朗运动就越明显，选项C错误；在液体表面分子之间距离较稀疏，故表现为引力，选项D正确；根据热力学第一定律，外界对物体做功，如果物体放热，则物体的内能不一定增加，选项E正确；故选ADE.
考点：分子动能；布朗运动；表面张力；热力学第一定律
【名师点睛】此题考查3-3课本的几个简单知识点，分子动能、布朗运动、表面张力及热力学第一定律等，都是基础知识，只要多看书，加强记忆理解就能得分.
9．BDE
【解析】
试题分析：能源在利用过程中有能量耗散，但能量是守恒的，故A错误；把不可能把吸收的能量全部转化为机械能，则B正确；非晶体的物理性质各向同性，单晶体的物理性质都是各向异性，选项C错误；对于一定量的理想气体，如果压强不变，体积增大，则对外做功，温度升高，内能变大，根据可知那么Q>0，它一定从外界吸热，选项D正确；当分子间作用力表现为斥力时，分子距离减小时，克服分力力做功，故分子势能随分子间距离的减小而增大，选项E正确；故选BDE.
考点：能源；晶体和非晶体；热力学第一定律；分子势能
【名师点睛】本题考查了能源；晶体和非晶体；热力学第一定律；分子势能：明确分子力随距离的变化关系，改变物体的内能的方式有热传递，做功；涉及的知识点多，难度不大，关键多看书.
10．ABE
【解析】
试题分析：根据理想气体状态方程，一定质量的理想气体，体积不变时，温度越高，气体的压强就越大，故A正确；由于不同物质之间的分子作用力性质不同，可能是引力也可能是斥力；故有毛细管中的液面有的升高，有的降低，与液体的种类和毛细管的材质有关，故B正确；布朗运动是悬浮在液体或气体中固体小颗粒的无规则运动，不是液体分子的热运动，故C错误；水中所含的分子数目：，远远大于地球人口数目，故D错误；改变内能的方式有两种，即做功和热传递，在改变内能上，这两种方式是等效的，故E正确．
考点：改变内能的两种方式；阿伏加德罗常数；液体的表面张力现象和毛细现象
【名师点睛】本题考察了理想气体状态方程、分子力、毛细现象、布朗运动、热力学第一定律，阿伏伽德罗常数等，知识点多，难度不大，关键是记住基础知识．
11．（ⅰ）-mg△l-p0S△l；（ⅱ）-mg△l-p0S△l+Q；（ⅲ）
【解析】
试题分析：（ⅰ）活塞与砝码的压力对气体所做的功W=-mg△l-p0S△l；
（ⅱ）根据热力学第一定律得：△U=W+Q=-mg△l-p0S△l+Q
（ⅲ）气体的变化过程为等压变化，由盖-吕萨克定律得：
由题意得：
联立解得：
考点：热力学第一定律；盖-吕萨克定律
【答案】①，
②放热
【解析】
试题分析：①因为此时活塞处于平衡状态，根据平衡条件可知：，选气缸A中气体为研究对象，根据理想气体状态方程得：，选气缸B中气体为研究对象，根据玻意耳定律得： ，又因为：，联立得：， 。②放热，因为B中气体温度不变，所以内能不变，活塞对B中气体做正功，由热力学第一定律可知气体放热。
考点：理想气体的状态方程；热力学第一定律
【名师点睛】本题考查理想气体状态变化规律和关系，找出A.B部分气体状态的联系（即）是关键。
13．①50N. ②720K.
【解析】
试题分析：①对气缸受力分析，由平衡条件有
得
②设温度升高至T时活塞距离气缸底,则
气体对外界做功
由热力学第一定律
解得.
气体温度从升高到的过程，由理想气体状态方程，得
解得
考点：理想气体状态方程；热力学第一定律。
14．h=
【解析】
试题分析：活塞固定时，由热力学第一定律，气体增加的内能，活塞不固定时，外界对气体做功为W，则有：，对活塞由能量守恒定律得：，得：，则，解得活塞上升的高度为：．
考点：热力学第一定律；理想气体的状态方程
【名师点睛】由热力学第一定律可以判断吸收热量的多少，根据热力学第一定律和功的公式可以求得活塞上升的高度．
15．①W′＝－(P0S＋mg)h ②ΔU＝－(P0S＋mg)h＋U2t/R
【解析】
试题分析：①设汽缸内气体的压强为p，选活塞为研究对象，根据力的平衡得
P0S＋mg＝pS
P＝p0＋mg/S (2分)
活塞在上升h高度的过程中气体对外界做功，做功的大小为
W＝pSh＝(p0S＋mg) h (2分)
外界对气体做的功为W′＝－W＝－(P0S＋mg)h (1分)
②电阻丝在t时间内产生的热量为Q＝U2t/R (2分)
根据热力学第一定律得，气体内能增加了
ΔU＝W′＋Q＝－(P0S＋mg)h＋U2t/R (2分)
考点：本题考查热力学定律
16．①0.5V0 ②
【解析】
试题分析：①设充入气体体积ΔV，由理想气体状态方程可知：
则
②由题意:
由热力学第一定律:可得：
考点：理想气体状态方程；热力学第一定律
【名师点睛】充气过程是变质量问题，首先转化为不变质量处理；对于充气过程中打气筒对气体做的功，利用热力学第一定律，气体内能变化的两种方式做功和热传递，即可表达出做功的多少。