上海市丰华高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-3：4.1热力学第一定律 达标训练（含解析）

热力学第一定律
1．下列说法正确的是
E．物体从单一热源吸收的热量可以全部用于做功
A．一定量的气体，体积不变，分子平均碰撞频次随着温度降低而减小
B．一定量的气体，气体膨胀，气体分子之间的势能减小
C．一定量的干冰，升华成同温度的二氧化碳，其分子之间的势能增加
D．物体吸收了热量，其内能一定会增加
2．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，放热过程有（ ）
A．AB B．BC C．CA D．以上全错
3．下列说法正确的是（ ）
E．一些昆虫可以停在水面上，是由于水表面存在表面张力的缘故
A．水的饱和汽压随温度的升高而增加
B．浸润和不浸润现象是液体分子间相互作用的表现
C．一定质量的0 ℃的水的内能大于等质量的0 ℃的冰的内能
D．气体的压强是由于气体分子间的相互排斥而产生的
4．以下说法中正确的是 ．
E．水的体积很难被压缩，这是水分子间存在斥力的宏观表现
A．在绝热过程中外界对气体做功，气体的内能必然增加
B．分子间的作用力表现为引力时，分子间的距离增大，分子势能增大
C．知道某物质摩尔体积和阿伏加德罗常数，一定可估算其分子直径
D．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发进行
5．下列说法正确的是______________
A．对于一定质量的理想气体，若气体的压强和体积都发生变化，其内能可能不变
B．对于密封在容积不变的容器内的理想气体，若气体温度升高，则气体一定从外界吸热
C．脱脂棉脱脂的目的，在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液
D．悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越多，撞击作用的不平衡性就表现得越明显
E.液体表面存在着张力是因为液体内部分子间的距离大于液体表面层分子间的距离
6．下列关于分子运动和热现象的说法正确的是（ ）
A．一定量100的水变成100的水蒸汽，其分子之间的势能增加
B．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
C．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大
D．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
E.一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和
7．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．该循环过程中，下列说法正确的是 ．
A．A→B过程中，气体对外界做功，吸热
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增加
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发生变化E．该循环过程中，气体放热
8．有关热学，下列说法正确的是
E．随着科学技术的发展，人类终会制造出效率为100%的热机
A．甲分子固定不动，乙分子从很远处向甲靠近到不能再靠近的过程中，分子间的分子势能是先减小后增大
B．一定质量的理想气体在体积不变的条件下，吸收热量，内能一定增大，压强一定增大
C．已知阿伏伽德罗常数为NA，水的摩尔质量为M，标准状况下水蒸气的密度为（均为国际单位制单位），则1个水分子的体积是
D．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的
9．下列有关热现象的说法正确的是（ ）
A．分子力随分子间距离增大而增大
B．气体放出热量，其分子的平均动能可能增大
C．布朗运动虽不是分子运动，但它证明了组成固体颗粒的分子在做无规则运动
D．缓慢压缩一定量理想气体，若此过程气体温度不变，则外界对气体做正功但气体内能不变
E.气体体积不变时，温度越高，单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数越多
10．关于温度、热平衡、内能的概念，下列说法中正确的是（ ）
A．物体温度升高，则物体的分子平均动能一定增大
B．物体温度升高 1℃相当于升高了 274．15K
C．只要两物体的质量、温度、体积相等，两物体的内能一定相等
D．一切达到热平衡的系统都具有相同的温度
11．如图所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞上方有质量m=1kg的细沙，活塞与气缸间摩擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部高度H1=0.60m。气体的温度T1=300K；现将细沙缓慢地逐渐移出汽缸的同时，缓慢给汽缸加热，细沙全部移出时汽缸温度T2=400K，活塞上升到距离汽缸底部某一高度H2处，此过程中汽缸吸收的热量Q=500J，气体增加的内能U=300J。已知大气压强P0=1.0×105pa，活塞横截面积S=5.0×10-3m2。求:

（i）活塞距离汽缸底部的高度H2
（ii）此过程中缸内气体对外做的功W
12．如图所示的圆柱形容器内用活塞密封一定质量的气体，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，密封气体温度升高1℃，需吸收的热量为Q1；若活塞不固定，且可无摩擦滑动，仍使密封气体温度升高1℃，需吸收的热量为Q2．
①Q1和Q2哪个大？
②求在活塞可自由滑动时，密封气体温度升高1℃，活塞上升的高度h．
13．如图所示，上端开口的光滑圆形气缸竖直放置，质量为4kg、截面积为40cm2的活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内．在气缸内距缸底某处设有卡环ab，使活塞只能向上滑动．开始时活塞搁在ab上，缸内气体的压强等于大气压强，温度为300k．现缓慢加热气缸内气体，使活塞恰好离开ab，已知大气压强P0＝1.0×105Pa．（g取10m/s2）
①求气缸内气体的温度；
②继续缓慢加热气缸内的气体，在活塞上升的过程中（活塞未滑出气缸）气体吸收的热量_______（选填“大于”、“小于”或“等于”）气体对外界做的功，内能_________（选填“增加”或“减少”）．
14．如图所示，A、B两个汽缸中装有体积均为10 L、压强均为1 atm(标准大气压)、温度均为27 ℃的空气，中间用细管连接，细管容积不计．细管中有一绝热活塞，现将B汽缸中的气体升温到127 ℃，若要使细管中的活塞仍停在原位置．(不计摩擦，A汽缸中的气体温度保持不变，A汽缸截面积为500 cm2)
(1)求A中活塞应向右移动的距离．
(2)A中气体是吸热还是放热，为什么？
15．一定质量的理想气体体积V与热力学温度T的关系图象如图所示，气体在状态A时的压强pA=p0，温度TA= T0，线段AB与V轴平行，BC的延长线过原点。求：
（i）气体从状态A变化到状态B的过程中，对外界做的功为10J，该过程中气体吸收的热量为多少；
（ii）气体在状态C时的压强pC和温度TC。
16．封闭气缸内一定质量的理想气体由状态A经状态B再变化到状态C，其体积V随热力学温度T变化的关系图象如图所示．若状态A变化到状态B的过程中气体吸收热量Q1＝240J，气体在A状态对应的压强为P0＝1.0×105Pa．
求：
（1）气体在状态B时的温度T2；
（2）气体由状态B变化到状态C的过程中，气体向外传递的热量Q2．
参考答案
1．ACE
【解析】
试题分析：一定量的气体，体积不变，温度降低，分子平均动能减少，则分子平均碰撞频次减小，故A正确；一定量的气体，气体膨胀，由于分子间的作用力表现为引力，所以分子力做负功，势能增加，故B错误；一定量的干冰，升华成同温度的二氧化碳，要吸收热量，由于分子动能不变，则其分子之间的势能增加，故C正确；做功和热传递都可以改变物体的内能，物体吸收了热量，其内能不一定增加，还与做功情况有关，故D错误；根据热力学第二定律知，在外界的影响下，物体从单一热源吸收的热量可以全部用于做功，故E正确．
考点：考查了热力学第二定律；分子势能
【名师点睛】温度是分子平均动能的标志．分子力表现为引力时分子距离，分子力做正功，分子势能增大．物态变化时，根据热力学第二定律分析分子势能的变化．在外界的作用下可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
2．AC
【解析】由图示可知，AB过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，气体温度降低，内能减小，由热力学第一定律可知，气体要放出热量；
由图示图象可知，BC过程气体发生等压变化，气体温度升高，气体内能增大，由盖吕萨克定律可知，气体体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律△U=Q+W可知，气体要吸热；
由图象可知，CA过程气体温度不变而压强增大，内能不变，由玻意耳定律可知，气体体积减小，外界对气体做功，W＞0，气体内能不变，△U=0，由热力学第一定律可知，气体要放出热量；由以上分析可知，放出热量的过程是：AB与CA，故AC正确，BD错误；故选AC．
点睛：本题考查气体的状态方程中对应的图象，要抓住在P-T图象中等压线为过原点的直线．解决此类题目得会从图象中获取有用信息，判断出气体情况，内能变化情况，然后利用热力学第一定律即可做出正确得分析．
3．ABCE
【解析】
试题分析：饱和汽压与液体材料和温度有关，温度越高，饱和汽压越大，故A正确；浸润和不浸润现象是液体分子间相互作用的表现，与分子力有关，故B正确；由于水结冰要放热，故一定质量的O℃的水的内能大于等质量的O℃的冰的内能，故C正确;气体的压强是由气体分子对容器壁的频繁碰撞引起，与分子数密度和平均动能有关，故D错误；小昆虫可以停在水面上，由于水表面存在表面张力的缘故，故E正确；
故选ABCE．
考点：饱和汽压、液化放热、浸润和不浸润现象、气体压强
【名师点睛】本题考查了饱和汽压、液化放热、浸润和不浸润现象、气体压强的微观意义、液体分子表面张力，知识点多，难度小，关键是多看书，记住基本知识．
4．ABE
【解析】
试题分析：根据热力学第一定律△U=W+Q可知，绝热过程，Q=0，因此外界对气体做功，其内能必然增加，故A正确；当分子之间的距离大于r0时，分子力表现为引力，随着分子距离增大分子力先增大后减小，分子势能一直增大，故B正确；若是知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数只能估算分子之间的距离，而不能估算分子直径，故C错误；热量从低温向高温传递不违反能量守恒定律但是不能自发的进行，违反了热力学第二定律，故D错误．水的体积很难被压缩，这是水分子间存在斥力的宏观表现，选项E正确；故选ABE．
考点：热力学第一定律;分子力及分子势能；阿佛伽多罗常数；热力学第二定律．
【名师点睛】解答本题要掌握：热力学第一定律的理解和应用；分子势能以及分子力和分子之间距离关系；估算分子直径的方法；热力学第二定律的理解与应用；高中热学知识部分，内容琐碎，需要记忆的知识点很多，要注意平时不断的积累和记忆才能在做题过程中正确应用
5．ABC
【解析】
试题分析：由理想气态方程，当等容升温变化时，可知若气体的压强和体积都不变，则温度不变，所以其内能也一定不变，故A正确；根据，密封在容积不变的容器内的理想气体，不会对外做功，吸热则内能增加，故B正确；脱脂棉脱脂的目的，在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液，故C正确；悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越多，撞击作用的不平衡性就越不明显，故D错误；液体表面存在张力是因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子之间表现为引力，故E错误．
考点：理想气体的状态方程；物体的内能、液体的表面张力现象和毛细现象
【名师点睛】本题考查了布朗运动、扩散现象、晶体与非晶体、蒸发现象、热力学第一定律等，知识点多，难度不大，关键是记住基础知识．
6．ADE
【解析】
【详解】
A.一定量100的水变成100的水蒸汽时，吸收热量，内能增加，由于分子平均动能不变，因此分子势能增加，故A正确；
B.气体分子之间的距离很大，分子力近似为零，气体如果失去了容器的约束就会散开，是由于分子无规则运动的结果，故B错误；
C.如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，但是若同时气体体积增大，则单位时间碰撞到单位面积上的分子数减少，压强不一定增大，故C错误；
D.对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，由气态方程（常数）知温度必定升高，气体内能增大，而气体对外做功，根据热力学第一定律可知一定从外界吸收热量，故D正确；
E.物体的内能指所有分子热运动动能和分子之间势能的总和，故E正确。
故选ADE.
7．ACD
【解析】
试题分析：A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，根据可知气体吸热，故A正确；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→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→A过程中，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正确；该循环过程中，气体内能不变，对外做功，根据气体吸热，故选项E错误；故选ACD．
考点：热力学第一定律；气体的状态变化方程
8．ABD
【解析】
试题分析：分子力做功等于分子势能的减小量；甲分子固定不动，乙分子从很远处向甲靠近到不能再靠近的过程中，分子力先做正功，后克服分子力做功，分子间的分子势能是先减小后增加，故A正确；一定量的理想气体在体积不变的条件下，不会对外做功，故吸收热量后内能一定增加，故温度升高，分子热运动的平均动能增加，压强增加，故B正确；已知阿伏伽德罗常数为NA，水的摩尔质量为M，标准状况下水蒸气的密度为ρ（均为国际单位制单位），则1个水分子所占据的体积是：；分子有间隙，故一个水分子的体积小于，故C错误；根据热力学第二定律，自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，故D正确；根据热力学第二定律可知，人类不可能制造出效率为100%的热机．故E错误．故选ABD．
考点：分子势能；内能；阿伏伽德罗常数；热力学第二定律
9．BDE
【解析】
【分析】
【详解】
A．当分子间距r＜r0时，分子力表现为斥力，随分子间距的增大分子力逐渐减小。当分子间距r=r0时，引力等于斥力，分子力为0，当分子间距r＞r0时，引力大于斥力，分子力表现为引力，随间距增大分子力增大，当一定距离后又逐渐减小，A错误；
B．根据热力学第一定律可得气体放出热量，有可能外界对气体做功，温度升高，平均动能增大，B正确；
C．布朗运动是悬浮在液体中颗粒的运动，是由于液体分子的撞击形成，它不是液体分子的热运动，但是液体分子热运动的反映，C错误；
D．缓慢压缩一定量气体，若此过程气体温度不变，则外界对气体做正功，由于一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体内能不变，故D正确；
E．根据公式可得气体体积不变时，温度越高，压强越大，即单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数越多，E正确。
故选BDE。
10．AD
【解析】
试题分析：温度是物体分子平均动能的标志，则物体温度升高，则物体的分子平均动能一定增大，选项A正确；摄氏温标和绝对温标是相等的，故物体温度升高 1℃相当于升高了1K，选项B错误；只要两物体的质量、温度、体积等相等，两物体的内能不一定相等，物体的内能还与物体的种类、状态等有关，选项C错误；一切达到热平衡的系统都具有相同的温度，选项D正确；故选AD．
考点：温度；物体的内能
11．（i）0.816m （ii）200J
【解析】（i）由理想气体状态方程知：
代入数据解得H2=0.816m
（ii）根据热力学第一定律
得
12．①Q1＜Q2②
【解析】（1）设密闭气体温度升高1℃，内能的增量为△U，则有
①
②
对活塞用动能定理得：
③
W大气 ④
⑤
解②③④⑤得： ⑥
所以有： ⑦
（2）解①⑥两式得： ⑧
13．① ②大于、增加
【解析】
①气体的状态参量为：，
对活塞由平衡条件得：
解得：
由查理定律得：
解得：
②活塞上升的过程中，气体对外做功，同时气体温度升高，内能增大，根据热力学第一定律，气体吸收的热量大于气体对外界做的功．
14．(1)5 cm；(2)放热，在向右推活塞过程中，A中气体温度不变，气体内能不变；体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知气体应放热．
【解析】
【分析】
【详解】
（1）对空气B由
得
对空气A
由
得
且
PA＝PB，PA′＝PB′
解得
所以
（2）放热，在向右推活塞过程中，A中气体温度不变，气体内能不变；体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律
ΔU＝W＋Q
可知气体应放热。
15．（i）10J（ii） ；
【解析】（i）A状态至B状态过程是等温变化，气体内能不变，即
气体对外界做功：
根据热力学第一定律有：
解得：
（ii）由B到C做等压变化，根据盖吕萨克定律得：
解得：
A到C做等容变化，根据查理定律得：
解得： 。
点睛：本题根据热力学第一定律和盖吕萨克定律列式求解，注意理想气体的内能与热力学温度成正比。
16．（1） （2）140J
【解析】
（1）由图像可知，A到B过程中压强保持不变，则 解之得：
（2）由热力学第一定律得：
A到B过程中， ，即
B到C过程中， ，即
又，所以:
解之得：,即B到C过程中，气体向外传递热量140J．
点睛：理想气体实验定律和热力学第一定律作为热门考点，后期仍需重点强化和训练；热力学第一定律结合气体实验规律考查是高频热点，提示学生复习时注意过程的选择，以及物理量的符号确定，规范书写，提高得分率．