上海市海滨高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-3：4.1热力学第一定律 课时训练（含解析）

热力学第一定律
1．如图，注射器内封闭一部分气体．若针筒和活塞隔热性能良好，则缓慢向外移动活塞的过程中
A．对活塞不做功 B．对活塞做负功
C．温度保持不变 D．压强逐渐减小
2．分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质．据此可判断下列说法中正确的是______(填选项前的字母)
A．布朗运动是指液体分子的无规则运动
B．分子问的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大
C．一定质量的气体温度不变时，体积减小，压强增大，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多
D．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大
3．下列说法中正确的是
A．布朗运动就是液体分子的热运动
B．物体的温度越高，分子的平均动能越大
C．外界对系统做功，其内能一定增加
D．系统从外界吸收热量，其内能一定增加
4．用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品,如图所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体_______（填选项前的字母）
A．体积减小，内能不变
B．体积减小，压强减小
C．对外界做负功，内能增大
D．对外界做正功，压强减小
5．下列说法中正确的是
A．分子间距增大，分子势能一定增大
B．物体的温度越高，其分子热运动的平均动能越大
C．外界对物体做功，物体的内能一定增加
D．只有热传递才能改变物体的内能
6．如图所示，吊在天花板下的导热气缸中有一个可无摩擦上下移动且不漏气的活塞A，活塞A的下面吊着一个重物，汽缸中封闭着一定量的理想气体．起初各部分均静止不动，外界大气压保持不变，针对汽缸内的气体，当状态缓慢发生变化时，下列判断正确的是（ ）
A．环境温度升高，气体的压强一定增大
B．当活塞向下移动时，外界一定对气体做正功
C．保持环境温度不变，缓慢增加重物的质量，气体一定会吸热
D．缓慢增加重物的质量，欲保持气体体积不变，必须设法减少气体的内能
7．下列说法正确的是 。(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分为0分)
E．外界对物体做功，物体的内能必定增加
A．只要能增加气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高
B．物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和
C．高压气体的体积很难进一步被压缩，原因是高压气体分子间的作用力表现为斥力
D．在太空大课堂中处于完全失重状态的水滴呈现球形，是由液体表面张力引起的
8．（5分）以下说法中正确的是 。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）
E．无论科技怎样发展，都无法判断一温度升高的物体是通过做功还是热传递实现的
A．随着科学技术的发展，制冷机的制冷温度可以降到－280 ℃
B．随着科学技术的发展，热量可以从低温物体传到高温物体
C．随着科学技术的发展，热机的效率可以达到100%
D．无论科技怎样发展，第二类永动机都不可能实现
9．关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是 ．
E．一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
A．布朗运动就是液体分子的无规则运动
B．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点
C．热量不可能从低温物体传到高温物体
D．物体的体积增大，分子势能不一定增加
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V—T图像如图所示，下列判断正确的是_____。
E．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
A．过程ab中气体对外界所做的功等于气体所吸收的热
B．过程bc中气体既不吸热也不放热
C．过程ca中气体一定放热
D．a、b和c三个状态中，状态a分子平均动能最小
11．lmol理想气体的压强p与体积V关系如图所示。气体在状态A时的压强为p0、体积为V0，热力学温度为T0，在状态B时的压强为2p0，体积为2V0，AB为直线段。已知该气体内能与温度成正比U=T（ 为比例系数）。求：
①气体在B状态时的热力学温度；
②气体从状态A变化到状态B的过程中，吸收的热量。
12．如图所示，U形管右管横截面积为左管横截面积的2倍，在左管内用水银封闭一段长为30cm、温度为577.5K的空气柱，左右两管水银面高度差为21cm，外界大气压为76cmHg。若给左管的封闭气体降温，使管内气柱长度变为20cm.求：
①此时左管内气体的温度为多少？
②左管内气体 （填“吸收”或“放出”） 的热量， （填“大于”、“等于”或“小于”）外界对气体做的功。
13．如图所示，有一横截面积为40.0 cm2的绝热气缸（足够高），用一绝热轻质活塞封闭一定质量的理想气体，在接近容器底部的地方有一电热丝，电热丝的两头接在容器的外面，接线处密闭性良好。开始时气缸内气体的温度为27 ℃，密封气柱的长度为6.0 cm。现在给电热丝接通电源给气缸内的气体加热，使活塞缓慢运动，经过一段时间后气缸内的气体温度达到127 ℃，整个过程中气缸内气体吸收的热量为12 J。设大气压强为105 Pa，活塞可无摩擦地运动。求：
①气缸再次稳定时，气缸内气柱长度的变化量；
②整个过程中气体内能的变化量。
14．有一导热气缸，缸内有一定质量的密封活塞，气缸内密封一部分稀薄气体，如图气缸水平放置时，活塞距离气缸底部的距离为 L ，现将气缸竖立起来，活塞缓慢下降，稳定后，活塞距离气缸底部的距离为，若气缸活塞的横截面积为 S，大气压强为p0．
（1）求活塞的质量；
（2）当气缸竖起，活塞缓慢下降过程中，判断气缸内气体是吸热还是放热，并简述原因．
15．一定质量的理想气体的p–V图象如图所示，气体状态经历了A→B→C．A、B、C三个状态的有关参量如图所示，气体在状态C时温度为400 K．
①气体在状态B时温度多少？
②气体经A→B→C变化后与外界交换的热量的绝对值是多大？
16．一定质量的理想气体从A状态变化到B状态再变化到C状态，其状态变化过程的p–V图象如图所示。己知该气体在状态A时的温度为27℃，求：
（1）该气体在状态B和C时的温度；
（2）该气体从状态A经B再到C的全过程中是吸热还是放热?传递的热量是多少。
参考答案
1．D
【解析】
试题分析：气体发热质量一定，当缓慢向外移动活塞的过程中，对活塞做正功；气体的体积变大，气体对外做功W＜0，Q=0，根据可知△E＜O，温度降低，由可知压强减小，故选项D正确。
考点：气态方程；热力学第一定律.
2．C
【解析】
试题分析：布朗运动本身是固体小颗粒在液体分子撞击下的无规则运动，而不是液体分子的无规则运动，选项A错．不过布朗运动可以反映液体分子的无规则运动．分子间的相互作用力包括引力和斥力，二力都随距离的增大而减小，只不过斥力减小的快，所以距离较大时整体表现为引力，距离较小时表现为斥力，选项B错．一定质量气体，温度不变，分子平均速率不变，体积减小，单位体积内的分子数增加，所以每秒撞击单位面积器壁的分子数增多，压强增大，选项C对．改变内能方式有两种，热传递和做功，只凭借从外界吸热，不知道做功情况，无法判断内能变化情况选项D错．
考点：分子热运动 改变内能的方式
3．B
【解析】
试题分析：布朗运动指的是液体中的固体颗粒在受到液体分子的不均衡碰撞而发生的运动，反映出液体分子的无规则运动，选项A错误；物体的温度是分子的平均动能的宏观表现，物体温度越高，分子运动越剧烈，分子的平均动能越大，B正确；根据热力学第一定律，做功和热传递都可以改变物体的内能，只知道做功或热传递的情况都不能直接判断系统内能的变化，C、D均错误；故选B。
考点：布朗运动；分子平均动能；热力学第一定律。
4．C
【解析】
试题分析：充气袋四周被挤压时，袋内气体的体积减小，压强变大，外界对气体做功，根据可知，Q=0，则＞0，内能变大.故选C.
考点：气体状态方程；热力学第一定律。
5．B
【解析】
试题分析：当分子间距由0逐渐变大时，分子势能先减小后增加，故选项A错误；温度是分子平均动能的标志，故物体的温度越高，其分子热运动的平均动能越大，选项B正确；根据热力学第一定律△E=W+Q，则当外界对物体做功时，物体的内能不一定增加，选项C错误；做功和热传递都能改变物体的内能，选项D错误；故选B。
考点：分子势能；温度；热力学第一
6．CD
【解析】
A．对A受力分析可知
由于大气压强不变，重力不变，所以被封闭气体压强不变，故A错误；
B．当活塞向下移动时，密封气体体积增大，气体对外做功，外界对气体做负功，故B错误；C．当缓慢增加重物的质量时，根据公式
被封闭气体压强变小，温度不变，根据
可知，气体体积增大，温度不变内能不变，体积增大，对外做功，由热力学第一定律可知，气体吸热，故C正确；
D．重物的质量缓慢增加，根据公式
被封闭气体压强变小，根据
可知，要保持体积不变，温度要降低，即内能减小，故D正确。
故选CD。
7．ABD
【解析】
试题分析：因气体的温度反应气体分子热运动的剧烈程度，故只要能增加气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高，选项A正确；物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和，选项B正确；高压气体的体积很难进一步被压缩，原因是气体的压强较大时，作用在活塞上的压力较大，并不是高压气体分子间的作用力表现为斥力的缘故，选项C错误；在太空大课堂中处于完全失重状态的水滴呈现球形，是由液体表面张力引起的，选项D正确；外界对物体做功，但是气体向外放出的热大于外界对气体做功时，物体的内能会减小，故选项E错误；故选ABD.
考点：分子热运动；分子力；表面张力；热力学第一定律.
8．BDE
【解析】
试题分析：（1）－273℃即绝对零度，是低温的极限，不可能低于此温度，A错误；热量不可能自发的从低温物体传到高温物体而不引起其它的变化，随着科学技术的发展，可以采用其它技术手段，使热量从低温物体传到高温物体，B正确；热机做功过程中，不可避免地要有热量的损耗，所以热机的效率不可能达到100%，C错误；第二类永动机违反了能量转化的方向性，不可能实现，D错误；做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，无法判断一温度升高的物体是通过做功还是热传递实现的，E正确。故选BDE。
考点：热力学定律
9．BDE
【解析】
试题分析：试题分析：布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒，因受到分子的无规则碰撞而做的无规则运动，选项A错误；晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，选项B正确；根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化，选项C错误；物体的体积增大，分子力可能做正功，分子势能可能减小，选项D正确；一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，对外做功，同时温度升高，内能增大，根据热力学第一定律，那么它一定从外界吸热，选项E正确．
考点：热现象和热学规律．
10．CDE
【解析】
试题分析：过程ab是一个等压变化，体积膨胀，气体对外做功，同时温度升高，内能增加，根据热力学第一定律，气体吸收的热量等于对外做的功与内能增加量之和，A错误；过程bc是等温变化，内能不变，但气体体积减小，外界对气体做功，因此放出热量，B错误；过程ca是等容变化，体积不变，气体与外界不做功，而内能减小，放出热量，C正确；．a、b和c三个状态中，a的温度最低，温度是分了平均动能的标志，因此状态a分子平均动能最小，D正确；b和c两个状态中，温度相同，分子平境外动能相同，但c的压强大，分子容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数多，E正确。
考点：气体实验定律的微观解释，热力学第一定律，
11．①4T0；②
【解析】
试题分析：①根据理想气体状态方程，
解得
②根据热力学第一定律，
根据图象可知
解得：
考点：理想气体状态方程；热力学第一定律
12．①②放热 大于
【解析】
试题分析：① 初状态：，V1=30S T1=577.5K
降温后，水银面左管上升10cm，右管下降5cm. （2分）
V2=20S
由理想气体状态方程得 （2分）
解得 （2分）
② 放热（1分）、大于（1分）
考点：考查了理想气体状态方程
13．①2.0 cm ②4.0 J
【解析】
【详解】
①设气缸加热稳定后，气缸内气柱的长度为L2；取气缸内被封闭的气体作为研究的对象，在开始时气体的体积为V1=L1S
初态气体的温度为T1=（273+27）K=300 K
在末状态时气缸内气体的体积为V2=L2S
末态气体的温度为T2=（273+127）K=400 K
根据题意可知气体在做等压变化，由理想气体状态方程可得：
代入数据得：L2=8.0 cm。
ΔL=L2–L1=8.0 cm–6.0 cm=2.0 cm
②在该过程中，气体对外做功：
W=F·ΔL=p0S（L2–L1）=105×40.0×10－4×（8–6）×10－2 J=8.0 J
由热力学第一定律得：ΔU=Q–W=12 J–8.0 J=4.0 J
14．（1） （2）放热；根据热力学第一定律，活塞下降过程对气体做功，而气体内能不变，所以应是放热
【解析】
【分析】
【详解】
（1）气缸平放时，被封闭气体压强和体积分别为：P1=P0，V1=LS?? ①
气缸竖直放置时，压强和体积为：P2＝P0+，V2＝LS???????? ②
由玻意耳定律：P1V1=P2V2?? ③
联立①②③解得： ．
故活塞的质量为：．
（2）气体等温变化，内能不变，活塞下降过程对气体做功，根据热力学第一定律可知气体放热．故气体放热，原因为：内能不变，活塞下降过程对气体做功，根据热力学第一定律可知气体放热．
15．①100 K ②300 J
【解析】
【分析】
【详解】
①由得
②气体在状态C时温度为400 K，由理想气体的状态方程可知气体在状态A时温度也为400 K；
外界对气体做功
W=p0(VA–VB)
由热力学第一定律得
ΔU=W+Q=0
解得
Q=–300 J
与外界交换的热量的绝对值为300 J
16．（1）327 ?C 27 ?C （2）Q=–8×102 J，气体向外界放出热量
【解析】
【详解】
（1）根据图象可知A到B过程发生等容变化，
A状态：压强pA=2×105 Pa，温度：TA=（27+273）K=300 K
B状态：压强pB=4×105 Pa，温度：TB
根据查理定律可得：
解得：
TB=600 K
tB=327 ℃
根据图象可知B到C过程发生等压变化，
B状态：体积VB=4.0×10–3 m3，温度：TB=600 K
C状态：体积VC=2.0×10–3 m3，温度：TC
根据盖–吕萨克定律可得：
解得：
TC=300 K
即
tC=27 ℃
（2）由于TA=TC，一定质量理想气体在状态A和状态C内能相等，ΔU=0
从A到B气体体积不变，外界对气体做功为0，从B到C气体体积减小，外界对气体做正功，由p–V图线与横轴所围矩形的面积可得外界对气体做功：
W=PC（VB–VC）=4.0×105×（4.0×10–3–2.0×10–3）J=8×102 J
由热力学第一定律：
ΔU=W+Q
可得：
Q=–8×102 J
即气体向外界放出热量。