上海市甘泉高中2019-2020学年高中物理好沪科版选修3-3：4.1热力学第一定律 学业测评（含解析）

热力学第一定律
1．下列说法中正确的是_________
E、一定质量理想气体对外做功，内能不一定减小，但密度一定减小
A．已知某物质的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏伽德罗常数为，则这种物体的分子体积为
B．当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小
C．饱和汽和液体之间的动态平衡，是指汽化和液化同时进行的过程，且进行的速率相等
D．自然界一切过程能量都是守恒的，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生
2．下列说法正确的是——
A．气体温度升高，则每个气体分子的动能都将变大
B．分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小
C．一定质量理想气体温度升高，则内能增大
D．在绝热过程中，外界对气体做功，气体的内能一定增加
E.用油膜法估测分子大小，如果油膜没有充分展开，测出来的分子大小将偏小
3．下列说法正确的是
A．水中悬浮的花粉颗粒做布朗运动，证明了花粉分子不停地做无规则运动
B．各向同性的固体一定为非晶体
C．空气中的水蒸气压强越接近此时的饱和汽压，人感觉就越潮湿
D．热力学第一定律是能的转化和守恒定律在热学中的反映
4．下列说法正确的是
A．分子势能随分子间距离的增大而减小
B．利用点阵结构可以解释晶体外形的规则性和物理性质的各向异性
C．一定量的水蒸发为同温度的水蒸气，吸收的热量大于其增加的内能
D．只要两物体的质量、温度、体积相等，两物体的内能一定相等
5．下列说法正确的是
E.物体中所有分子的热运动动能和势能的总和叫做物体的内能
A．用打气筒给自行车打气需用力向下压活塞，这说明气体分子间有斥力
B．物体体积增大时，分子间距增大，分子势能也增大
C．热量可以从低温物体传递到高温物体
D．对物体做功，物体的内能可能减小
6．下列说法正确的是 （填入正确选项前的字母，选对一个给3分，选对两个给4分，选对三个给5分，每选错一个扣3分，最低得分为0分）
E．一定质量的理想气体，放热的同时外界对其做功，其内能可能减少
A．某种液体的饱和气压与温度有关
B．多晶体都具有各向同性的特点
C．第二类永动机不能制成是因为它违反了能量守恒定律
D．当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，但斥力减小得更快，所以分子间的作用力一定表现为引力
7．下列说法中正确的是（ ）
A．做功和热传递在改变物体内能上是等效的
B．温度和质量都相同的水、冰和水蒸气，它们的内能相等
C．热的物体把温度传递给冷的物体，最终达到温度相同
D．压缩气体不一定能使气体的温度升高
E.气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的
8．一下列说法正确的是 ．
A．理想气体等温膨胀时．内能不变
B．扩散现象表明分子在永不停息地运动
C．分子热运动加剧，则物体内每个分子的动能都变大
D．在绝热过程中．外界对物体做功，物体的内能一定增加
E.布朗运动反映了悬浮孩粒内部的分子在不停地做规则热运动
9．下列说法中正确的是
A．液体中悬浮微粒的布朗运动是作无规则运动的液体分子撞击微粒而引起的
B．物体的温度越高，其分子的平均动能越大
C．物体里所有分子动能的总和叫做物体的内能.
D．只有传热才能改变物体的内能
10．下列说法正确的是 _________（选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分，每选错一个扣3分，最低得分为0分）
E．熵的大小可以反映物体内分子运动的无序程度
A．分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大
B．当分子间的作用力表现为斥力时，随分子间距离的减小分子势能增大
C．一定质量的理想气体发生等温膨胀，一定从外界吸收热量
D．一定质量的理想气体发生等压膨胀，一定向外界放出热量
11．如图，一质量和厚度均可忽略的活塞将气体密封在足够高的导热气缸内，系统静止时缸内的气体温度、压强分别与外界温度T0、外界压强p0相等，活塞与气缸底部高度差为h.现对气缸底部缓慢加热，活塞缓慢上升．已知气体吸收的热量Q与温度差ΔT的关系为Q＝kΔT(其中k为常量，且k>0)，活塞的面积为S，不计一切摩擦，求：
(1) 当活塞在缸内上升到离缸底高度为3h时缸内气体的温度T；
(2) 在活塞从离缸底高度为h上升到高度为3h的过程中，缸内气体增加的内能ΔU.
12．一定质量的理想气体经历如图所示的A→B、B→C、C→A三个变化过程，TA=300K，气体从C→A的过程中吸热250J，已知气体的内能与温度成正比.求：
（1）气体在状态B 的温度TB；
（2）C→A的过程中气体内能改变多少？
（3）气体处于状态C时的内能EC．
13．（8分）如图所示，用轻质活塞在气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸壁之间的摩擦忽略不计，开始时活塞距气缸底高度h1 =0.50m。给气缸加热，活塞缓慢上升到距离气缸底h2 ="0.80" m处，同时缸内气体吸收Q ="450" J的热量。已知活塞横截面积S =5.0×10-3m2，大气压强p0 =1.0×105Pa。求：
（1）缸内气体对活塞所做的功W；
（2）此过程中缸内气体增加的内能ΔU。
14．如图所示,用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量理想气体,活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计,开始时活塞距汽缸底高度h1=0.50 m,气体的温度t1=27 ℃。给汽缸加热,活塞缓慢上升到距离汽缸底h2=0.80 m处,同时缸内气体吸收Q=450 J的热量。已知活塞横截面积S=5.0×10-3 m2,大气压强p0=1.0×105 Pa。求:
（1）活塞距离汽缸底h2时的温度t2;
（2）此过程中缸内气体增加的内能ΔU。
15．如图所示，质量m＝10 kg的活塞将一定质量的理想气体密封在气缸中，开始时活塞距气缸底高度h1＝40 cm，此时气体的温度T1＝300 K。现缓慢给气体加热，当气体吸收的热量Q＝420 J，气体温度升高到T2＝450 K。已知活塞面积S＝50 cm2，大气压强P0＝1.0×105 Pa，不计活塞与气缸之间的摩擦，g取10 m/s2．
①求气体温度升高到T2＝450 K时，活塞距气缸底高度h2
②若开始时用卡环把活塞卡住，将气体的温度升高到T2，气体吸收的热量为Q?，求。
16．如图甲所示，一内壁光滑且导热性能很好的气缸倒立时，一薄活塞恰好在缸口，缸内封闭一定量的理想气体；现在将气缸正立，稳定后活塞恰好静止于气缸的中间位置，如图乙所示。已知气缸的横截面积为S，气缸的深度为h，大气压强为Po，重力加速度为g，设周围环境的温度保持不变。求：
①活塞的质量m;
②整个过程中缸内气体放出的热量Q。
参考答案
1．BCE
【解析】
试题分析：若该种物质是固体或液体，物质的摩尔质量为M，密度为，阿伏伽德罗常数为，则该种物质的分子体积为，对气体分子该计算方式不成立，故A错误；当分子间的引力和斥力平衡时，分子力为零，分子势能最小，故B正确；饱和汽和液体之间的动态平衡，是指汽化和液化同时进行的过程，且进行的速率相等，C正确；自然界发生的一切过程能量都守恒，但是根据熵增原理，一切与热运动有关的宏观过程都是不可逆的，故D错误；一定质量理想气体对外做功，但可能吸收热量，根据热力学第一定律公式，内能不一定减少；体积变大，密度变小，故E正确；
考点：考查了阿伏伽德罗常数，分子间作用力，熵增原理
2．BCD
【解析】
A．气体温度升高，气体的平均动能变大，但是每个气体分子的动能不一定都变大，选项A错误；
B．分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，选项B正确；
C．理想气体的内能只于温度有关，则一定质量理想气体温度升高，则内能增大，选项C正确；
D．根据热力学第一定律：可知，在绝热过程中Q=0，外界对气体做功W>0，则△E>0，即气体的内能一定增加，选项D正确；
E．用油膜法估测分子大小，如果油膜没有充分展开，则S偏小，根据可知，测出来的分子大小将偏大，选项E错误；
故选BCD.
3．CD
【解析】
试题分析：布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，是液体分子做无规则运动的反映，不是微粒内部分子是不停地做无规则运动的反应，故A错误；多晶体也具有各向同性，故B错误；空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和气压，水蒸发越慢，人感觉就越潮湿，故C正确；根据热力学第一定律的意义可知，热力学第一定律是能的转化和守恒定律在热学中的反映，故D正确。
考点：热力学第一定律；布朗运动
【名师点睛】布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，不是分子的无规则运动，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．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和气压，水蒸发越慢；热力学第一定律是能的转化和守恒定律在热学中的反映。
4．BC
【解析】
试题分析：当分子表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大，当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而减小，故A错误；利用点阵结构可以解释晶体外形的规则性和物理性质的各向异性，故选项B正确；一定量的水蒸发为同温度的水蒸气，吸热的同时要膨胀并对外做功，故吸收的热量一定大于其增加的内能，故C正确；内能还与物质的量有关，相同温度、体积下，内能不一定相等；故D错误．
考点：分子势能、晶体和非晶体、物体的内能
【名师点睛】本题考差了分子力做功与分子势能的关系、晶体与非晶体、热力学第一定律、温度的微观意义等内容，知识点多，难度不大．
5．CDE
【解析】
试题分析：用打气筒给自行车充气，越打越费劲，是由于内外气体的压强差造成的，故A错误；分子势能随距离增大先减小后增加，再减小，故两个分子的间距减小，分子间的势能可能减小，故B错误；热量可以在一定的条件下从低温物体传递到高温物体，故C正确；由可知系统吸收热量后，若系统对外做功，则内能不一定增加，故D正确；物体中所有分子的热运动动能与所有分子势能的总和叫做物体的内能，故E正确。
考点：分子间的相互作用力；物体的内能
【名师点睛】本题考查了分子间的作用力和分子势能的关系、改变内能的方式等知识点，难度不大，但是要特别注意分子势能随距离的变化关系。
6．ABE
【解析】
试题分析：液体的饱和蒸气压与温度有关，饱和蒸气压随温度的升高而增大，A正确；单晶体具有各向异性的特点，例如云母，多晶体的物理性质确是各向同性，B正确；第二类永动机没有违反能量守恒定律，违反了热力学第二定律，C错误；当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，但斥力减小得更快，所以分子间的作用力在时主要表现为斥力，而分子间的作用力表现为引力，D错误；由热力学第一定律，一定质量的理想气体，放热的同时外界对其做功，，其内能可能减少，E正确；故选ABE。
【名师点睛】掌握固体、液体、气体的性质，用分子动理论和热力学第一定律解答相关问题。
考点：固体、液体和气体的性质。
7．ADE
【解析】
【详解】
A.做功和热传递在改变物体内能上是等效的，故A正确；
B.温度和质量都相同的水、冰和水蒸气，它们的分子势能不相同，内能不相同，水蒸气的内能最大，冰的内能最小，故B错误；
C.由热平衡知识可知，热的物体把热量传递给冷的物体，最终达到温度相同，故C错误；
D.根据热力学第一定律可知，压缩气体，若气体对外放热，则也可能使气体的温度降低，故D正确；
E.根据气体压强的微观解释 ，气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的，故E正确。
故选ADE.
8．ABD
【解析】
A．理想气体的内能只与温度有关，则等温膨胀时，温度不变，则内能不变，选项A正确；
B．扩散现象表明分子在永不停息地运动，选项B正确；
C．分子热运动加剧，则物体内分子的平均动能变大，但是每个分子的动能不一定都变大，选项C错误；
D．根据热力学第一定律：，在绝热过程中Q=0，外界对物体做功则W＞0，物体的内能一定增加，选项D正确；
E．布朗运动反映了液体分子在不停地做规则热运动，选项E错误；
故选ABD.
【名师点睛】
此题考查了热学部分的多个知识点：气体的内能、扩散运动、热力学第一定律、布朗运动等；这些都是易错点，尤其是布朗运动，它是悬浮在液体表面的固体颗粒的运动，不是分子运动，也不是热运动，是液体分子无规则运动的反映.
9．AB
【解析】
试题分析：布朗运动是悬浮在液体中固体微粒的无规则运动，是做无规则运动的液体分子撞击微粒而引起的．A正确； 物体的温度越高，其分子的平均动能越大．B正确； 物体里所有分子动能和势能的总和叫做物体的内能，C错误；改变内能的方式有做功和热传递，D错误；故选AB．
考点：分子动理论、物体的内能及内能的改变．
10．BCE
【解析】
试题分析：分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小，A错误；当分子间的作用力表现为斥力时，随分子间距离的减小，斥力做负功，分子势能增大，B正确；等温膨胀，温度不变，气体内能不变，体积增大，对外做功，内能要减小，要保持内能不变，所以需要从外界吸收热量，C正确；等压膨胀，压强不变，体积增大，根据公式可得温度升高，内能增大，需要吸收热量，故D错误；熵的物理意义反映了宏观过程对应的微观状态的多少，标志着宏观状态的无序程度，即熵是物体内分子运动无序程度的量度，E正确。
考点：考查了分子间相互作用力，理想气体状态方程，熵
11．（1）T＝3T0 ΔU＝2kT0－2p0Sh
【解析】（1）活塞在缸内上升的过程，缸内气体的压强恒为，发生等压变化，
则由盖—吕萨克定律得
得
（2）在活塞上升过程中，气体对活塞做的功
在这一过程中，气体吸收的热量
由热力学第一定律得，缸内气体增加的内能
由以上各式得
12．（1）375K；（2）150J ；（3）EC.=150J
【解析】（1）对AB的过程，对气体的状态参量进行分析有
状态A：PA=1×105Pa?? ? VA=2×10-3m3? TA=300K
状态B：PB=2.5×105Pa?????VB=1×10-3m3? ? TB=？
由理想气体状态方程得：
解得：TB=375K．
由状态C→A过程中，气体的压强不变，体积变大，气体对外做功，由盖吕萨克定律可知温度升高，内能增大，增加的内能为：
△U=W+Q=-(1×105×1×10-3)+250=150J．
C态的温度为：
因内能与温度成正比，当从C到A过程中，温度升高300K-150K=150K, 内能增加150J；故在C状态的内能为150J.
点睛：利用热力学第一定律判断气体的内能变化的时候要注意做功W和热量Q的符号，对外做功和放热为负的，对气体做功和吸热为正的．
13．（1）（2）
【解析】
试题分析：① 活塞缓慢上升，视为等压过程，
则气体对活塞做功 W =" FΔh" = p0SΔh = 150J （3分）
② 根据热力学定律ΔU = （－W ）+ Q = 300J （2分）
考点：热力学第一定律，气体的等容变化和等压变化
14．（1）207 ℃；（2）300 J
【解析】(1)气体做等压变化,活塞距离汽缸底h2时温度为t2,则根据气态方程可得：
，
即
解得：
(2)在气体膨胀的过程中,气体对外做功为：
根据热力学第一定律可得气体内能的变化为：
15．①60cm ②
【解析】①对活塞，由平衡条件知：p0S+mg=pS
所以该过程为等压变化，故
解得h2=60cm
②在加热过程中，气体对外界做功为：W=-pΔV=-120J
根据热力学第一定律：ΔU=W+Q
可求气体内能的变化为：ΔU=300J
用卡环把活塞卡住，将气体的温度升高到T2，ΔU=W+Q?，W=0
所以Q?=300J
得：
16．(1) , (2)
【解析】①当气缸倒立时，设旗杆内气体的压强为，有
当气缸正立时，设气缸内气体的压强为，有
由于气缸内气体的温度不变，有
解得
②由气体的温度不变，有
根据热力学第一定律有
其中
解得