3.1 热力学第一定律 同步练-2024-2025学年高二下学期物理粤教版(2019)·选择性必修第三册

3.1热力学第一定律 一、单选题 1．一定质量的的冰熔为的水时，其分子的动能之和Ek和分子的势能之和Ep的变化情况是（　　） A．Ek变大，Ep变小 B．Ek变小，Ep变大 C．Ek不变，Ep变大 D．Ek不变，Ep变小 2．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900J的功，同时汽缸向外散热210J，汽缸里空气的内能改变了（　　） A．900J B．210J C．690J D．1110J 3．将一定质量的理想气体缓慢压缩，压缩过程中温度保持不变。下列说法正确的是（　　） A．气体的内能不变 B．气体的压强不变 C．气体分子的平均动能减小 D．气体与外界无热交换 4．一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态和初态相比， A．气体内能一定增加 B．气体内能一定减小 C．气体内能一定不变 D．气体内能是增是减不能确定 5．如图所示，将空的薄金属筒开口向下压入水中，设水温均匀恒定，筒内空气不泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，下列说法正确的是（    ） A．筒内壁与气体接触处，单位时间内碰撞单位面积的气体分子数不变 B．筒内气体每一个分子的分子动能都不变 C．筒内气体从外界吸热 D．筒内气体向外界放热 6．如图所示，A、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，开口向下竖直插入水银槽中（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传递，则下列说法正确的是（　　） A．A中水银的内能增量大于中水银的内能增量 B．中水银的内能增量大于A中水银的内能增量 C．A和中水银体积相同，故内能增量相同 D．A和中水银温度始终相同，故内能增量相同 7．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 8．如图所示，在水平面上放置着一个密闭绝热的容器，容器内一个有质量的活塞封闭着理想气体，活塞下部为真空两端固定的轻弹簧被压缩后用绳扎紧现在绳突然断开，当轻弹簧推动活塞上升的过程中，理想气体　　 A．压强增大，温度升高 B．压强增大，温度降低 C．压强减小，温度升高 D．压强减小，温度降低 9．如图所示，一定质量的理想气体由状态，O、A、D三点在同一直线上，由状态过程中（　　） A．气体内能增加且向外界放出热量 B．气体分子势能增大 C．每个气体分子的动能都增大 D．状态A的压强小于状态C的压强 10．下列说法中正确的是　　 A．气体总是很容易充满整个容器，这是分子间存在斥力的宏观表现 B．布朗运动反映了液体分子运动的无规则性 C．温度高的物体分子平均动能大，因此内能一定大 D．理想气体在等温变化时，内能不改变，因而与外界不发生热交换 11．一定质量的理想气体的状态发生变化，经历了图示A→B→C→A的循环过程，则（      ） A．气体在状态C和状态A的内能相等 B．从状态C变化到状态A的过程中，气体一定放热 C．从状态B变化到状态C的过程中，气体一定吸热 D．从状态B变化到状态C的过程中，气体分子平均动能减小 12．如图所示描述了封闭在某容器里的理想气体在温度 和 下的速率分布情况，下列说法正确的是（    ） A． B．随着温度升高，每一个气体分子的速率都增大 C．随着温度升高，气体分子中速率大的分子所占的比例会增加 D．若从到气体的体积减小，气体一定从外界吸收热量 13．如图所示，一定质量的理想气体从状态a经绝热过程到达状态b，再经等容过程到达状态c，最后经等温过程返回到状态a。已知在b到c的过程中，气体吸收热量为10J。下列说法正确的是（　　） A．a到c过程，气体对外界做功10J B．a到c过程，外界对气体做功10J C． a到b过程，气体对外界做功10J D．a到b过程，外界对气体做功10J 14．一定质量的理想气体经历状态变化，其图线如图所示，变化顺序为，图中段延长线过坐标原点，线段与p轴垂直，线段与轴垂直，则（　　） A．，压强不变、外界对气体做功、气体放出热量 B．，压强减小、外界对气体做功、气体吸收热量 C．，压强减小、外界对气体做功、气体吸收热量 D．，压强增大、气体对外界做功、同时放出热量 15．下列说法正确的是（　　） A．气体分子热运动的平均动能增大时，则气体压强也一定增大 B．分子力随分子间距离的减小会增大 C．两块表面磨平、干净的铅块，使之紧密接触后结合在一起，说明分子间有引力 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 二、多选题 16．当篮球气不足时常用打气筒和气针给篮球充气，把气针安装在打气筒的气嘴上，把气针慢慢地插入篮球气孔，然后压缩打气筒将空气压入篮球内，如图所示。在一次缓慢压缩打气筒的充气过程中，设此次充气过程中篮球的体积不变，气体温度不变，打气筒内的气体全部压入篮球内，没有向外界漏气，气体可视为理想气体，对于此次充气前打气筒内的气体和篮球内原来的气体，下列说法正确的是（    ） A．此过程中气体的内能增大 B．此过程中气体向外界放出热量 C．此过程中每个气体分子的动能均不变 D．此过程中气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增多 17．下列过程，可能发生的是（　　） A．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加 B．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少 C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少 D．物体对外界做功，同时物体放热，内能增加 18．某容器中一定质量的理想气体，从状态A开始发生状态变化，经状态B、C回到状态A，其状态变化的p—V图像如图所示，设A、B、C三个状态对应的温度分别是TA、TB、TC，则（　　） A．TA>TB B．TA=TC C．从状态A变化到状态B过程气体吸热 D．从状态A经状态B、C回到状态A的过程气体放热 三、解答题 19．如图所示，将玉米粒装入手摇爆米花机中，机内气体的初始温度、压强，对爆米花机密封加热，当气体压强达到时，开盖使玉米粒爆开。不计玉米粒在加热过程中的体积变化，气体视为理想气体。 (1)求开盖前瞬间气体的温度； (2)若加热过程中气体吸热，求该气体内能的变化量。 20．如图所示，一定质量的理想气体被不导热的活塞封闭在内壁光滑的绝热汽缸内，汽缸竖直放置，缸内安装一电热丝，活塞质量为m，横截面积为S，外界大气压强为，重力加速度为g。开始时活塞处于静止状态，将电热丝通电给气体缓慢加热，测得电热丝两端电压为U，通过的电流为I，经过时间t，活塞缓慢向上移动距离，求： （1）气体对外所做的功； （2）气体内能的增量。 21．一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C。其V—T图像如图所示。求： (1)若气体分子总数为N，气体在状态B时分子间的平均距离d； (2)若气体在状态A的压强为p，气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，内能的增加量为，气体在该过程中吸收的热量Q。 《3.1热力学第一定律（粤教版2019）》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C C A D D B B A D B 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 答案 D C C A C BD AB CD 1．C 【详解】一定质量的的冰熔为的水时，温度不变，所以分子的动能之和Ek不变，该过程需要吸收热量，根据热力学第一定律可知，其内能增加则分子的势能之和Ep必定增加。 故选C。 2．C 【详解】由热力学第一定律ΔU=W+Q得 ΔU＝900J-210J＝690J 故选C。 3．A 【详解】AC．理想气体温度保持不变，则气体内能不变，分子的平均动能不变，故A 正确，C错误； B．理想气体经历等温压缩过程，根据玻意耳定律可知气体的压强增大，故B错误； D．气体被压缩过程中，外界对气体做功，而气体内能不变，根据热力学第一定律可知气体向外界放热，故D错误。 故选A。 4．D 【详解】由于气体吸收热量，所以，气体体积膨胀并对外做功，则 根据热力学第一定律，该气体的内能可能增加，也有可能减小． 故本题选D． 【点睛】根据热力学第一定律，判断气体内能的变化． 5．D 【详解】A．气体体积减小，单位时间内碰撞单位面积的气体分子数增多，A错误； B．由于不计气体分子间相互作用，所以气体是理想气体，内能只与温度有关，而外界温度不变，所以气体温度不变，分子平均动能不变，但并不是每一个分子的分子动能都不变，B错误； CD．又U=Q+W，外界对气体做功，W为正，U恒定，所以Q为负，即气体向外界放热，C错误，D正确． 故选D。 6．B 【详解】在水银进入管状容器的过程中，大气压力对水银做功，把大气的能量转化为水银的内能和重力势能，在一定的大气压下，A、中的水银柱在稳定后高度是相同的，且进入管中的水银体积相同，所以大气压力做功相同。但两装置中水银重力势能的增量不同，所以两者内能的改变也不同，由题图可知装置中水银的重力势能较小，所以装置中水银的内能增量较大。 故选B。 7．B 【详解】A．当分子间距由0逐渐变大时，分子力先做正功后做负功，则分子势能先减小后增加，选项A错误； B．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； C．根据热力学第一定律 △E=W+Q 则当外界对物体做功时，若物体放热，则物体的内能不一定增加，选项C错误； D．做功和热传递都能改变物体的内能，选项D错误。 故选B。 8．A 【分析】根据理想气体的状态方程分析气体的状态参量的变化；轻弹簧推动活塞上升的过程中对气体做功，结合热力学第一定律即可判定气体内能的变化与温度的变化． 【详解】活塞向上压缩气体的过程中对气体做正功，同时，由于是绝热的汽缸，气体与外界之间没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体的内能一定增大，所以气体的温度升高．根据理想气体的状态方程：可知，气体的温度升高，体积减小则气体的压强一定增大．故选A. 【点睛】通过受力分析确定所受的各个力，以及物体的初末状态和物体运动过程，从而确定不同力的做功情况以及能量的转化是解决此类题目的解题思路． 9．D 【详解】A．根据图象可知：气体由状态A→B→C→D过程中，最终状态与初状态相比温度升高、体积增大，则气体内能增大、对外做功，根据热力学第一定律△U=W+Q可知整个过程中气体吸收热量，故A错误； B．一定质量的理想气体分子势能为零，故B错误； C．气体温度升高，气体分子平均动能增大，但不是每个气体分子的动能都增大，故C错误； D．根据理想气体的状态方程可得 V－T图象中某点与坐标原点连线的斜率越大则压强越小，所以状态A的压强小于状态C的压强，故D正确。 故选D。 10．B 【详解】A．气体分子永不停息的做着无规则的热运动，所以气体能充满整个容器，选项A错误； B．布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，反映了液体分子运动的无规则性，选项B正确； C．内能是气体所有分子的动能和势能之和，由温度体积和分子数决定，选项C错误； D．理想气体的内能只与温度有关，如果气体等温膨胀时，体积增大对外做功，从外界吸收热量，选项D错误。 故选B。 11．D 【详解】气体在状态C和状态A的体积相等，压强不等，那么温度也不等，所以内能也不等，故A错误．从状态C变化到状态A的过程中，体积不变，压强增大，温度增大，内能增大，根据热力学第一定律的表达式△U=Q+W，气体一定吸热，故B错误．从状态B变化到状态C的过程中，压强不变，体积减小，温度减小，内能减小，根据热力学第一定律的表达式△U=Q+W，气体一定放热，故C错误．从状态B变化到状态C的过程中，压强不变，体积减小，温度减小，气体分子平均动能减小．故D正确． 12．C 【详解】A．由图可知，b的分子的速率较大的分子数比较多，则b的分子的平均动能一定比较大，由于温度是分子的平均动能的标志，所以，故A错误； BC．温度是分子的平均动能的标志，是大量分子运动的统计规律，温度升高时，气体分子中速率大的分子所占的比例会增加，但不是每一个气体分子的速率都增大，故B错误，C正确； D．从到气体的体积减小，则外界对气体做正功；结合可知气体的内能增大；而做功与热传递都可以改变物体的内能，所以从到气体的体积减小，气体不一定从外界吸收热量，故D错误． 故选C． 13．C 【详解】CD．a到b过程中，气体只对外做功，不吸收热量；b到c的过程中，气体只吸收热量不做功，而a、c状态温度相同，即气体的内能相同，根据热力学第一定律，吸收的热量等于气体对外做的功，故a到b过程，气体对外界做功10J，C正确，D错误； AB．在p—V图像中，图像与坐标轴围成的面积等于该过程气体做的功，由于a到b过程，气体对外界做功10J，因此a到c过程，气体对外界做功超过10J，AB错误。 故选C。 14．A 【详解】由理想气体状态方程可知 由题图可知，连接的直线的斜率小,所以b对应的温度低，c对应的温度高。 A.过程，气体压强p不变而体积V变小，由理想气体状态方程可知气体温度降低，理想气体内能只与温度有关，故内能减少，做功与否只与体积变化有关，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律，气体放热，故A正确； B．过程，气体体积V不变，压强p变小，不做功，由理想气体状态方程可知，气体温度降低，气体放热，故B错误； C．过程，气体压强减小而体积增大，对外做功，气体的压强与体积倒数成正比，则压强与体积成反比，气体发生的是等温变化，气体吸热，故C错误； D．过程温度升高，由图像可知，同时压强增大，且体积也增大，对外做功，吸热，故D错误。 故选A。 15．C 【详解】A．气体分子热运动的平均动能增大，由于气体压强决定于气体分子的密度（单位体积内的分子数）和分子的平均动能两个因素，所以气体的压强不一定增大，故A错误； B．当分子力表现为斥力时，分子力总是随着分子间距离的减小而增大；当分子力表现为引力时，分子力总是随着分子间距离的减小而减小，故B错误； C．两块表面磨平、干净的铅块，使之紧密接触就能结合在一起，这个实验说明分子间存在着引力，故C正确； D．一定质量的理想气体等温膨胀时对外做功，由于温度不变，内能变化量为零，根据热力学第一定律 可得 所以气体要吸收热量，故D错误。 故选C。 16．BD 【详解】A．在一次缓慢充气过程中，气体温度不变，打气筒内的气体全部压入篮球内，无漏气，气体可视为理想气体，气体温度不变，因此此过程中气体的内能不变，故A错误； B．充气前，气体在篮球和气筒之间，充气后，气体在篮球中，由于篮球的体积不变，因此气体的体积变小，此过程中外界对气体做正功，，气体的温度不变，则，由热力学第一定律 可得：，即此过程中气体向外界释放热量，故B正确； C．温度是分子平均动能的标志，温度不变，则分子的平均动能不变，但不是每个分子的动能都不变，故C错误； D．压缩过程中气体温度不变，根据玻意耳定律可知气体的压强增大，此过程中气体的温度不变，即分子热运动的激烈程度不变，但压强增大，则气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加，故D正确。 故选BD。 17．AB 【详解】A．当物体吸收的热量多于物体对外做的功时，物体的内能就增加，故A正确； B．当物体吸收的热量少于物体对外做的功时，物体的内能就减少，故B正确； C．外界对物体做功，同时物体吸热，由热力学第一定律可知物体的内能必增加，故C错误； D．物体对外界做功，同时物体放热，内能减小，故D错误。 故选AB。 18．CD 【详解】A．从A到B是等压膨胀，由盖吕萨克定律可知温度升高故，A错误； B．从B到C是等容升压，温度上升，，所以，B错误； C．从A到B，气体温度升高，内能增加，体积膨胀，气体对外做功，由热力学第一定律可知 气体一定吸收热量，C正确； D．整个过程气的内能不变，体积变化为0，外界做的总功为0，从A到B吸收热量，从B到C，体积不变，温度升高，继续吸收热量，所以从C回到A状态，气体应该放出热量，D正确； 故选CD。 19．(1) (2) 【详解】（1）等容变化，设后来温度为，根据查理定律有 解得 （2）根据热力学第一定律有 加热过程体积不变，即有W=0 解得 20．（1）；（2） 【详解】（1）气体膨胀推动活塞向上移动，所以气体对外做功为 （2）由热力学第一定律可得，气体内能的增量 根据焦耳定律可得电热丝产生的热量为 所以，气体吸收的热量为 故气体的内能的增量为 21．(1)；(2) 【详解】(1)气体从状态A变化到状态B的过程，根据等压变化规律有 又 解得 (2)气体从状态A变化到状态B的过程中，气体对外界做功为 气体从状态B变化到状态C的过程中，气体对外界做功0。根据热力学第一定律 解得气体在该过程中吸收的热量 学科网（北京）股份有限公司 $$