3.2 热力学第一定律 同步练习-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

3.2 热力学第一定律 同步练习 一、单选题 1．做功和热传递都可以改变物体的内能，以下说法正确的是（　　） A．物体放出热量，内能一定减少 B．物体对外做功，内能一定减少 C．物体吸收热量，同时对外做功，内能一定减少 D．物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少 2．如图所示为内燃机的示意图，其原理结构简化模型就是一个汽缸活塞模型，活塞上部封闭一定质量的理想气体。如果活塞向上运动，关于内部气体（忽略与外界热交换）的说法正确的是（　　） A．体积减小，压强不变，温度升高 B．外界对气体做功，内能增大 C．体积减小，压强增大，温度不变 D．气体对外界做功，内能增大 3．一竖直放置的U形玻璃管一端封闭，另一端开口向下，如图所示，用水银柱封闭一定质量的理想气体，在保持温度不变的情况下，假设在管子的D处钻一小孔，则管内左侧被封闭的气体压强p和体积V变化的情况及做功情况是（  ） A．p、V都不变 B．V减小，p增大 C．封闭气体对外做功 D．该过程封闭气体从外界吸收热量 4．关于如图所示的热学实验，下列说法正确的是（　　） A．图甲中，迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明做功可以使物体的温度升高 B．图乙中，重物下落带动叶片转动，叶片向水传递热量从而使水的温度升高 C．图丙中，降落的重物使发电机发电，电流对液体做功使液体的温度升高 D．以上实验都可说明，外界对系统做功可以使系统的内能增加 5．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 6．在研究一定质量理想气体的压强、体积、热力学温度的关系时，在直角坐标系中作出如图所示的图像，其中长方体有三条边在坐标轴上，、、、是对应边的中点，、是对角线的中点，是degi平面内的一条双曲线。气体从状态开始经、、三个过程回到原状态，则下列说法正确的是（　　） A．到气体分子数密度增大 B．到气体分子平均动能减小 C．到气体从外界吸收热量对外做功 D．到单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小 7．如图所示是一种演示气体定律的仪器一哈勃瓶，它是一个底部开有圆孔，瓶颈很短的平底大烧瓶，在瓶内塞有一气球，气球的吹气口反扣在瓶口上，瓶底的圆孔上配有一个橡皮塞。在一次实验中，瓶内由气球和橡皮塞封闭一定质量的气体，开始时气球自然松弛，气球内气体与外界连通，气体体积为V，瓶内气体体积为。用打气筒出气口紧密贴合气球吹气口并向气球内缓慢打入气体，直至气球体积增大到，容器和气球导热良好，外界温度不变，气球壁厚度不计、重力不计，大气压强为，在此过程中（　　） A．瓶内气体内能减小 B．瓶内气体吸热 C．瓶内气体压强由变为 D．气球中充入的气体质量等于开始时气球中气体质量 8．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℃的水蒸气，其内能增大 B．一定质量的气体温度升高，单位时间内撞击容器壁单位面积上的分子数一定增多 C．某气体的摩尔质量是M，标准状态下的摩尔体积为V，阿伏加德罗常数为NA，则每个气体分子在标准状态下的体积为 D．一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定向外界放热 9．一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后又回到状态A．其中C→D→A为等温过程。该循环过程如图所示，下列说法正确的是（　　） A．A→B过程中，气体对外做功大于从外界吸收的热量 B．B→C过程中，单位时间单位面积气体撞击器壁的个数减小 C．气体状态A时内能大于状态C时内能 D．从状态A经一个循环又回到A的全过程中，气体吸收的热量小于放出的热量 10．如图，一定质量的理想气体，由a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c．设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac．则 ． A．Tb＞Tc，Qab＞Qac B．Tb＞Tc，Qab＜Qac C．Tb=Tc，Qab＞Qac D．Tb=Tc，Qab＜Qac 二、多选题 11．一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程到达状态b，再经过等温过程到达状态c，最后经等压过程回到初态a。下列说法中正确的是（　　）。 A．在过程中外界对气体做功 B．在过程中气体对外界做功 C．在过程中气体从外界吸收热量 D．在过程中气体从外界吸收热量 12．下列说法中正确的是（   ） A．吹气球很费力，因为分子间存在斥力 B．某物质导热性能各向同性，该物质可能是单晶体、多晶体或非晶体 C．由于水的表面张力作用，所以荷叶上的水成球形 D．一定质量0°C的水变成0 °C的冰，体积变大，内能增加 13．某带活塞的汽缸里装有一定质量的理想气体，气体经历如图所示的AB、BC、CD、DA四个变化过程．已知状态A的温度为7°C，则下列说法正确的是（    ） A．B态的温度287K B．AB过程气体对外做功200J C．CD过程气体对外做功140J D．从A态又回到A态的过程气体吸热60J 14．如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为和）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从下降高度到位置时，活塞上细沙的总质量为。在此过程中，用外力作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为。下列说法正确的是（　　） A．整个过程，外力做功大于0，小于 B．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变 C．整个过程，理想气体的内能增大 D．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于 15．一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，压强随体积变化的关系如图，这个过程（　　） A．气体的密度一直变小 B．气体的温度一直降低 C．气体一直对外界做功 D．气体一直向外界放热 三、填空题 16．如图1所示，在斯特林循环的P－V图象中，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，整个过程由两个等温和两个等容过程组成． （1）B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目 （选填“增大”、“减小”或“不变”）．状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图2所示，则状态A对应的是 （选填“①”或“②”）． （2）在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J；在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J，则气体完成一次循环对外界所做的功为 J． 17．如图所示为一定质量理想气体状态方程变化过程的图线。 （1）图中B→C为 （填吸热、放热）过程。 （2）若已知A点对应的温度为，B点对应的温度为，则C点对应的温度为 K。 四、解答题 18．如图所示，上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置，横截面积为的活塞，将一定质量的理想气体封闭在汽缸内。在汽缸内距缸底处设有卡槽a、b两限制装置，使活塞只能向上滑动。开始时活塞搁在a、b上，活塞的质量为，气体温度为180K。现缓慢加热汽缸内气体，当温度为，活塞恰好离开卡槽a、b；若继续给汽缸内气体缓慢加热，活塞上升了的过程中，气体的内能增加了。 （设大气压强为，g取）求： （1）开始时汽缸内气体的压强； （2）活塞上升时汽缸内气体的温度； （3）活塞离开卡槽a、b之后上升的过程中，气体吸收的热量。 19．在如图所示的坐标系中，一定质量的某种理想气体先后发生以下两种状态变化过程：第一种变化是从状态A到状态C，是等容变化过程，该气体从外界吸收的热量为10J；第二种变化是从状态A到状态B，外界对该气体做功为6J。B、C两状态的温度相同，理想气体的分子势能为零,求： （1）从状态A到状态C的过程，该气体对外界做的功W1和其内能的增量ΔU1； （2）从状态A到状态B的过程，该气体内能的增量ΔU2及其从外界吸收的热量Q2。 20．一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C，其有关数据如p-T图象甲所示。若气体在状态A的温度为tA=-73℃，在状态C的体积为Vc=0.6L。A→B过程吸收热量为150J。已知一定质量的理想气体，内能的变化量与温度的变化量成正比，求： （1）根据图象提供的信息，计算图中VA的值； （2）在图乙坐标系中，作出由状态A经过状态B变为状态C的图象，并在图线相应位置上标出字母A、B、C．如果需要计算才能确定坐标值，请写出计算过程。 （3）B→C过程，气体从外界吸收的热量为多少？ 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《3.2 热力学第一定律 同步练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D B B AD D D C A B C 题号 11 12 13 14 15 答案 AC BC BD BD AC 1．D 【详解】A．物体放出热量，若外界对物体做更多的功，则内能增加，故A错误； B．物体对外做功，如同时从外界吸收更多的热量，则内能增加，故B错误； C．物体吸收热量，同时对外做功，如二者相等，则内能不变；若Q >W，则内能增加，若W> Q，则内能减少，故C错误； D．物体放出热量，同时对外做功，则内能一定减少，故D正确。 故选 D。 2．B 【详解】活塞向上运动,封闭气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律，可知 所以内能增大，气体温度升高，根据理想气体状态方程，有 可知气体压强增加。 故选B。 3．B 【详解】AB．设玻璃管两侧水银面高度差是h，大气压为p0，封闭气体压强p=p0-ρgh，在管子的D处钻一小孔，封闭气体压强p=p0变大，气体温度不变，压强变大，由玻意耳定律pV=C可知，封闭气体体积变小，故B正确，A错误； C．因为封闭气体体积减小，所以外界对气体做功，故C错误； D．保持温度不变，所以气体的内能不变，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知封闭气体向外放出热量，故D错误。 故选B。 4．AD 【详解】A．题图甲中迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明做功可以改变气体的内能，进而使温度升高，故A正确； B．题图乙中重物下落带动叶片转动搅拌容器中的水，水由于摩擦生热而温度上升，故B错误； C．题图丙中降落的重物使发电机发电，电流通过电阻丝放热使液体升温，故C错误； D．题图所示的三个实验本质上均是外界对系统做功而使系统的内能增加，故D正确。 故选AD。 5．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。 6．D 【详解】A．到，气体压强不变，体积增大，气体分子数密度减小，A错误； B．到，气体压强不变，温度升高，气体分子平均动能增大，B错误； C．为双曲线，到气体温度不变，故，气体体积减小，外界对气体做功，故 由 得，即气体放出热量，C错误； D．到气体体积不变，压强减小，温度降低，单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小，D正确。 故选D。 7．C 【详解】A．瓶内气体做等温变化，内能不变，故A错误； B．瓶内气体体积减小，则外界对气体做功，根据热力学第一定律，可知瓶内气体向外界放热，故B错误； C．对瓶内气体，根据玻意耳定律有 解得 故C正确； D．对气球中的气体，初始的压强和体积为，；充气后气球中气体的压强和体积为，，则气球中原来气体与充入气球中气体的质量比为 故D错误； 故选C。 8．A 【详解】A．一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，要吸收热量，则其内能增大，故A正确； B．一定质量的气体温度升高，若体积变大，则分子数密度减小，则单位时间内撞击容器壁单位面积上的分子数不一定增多，故B错误； C．某气体的摩尔质量是M，标准状态下的摩尔体积为V，阿伏加德罗常数为NA，则每个气体分子在标准状态下运动占据的空间的体积为，故C错误； D．一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，根据 可知气体温度升高，内能变大，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，那么它一定从外界吸热，故D错误。 故选A。 9．B 【详解】A．A→B过程中，气体压强不变，体积变大，温度升高，气体对外做功，内能增加，根据 可知，气体从外界吸收的热量大于对外做功，选项A错误； B．B→C过程中，气体体积不变，压强减小，温度降低，气体的平均速率减小，单位时间单位面积气体撞击器壁的个数减小，选项B正确； C．状态A和状态C，气体的温度相同，则气体在AC状态中的内能相同，选项C错误； D．从状态A经一个循环又回到A的全过程中，气体内能不变，整个过程气体对外做功（大小等于图像ABCDA围成的面积），则整个过程气体吸收热量，即气体吸收的热量大于放出的热量，选项D错误。 故选B。 10．C 【详解】试题分析：设气体在a状态时的温度为Ta，由图可知：VC=Va=V0、Vb=2V0=2Va， ①从a到b是等压变化： 解得：Tb=2Ta 从a到c是等容变化：，由于Pc=2P0=2Pa解得：Tc=2Ta，所以：Tb=Tc ②因为从a到c是等容变化过程，体积不变，气体不做功，故a→c过程增加的内能等于a→c过程吸收的热量；而a→b过程体积增大，气体对外做正功，由热力学第一定律可知a→b过程增加的内能小于a→b过程吸收的热量，则有Qac＜Qab． 故选C。 考点：理想气体的状态变化曲线 【名师点睛】该题考查了气体的状态方程和热力学第一定律的应用，利用气体状态方程解决问题时，首先要确定气体状态和各状态下的状态参量，选择相应的气体变化规律解答；在利用热力学第一定律解决问题时，要注意气体的做功情况，区分对内做功和对外做功，同时要注意区分吸热还是放热． 11．AC 【详解】AD．在过程中，气体体积减小，外界对气体做功，气体压强不变，由 可知，温度降低，内能减小，由热力学第一定律可知，气体对外界放热，A正确，D错误； B．在过程中气体体积不变，气体没有对外界做功，外界也没有对气体做功，B错误； C．在过程中，温度不变，内能不变，气体体积增大对外做功，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，C正确。 故选AC。 12．BC 【详解】A．吹气球很费力，是由于气球内外的压强差比较大，与分子间有斥力无关，故A错误； B．多晶体和非晶体物理性质表现为各向同性，有些单晶体，导热性能也可能表现为各向同性，故B正确； C．由于水的表面张力作用，荷叶上的水表面积会尽量收缩到最小成球形，故C正确； D．一定质量0℃的水结成0℃的冰，因为温度不变，体积增大，但水要放出热量，所以内能一定减小，故D错误。 故选BC. 13．BD 【详解】A.A态的温度为T=t+273K=（7+273）K=280K，A→B过程，压强不变，体积由2L变为4L，即变为原来的2倍，由盖-吕萨克可知，温度变为原来的2倍，即B态时温度为560K，故A错误； B.由图象知，其面积为气体对外做功的多少，即W1=P1△V1=1×105（4-2）×10-3J=200J，故B正确； C.由C→D过程外界对气体做功W2=P2△V2=140J，故C错误； D.从A态又回到A态，气体内能不变，即△U=0，此过程中外界对气体做功W=W2-W1=-60J，由热力学第一定律：△U=Q+W，解得Q=60J，即气体吸热，故D正确． 14．BD 【详解】A．外力F作用在右端活塞上，活塞位置不变，可知在F作用下没有位移，可知外力F做功为零，故A错误； BC．汽缸为导热汽缸，环境温度不变，所以气体状态变化过程中温度不变，温度是分子平均动能的标志，所以分子平均动能不变，对于一定质量的理想气体，内能只与分子平均动能有关，所以内能也不变，故B正确，C错误； D．此过程外界大气通过活塞对封闭气体做功为p0S1h，活塞下降过程，因缓慢加细沙，故细沙通过活塞对气体做功小于mgh，所以外界对气体做功 根据，因，所以 即气体向外界释放的热量小于，故D正确。 故选BD。 15．AC 【详解】A．一定质量的理想气体由状态A变化到状态B过程，体积增大，密度一直变小，故A正确； B．气体发生等压变化，体积增大，根据盖·吕萨克定律分析得知，温度升高，故B错误。 C．气体体积增大，一直对外做功，故C正确； D．温度升高，气体的内能增大，对外做功，由热力学第一定律分析得知，气体一直从外界吸热。故D错误。 故选AC。 16． 不变    ① 8 J 【详解】（1）由图可知，图线BC与纵坐标平行，表示气体的体积不变，所以B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目不变； 根据理想气体的状态方程：PV/T=C可知，气体的温度越高，压强与体积的乘积PV值越大，所以由图可知TD＞TA；气体的分子的运动的统计规律：中间多，两头少；温度高，最可几速率向速度较大的方向移动；故T1＜T2；因此状态A对应的是①． （2）在气体完成一次循环后的内能与开始时是相等的，所以内能不变，即△U=0；由图可知，A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4J和20J．在B→C和C→D的过程中气体吸收的热量分别为20J和12J，则吸收的热量Q=QAB+QBC+QCD+QDA=-4+20+12-20=8J．由热力学第一定律得：△U=Q+W，所以W=-8J，所以气体完成一次循环对外做功是8J． 点睛：该题是图象问题，解题的关键从图象判断气体变化过程，利用理想气体状态方程，然后结合热力学第一定律进行分析判断即可解决． 17． 吸热 【详解】（1）[1]根据 可得B→C过程中T在增大，故需要吸热； （2）[2]对B到C过程，根据盖吕萨克定律有 因为 所以 解得 18．(1)；(2)400K；(3) 【详解】(1)活塞刚好离开卡槽时，有 根据查理定律得 解得 (2)从活塞离开卡槽时，气体为等压变化，根据盖吕萨克定律得 解得 (3) 活塞离开卡槽后，气体对外做功为 根据热力学第一定律得 19．（1）10J；（2）4J 【详解】（1）从状态A到状态C的过程是等容变化过程，则 根据势力学第一定律有 内能的增量为 （2）由于B、C两状态的温度相同，则从状态A到状态B的过程，该气体内能的增量为 根据题意可知，该过程中外界对该气体做功为6J，即为 根据热力学第一定律有 整理可以得到 20．（1）0.4L；（2） ；（3）120J 【详解】(1)状态A的热力学温度 TA=t+273=-73+273=200（K） 由图甲可知：A至B为等压过程，B至C为等容过程．对A至C，由理想气体状态方程有： 解得 (3)由盖•吕萨克定律 解得 因为B至C为等容过程，所以VC=VB=0.6m3，图象如图所示． （3）从A到B压强不变，体积增大 气体对外做功 则由热力学第一定律可知 即 解得 k=1.2J/K 从B到C体积不变，则W=0，则 ∆UBC=QBC 即 QBC=k∆TBC=1.2(400-300)J=120J 即B→C过程，气体从外界吸收的热量为120J。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $