物理选修33 热力学第一定律 能量守恒定律随堂练习题

10.3热力学第一定律  能量守恒定律

共同基础

1．（4分）下列说法正确的是
A．外界对气体做功，气体的内能一定增大
B．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大
C．气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大
D．气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大

答：D

点拨：由热力学第一定律，知气体内能的变化决定于两个因素，热传递和做功，所以AB错误；而气体分子的平均动能只和宏观的温度有关，D正确。

2．（4分）一定质量的理想气体，如果体积膨胀，同时吸收热量，下列关于该气体内能变化的说法中正确的是
A．如果气体对外做的功大于吸收的热量，气体内能将减少
B．如果气体对外做的功小于吸收的热量，气体内能将减少
C．如果气体对外做的功等于吸收的热量，气体内能将不变
D．如果气体对外做的功等于吸收的热量，气体内能可能改变

答： AC

点拨：体积膨胀，则气体的压力一定对外做功，W＜0，吸收热量Q＞0，所以气体内能的变化要比较二者的大小关系，由W +Q=ΔU可知AC正确。

3．（4分）采用绝热（即不交换热量）的方式使一定量的气体由初态A变化至终态B．对于不同的绝热方式，下面说法正确的是
   A．对气体所做的功不同
   B．对气体所做的功相同
   C．对气体不需做功，因为没有热的传递
   D．以上三种说法都不对

答：B

点拨：初态A和终态B的内能的变化是相同的，而Q=0，所以不管什么过程，对气体所做的总功都是相同的。

4．（4分）在温度均匀且恒定的水池中，有一小气泡正在缓慢向上浮起，体积逐渐膨胀，在气泡上浮的过程中
A．气体内能增加            B．气体内能减少
C．气体吸收热量            D．气体放出热量

答： AC 

点拨：根据公式ΔU=Q+W，由题意，温度不变，分子总动能不变，但由于气泡上升体积增大，故分子总势能增大，所以，气泡上升过程，气体内能增加（ΔE为正值），选项A是正确的．由于气泡上升体积变大，所以气体对外界做功，W为负值．因此，Q为正值，表明气体吸收热量，选项C正确.

5．（4分）一定质量的理想气体，在它的温度升高的同时，它的体积增大了，下述说法中错误的是

A．气体的内能必定增大

B．气体分子间势能必定增大

C．上述过程可能是对气体热传递的结果

D．上述过程可能是对气体做功的结果

答：BD

点拨：理想气体的分子之间相互作用力为零，所以分子势能为零，B错误要选；因此内能只决定于气体的温度，A是对的不能选； 气体的体积增大对外做功，不可能对气体做功，所以D错误要选，由热力学第一定律，知内能增加而对外做功，所以气体一定吸热，C正确不能选。

6．（4分）固定的气缸内由活塞封闭着一定量的理想气体，活塞在拉力F作用下缓慢地向右移动，如图所示．假设气缸壁和活塞都是不导热的材料，在拉动活塞的过程中，则下列说法正确的是
A．气体对外做功，气体内能减小
B．外力F做正功，气体内能增加
C．气体温度升高、压强减小
D．每个气体分子的动能都减小

答： A

点拨：气体的体积增大，所以气体对外做功，而气缸壁和活塞都是绝热的，所以气体的内能减小。

7．（4分）一定质量的气体（不计分子势能），如果在某个过程中温度保持不变而放出热量，则在该过程中气体
A．内能不变                    B．对外做功
C．密度减小                    D．压强增大

答：AD

点拨：不计分子势能，则气体分子的内能只决定于分子的平均动能，即温度，温度保持不变，则内能保持不变，A正确，而由热力学定律知，Q取负值，所以对气体做功，则气体体积减小，密度增加，压强增大。

8．（4分）对于定量气体，可能发生的过程是
A．等压压缩，温度降低
B．等温吸热，体积不变
C．放出热量，内能增加
D．绝热压缩，内能不变

答：AC

点拨：等压压缩，由盖·吕萨克定律，知温度降低，A正确；等温吸热时，一定要对外做功，即气体的体积增大，B错误；放出热量，不能确定做功的情况，所以气体的内能不能确定，C正确；绝热压缩，对气体做功，气体的内能一定增加。

9．（4分）冬天，用嘴对着手呵气，手会暖和起来，这是用_________的方法增加了手的内能，它的实质是内能在_________．两手摩擦也能使手暖和，这是用_________的方法增加手的内能，在这过程中，_________转化为内能．

答案：热传递，物体间发生了转移，做功，机械能

点拨：做功和热传递都能改变物体的内能，效果上是一致的，但本质是有区别的，热传递是内能之间的转移，而做功是其它形式的能和内能之间的转化。

能力训练

10．（4分）如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙．现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中
A．外力对乙做功；甲的内能不变
B．外力对乙做功；乙的内能不变
C．乙传递热量给甲；乙的内能增加
D．乙的内能增加；甲的内能不变

答：C

点拨：移动P使气体的体积减小，外力对气体乙做功，由于固定容器及可动活塞P都是绝热的，所以气体的内能增加，隔板B是导热的，所以气体甲吸收热量，温度升高，内能增加，C正确。

11．（4分）对于一定质量的某种理想气体（分子势能不计），如果与外界没有热交换，则

Ａ．若气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定减小

Ｂ．若气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大

Ｃ．若气体分子的平均距离增大，则气体内能一定增大

Ｄ．若气体分子的平均距离增大，则气体内能一定减小

答：BD

点拨：与外界没有热交换的情况下，气体分子的平均动能增大，即温度升高，内能增大，必然是外界对气体做功，即体积减小，压强一定增大，A错误B正确；而若气体分子的平均距离增大，即体积增大，气体对外做功，气体内能减小，D正确。

12．（4分）一定质量的气体（不计分子势能），如果在某一个过程中温度保持不变而放出热量，则在该过程中气体

A．内能不变        B．对外做功        C．密度减小         D．压强增大

答：AD

点拨：气体在不计分子势能的情况下，只有分子势能，所以气体的内能只和温度有关，A正确；要保持温度不变，而放出热量，则一定要对气体做功，B错误；对气体做功，则体积减小，密度增大，C错误；而由玻意耳定律知体积减小，则压强一定增大，D正确。

13．（4分）如图所示，用一跟与活塞相连的细线将绝热气缸悬挂在某一高度静止不动，气缸开口向上，内封闭一定质量的气体，缸内活塞可自由活动且不漏气．现将绳剪断，让气缸自由下落，则下列说法正确的是

A．气体压强减小，内能增大

B．外界对气体做功，气体内能不变

C．气体的压强增大，内能增大

D．气体对外界做功，气体内能减小

答：C

点拨：通过对气缸的受力分析可知气体的压力为p0－Mg/S，当气缸自由下落时，气体的压强变为p0，所以气体压强增大，气体体积减小，外界对气体做功，绝热气缸所以气体的内能增加，温度升高，C正确。

14．（4分）如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的气缸中，活塞上堆放细砂，活塞处于静止．现对气体缓慢加热，同时逐渐取走细砂，使活塞缓慢上升，直到细砂全部取走．若活塞与气缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中
A．气体对外做功，气体温度可能不变
B．气体对外做功，内能一定减小
C．气体压强可能增大，内能可能不变
D．气体从外界吸热，内能一定增加

答：A

点拨：对气体加热，即气体吸收热量，而取走细砂，使得气体的压强减小，体积增大，对外做功，由热力学第一定律知，Q＞0而W＜0所以不能判断气体的内能如何变化。

15．（4分）一定质量的气体经历一个缓慢的绝热膨胀过程．设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中
A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加
B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少
C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加
D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少

答：D

点拨：气体分子间势能忽略，则气体的内能只由气体的温度决定，在膨胀过程中，气体对外界做功，而该过程中绝热，所以气体内能减小，即温度降低，分子的平均动能减小，D正确。

16．（4分）如图，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，抽去隔板（气体不外漏），加热气体，使两部分气体均匀混合，在此过程中气体吸热为Q，气体内能增量为ΔU，则
A．ΔU＝Q             B．ΔU＜Q
C．ΔU＞Q             D．无法比较ΔU和Q的大小

答：B

点拨：两部分气体混合后，气体整体的重力势能增加，内能增加，所以B正确。

17．（4分）如图所示，带有活塞的气缸中，封闭一定质量的理想气体，将一个半导体热敏电阻R置于气缸中，热敏电阻R与容器外的电源E和电流表A组成闭合回路，气缸和活塞具有良好的绝热性能．若发现电流表A的读数增大时，以下判断正确的是
A．气体压强一定增大
B．气体体积一定增大
C．气体一定对外做功
D．气体内能一定增大

答：BCD

点拨：电流增大，说明热敏电阻变小，温度升高，而活塞封闭的气缸则应该是发生等压变化，所以体积增大，气体对外做功，内能增大，BCD正确。

18．（4分）如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b．气体分子之间相互作用势能可忽略．现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡
A．a的体积增大了，压强变小了
B．b的温度升高了
C．加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈
D．a增加的内能大于b增加的内能

答：BCD

点拨：气体a被加热以后，温度升高，体积如果不变，则压强增加，推动活塞，压缩气体b，绝热隔板没有热传递，导致b压强增加，对气体b做功，使气体内能增加，温度升高，压强增加，达到平衡时两部分气体的压强都增加了，温度都升高了，a的温度升高要大于b的温度，所以CD正确。

19．（4分）用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空（如图1）．现把隔板抽去， A中的气体自动充满整个容器（如图2），这个过程称为气体的自由膨胀．下列说法正确的是
A．自由膨胀过程中，气体分子只作定向运动
B．自由膨胀前后，气体的压强不变
C．自由膨胀前后，气体的温度不变
D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分

答：C

点拨：自由膨胀时，气体并不对外做功，绝热容器又没有做功过程，所以内能不变，则气体的温度保持不变。

20．（4分）分别以p、V、T表示气体的压强、体积、温度．一定质量的理想气体，其初始状态表示为（p0、V0、T0）．若分别经历如下两种变化过程：
①从（p0、V0、T0）经等温膨胀变为（p1、V1、T1）
②从（p0、V0、T0）经等压膨胀变为（p2、V2、T2）

在上述两种变化过程中，如果V1=V2，则下列判断正确的是
A．p1＜p2，T1＜T2
B．由于在两种变化过程中气体的体积变化相同，气体对外界做功一定相等
C．气体的内能变化一定相等
D．过程②中气体从外界吸收的热量一定大于过程①中气体从外界吸收的热量

答：AD

点拨：等温膨胀则T0=T1，压强减小p0＞p1；而等压膨胀则有p0= p2，体积增大温度升高T0＜T2，所以A正确；虽然体积变化相同，但等温膨胀时压强减小作用力减小，所以第一种情况下气体对外界做功要小于第二种情况的，B错误；等温膨胀时内能不变，吸收热量等于对外界做的功，而等压膨胀时内能增加，对外界做的功又多，由热力学第一定律知过程②吸收的热量多。

创新拓展

21．（10分）飞机在万米高空飞行时，舱外气温往往在-50℃以下．在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体作为研究对象，叫做气团．气团直径可达几千米．由于气团很大，边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响，可以忽略．用气团理论解释高空气温很低的原因，应该是
A．地面的气团在上升到高空的过程中不断膨胀，同时大量对外放热，使气团自身温度降低
B．地面的气团在上升到高空的过程中不断收缩，同时从周围吸收大量热量，使周围温度降低
C．地面的气团在上升到高空的过程中不断膨胀，气团对外成功，气团内能大量减少，气团温度降低
D．地面的气团在上升到高空的过程中不断收缩，外界对气团做功，故周围温度降低

答：C

点拨：气团与外界没有热交换，Q=0，气团膨胀对外做功，则W取负值，内能减少，气团温度降低。

22．一定质量的理想气体，在经过等压膨胀、等容降温、等压压缩、等容升温四个过程后回到初始状态，它是吸热还是放热？
解析：解法一：由于一定质量的理想气体的内能是否变化决定于温度是否发生了变化，所以经过一个循环后回到初始状态，内能不变，即ΔU＝0。由热力学第一定律ΔU＝W+Q可知，它是吸热还是放热，取决于外界对它的做功情况。以下对在每个过程中外界对气体做功W的情况逐个分析：

等压膨胀：气体压强为p1，体积增大了ΔV1，则W1＝－p1ΔV1；

等容降温：体积不变，所以W2＝0。

等压压缩：气体压强为p2，体积减小了ΔV2，则W3＝p2ΔV2。

等容升温：体积不变，所以W4＝0。

外界对气体做的总功为W＝W1+W2+W3+W4=－p1ΔV1＋p2ΔV2

由于p1>p2，ΔV1＝ΔV2，所以W<0，代入

ΔU＝W+Q得Q>0，即气体吸热。

解法二：用图线直观地反应气体的状态变化。对本题作p－V图线如图所示，气体从A状态经过一个循环回到状态A。由p－V图线可以看出，在等温膨胀过程A－B中，气体对外做的功等于矩形ABFE的面积；在等压压缩过程C－D中，外界对气体所做的功等于矩形CDEF的面积。整个循环气体对外做的功等于矩形ABCD的面积。气体内能不变，对外做功，必然吸热。而且气体所吸收的热量也等于矩形ABCD的面积。