物理选择性必修 第三册4.1 热力学第一定律测试题

【精挑】第1节热力学第一定律-2优质练习

一．填空题

1．某瓶0℃的冰溶化为0℃的水的过程中，分子的总动能______（填“增大”，“减少”或“不变”），分子的总势能______（填“增大”，“减少”或“不变”）。再往这瓶水中滴入红墨水，一段时间后，整杯水都变成了红色，这个过程是沿着分子热运动的无序性______（填“增大”，“减少”或“不变”）的方向进行的。

2．一定质量的理想气体由状态a等压膨胀到状态b，再等容增压到状态c，然后膨胀到状态d，其压强p与体积V的关系如图所示，其中曲线为双曲线的一支。若气体在状态a时的热力学温度为，气体由状态a等压膨胀到状态b的过程中内能增加了，则该过程中气体从外界吸收的热量为__________，在状态d时的热力学温度为___________。

3．密闭气缸内的理想气体经历了如图所示的AB．BC两个过程，其中AB与BC．水平轴均垂直，则从A→B→C的过程中，气缸内气体分子的平均动能____________（选填“先减小后增大”“先增大后减小”或“一直增大”），气缸内气体_____________（选填“一直吸热”“先吸热后放热”或“先放热后吸热”）。

4．如图是常见的气压式水枪储水罐示意图，从储水罐充气口充入足够多的气体，然后关闭充气口，扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。向储水罐充气是为了______；若不考虑罐内气体与外界的热传递因素，则在水不断喷出的过程中罐内气体的内能______（选填“逐渐增加”．“逐渐减少”或“保持不变”）。

5．如V—T图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①．②．③到达状态d。则：过程①中，气体压强________（填“增大”．“减小”或“不变”）；过程②中，气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数_______（填“增加”．“减少”或“不变”）；过程③中，气体_______（填“对外界放热”．“从外界吸热”或“既不吸热也不放热”）。

6．改变物体内能的两种物理过程，虽然等效，但有本质的区别。做功是其它形式的能和内能之间的___________；而热传递却是物体间内能的___________。

7．两个相同容器中分别盛有质量相等．温度相同的氢气和氧气，若忽略分子间的势能，则氢气分子的平均动能_______氧气分子的平均动能；氢气的内能_______氧气的内能；相同时间内，氢气分子对器壁单位面积的总冲量_____________氧气分子对器壁单位面积的总冲量（均选填“大于”“小于”或“等于”）。

8．如图所示，一定量的理想气体经历了A→B→C状态变化过程，状态A的温度是TA=300K，则状态B的温度TB=_____K；A→B→C全过程气体吸收热量为____J

9．封闭在气缸内一定质量的理想气体由状态A经B．C到状态D，其体积V与热力学温度T关系如图所示，O．A．D三点在同一直线上，在A到D过程中，气体压强pA______pD（选填“>”，“=”或“<”），气体______（选填“吸收”或“放出”）热量

10．气闸舱是空间站中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其原理如图所示。座舱A与气闸舱B间装有阀门K，A中充满空气，B内为真空。航天员由太空返回到B时，将B封闭，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换，舱内气体可视为理想气体，不考虑航天员的影响，则此过程中（　　 ）

A．气体对舱壁做功，内能减小

B．气体分子的平均动能不变

C．气体分子的密集程度减小，气体的压强减小

D．气体分子在单位时间内对A舱壁单位面积碰撞的次数减少

11．如图所示的汽缸中封闭着一定质量的理想气体，活塞和汽缸导热性能良好，活塞与汽缸间无摩擦，汽缸开口始终向上。在室温为27°C时，活塞距汽缸底部距离h1=10cm，后将汽缸放置在冰水混合物中，此时外界大气压强为1atm，则：

(1)在冰水混合物中，活塞距汽缸底部距离h2=________cm。

(2)此过程中气体内能________（选填“增大”或“减小”），气体将________（选填“吸热”或“放热”）。

12．如图所示，绝热的轻质活塞2将一定质量的理想气体封闭在水平放置的固定绝热气缸内，轻质活塞1与2通过一水平轻质弹簧连接，两活塞之间为真空，活塞与气缸壁的摩擦忽略不计，用水平外力F使活塞1静止不动。现增大外力F，使活塞1缓慢向右移动，则此过程中气体的温度_____（填“升高”“降低”或“不变”）；外力F做的功及大气压力做的功_____（填“大于”“等于”或“小于”）气体内能的变化量；气体分子在单位时间内撞击气缸内壁单位面积上的次数_____（填“增加”“不变”或“减少”）。

13．用活塞将一定质量的理想气体密闭在气缸内。通过外界因素改变缸内气体的状态，气体从状态A经状态B变化到状态C，再从状态C回到状态A，其体积的倒数与压强的变化关系图像如图所示，图中AB与横轴平行，BC与纵轴平行。AC的连线过坐标原点。从状态A到状态B的过程中，气体____（填“吸热”“放热”或“绝热”）；从状态B到状态C的过程中，单位时间内碰撞器壁单位面积上的气体分子个数____（填“增大”“减小”或“不变”）；从状态C到状态A的过程中，气体的内能____（填“增大”“减小”或“不变”）。

14．研究大气现象时可把温度．压强相同的一部分气体叫做气团。气团直径达几千米，边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响，气团在上升过程中可看成是一定质量理想气体的绝热膨胀，设气团在上升过程中，由状态Ⅰ（p1．V1．T1）绝热膨胀到状态II（p2．V2．T2）。倘若该气团由状态I（p1．V1．T1）作等温膨胀到Ⅲ（p3．V3．T3），试回答：

(1)下列判断正确的是_______。

A．p3＜p1 B．p3＜p2            C．T1＞T2 D．T1<T2

(2)若气团在绝热膨胀过程中对外做的功为W1，则其内能变化=____；若气团在等温膨胀过程中对外做的功为W2，则其内能变化ΔE2=____。

(3)气团体积由V1变化到V2时，则气团在变化前后的密度比为        ，分子间平均距离之比为______。

15．容器内封闭一定质量的理想气体，从状态a开始，经历a→b．b→c．c→a三个过程回到原状态，其p–T图像如图所示，其中图线ac的反向延长线过坐标原点O，图线ab平行于T轴，图线bc平行于p轴，Va．Vb．Vc分别表示状态a．b．c的体积。则c→a过程中气体单位时间内碰撞器壁单位面积上的分子数___________（填“增加”“减少”或“不变”）；a→b过程中气体吸收的热量___________（填“大于”“小于”或“等于”）气体对外界做功。

16．一定质量的理想气体，经历一膨胀过程，这一过程可以用图上的直线ABC来表示，TA______TB，（填＞，＜或＝），A到C过程________（吸，放）热。

17．一定质量的理想气体从状态M出发，经状态N．P．Q回到状态M，完成一个循环，其体积一温度图像（图像）如图所示，其中．平行T轴，．平行V轴。则气体从M到N的过程中压强______（填“增大”．“减小”或“不变”），内能______（填“增大”．“减小”或“不变”）；气体从N到P过程吸收的热量______（填“大于”．“等于”或“小于”）从Q到M过程放出的热量；气体从P到Q过程对外界所做的功______（填“大于”．“等于”或“小于”）从M到N过程外界对气体所做的功。

18．太空宇航员的航天服能保持与外界绝热，为宇航员提供适宜的环境。若在地面上航天服内气体的压强为，体积为2L，温度为，到达太空后由于外部气压降低，航天服急剧膨胀，内部气体体积增大为所研究气体视为理想气体，则宇航员由地面到太空的过程中，若不采取任何措施，航天服内气体内能___________ 选填（“增大”．“减小”或“不变”）。为使航天服内气体保持恒温，应给内部气体___________ ，选填“制冷”或“加热”。

参考答案与试题解析

1．【答案】不变    增大    增大   

【解析】【来源】2021届广东省阳江市第一中学高三（下）模拟考物理试题

[1]温度是分子平均动能的标志，所以0℃的冰和0℃的水分子的总动能相等，即不变；

[2]将0℃的冰溶为0℃的水，需要吸收热量，所以0℃的冰的内能小于0℃的水的内能，而物体内能是分子的总动能和分子的总势能之和，所以0℃的冰分子的总势能小于0℃的水分子的总势能，即将0℃的冰溶为0℃的水，分子的总势能增大；

[3]由热力学第二定律可知，分子热运动总是沿着无序性增大的方向进行。

2．【答案】       

【解析】【来源】2021届福建省厦门市高三（下）第一次市质检物理试题

[1]从a到b，理想气体做等压变化，气体对外做功为

根据热力学第一定律，有

联立，可得

[2]根据曲线为双曲线的一支，可知从c到d，气体做等温变化，有

根据理想气体状态方程，从a到c有

联立，可得

3．【答案】先减小后增大    先放热后吸热   

【解析】【来源】2020届贵州省铜仁市玉屏民族中学高三（下）第六次模拟物理试题

【分析】

【详解】

[1]A→B过程气体等压压缩，根据盖—吕萨克定律知，温度降低，B→C过程气体等容升压，根据查理定律知，温度升高，即气体温度先降低后升高，温度是气体分子平均动能的标志，则气体分子的平均动能先减小后增大；

[2]A→B过程气体温度降低，理想气体的内能只与温度有关，温度降低，内能减小，体积减小说明外界对气体做功，由热力学第一定律知气体放热；B→C过程气体温度升高，内能增大，体积不变说明外界对气体不做功，由热力学第一定律知气体吸热，则气体先放热后吸热。

4．【答案】增大罐内气体的压强    逐渐减少   

【解析】

[1]向储水罐充气是为了增大罐内气体的压强，以便阀门M打开后，水能更快的流出。

[2]在水不断喷出的过程中，气体膨胀，体积增大，则气体对外界做功，不考虑罐内气体与外界的热传递，由热力学第一定律

可知

，

因此

所以罐内气体的内能逐渐减少。

5．【答案】增大    减少    从外界吸热   

【解析】【来源】河北省邯郸市大名县第一中学2019-2020学年高二（下）第四次半月考物理试题（清北班）

【分析】

【详解】

[1]由图可知，过程①中，体积不变，气体发生等容变化，温度升高，故压强增大；

[2]由图可知，过程②中，根据理想气体状态方程有

变形得

即V-T图线是一条过原点的等压直线，故过程②中，压强一直不变，气体发生等压变化，气体体积增大，则分子数密度减小，温度升高，则分子平均动能增大，而气体的压强取决于分子数密度和平均动能，故与b态相比，c态的气体分子在单位时间内对容器壁单位面积撞击的次数减少；

[3]由图可知，过程③中，温度不变，发生等温变化，理想气体的内能只与温度有关，故此过程内能不变。现体积增大，气体对外做功，减少内能，故为保持内能不变，所以气体要从外界吸热。

6．【答案】转化    转移   

【解析】

做功是其它形式的能和内能之间的转化；而热传递却是物体间内能的转移。

7．【答案】等于    大于    大于   

【解析】【来源】2020届新疆高三（下）第三次诊断性考试理综物理试题

【分析】

【详解】

[1][2]由于不考虑分子间作用力，氢气和氧气只有分子动能，温度相同，它们的平均动能相同，而氢气分子摩尔质量小，质量相等时，氢气分子数多，所以氢气内能多

[3]氢气和氧气分子平均动能相同，由于氢分子的摩尔质量小，则氢分子的分子平均速率更大，且氢气分子数多，则相同时间内，氢气分子对器壁单位面积的总冲量大于氧气分子对器壁单位面积的总冲量

8．【答案】100    2000   

【解析】【来源】2020届江苏省南通市海安高级中学高三（下）模拟考试物理试题

【分析】

【详解】

[1][2]由A→B是等体过程，压强与温度成正比

解得

由A→B→C过程中，根据理想气态方程式

求得

经过A→B→C变化后温度不变，所以理想气体的内能不变,即

从B→C，气体体积增大，气体对外做功

再由

求得

即气体吸收热量2000J

9．【答案】=    吸收   

【解析】【来源】2021届广东省潮州市高三（上）第一次教学质量检测物理试题

[1][2] 由图示图象可知，从A到D过程V与T成正比，气体压强不变，pA= pD，温度升高，内能增大，体积增大对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量。

10．【答案】BCD

【解析】【来源】山东省济宁市兖州区2019-2020学年高二（下）5月阶段性测试物理试题

【分析】

【详解】

A．气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据

△U=W+Q

可知内能不变，故A错误；

B．因为内能不变，而理想气体不计分子势能而只有分子动能，其内能为

故温度不变，平均动能不变，故B正确；

CD．因为气闸舱B内为真空，根据玻意耳定律可知：pV=定值，可知扩散后压强p减小，体积V增大，所以气体的密集程度减小，根据气体压强的微观意义可知气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少，故CD正确；

故选BCD。

11．【答案】9.1    减小    放热   

【解析】【来源】陕西省宝鸡中学2019-2020学年高二（下）期中物理试题

【分析】

【详解】

(1)[1]汽缸内气体发生等压变化，根据盖—吕萨克定律得

其中，解得

(2)[2]温度降低，理想气体内能减小，即。

[3]气体体积减小，外界对气体做功，，根据热力学第一定律可知，即气体将放热。

12．【答案】升高    大于    增加   

【解析】【来源】2020届黑龙江省哈尔滨市第六中学高三（下）第二次模拟考试理综物理试题

【分析】

【详解】

[1]根据题意可知外界对理想气体做正功，理想气体与外界无热交换，根据热力学第一定律得

所以理想气体内能增大，温度升高。

[2]外力F做的功及大气压力做的功等于气体内能的增加量和弹簧弹性势能的增加量，所以外力F做的功及大气压力做的功大于气体内能的变化量。

[3]理想气体温度升高，体积减小，所以气体分子在单位时间内撞击气缸内壁单位面积上的次数增加。

13．【答案】放热；    减小；    不变；   

【解析】

[1]由可得

斜率的倒数和温度成正比，根据图像可知，从状态A到状态B的过程中，气体的体积不变，不对外做功，气体温度减小，内能减小，由热力学第一定律知气体向外界放热；

[2]从状态B到状态C的过程中，气体体积增大，单位体积内分子数减小，单位时间内碰撞器壁单位面积上的气体分子个数减小；

[3]状态C到状态A的过程中斜率不变，气体温度不变，内能不变。

14．【答案】AC    -W1           

【解析】【来源】2020届江苏省苏中三市高三（下）3月第一次调研物理试题

【分析】

【详解】

(1)[1]气团在上升过程中，由状态Ⅰ（p1．V1．T1）绝热膨胀到状态II（p2．V2．T2），对外做功，内能减小，温度降低，T1>T2，气团由状态Ⅰ（p1．V1．T1）作等温膨胀到Ⅲ（p3．V3．T3），体积增大，压强减小，p3＜p2。故AC正确，BD错误。故选AC。

(2)[2]若气团在绝热膨胀过程中对外做的功为W1，由热力学第一定律，则其内能变化为

若气团在等温膨胀过程中对外做的功为W2，则其内能变化

(3)[3][4]气体密度

气团体积由V1变化到V2时，气团在变化前后的密度比为

设分子之间平均距离为d，气体分子数N，则所有气体体积

V=Nd3

气团在变化前后的分子间平均距离之比

15．【答案】减少    大于   

【解析】

[1]c→a过程为等容过程，压强减小．温度降低，单位时间内碰撞器壁单位面积上的分子数减小；

[2]a→b过程为等压过程，温度升高，内能增大，体积增大，气体对外界做功，由ΔU=W+Q得，气体吸收热量大于气体对外界做功。

16．【答案】<    吸热   

【解析】

[1]由p－V图象读出理想气体在A．B．C三个状态的参量为pA=3atm，VA=1L；pB=2atm，VB=2L；pC=1atm，VC=3L，根据理想气体状态方程，有

即

得

，

[2]由于，则气体内能不变，气体体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律可知，A到C过程吸热

17．【答案】增大    不变    等于    大于   

【解析】

[1][2]由理想气体状态方程

可知气体从M到N过程中压强增大，Ｍ到N过程温度不变则内能不变；

[3]气体从N到P过程和从Q到M过程体积都不变，则气体不对外做功，温度的变化量大小相等，说明内能变化大小相等，由热力学第一定律可得热量用于内能的改变，所以气体从N到P过程吸收的热量等于从Q到M过程放出的热量；

[4]气体从P到Q过程和从M到N过程体积变化相等，P到Q过程的温度高些，即压强大些，所以气体从P到Q过程对外所做的功大于从M到N过程外界对气体所做的功。

18．【答案】减小    加热   

【解析】

[1]根据热力学第一定律

气体急剧膨胀，气体对外界做功，W取负值，可知为负值，即内能减小。

[2]为使航天服内气体保持恒温，应给内部气体加热。