物理选择性必修 第三册4.1 热力学第一定律当堂达标检测题

【优质】第1节热力学第一定律-2优质练习

一．填空题

1．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”）。

2．如图所示，一定质量的理想气体被活塞密封在一绝热容器中，活塞与容器壁无摩擦。当温度为T1时，气体压强为p1，体积为V1；若在活塞上放置一定质量的重物，稳定后气体的压强变为p2，温度变为T2，则p2______p1，T2______T1（选填“>”．“=”或“<”）。

3．如图甲，在斯特林循环的图像中，一定质量理想气体从状态依次经过状态和后再回到状态，整个过程由两个等温和两个等容过程组成。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”）：在和的过程中，气体放出的热量分别为和，在和的过程中，气体吸收的热量分别为和，则气体完成一次循环对外界所做的功为______。状态和状态的气体分子热运动速率的统计分布图像如图乙，则状态对应的______（选填“①”或“②”）。

4．自行车内胎充气过足，在阳光下受暴晒时车胎极易爆裂，设暴晒过程中内胎容积的变化可以忽略不计。则在爆裂前受暴晒的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强______；在车胎突然爆裂的瞬间，胎内气体内能______；在车胎爆裂前，气体分子的平均动能______，大量气体分子作用在胎内壁单位面积上的平均作用力______。（均填“减小”“不变”或“增大”）

5．如图，容器中竖直放置U形管，左管空气柱被汞柱封闭，开始时左管液面比右管高，现对容器缓慢抽气至真空，则左管封闭空气柱的分子平均动能将_________（选填“变大”．“变小”或“不变”）；这时左．右管中的汞柱与原来相比可能观察到的变化是____________。（整个过程温度不变）

6．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。

7．一定质量的理想气体由状态A经状态B变化到状态C的图象如图所示，气体分子在单位时间内撞击容器上单位面积的次数用表示，则______。气体在AB过程中放出的热量______在BC过程中吸收的热量。（填“大于”．“小于”或“等于”

8．一定质量的理想气体从初状态I变到末状态II的过程中，温度升高，压强增大，变化过程中p－T图像如图所示，由图像可知，初状态I的体积___________（填“小于”．“等于”或“大于”）末状态II的体积；初状态I的内能___________（填“小于”．“等于”或“大于”）末状态II的内能；初状态I变到末状态II气体___________（填“吸收”或“放出”）热量。

9．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”。

10．一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B．C再回到状态A，变化过程如图所示，其中A到B曲线为双曲线。图中和为已知量。从状态B到C 的过程中，气体做功的大小为___________；从状态A经状态B．C再回到状态A的过程中，气体吸放热情况为___________（选填“吸热”“放热”或“无吸放热”）。

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．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______。

14．一种海浪发电机的气室如右上图所示，工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭，气室先后经历吸入．压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电，气室中的空气可视为理想气体．压缩过程中，两个阀门均关闭，若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换,内能增加了 ，则该气体的分子平均动能___（选填“增大”．“减小”或“不变”），活塞对该气体所做的功_____（选填“大于”小于”或“等于”）．

15．焦耳的代表性实验

（1）重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度______。

（2）通过电流的______给液体加热．

参考答案与试题解析

1．【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。

2．【答案】>    >   

【解析】

[1]在活塞上放置一定质量的重物，气缸内气体受到的压力变大，气体压强变大，即

气体体积变小，外界对气体做功；

[2]根据热力学第一定律知道外界对气体做功，内能增大，气体温度升高，则

3．【答案】不变    8    ①   

【解析】【来源】2021届广东省广州市天河区普通高中高三（下）综合测试物理试题（二）

[1][2]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；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

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。

[3] 根据理想气体的状态方程：，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，峰值向速率较大的方向移动；故T1＜T2；因此状态A对应的是①。

4．【答案】增大    减小    增大    增大   

【解析】【来源】2021届河南省九师联盟高三（下）2月联考物理试题

[1]自行车在爆裂前受暴晒的过程中，车胎内气体吸热温度升高，分子平均动能增加，而气体体积不变，单位体积内的分子数不变，因此气体压强增大。

[2]爆裂瞬间，对外做功，内能减小。

[3]爆裂前，气体吸热．温度升高，平均动能增大。

[4]爆裂前，温度升高，气体分子剧烈程度加剧，故单位面积的平均作用力增大。

5．【答案】不变    左管液面比右管低或水银全部进入右管   

【解析】【来源】2021届上海市松江区高三（下）高考质量监控（二模）物理试题

[1]理想气体的平均动能由温度决定，对容器缓慢抽气至真空的过程，因整个过程温度不变，则封闭气体的温度不变，故封闭气体的平均动能不变；

[2]容器缓慢抽气至真空，水银柱右侧开口的压强逐渐减小到零，则封闭气体的压强将水银往右推动，最后出现左右两边的压强相等时水银柱停止移动，故可看到左管液面比右管低或水银全部进入右管。

6．【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。

7．【答案】大于    小于   

【解析】

[1]由理想气体状态方程得

根据图象可知是等容变化，在状态和状态分子数密度相同，在状态气体压强大于状态气体压强，则，而气体压强与气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数和分子碰撞力有关，则。

[2]气体在过程中放出的热量为，在过程中吸收的热量为，到过程中气体对外做的功为，则从到到过程中，根据热力学第一定律可得

△

解得

所以气体在过程中放出的热量小于在过程中吸收的热量。

8．【答案】等于    小于    吸收   

【解析】【来源】2021届全国百强名校“领军考试”高三（下）3月联考物理试题

[1]图像中，与原点连线斜率的倒数表示气体的体积，所以体积的大小关系为

[2] 温度升高，初状态I的内能小于末状态II的内能

[3] 体积不变，根据热力学第一定律

温度升高，内能增大，吸收热量。

9．【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。

10．【答案】    放热   

【解析】

[1] 从B到C的过程中，气体做功大小等于曲线围成的面积，如图所示阴影部分面积

体积增大，气体对外做功

[2] P-V图像中，曲线围成的面积为气体做功，如图所示

从A经状态B．C再回到状态A的过程中，外界对气体做功，即

回到A状态时，气体内能不变，即

根据热力学第一定律

则

气体放热

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】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

14．【答案】增大    等于   

【解析】【来源】2020届辽宁省沈阳市高三（下）教学质量监测（三）理综物理试题

【分析】

【详解】

[1][2]气体内能增加，气体温度升高，气体分子的平均动能增大；气体与外界无热量交换，则：Q=0，由热力学第一定律可知：；

15．【答案】上升    热效应   

【解析】

略