高中物理沪科版 (2019)选择性必修 第三册4.1 热力学第一定律习题

【优质】第1节热力学第一定律-3优质练习

一．填空题

1．气象员用释放氢气球的方法测量高空的气温．已知气球内气体的压强近似等于外界大气压，氢气球由地面上升的过程中，氢气球内壁单位面积上所受内部分子的作用力　          　（填“增大”．“减小”．“不变”），球内气体的内能　     　（填“增大”．“减小”．“不变”）．

2．如图所示，弹簧一端固定于水平台面上，另一端与质量为活塞栓接在一起，开口向下。质量为M的气缸与活塞一起封闭了一定质量的气体，气缸和活塞均可与外界进行热交换。由于外界环境的温度缓慢降低，被封闭气体向外界释放热量Q，同时其内能减少，已知大气压强为，气缸的横截面积为S，气缸壁厚忽略不计，重力加速度为，则：

①被封气体的体积V             。（填“增大”．“减小”．“不变”）

②活塞移动距离为             ；气缸移动距离为                    。

3．某系统经过一个绝热过程，内能增加了420J，则系统与外界交换的热量是　   　卡，而外界对该系统做了　   　焦的功．

4．一密闭气体膨胀对外做功150J，若该过程从外界吸热250J，它的内能变化为      J，若该过程是绝热的，它的内能变化为      J；

5．如图所示，用水银血压计测血压时，先向袖带内充气，某次测量充入袖带内气体的压强为1.4p0，体积为V.然后缓慢放气（该过程中温度保持不变）使袖带内气体体积变为0.7V，压强变回到p0.则放气过程中袖带内壁单位时间单位面积上受到分子撞击的次数_________（选填“增大”“减小”或“不变”），在放气过程中袖带内气体是_________（选填“吸热”或“放热”）.

6．如图所示，汽车引擎盖被气弹簧支撑着。气弹簧由活塞杆．活塞．填充物．压力缸等部分组成，其中压力缸为密闭的腔体，内部充有一定质量的氮气，再打开引擎盖时密闭于腔体内的压缩气体膨胀，将引擎盖顶起，若腔体内气体与外界无热交换，内部的氮气可以视为理想气体，则腔体内气体分子的平均动能_________（选填“减小”或者“增大”），腔体内壁单位时间．单位面积被氮气分子碰撞的次数________（选填“增多”．“减少”或“不变”）

7．一定质量的理想气体，其状态变化的p-T图像如图所示，由图像可知：在a→b的过程中，气体的内能________（选填“减小”．“不变”或“增加”）：在c→a的过程中，气体________（选填“吸热’’或“放热”）。

8．一定质量的气体，外力对它做了1800J的功，同时它也对外放出2000J的热量，则该气体的内能    （填“增大”，“减小”或“不变”），内能变化    J

9．一定质量的理想气体从外界吸收了4×105J的热量，同时气体对外界做了6×105J的功。则气体内能改变量是          J；分子的平均动能            。（选填“变大”．“变小”或“不变”）

10．如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，已知在此过程中，气体内能增加，则该过程中气体       （选填“吸收”或“放出”）热量          J。

11．在如图所示p﹣V图象中，一定质量的理想气体从状态M变化至状态N，分别经历了过程1和过程2，已知M．N状态的温度相等，则在过程1中气体温度的变化情况是　      　（选填“先减少后增大”．“不变”或“先增大后减少”），若过程1中气体吸热Q1，过程2中气体吸热Q2，则Q1　   　Q2（选填“＞”．“=”或“＜”）．

12．如图所示的折线为汽缸内一定质量的理想气体由状态1到状态2的变化图像，则在整个过程中汽缸内气体温度的变化情况是________；气体吸．放热情况是________（填“一直吸热”．“一直放热”．“先吸热后放熟”或“先放热后吸热”）

13．一定质量的气体，保持气体的压强不变，当温度升高时，分子的平均动能      （选填“增加”或“减少”）；气体的体积      （选填“增加”或“减少”）

14．一定质量的理想气体压强P与热力学温度T的关系如题12A-2图所示，AB.BC分别与P轴和T轴平行。气体在状态C时分子平均动能        (选填“大于”.“等于”或“小于”A状态时分子平均动能。气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，对外做的功为W，内能增加了△U，则此过程气体吸收的热量为       。

15．一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab．bc．ca回到原状态，其pV图象如图所示，由图象可知：a．b．c三个状态中，状态____的分子平均动能最小；b和c两个状态比较，b状态中容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数较_____；若经历ca过程气体的内能减少了20J，则该过程气体放出的热量为________J。

16．如图所示，导热气缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞可沿气缸内壁无摩擦地滑动且不会漏气．先通过加热使封闭气体的温度从T1升高到T2，此过程中封闭气体吸热18J．对外界做功6J．若将活塞固定，仍通过加热使封闭气体温度从T1升高到T2，则封闭气体对外界做功为　  　J．吸收的热量为　  　J，气体内能变化为　  　J．

17．一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化。已知从A到B的过程中，气体的内能减少了300J，气体在状态C时的温度TC=300K，则从A到B气体放出的热量是______J；气体在状态A时的温度为_______K。

18．一定质量的理想气体，从初始状态经状态．．再回到状态，其体积与温度的关系如图所示。图中．和为已知量。

(1)从状态到状态，气体经历的是________过程（填“等温”“等容”或“等压”）；

(2)从到的过程中，气体的内能________（填“增大”“减小”或“不变”）；

(3)从到的过程中，气体对外________（填“做正功”“做负功”或“不做功”），同时________（填“吸热”或“放热”）；

(4)气体在状态时的体积________。

参考答案与试题解析

1．【答案】减小，减小

【解析】【考点】理想气体的状态方程；物体的内能

【分析】大气压强随距地面高度的增加而减少，然后结合压强的定义即可判定气球内壁受到的分子力的变化；温度是分子的平均动能的标志，大气的温度随高度的增加而降低．

【解答】解：由于气球内气体的压强近似等于外界大气压，氢气球由地面上升的过程中，大气压强随距地面高度的增加而减少，所以氢气球内的压强减小，根据压强的定义可知，内壁单位面积上所受内部分子的作用力减小；

又由于地面附近的大气的温度随高度的升高而降低，所以气球上升的过程中，气球内的气体的温度随之降低．而温度是分子的平均动能的标志，所以气体分子的平均动能减小．气体分子之间的距离比较大，所以气体的分子势能忽略不计，所以温度降低时，气体的内能一定减小．

故答案为：减小，减小

【点评】本题考查了地表附近的大气的压强与大气的温度随高度的变化情况，以及气体的内能等知识点，理解理想气体的内能由温度决定是解答的关键．

2．【答案】①减小：②0，

【解析】

【名师点睛】①由力学知识分析得到，封闭气体的压强不变，因外界环境的温度缓慢降低，封闭气体的温度也缓慢降低，根据盖？吕萨克定律分析得知，封闭气体体积减小；

②根据热力学第一定律求出外界对气体做功，再根据功的公式求气缸移动的距离。

3．【答案】0；420

【解析】【考点】热力学第一定律

【分析】根据系统绝热规律可知系统交换的热量，再根据热力学第一定律即可求得对系统所做的功．

【解答】解：系统经过绝热过程，故和外界没有热交换，故交换的热量是0卡；

根据热力学第一定律可知，外界对系统做功为420J；

故答案为：0；420．

【点评】本题考查热力学第一定律的应用，要注意明确系统绝热过程时和外界没有热交换，同时明确热力学第一定律公式中的正负的意义．

4．【答案】 100，－150。

【解析】根据热力学第一定律有：ΔU＝Q＋W＝250J＋（－150）J＝100J，若该过程是绝热的，则Q＝0，ΔU＝－150J

5．【答案】减小    吸热   

【解析】【来源】2019年陕西省汉中市九校高三第一次校际联考物理试题（镇坝．留坝．西乡二中等9校)

【详解】

[1][2] 分析题意可知，压强减小，体积减小，温度不变，根据压强的微观含义可知，放气过程中袖带内壁单位时间单位面积上受到分子撞击的次数减小，每次撞击的分子力不变；放气过程中，温度不变，则内能不变，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸热。

6．【答案】减小    减小   

【解析】【来源】2020届江苏省南京市高三（下）第三次模拟考试物理试题

【分析】

【详解】

[1][2]根据？U=W+Q，因为与外界无热交换所以Q=0，因为气体膨胀对外做功所以W<0，故？U<0，所以分子的内能减小，平均动能减小。此过程中因为分子速率减小，空间里分子的密度减小，故氮气分子碰撞次数减小。

7．【答案】增加    放热   

【解析】【来源】第三部分专项卷气体压强和温度的关系专项卷

【详解】

[1]由图示图象可知，在a→b的过程中，气体温度升高，气体的内能增加

[2]由理想气体状态方程可知，

越大，气体体积V越小，由图示图象可知，在c→a的过程中，变大，则在该过程中，气体体积减小，外界对气体做功，W＞0，气体温度降低，气体内能减小，△U＜0，由热力学第一定律可得：Q=△U-W＜0，则气体要对外放出热量。

8．【答案】减少，200

【解析】据题，Q=-2000J，W=1800J，根据热力学第一定律得：
物体内能的变化△U=Q+W=-200J，
即物体的内能减少200J．

9．【答案】2×105；变小

【解析】

10．【答案】放出，

【解析】

试题分析：根据公式：，和外界对气体做功，可以得到：，所以放热。

考点：热力学第一定律．

【名师点睛】本题要要掌握热力学第一定律的应用．抓住温度的微观含义：温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大。

11．【答案】先变大再变小，＞

【解析】【考点】热力学第一定律；温度是分子平均动能的标志．

【分析】根据气体状态方程=C已知的变化量去判断其温度的变化．对于一定质量的理想气体，由△U=W+Q可确定Q的大小．

【解答】解：在过程1中，PV的值先变大再变小，由=C可知则温度也先变大再变小；

1，2两过程体积变化，对外做功相同，做功大小为每一小段为W=Ps△d=P△V，则在图上对应的做功量在数值上为图线与横轴所围成的面积值，则由

由图可知1过程做功大于2过程的做功，而温度不变，内能不变，由△U=W+Q可确定Q1＞Q2．

故答案为：先变大再变小，＞

12．【答案】先降低后升高    先放热后吸热   

【解析】【来源】第三部分专项卷综合拓展卷

【详解】

[1]由图示可以知道,气体先做等压变化,体积减小,由理想气体状态方程:

可以知道,气体温度降低;气体后做等容变化,压强变大,由理想气体状态方程:

可以知道,气体温度升高,由此可以知道:气体温度先降低后升高;
[2]在气体温度降低,内能减小,为负值,气体体积减小,外界对气体做功,W为正值,由热力学第一定律:

可以知道,Q为负值,气体要放出热量;
在等容升温过程,气体不做功,,温度升高,内能增大,为正值,由热力学第一定律:

可以知道:Q为正值,即气体吸热,由此可以知道,气体先放热后吸热.

13．【答案】增加．增加

【解析】一定质量的气体，当保持气体的压强不变时，若气体的温度升高时，则分子的平均动能增大，根据气态方程PV/T=c知，气体的体积增加

14．【答案】大于.

【解析】【命题立意】本题旨在考查理想气体的状态方程.热力学第一定律。

【解析】由图可知，C点的温度最高；因温度是分子平均动能的标志；故C点时分子平均动能大于A状态时的分子平均动能；
由热力学第一定律可知，气体对外做功；则有：；则；

故答案为：大于.

15．【答案】a    多    120   

【解析】【来源】2019年广东省广州市高三6月月考物理试题

【详解】

第一空.根据理想气体状态变化方程，可知a状态的pV乘积最小，则温度最低，则分子平均动能最小；

第二空.b和c两个状态比较，pV乘积相同，则温度相同，分子平均速率相同；b态压强较大，体积小，分子数密度较大，则b状态中容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数较多；

第三空. ca过程外界对气体做功：W=p？V=0.5×105×(3-1) ×10-3J=100J；则由？U=W+Q可得Q=？U-W=-120-100=-120J，则该过程气体放出的热量为120J。

16．【答案】0；12； 12

【解析】【分析】由热力学第一定律公式△U=W+Q分析内能的变化，若将活塞固定，仍使气体温度从T1升高到T2，则气体吸收的热量全部用来增加内能．

【解答】解：由热力学第一定律公式△U=W+Q=18﹣6=12J，知气体的内能增加了12J；

若将活塞固定则气体对外界不做功，W=0，仍使气体温度从T1升高到T2，气体内能的增量相同，根据热力学第一定律知，气体吸收的热量全部用来增加内能，所以仍然是12J．

故答案为：0；12； 12

【点评】该题考查对热力学第一定律的理解，在应用热力学第一定律的公式要理解各物理量的正负意义．

17．【答案】1200J    1200K   

【解析】【来源】重庆市2019-2020学年高二（下）普通高中学业水平合格性模拟考试物理试题

【分析】

【详解】

[1][2]从A到B，外界对气体做功，有

根据热力学第一定律

得

即从A到B气体放出的热量是，根据理想气体状态方程有

代入解得

18．【答案】等容    不变    做负功    放热       

【解析】

【详解】

(1)[1]由题图可知，从状态到状态，气体体积不变，是等容变化。

(2)[2]从到是等温变化，即分子平均动能不变，对理想气体来说内能不变。

(3)[3][4]从到气体体积减小，外界对气体做正功

所以气体对外做负功；同时温度降低，说明内能减小，由热力学第一定律

可知气体放热。

(4)[5]从到是等压变化，由

得