3.2 热力学第一定律 学科素养提升练（解析版） 一、选择题 1．卡诺循环是由法国工程师卡诺于 1824 年提出的，它可用于分析热机的工作过程，卡诺 循环包括四个步骤：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩。下列相关说法中正确的 是（　　） A．随着设备的改进和技术的提高，热机效率可能达到 100% B．绝热膨胀和绝热压缩过程中，气缸内气体的内能保持不变 C．等温压缩过程中，因外界对气体做功，故气缸内气体内能增大 D．等温膨胀过程中，单位时间内在单位面积上碰撞气缸壁的分子数减少 2．如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为 m 的活塞密封一部分理想气体，活塞 S 导热良好且能无摩擦地滑动，容器的横截面积为 ，将整个装置放在大气压强恒为 气中，开始时气体的温度为 T0 ，活塞与容器底的距离为 h0 B．气体对外做功的数值为 p0 Sd  h0  d  T0 C．外界气体的温度升高了 h0 D．此过程中的密闭气体的内能增加了 Q   mg  p0 S  d 的空 ，当环境温度变化时，气体从外 界吸收热量 Q 后，活塞缓慢上升 d 后再次平衡。下列判断正确的是（　　） A．气体对外做功的数值等于 Q p0 bc cd da ，又回到初始 3．一定质量的理想气体从状态 a 开始，经历等压或等容过程 ab、、、 状态 a ，其 p  V 图像如图所示。其中 abcd 构成一个正方形，其对角线 bd 的反向延长线过 原点 O ，下列判断正确的是（　　） A．气体在 b、d 两个状态的温度相等 B．过程 b � c 中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数目不变 C．过程 a � b 中，气体对外界做的功小于气体从外界吸收的热量 D．过程 a � b 中气体对外界做的功等于过程 c � d 中外界对气体做的功 4．一定质量的理想气体，在温度升高的过程中（　　） A．气体的内能一定不变 B．外界一定对气体做功 C．气体一定从外界吸收热量 D．气体分子的平均动能一定增大 5．如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小 瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小 瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体（　　） A．内能减少 B．对外界做正功 C．增加的内能大于吸收的热量 D．增加的内能等于吸收的热量 6．如图所示，直立容器内有一薄层隔板，把容器分成体积相等的两部分 A 和 B，A 中气体 的密度较小，B 中气体的密度较大。若抽去隔板，加热容器，使 A、B 两部分气体均匀混合， 设在此过程中气体共吸热 Q，气体内能增量为 U ，不考虑散热损失，则（　　） A． U  Q B． U  Q C． U  Q D．无法比较 U 与 Q 的大小关系 7．美丽的气球是很多小孩喜欢的玩具，将气球释放，它就会在空中缓慢上升，气球体积变 大.已知环境温度随高度增加而降低，气球不漏气.则在上升过程（　　） A．球内所有气体分子的动能都减小 B．球内气体内能增大 C．外界将对球内气体做正功 D．球内气体放出的热量小于内能的减少量 8．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是（　　） A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能 B．电灯发光是电能转化为光能 C．核电站发电是电能转化为内能 D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能 9．一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－T 图象 如图所示，下列判断正确的是（　　） A．过程 ab 中气体一定放出热量 B．过程 bc 中气体一定吸收热量 C．过程 ca 中外界对气体所做的功等于气体所放的热 D．过程 ca 中气体的内能保持不变 10．下列说法正确的是（　　） A．对物体做功，同时物体放热，物体的内能一定减小 B．对物体做功，同时物体吸热，物体的内能一定减小 C．物体对外做功，同时放热，物体的内能一定减小 D．物体对外做功，同时吸热，物体的内能一定减小 11．在温度均匀且恒定的水池中，有一小气泡（其内部气体可视作理想气体）正在缓慢向 上浮起，体积逐渐膨胀，在气泡上浮的过程中（　　） A．气泡内的气体向外界放出热量 B．气泡内的气体与外界不发生热传递，其内能不变 C．气泡内的气体对外界做功，其内能减少 D．气泡内的气体对外界做功，同时从水中吸收热量，其内能不变 12．一定质量的理想气体，由状态 A 经状态 B 变为状态 C，其中 A � B 过程为等压变化， B � C 过程为等容变化。已知状态 A 的温度与状态 C 的温度相同，下列说法正确的是（　 ） A． A � B 过程气体温度升高，密度减小 B． A � B 过程外界对气体做功，气体温度降低 C． A � B � C 过程气体与外界的热交换为 0 D． A � B 过程气体吸收的热量小于 B � C 过程气体放出的热量 13．图示描述了一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中 ab 的延长线过原点， 则下列说法正确的是（　　）。 A．气体从状态 a 到 b 的过程，气体体积不变 B．气体从状态 a 到 c 的过程，一定从外界吸收热量 C．气体从状态 c 到 d 的过程，外界对气体做功 D．气体从状态 d 到 a 的过程，气体的内能减小 14．一定质量的理想气体从状态 A 经过状态 B、到状态 C，其 V-T 图像如图所示。下列说 法正确的是（　　） A．A→B 的过程中，气体对外界做功 B．A→B 的过程中，气体放出热量 C．B→C 的过程中，气体压强不变 D．A→B→C 的过程中，气体内能增加 15．一定质量的理想气体经历了图示的状态变化，已知 da、bc 均与 p 轴平行， a � b 和 c�d 过程气体与外界没有热交换，则下列说法正确的是（　　） A． a � b 过程中，单位体积内气体分子数减少 B． a � b 过程中，气体内能增加 C． b � c 过程中，分子平均动能增大 D． c � d 过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增多 E． d � a 过程中，气体放出热量 二、解答题 16．如图所示，一内壁光滑的导热圆柱形气缸静止在地面上。气缸内部有卡环，卡环上方 2 3 放有一轻质活塞和一个物块，气缸的横截面积为 20cm 。气缸内封闭有体积为 600cm 的一 定质量的理想气体，气体的温度为 270K 。现对气缸缓慢加热，当缸内气体温度上升到 300K 时活塞恰好离开卡环，继续缓慢加热气缸直到气体温度上升到 的内能增加了 g  10m/s2 30J ，气体从外界吸收了 ，求： （1）物块的质量； （2）温度为 270K 时气体的压强。 42J 的热量。大气压强 350K 。整个过程气体 p0  1.0 �105 Pa ，重力加速度 17．一定质量的理想气体被一薄活塞封闭在导热性能良好的汽缸内。活塞的质量 m  20kg 、 2 面积 S  200cm ，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，开始时汽缸水平放置，如图甲所 示，活塞与汽缸底的距离 L1  22cm ，离汽缸口的距离 L0  4cm 。外界气温为 27� C ，大气 5 压强为1.0 �10 Pa ，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位罝，待稳定后如图乙所示，然后 对缸内气体缓慢加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，如图丙所示， g 取 10m/s 。 2 （1）求图乙状态下活塞与汽缸底部的距离 L2 ； （2）在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，气体增加的内能 U  368J ，求该 过程气体吸收的热量 Q 。 参考答案： 1．D 【解析】 A．由热力学第二定律可知，热机效率不可能达到 100%，选项 A 错； B．绝热膨胀和绝热压缩过程中，与外界没有热量交换，而气缸体积改变，气缸内气体的 内能因做功而改变，选项 B 错； C．等温压缩过程中，温度不变，气缸内气体内能不变，选项 C 错； D．等温膨胀过程中，温度不变，体积增大，单位体积内分子数目减少，单位时间内在单 位面积上碰撞气缸壁的分子数减少，选项 D 对。 故选 D。 2．D 【解析】 对活塞进行受力分析可得 p0 S  mg  pS 可得封闭气体的压强 p  p0  mg S A．由于气体发生等圧変化，气体膨胀，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律，对 外做功的值小于 Q，A 错误； C．气体发生等圧変化，可得 h0 S ( h0  d ) S  T0 T1 因此温度升高了 T  T1  T0  C 错误； B．温度升高后对外做的功 d T0 h0 W  pSd  ( p0 S  mg )d B 错误； D．根据热力学第一定律，内能增加量 U  Q  W  Q  ( p0 S  mg )d D 正确。 故选 D。 3．C 【解析】 A． p  V 图像的等温线是一条双曲线，所以气体在 b、d 两个状态的温度不相等。A 错误； B．过程 b � c 中，体积不变，温度降低，压强减小。因为分子数密度不变，单个分子的平 均速率减小，所以单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数目减少。B 错误； C．过程 a � b 中，体积增大，压强不变，温度升高。因为气体对外做功，内能增大，所以 根据热力学第一定律可知气体要吸热，并且气体对外界做的功小于气体从外界吸收的热量。 C 正确； D． p  V 图像的面积即为气体做功，因为过程 a � b 图像面积大于过程 c � d 图像的面积， 所以两过程做功不等。D 错误。 故选 C。 4．D 【解析】 A．温度升高，气体的内能一定增加，A 错误； BC．根据热力学第一定律，内能增加可能是外界对气体做功，也可能气体从外界吸收热量， BC 错误； D．温度是分子平均动能的标志，因此温度升高，气体分子的平均动能一定增大，D 正确。 故选 D。 5．B 【解析】 A．由于越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小瓶上浮的过程中，小瓶内温度升高， 内能增加，A 错误； B．在小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度逐渐升高，压强逐渐减小，根据理想气体状 态方程 pV C T 气体体积膨胀，对外界做正功，B 正确； CD．由 AB 分析，小瓶上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根据热力学第一定 律 U  W  Q 由于气体对外做功，因此吸收的热量大于增加的内能，CD 错误。 故选 B。 6．B 【解析】 由于 A 中气体的密度较小，B 中气体的密度较大，混合均匀后整体重心升高，重力势能变 大，由能量守恒可知 E