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物理选择性必修三3.2 热力学第一定律同步练习（基础巩固）
一、选择题
1．小物通过视频号“胜哥课程”观看了《波义耳定律之氢气球》科学视频，对相关知识有了深刻的理解。在恒温容器内的水中，让一个导热良好的气球缓慢上升。若气球无漏气，球内气体（可视为理想气体）温度不变，则气球上升过程中，球内气体（　　）
A．对外做功，内能不变 B．向外放热，内能减少
C．分子的平均动能变小 D．吸收的热量等于内能的增加量
【答案】A
【知识点】分子动能；热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】根据题意可知，气球缓慢上升的过程中，气体温度不变，则气体的内能不变，分子的平均动能不变，气体的体积变大，气体对外做功，由热力学第一定律
可知，由于，则吸收的热量与气体对外做的功相等。故A正确，BCD错误；
故选A。
【分析】本题主要考查气体内能的知识和热力学第一定律的应用。温度是分子平均动能的标志，气体分子势能不计，气体内能就是分子动能的和，所以温度是气体内能的标志，温度升高气体内能升高；由热力学第一定律判断吸收的热量与气体对外做的功的关系。
2．“胜哥”将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳曝晒皮球温度升高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体（　　）
A．对外做功 B．向外界传递热量
C．分子的数密度增大 D．每个分子的速率都增大
【答案】A
【知识点】气体压强的微观解释；改变内能的两种方式；热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】A．皮球体积变大，气体对外界做功，故A正确。
B．太阳暴晒使气体温度升高，是外界对气体传热（气体吸热），而非气体向外界传递热量，故B错误。
C．皮球未漏气，分子总数不变，体积变大，数密度表示单位体积分子数量，分子的数密度减小，故C错误。
D．温度升高，分子平均动能增大，但并非每个分子速率都增大，只是“平均”情况，故D错误。
故答案为：A。
【分析】根据气体膨胀做功、热传递和分子速率随温度变化的关系进行分析判断。
3．下列说法正确的是（　　）
A．布朗运动是液体分子的无规则运动
B．悬浮在空气中含有新冠病毒的气溶胶做布朗运动，气温越高，运动越剧烈
C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
D．内能是物体中所有分子热运动动能的总和
【答案】B
【知识点】布朗运动；热力学第一定律（能量守恒定律）
【解析】【解答】A．布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，颗粒的运动是由于周围液体分子碰撞的冲力不平衡造成的，所以布朗运动是液体分子无规则运动的间接反映，但它不是液体分子的运动，A不符合题意；
B．当温度越高时，空气分子运动越激烈，导致做布朗运动的含有新冠病毒的气溶胶运动越剧烈，B符合题意；
C．如果气体从外界吸收热量，则
同时气体对外做功，则
根据热力学第一定律
气体内能可能不变，C不符合题意；
D．内能是物体中所有分子动能与势能的总和，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】布朗运动是固体颗粒的无规则运动；温度越高，空气分子运动越剧烈；根据热力学第一定律判断内能的变化情况；内能是分子势能和动能的总和。
4．关于生活的各种物理知识，下列说法不正确的是（　　）
A．食盐晶体在熔化过程中吸收热量，温度不变，内能也不变
B．水烧开后，沸腾的水变成水蒸气，水分子间引力做负功，分子势能增大
C．“中国天眼”是世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜，可以接收宇宙深处的微弱电磁波
D．红色电影《永不消逝的电波》是永恒的经典，各种频率的电磁波在真空中以相同的速度传播
【答案】A
【知识点】电磁场与电磁波的产生；热力学第一定律（能量守恒定律）；固体和液体；物态变化
【解析】【解答】A．食盐晶体在熔化过程中要吸收热量，所以内能增加，但温度保持不变，状态发生变化，A错误，符合题意；
B．水烧开后，沸腾的水变成水蒸气，分子间距增大，分子作用力表现为引力，水分子间引力做负功，分子势能增大，B正确，不符合题意；
C．“中国天眼”是世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜，可以接收宇宙深处的微弱电磁波，C正确，不符合题意；
D．红色电影《永不消逝的电波》是永恒的经典，各种频率的电磁波在真空中以相同的速度传播，等于真空中光的传播速度，D正确，不符合题意。
故答案为：A。
【分析】A.体在熔化过程中要吸收热量，所以内能增加，但温度保持不变；
B．水烧开后，沸腾的水变成水蒸气，分子间距增大，分子作用力表现为引力，水分子间引力做负功，分子势能增大；
C．“中国天眼”是世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜，可以接收宇宙深处的微弱电磁波；
C．“中国天眼”是世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜，可以接收宇宙深处的微弱电磁波.
5．一定质量的理想气体在某过程中，从外界吸收热量30J，同时对外界做功10J，关于该气体在此过程中的内能变化量，说法正确的是（　　）
A． B． C． D．J
【答案】A
【知识点】热力学第一定律（能量守恒定律）
【解析】【解答】根据热力学第一定律有
代入数据可得
故答案为：A。
【分析】根据热力学第一定律可得内能变化量为20J。
6．如图所示，“胜哥”用活塞压缩封闭在汽缸里的空气，对空气做了90J的功，同时空气向外散热21J，关于汽缸里空气的内能变化情况，下列说法正确的是（　　）
A．内能增加90J B．内能增加69J
C．内能减小111J D．内能减少21J
【答案】B
【知识点】热力学第一定律（能量守恒定律）
【解析】【解答】根据题意，由热力学第一定律可得，汽缸里空气的内能变化为
即汽缸里空气的内能增加了。
故答案为：B。
【分析】由热力学第一定律，缸里空气的内能增加了。
7．景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端黏着艾绒，猛推推杆，封闭的气体被迅速压缩，即可点燃艾绒。在此过程中（　　）
A．气体温度升高，每个气体分子的动能都增大
B．气体温度不变，气体分子的平均动能增大
C．气体压强增大，内能增加
D．气体压强不变，内能减少
【答案】C
【知识点】热力学第一定律（能量守恒定律）
【解析】【解答】封闭的气体被推杆压缩过程中，根据热力学第一定律有
猛推推杆，对气体做功，则W＞0，又因为时间很短，可认为Q＝0，所以气体内能增加，则温度升高，气体分子的平均动能增大，气体体积减小，压强增大，ABD不符合题意，C符合题意。
故答案为：C。
【分析】封闭的气体被推杆压缩过程中，猛推推杆，对气体做功。时间很短，可认为Q＝0，气体内能增加。
8．“胜哥”喜欢喝盖碗茶，泡茶时，他向茶杯中倒入足够多的沸水，使得盖上杯盖后茶水漫过杯盖，然后静置一段时间就可以喝了，已知盖上杯盖后，在水面和杯盖间密闭了一部分空气（可视为质量和体积均不变的理想气体），过一段时间后水温降低，则（　　）
A．泡茶时，用沸水能快速泡出茶香，是因为温度越高每个分子动能都越大
B．水的颜色由浅变深，说明水分子在做布朗运动
C．温度降低后杯盖拿起来比较费力，是因为封闭气体的压强变大
D．温度降低的过程中，杯内气体向外界放热
【答案】D
【知识点】布朗运动；热力学第一定律及其应用；温度和温标；气体的等容变化及查理定律
【解析】【解答】本题考查扩散现象、温度的微观意义、分子作用力，热力学第一定律等内容，要能用所学的物理知识分析生活中的物理问题，基础题。A．温度升高时，气体分子的平均动能变大，并不是每个分子动能都越大，选项A错误；
B．水的颜色由浅变深，说明固体茶颗粒在做布朗运动，选项B错误；
C．杯盖拿起来比较费力，是因为封闭气体的温度降低，体积不变，则压强变小，选项C错误；
D．温度降低的过程中，杯内气体体积不变，不对外做功，内能减小，则气体向外界放热，选项D正确。
故选D。
【分析】根据扩散现象和布朗运动的概念分析；温度的分子平均动能的标志，温度高并不是所有分子的动能都大；温度降低后杯盖拿起来比较费力是气体压强减小的缘故；由热力学第一定律判断吸热或放热的情况。
9．如图所示，内壁光滑的汽缸内用活塞密封一定量理想气体，汽缸和活塞均绝热。用电热丝对密封气体加热，并在活塞上施加一外力F，使气体的热力学温度缓慢增大到初态的2倍，同时其体积缓慢减小。关于此过程，下列说法正确的是（　　）
A．外力F保持不变
B．密封气体内能增加
C．密封气体对外界做正功
D．密封气体的末态压强是初态的2倍
【答案】B
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】ABC.使气体的热力学温度缓慢增大到初态的2倍，温度升高，内能增大，同时其体积缓慢减小，根据影响气体的宏观因素可知，温度越高，体积越小，压强必定越大，即气体的压强增大，对活塞，由平衡条件可得：pS=F+mg+p0S，解得：F=pS-mg-p0S，由于p增大，则外力F在增大， 体积减小，外界对气体做正功，故AC错误，B正确；
D.根据，热力学温度变为原来的2倍，体积减小，则气体压强大于原来的2倍，故D错误。
故答案为：B。
【分析】 由平衡条件结合理想气体状态方程及题意可知内能增加，F增大，气体体积减小，外界对气体做正功；由理想气体状态方程结合题意判断初末状态的压强的大小关系。
10．某喷水壶内部构造如图所示。通过压杆A让瓶内充入空气，达到一定压强后，停止充气；按压按柄B让阀门K打开，水从喷嘴喷出。若在水快速喷出一小段时间内，储气室内气体（可视为理想气体）来不及与外界进行热交换，则储气室内的气体（　　）
A．压强变大 B．内能减小 C．温度升高 D．对外做负功
【答案】B
【知识点】热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】解答本题的关键是知道气体膨胀，对外做功，根据理想气体的状态方程结合热力学第一定律分析。若在水快速喷出一小段时间内，储气室内气体体积变大，气体对外做正功，即W<0，因来不及与外界进行热交换，则Q=0，根据 U=W+Q，可知 U<0，即气体内能减小，温度降低，根据可知，气体压强变小。
故选B。
【分析】 根据气体体积的变化，分析做功情况。根据热力学第一定律分析内能的变化，进而分析温度的变化，再结合理想气体状态方程分析压强的变化。
11．我国古代发明的一种点火器如图所示，推杆插入套筒封闭空气，推杆前端粘着易燃艾绒。猛推推杆压缩筒内气体，艾绒即可点燃。在压缩过程中，筒内气体（　　）
A．压强变小 B．对外界不做功
C．内能保持不变 D．分子平均动能增大
【答案】D
【知识点】气体压强的微观解释；分子动能；热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】封闭的气体被推杆压缩过程中外界对气体做正功，推推杆时间较短，气体来不及吸放热，由公式ΔU＝W+Q可知内能变大，艾绒即可点燃 ，说明温度升高， 分子平均动能增大，由于同时气体体积减小，所以气体压强增大，故ABC错误，D正确。
故答案为：D。
【分析】猛推推杆时间较短，气体来不及吸放热，主要是外界对气体做正功，气体内能增加，温度升高，压强增大。
12．图为一种减震垫，上面布满了圆柱形薄膜气泡，每个气泡内充满了一定质量的理想气体，当平板状物品平压在气泡上时，气泡内气体的体积减小，温度保持不变。关于该挤压过程中气泡内的气体，下列说法正确的是（　　）
A．分子平均动能增大 B．分子平均动能减小
C．气体放出热量 D．气体吸收热量
【答案】C
【知识点】热力学第一定律及其应用；温度和温标
【解析】【解答】AB．气泡内气体的温度保持不变，所以分子平均动能不变，故AB错误；
CD．气泡内气体的体积减小，外界对气体做功（），气体的内能不变（），根据热力学第一定律可知，气体放出热量（），故C正确、D错误。
故选C。
【分析】AB、气泡内气体温度不变，分子平均动能不变；
CD、外界压缩气体做功，内能不变，根据热力学第一定律，气体对外放热。
13．游客去高海拔景区旅游时，多数会出现高原反应，而通过吸氧可以缓解高原反应。如图是一种便携式氧气罐，某游客按压该氧气罐喷出气体过程中（假定罐内气体可视为理想气体且温度保持不变），下列说法正确的是（　　）
A．罐内气体的平均动能减小 B．罐内气体的压强减小
C．外界对罐内气体做功 D．罐内气体放出热量
【答案】B
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；热力学第一定律及其应用；温度和温标
【解析】【解答】在温度保持不变的情况下，气体的内能不变，体积增大意味着压强减小，同时气体对外界做功，为了保持内能不变，气体必须从外界吸收热量。这些概念的正确应用是解答本题的关键。ACD．根据题意可知温度不变，平均动能不变，罐内气体分子数减少了，故总内能减小，根据热力学第一定律
喷出气体瞬间，气体膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，此时罐内气体需要吸收热量，使得罐内气体温度保持不变，故ACD错误；
B．喷出气体过程中，相当于罐内和喷出的气体总体积膨胀，温度不变，根据理想气体状态方程
可知气体压强减小，故B正确。
故选B。
【分析】根据理想气体定律和热力学第一定律，我们可以分析在氧气罐喷出气体过程中，气体的压强、做功和热交换的变化。温度不变，平均动能不变。
二、多项选择题
14．下列说法中正确的是（　　）．
A．一定质量的理想气体的内能随着温度升高一定增大
B．第一类永动机和第二类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律
C．当分子间距时，分子间的引力随着分子间距的增大而增大，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，所以分子力表现为引力
D．大雾天气学生感觉到教室潮湿，说明教室内的相对湿度较大
E．一定质量的单晶体在熔化过程中分子势能一定是增大的
【答案】A,D,E
【知识点】热力学第一定律（能量守恒定律）；分子间的作用力；固体和液体
【解析】【解答】一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大，A符合题意；第一类水动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律，而第二类永动机研制失败的原因并不是违背了能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，B不符合题意；当分子间距时，分子间的引力和斥力都随着分子间距的增大而减小，而且斥力减小更快，所以分子力表现为引力，C不符合题意；相对湿度为某一被测蒸气压与相同温度下的饱和蒸气压的比值的百分数，大气中相对湿度越大，水气蒸发也就越慢，人就感受到越潮湿，故大雾天气学生感觉到教室潮湿，说明教室内的相对湿度较大，D符合题意；一定质量的单晶体在熔化过程中温度不变，分子的平均动能不变，所吸收的热量全部用来增大分子势能，E符合题意．
故答案为：ADE
【分析】一定质量的理想气体的内能只与温度有关， 温度升高一定增大 。只有第一类水动机违背了能量守恒定律。分子间的引力和斥力都随着分子间距的增大而减小。感觉到教室潮湿，说明教室内的相对湿度较大。
15．关于热现象，下列说法正确的是（　　）
A．物体温度升高，组成物体的所有分子速率均增大
B．若取两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为零，则当两个分子间距离为平衡距离时，它们的分子势能最低且小于零
C．对农作物松士，就是把地面的土壤锄松，目的是破坏土壤里的毛细管，保存地下的水分
D．所有符合能量守恒定律的宏观过程都一定能够发生
E．密闭容器内的理想气体随着温度的升高，其压强一定增大，内能也增大
【答案】B,C,E
【知识点】热力学第一定律（能量守恒定律）；毛细现象和液体的表面张力；理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【解答】A．物体的温度升高，组成物体的分子的平均动能增大，并不是所有的分子的速率增大，A不符合题意；
B．取两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为零时，在减小两个分子间的距离至平衡位置的过程中，分子力做正功，分子势能减小，故平衡位置时，分子的势能最低，且小于零，B符合题意；
C．将土壤锄松，破坏了土壤里的毛细管，使水不能沿毛细管上升，起到保护地下水分的作用，C符合题意；
D．根据热力学第二定律，一切宏观的物理过程都具有方向性，D不符合题意；
E．根据等容变化的查理定律可知，温度升高，气体压强增大，而理想气体的内能只跟温度有关，温度越高，气体的内能越大，E符合题意。
故答案为：BCE。
【分析】物体的温度升高，组成物体的分子的平均动能增大，只是平均动能增大。减小两个分子间的距离至平衡位置的过程中，分子力做正功，分子势能减小。将土壤锄松，破坏了土壤里的毛细管，减少水分散失。一切宏观的物理过程都具有方向性。
16．“胜哥”去潜水，吐出的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内气体看做理想气体。则上升过程中，以下说法正确的是（　　）。
A．气泡内气体分子平均动能增大
B．气泡内气体温度升高导致放热
C．气泡内气体的压强可能不变
D．气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小。
【答案】A,D
【知识点】热力学第一定律（能量守恒定律）
【解析】【解答】A．温度是分子平均动能的标志，温度升高，泡内气体分子平均动能增大，A符合题意；
B．温度升高，气泡内气体内能增大，即
体积增大，即
根据热力学第一定律
可得
故气泡内的气体吸热，B不符合题意；
C．气泡内气体压强
气泡升高过程中，其压强减小，C不符合题意；
D．根据气体压强定义及其微观意义，气泡内气体压强减小，气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小，D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】A.温度是分子平均动能的标志；B.根据热力学第一定律就可以解答；C.根据压强与深度关系可判断压强的变化；D．气泡内气体压强减小，气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小。
17．小科通过视频号“胜哥课程”知道了可燃冰。可燃冰是水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质，外貌极像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，有“天然气水合物”、“固体瓦斯”之称，开采时只需将可燃冰升温减压就可释放出大量的甲烷气体，可燃冰的形成过程可简化为把甲烷气体压缩到低温的“容器”中，开采时通过升温再把甲烷气体从“容器”中释放出来，甲烷可视为理想气体，以下说法中正确的是（　　）
A．可燃冰在开采时甲烷气体对外做功，内能变小
B．可燃冰在开采时甲烷气体对外做功，又从外界吸热，内能变大
C．可燃冰在形成时外界对气体做功，内能变大
D．可燃冰在形成时外界对气体做功，气体又对外放热，内能变小
【答案】B,D
【知识点】热力学第一定律（能量守恒定律）；理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【解答】AB．由题意可知，可燃冰在开采过程中要对其加热升温，气体体积变大对外做功，同时内能变大，从外界吸热，A不符合题意，B符合题意；
CD．可燃冰形成条件是低温压缩，所以形成可燃冰过程中外界对气体做功，同时内能减少，则气体对外放热，故 C不符合题意，D符合题意。
故答案为：BD。
【分析】可燃冰加热，体积变大对外做功，内能增大，吸热。可燃冰低温压缩，外界对气体做功，内能减少，则气体对外放热。
18．拔火罐是一种以罐（导热性良好）为工具，利用燃火、抽气等方法产生负压，使之吸附于体表，造成局部瘀血，以达到通经活络、行气活血、消肿止痛、祛风散寒等作用的中医疗法。封闭气体质量变化不计，可以看作理想气体。火罐“吸”到皮肤上的短时间内（体积变化可不计），封闭气体（　　）
A．温度降低，压强减小 B．温度升高，压强增大
C．吸收热量，内能增大 D．放出热量，内能减小
【答案】A,D
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程；热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】AB．火罐导热性好，气体温度迅速降低。根据理想气体状态方程，温度T降低则压强p减小，外界大气压将火罐压在皮肤上，A正确，B错误；
C．气体温度迅速降低，则气体内能减小，，因体积变化不计，即W=0，根据热力学第一定律，可得Q<0，即气体向外放热，C错误，D正确。
故答案为：AD。
【分析】结合理想气体状态方程（体积不变时，温度与压强的关系），以及热力学第一定律（内能变化与吸放热、做功的关系），分析封闭气体的温度、压强、内能变化。
19．下面四幅图片涉及物理学的四个重大发现，下列说法正确的是（　　）
A．图甲，爱因斯坦运用“能量子”的观点成功解释了黑体辐射现象，说明能量是不连续的
B．图乙，焦耳通过热功当量实验为能量守恒定律奠定了实验基础
C．图丙，著名的“泊松亮斑”证明了泊松的观点“光的粒子说”
D．图丁，开普勒研究行星运动规律认为地球与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相同
【答案】B,D
【知识点】开普勒定律；光的衍射；热力学第一定律及其应用；能量子与量子化现象
【解析】【解答】A．爱因斯坦提出光子说解释光电效应，图甲，解释黑体辐射现象的是普朗克而非爱因斯坦，普朗克运用“能量子”的观点成功解释了黑体辐射现象，说明能量是不连续的，故A错误；
B．图乙，焦耳通过精确的热功当量实验为能量守恒定律提供了坚实实验基础，故B正确；
C．图丙，著名的“泊松亮斑”是菲涅尔波动理论预言的衍射现象，证明了“光的波动说”，泊松原本试图用此反驳波动说但失败，故C错误；
D．图丁，开普勒利用第谷的观察数据研究行星运动规律，开普勒第二定律（面积定律）指出行星与太阳连线在相等时间内扫过面积相等，故D正确；
故选BD；
【分析】（1）解题需熟悉物理学史关键人物与贡献：普朗克（量子论）、焦耳（能量守恒实验）、泊松亮斑（波动性证明）、开普勒（行星运动定律）；突破点是准确匹配科学家与其成就；
（2）易错点：混淆普朗克与爱因斯坦的量子贡献；误认为泊松亮斑支持粒子说；忽略图片与描述的对应性（如D项需看图确认）。
20．如图甲为某种转椅的结构示意图，其升降部分由M、N两筒组成，两筒间密闭了一定质量的理想气体。图乙为气体分子速率分布曲线，初始时刻筒内气体所对应的曲线为b、人坐上椅子后M迅速向下滑动，设此过程筒内气体不与外界发生热交换，则此过程中（　　）
A．密闭气体压强增大，分子平均动能增大
B．外界对气体做功，气体分子的密集程度保持不变
C．密闭气体内能增大，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数增加
D．密闭气体的分子速率分布曲线可能会变成a曲线
E．密闭气体的分子速率分布曲线可能会变成c曲线
【答案】A,C,E
【知识点】气体压强的微观解释；热力学第一定律及其应用；温度和温标；气体热现象的微观意义
【解析】【解答】本题考查了气体压强的微观解释，分子运动速率的统计规律，学习过程中对基础知识的巩固要加强。ABC．根据题意可知，M迅速向下滑动，理想气体的体积减小，气体分子的密集程度变大，外界对气体做功，且筒内气体不与外界发生热交换，则理想气体内能增大，温度升高，分子平均动能增大，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数增加，密闭气体压强增大，故AC正确，B错误；
DE．由于气体温度越高，速率较大的分子所占的比例越大，则密闭气体的分子速率分布曲线可能会变成c曲线，故E正确，D错误。
故选ACE。
【分析】做功可以改变气体的内能，分子的密集程度和体积成反比，气体温度越高，速率较大的分子所占的比例越大。
三、非选择题
21．带活塞的气缸封闭了一定质量的理想气体，该理想气体经历了如图所示的AB、BC和CA过程。已知气体在状态B时，温度为600K。
（1）求气体在状态A时的温度；
（2）若C到A过程中，气体内能减小了28J，则该过程中气体与外界的热量交换。
【答案】（1）解：A到B过程，由理想气体状态方程
代入数据得
（2）解：外界对气体做功有
由热力学第一定律得
代入数据得Q = - 88J
所以放出热量88J。
【知识点】热力学第一定律（能量守恒定律）；理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【分析】（1）A到B的过程中根据理想气体状态方程得出气体在状态A时的温度；
（2） 根据外界对气体所做的功以及热力学第一定律得出该过程中气体与外界的热量交换。
22．疫情反弹期间，快递既可以满足人们的购物需要，又充气袋可以减少人员接触。在快递易碎品时，往往用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品。如图所示，当物品外部的充气袋四周被挤压时，外界对袋内气体　 　（选填“做正功”、“做负功”或“不做功”）；若袋内气体（视为理想气体）与外界无热交换，则袋内气体分子的平均动能　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
【答案】做正功；增大
【知识点】热力学第一定律（能量守恒定律）；物体的内能；改变内能的两种方式
【解析】【解答】当物品外部的充气袋四周被挤压时，袋内气体体积减小，外界对袋内气体做正功；若袋内气体与外界无热交换，根据热力学第一定律，袋内气体内能增大，分子的平均动能增大。
【分析】应用外力挤压气体时，外界对气体做正功；根据热力学第一定律可以知道，外界做功为正，吸收热量为零，气体内能增加，理想气体内能只有分子动能决定。
23．如图所示在绝热汽缸内，有一绝热轻质活塞封闭一定质量的气体，开始时内气体温度为27℃，封闭气柱长 ，活塞横截面积 ，现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间。此过程中气体吸热 ，稳定后气体温度变为127℃。已知大气压强等于 ，求：
（1）加热后活塞到汽缸底端的距离；
（2）此过程中气体对外界做的功；
（3）此过程中气体内能增量。
【答案】（1）解：气体发生等压变化，根据
解得
（2）解：此过程中气体对外做功
（3）解：根据热力学第一定律
可得内能增量
【知识点】热力学第一定律（能量守恒定律）；理想气体的实验规律
【解析】【分析】（1）由等压变化求出加热后活塞到汽缸底端的距离；
（2）根据气体做功公式求出气体气体对外做的功；
（3）根据热力学第一定律求出此过程中气体内能增量。
24．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图像如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27℃，气体由状态B到C过程从外界吸收热量 ，求：
（i）该气体在状态C时的温度；
（ii）该气体从状态B到状态C的过程中内能变化量。
【答案】解：（i）分析 过程，由气体状态方程得
其中
解得
（ii）分析 过程，因为体积膨胀，故外界对气体做负功
代入数据
由热力学第一定律
得
【知识点】热力学第一定律（能量守恒定律）；理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【分析】（1）结合气体初末状态的温度、压强和体积，利用理想气体物态方程求解末状态气体的温度；
（2）利用热力学第一定律 U=Q-W求解气体内能的变化即可，其中Q气体的吸热，W是气体对外界做的功。
25．如图所示，汽缸水平固定，汽缸右端有挡板，活塞（厚度不计）可以在汽缸内无摩擦地移动且不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，初始时活塞距汽缸右端的距离x=0.4m。现加热汽缸内的气体，活塞缓慢移动，活塞刚好移到汽缸右端时，汽缸内的气体的热力学温度，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为。已知活塞的横截面积S=0.02m2，外部大气压强恒为，整个加热过程中封闭气体吸收的热量为900J，求：
（1）等压变化过程中气体对外做的功；
（2）加热后汽缸内气体的热力学温度；
（3）封闭气体的内能变化量。
【答案】（1）解：由题意可知，气体先做等压变化，待活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程中气体对外做功，做的功为
代入数据解得
（2）解：活塞到达挡板处后气体做等容变化，由查理定律有
代入数据解得
（3）解：由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为
解得
【知识点】热力学第一定律及其应用；气体的等容变化及查理定律
【解析】【分析】（1）等压过程做功：利用等压过程做功公式（）计算；
（2）等容过程温度：结合查理定律，由初末态压强、温度的关系求解；
（3）内能变化：通过热力学第一定律，结合吸收的热量与对外做的功计算。
（1）由题意可知，气体先做等压变化，待活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程中气体对外做功，做的功为
代入数据解得
（2）活塞到达挡板处后气体做等容变化，由查理定律有
代入数据解得
（3）由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为
解得
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物理选择性必修三3.2 热力学第一定律同步练习（基础巩固）
一、选择题
1．小物通过视频号“胜哥课程”观看了《波义耳定律之氢气球》科学视频，对相关知识有了深刻的理解。在恒温容器内的水中，让一个导热良好的气球缓慢上升。若气球无漏气，球内气体（可视为理想气体）温度不变，则气球上升过程中，球内气体（　　）
A．对外做功，内能不变 B．向外放热，内能减少
C．分子的平均动能变小 D．吸收的热量等于内能的增加量
2．“胜哥”将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳曝晒皮球温度升高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体（　　）
A．对外做功 B．向外界传递热量
C．分子的数密度增大 D．每个分子的速率都增大
3．下列说法正确的是（　　）
A．布朗运动是液体分子的无规则运动
B．悬浮在空气中含有新冠病毒的气溶胶做布朗运动，气温越高，运动越剧烈
C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
D．内能是物体中所有分子热运动动能的总和
4．关于生活的各种物理知识，下列说法不正确的是（　　）
A．食盐晶体在熔化过程中吸收热量，温度不变，内能也不变
B．水烧开后，沸腾的水变成水蒸气，水分子间引力做负功，分子势能增大
C．“中国天眼”是世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜，可以接收宇宙深处的微弱电磁波
D．红色电影《永不消逝的电波》是永恒的经典，各种频率的电磁波在真空中以相同的速度传播
5．一定质量的理想气体在某过程中，从外界吸收热量30J，同时对外界做功10J，关于该气体在此过程中的内能变化量，说法正确的是（　　）
A． B． C． D．J
6．如图所示，“胜哥”用活塞压缩封闭在汽缸里的空气，对空气做了90J的功，同时空气向外散热21J，关于汽缸里空气的内能变化情况，下列说法正确的是（　　）
A．内能增加90J B．内能增加69J
C．内能减小111J D．内能减少21J
7．景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端黏着艾绒，猛推推杆，封闭的气体被迅速压缩，即可点燃艾绒。在此过程中（　　）
A．气体温度升高，每个气体分子的动能都增大
B．气体温度不变，气体分子的平均动能增大
C．气体压强增大，内能增加
D．气体压强不变，内能减少
8．“胜哥”喜欢喝盖碗茶，泡茶时，他向茶杯中倒入足够多的沸水，使得盖上杯盖后茶水漫过杯盖，然后静置一段时间就可以喝了，已知盖上杯盖后，在水面和杯盖间密闭了一部分空气（可视为质量和体积均不变的理想气体），过一段时间后水温降低，则（　　）
A．泡茶时，用沸水能快速泡出茶香，是因为温度越高每个分子动能都越大
B．水的颜色由浅变深，说明水分子在做布朗运动
C．温度降低后杯盖拿起来比较费力，是因为封闭气体的压强变大
D．温度降低的过程中，杯内气体向外界放热
9．如图所示，内壁光滑的汽缸内用活塞密封一定量理想气体，汽缸和活塞均绝热。用电热丝对密封气体加热，并在活塞上施加一外力F，使气体的热力学温度缓慢增大到初态的2倍，同时其体积缓慢减小。关于此过程，下列说法正确的是（　　）
A．外力F保持不变
B．密封气体内能增加
C．密封气体对外界做正功
D．密封气体的末态压强是初态的2倍
10．某喷水壶内部构造如图所示。通过压杆A让瓶内充入空气，达到一定压强后，停止充气；按压按柄B让阀门K打开，水从喷嘴喷出。若在水快速喷出一小段时间内，储气室内气体（可视为理想气体）来不及与外界进行热交换，则储气室内的气体（　　）
A．压强变大 B．内能减小 C．温度升高 D．对外做负功
11．我国古代发明的一种点火器如图所示，推杆插入套筒封闭空气，推杆前端粘着易燃艾绒。猛推推杆压缩筒内气体，艾绒即可点燃。在压缩过程中，筒内气体（　　）
A．压强变小 B．对外界不做功
C．内能保持不变 D．分子平均动能增大
12．图为一种减震垫，上面布满了圆柱形薄膜气泡，每个气泡内充满了一定质量的理想气体，当平板状物品平压在气泡上时，气泡内气体的体积减小，温度保持不变。关于该挤压过程中气泡内的气体，下列说法正确的是（　　）
A．分子平均动能增大 B．分子平均动能减小
C．气体放出热量 D．气体吸收热量
13．游客去高海拔景区旅游时，多数会出现高原反应，而通过吸氧可以缓解高原反应。如图是一种便携式氧气罐，某游客按压该氧气罐喷出气体过程中（假定罐内气体可视为理想气体且温度保持不变），下列说法正确的是（　　）
A．罐内气体的平均动能减小 B．罐内气体的压强减小
C．外界对罐内气体做功 D．罐内气体放出热量
二、多项选择题
14．下列说法中正确的是（　　）．
A．一定质量的理想气体的内能随着温度升高一定增大
B．第一类永动机和第二类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律
C．当分子间距时，分子间的引力随着分子间距的增大而增大，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，所以分子力表现为引力
D．大雾天气学生感觉到教室潮湿，说明教室内的相对湿度较大
E．一定质量的单晶体在熔化过程中分子势能一定是增大的
15．关于热现象，下列说法正确的是（　　）
A．物体温度升高，组成物体的所有分子速率均增大
B．若取两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为零，则当两个分子间距离为平衡距离时，它们的分子势能最低且小于零
C．对农作物松士，就是把地面的土壤锄松，目的是破坏土壤里的毛细管，保存地下的水分
D．所有符合能量守恒定律的宏观过程都一定能够发生
E．密闭容器内的理想气体随着温度的升高，其压强一定增大，内能也增大
16．“胜哥”去潜水，吐出的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内气体看做理想气体。则上升过程中，以下说法正确的是（　　）。
A．气泡内气体分子平均动能增大
B．气泡内气体温度升高导致放热
C．气泡内气体的压强可能不变
D．气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小。
17．小科通过视频号“胜哥课程”知道了可燃冰。可燃冰是水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质，外貌极像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，有“天然气水合物”、“固体瓦斯”之称，开采时只需将可燃冰升温减压就可释放出大量的甲烷气体，可燃冰的形成过程可简化为把甲烷气体压缩到低温的“容器”中，开采时通过升温再把甲烷气体从“容器”中释放出来，甲烷可视为理想气体，以下说法中正确的是（　　）
A．可燃冰在开采时甲烷气体对外做功，内能变小
B．可燃冰在开采时甲烷气体对外做功，又从外界吸热，内能变大
C．可燃冰在形成时外界对气体做功，内能变大
D．可燃冰在形成时外界对气体做功，气体又对外放热，内能变小
18．拔火罐是一种以罐（导热性良好）为工具，利用燃火、抽气等方法产生负压，使之吸附于体表，造成局部瘀血，以达到通经活络、行气活血、消肿止痛、祛风散寒等作用的中医疗法。封闭气体质量变化不计，可以看作理想气体。火罐“吸”到皮肤上的短时间内（体积变化可不计），封闭气体（　　）
A．温度降低，压强减小 B．温度升高，压强增大
C．吸收热量，内能增大 D．放出热量，内能减小
19．下面四幅图片涉及物理学的四个重大发现，下列说法正确的是（　　）
A．图甲，爱因斯坦运用“能量子”的观点成功解释了黑体辐射现象，说明能量是不连续的
B．图乙，焦耳通过热功当量实验为能量守恒定律奠定了实验基础
C．图丙，著名的“泊松亮斑”证明了泊松的观点“光的粒子说”
D．图丁，开普勒研究行星运动规律认为地球与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相同
20．如图甲为某种转椅的结构示意图，其升降部分由M、N两筒组成，两筒间密闭了一定质量的理想气体。图乙为气体分子速率分布曲线，初始时刻筒内气体所对应的曲线为b、人坐上椅子后M迅速向下滑动，设此过程筒内气体不与外界发生热交换，则此过程中（　　）
A．密闭气体压强增大，分子平均动能增大
B．外界对气体做功，气体分子的密集程度保持不变
C．密闭气体内能增大，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数增加
D．密闭气体的分子速率分布曲线可能会变成a曲线
E．密闭气体的分子速率分布曲线可能会变成c曲线
三、非选择题
21．带活塞的气缸封闭了一定质量的理想气体，该理想气体经历了如图所示的AB、BC和CA过程。已知气体在状态B时，温度为600K。
（1）求气体在状态A时的温度；
（2）若C到A过程中，气体内能减小了28J，则该过程中气体与外界的热量交换。
22．疫情反弹期间，快递既可以满足人们的购物需要，又充气袋可以减少人员接触。在快递易碎品时，往往用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品。如图所示，当物品外部的充气袋四周被挤压时，外界对袋内气体　 　（选填“做正功”、“做负功”或“不做功”）；若袋内气体（视为理想气体）与外界无热交换，则袋内气体分子的平均动能　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
23．如图所示在绝热汽缸内，有一绝热轻质活塞封闭一定质量的气体，开始时内气体温度为27℃，封闭气柱长 ，活塞横截面积 ，现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间。此过程中气体吸热 ，稳定后气体温度变为127℃。已知大气压强等于 ，求：
（1）加热后活塞到汽缸底端的距离；
（2）此过程中气体对外界做的功；
（3）此过程中气体内能增量。
24．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图像如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27℃，气体由状态B到C过程从外界吸收热量 ，求：
（i）该气体在状态C时的温度；
（ii）该气体从状态B到状态C的过程中内能变化量。
25．如图所示，汽缸水平固定，汽缸右端有挡板，活塞（厚度不计）可以在汽缸内无摩擦地移动且不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，初始时活塞距汽缸右端的距离x=0.4m。现加热汽缸内的气体，活塞缓慢移动，活塞刚好移到汽缸右端时，汽缸内的气体的热力学温度，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为。已知活塞的横截面积S=0.02m2，外部大气压强恒为，整个加热过程中封闭气体吸收的热量为900J，求：
（1）等压变化过程中气体对外做的功；
（2）加热后汽缸内气体的热力学温度；
（3）封闭气体的内能变化量。
答案
1．A
2．A
3．B
4．A
5．A
6．B
7．C
8．D
9．B
10．B
11．D
12．C
13．B
14．A,D,E
15．B,C,E
16．A,D
17．B,D
18．A,D
19．B,D
20．A,C,E
21．（1）解：A到B过程，由理想气体状态方程
代入数据得
（2）解：外界对气体做功有
由热力学第一定律得
代入数据得Q = - 88J
所以放出热量88J。
22．做正功；增大
23．（1）解：气体发生等压变化，根据
解得
（2）解：此过程中气体对外做功
（3）解：根据热力学第一定律
可得内能增量
24．解：（i）分析 过程，由气体状态方程得
其中
解得
（ii）分析 过程，因为体积膨胀，故外界对气体做负功
代入数据
由热力学第一定律
得
25．（1）解：由题意可知，气体先做等压变化，待活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程中气体对外做功，做的功为
代入数据解得
（2）解：活塞到达挡板处后气体做等容变化，由查理定律有
代入数据解得
（3）解：由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为
解得
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