高中物理习题：热力学第一定律 同步练习96A

滨江中学2021学年第一学期高二年级物理学科同步练习96

选择必修第三册：§3.2热力学第一定律时间：月日

一、单选题

1.下列关于分子运动和热现象的说法正确的是（）

A.一定量100%的水变成的水蒸汽，其内能不变

B.一定质量的理想气体，如果压强不变，休积增大，那么它一定从外界吸热

C.气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力的缘故

D.一定质量的气体温度升高，单位时间内撞击容器壁单位面积上的分子数一定增多

2.某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作.该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成.如

图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体（）

A.在状态a和c时的内能可能相等［，卜

B.在a—b过程中，外界对其做的功全部用于增加内能

C.bTC过程中增加的内能小于dTa过程中减少的内能Ji

D.在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量

3.一定质量的理想气体的状态变化过程如图所示，MN为一条直线，则气体从状态M到状态N的过

程中，下列说法正确的是（）

A.温度保持不变31

B.温度先升高，后又减小到初始温度J1

C.整个过程中气体对外不做功，气体要吸热（）1：2;加

D.气体的密度在不断增大

4.如图所示，在斯特林循环的P-P图象中，一定质量理想气体从状态4依次经过状态8、。和。后

再回到状态4整个过程由两个等温和两个等容过程组成，下列说法中正确的是（）

A.状态A的温度高于状态C的温度

c.5。过程中，气体分子每次与容器壁碰撞的一。r

平均冲力的平均值变小了

D.一个循环过程中，气体要从外界吸收一定的热量

5.用隔板将一绝热容器隔成4和8两部分，力中盛有一定质量的理想气体，8为真空（如图①）.现把

隔板抽去，4中的气体自动充满整个容器（如图②），这个过程称为气体的自由膨胀.卜列说法正

确的是（）

A.自由膨胀过程中，气体分子只作定向运动

B.自由膨胀前后，气体的压强不变

C.自由膨胀前后，气体的温度不变

D.容器中的气休在足够长的时间内，能全部自动回到4部分

6.如图所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之

间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个气缸，待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，

将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气，下列说法不正确的是（）

A.气体自发扩散前后内能相同B.气体在被压缩的过程中内能增大

C.在自发扩散的过程当中，气体对外做功D.气体在被压缩的过程中，外界对气体做功

隔板

活塞

普襄真空

7.一定质量的理想气体经历了4-8的循环过程，其压强p随器的变化如图所示，下列说

法中正确的是（）

A.8TC过程中气体温度不变B.8状态下单位体积内的气体分子数一定比。状态下的多

C.C-4过程中气体放出热量

D.4状态下的气体分了-在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数一定比C状态下的多

8.一定质量的理想气体，状态由。变到b,再由b变到c,其压强和体积的关系如题图中所示，根据

P-卜图象，下列说法正确的是（）

A.由Q变到从温度升高，放热

B.由Q变到从温度降低，放热

C.由匕变到c,温度不变，放热

D.由b变到c,温度不变,吸热

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一定质量的理想气体从状态Q开始，经aTb、bTC、CTQ三个过程后回到初始状态%其P-P

图象如图所示。已知三个状态的坐标分别为Q（%,2po）、b（2%,po）、c（3%,2po）.以下判断正确

的是（）

A.气体在a-b过程中对外界做的功小于在btc过程中对外界做的功

B.气体在a-b过程中从外界吸收的热量大于在btc过程中从外界吸收的热量

C.在CTa过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量

D.气体在c-a过程中内能的减少量大于b-c过程中内能的增加量

42%3%V

10.如图所示气缸内密封的气体（可视为理想气体），在等压膨胀过程中，下列关于气体说法正确的

是（）

A.气体吸收热量大于对外界所做的功B.气体会向外界放热

C.气体内能可能减少D.气体平均动能将减小

11.封闭在气缸内一定质量的理想气体由状态4变到状态0,其体积P与热力学温度关T系如图所示,

0,A,0三点在同一直线上，由状态4变到状态。过程中，下列判断正确的是（）

A.气体的密度不变[V

B.气体从外界吸收热星，内能增加夕一1C

C.气体温度升高，每个气体分子的动能都会增大尸一7

D.气体分子撞击容器内壁单位面积上的平均作用力减少

12.如图所示，一定质量的理想片体从状态a依次经过状态从。再回到状态a,其中，a—b为等温

过程，为等容过程，下列说法正确的是

A.Q->b过程，气体和外界无热交换\P

B.QTb过程，气体分子的速率均保持不变V

C.》TC过程，气体内能减小

D.ct。过程外界对气体做的功与atb过程气体对外做功相等

13.某学生用导热性能良好的注射器和弹簧秤来测大气压强po,该同学先测出注射器活塞的横截面

枳S和重力G,再竖直固定注射器，将活塞移到某一适当位置，用橡皮帽将注

射器小孔封住，活塞静止时读出初状态气体的体积匕；最后用弹簧秤将活塞缓

慢向上拉出一定的距离，使气体的体枳为％;若注射渊内气体没有损失，下列

说法中正确的是（）

A.气体体枳为匕时弹簧秤的读数是F=P0S（1-

B.气体的内能减少

C.单位时间内，封闭气体中大量气体分子对活塞撞击的次数增多

D.气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量

14.如图所示，一导热良好且足够长的气缸，倒置悬挂于天花板下。气缸内被活塞封闭一定质量的

理想气体。活塞质量为m,气缸横截面积为s,当地大气压为p且不随温度变化，重力加速度为小

忽略一切摩擦。当环境温度缓慢升高时，下列说法正确的是（）//////////

A,悬线的拉力变大

B.被封闭理想气体的内能增大

C.被封闭理想气体的压强大小不变，且始终为P+?

D.外界对气体做正功

15.一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C,其V-T量象

如图所示。下列说法正确的有（）

A./ITB的过程中，气体对外界做功

B.ATB的过程中，气体吸收热量

C.8-C的过程中，气体压强不变

D.的过程中，气体内能增加

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§3.2热力学第一定律答案和解析同步练习96

1.【答案】B

【解析】

【分析】

一定量100。（:的水变成100y的水蒸汽，吸收热量，其内能增加：一定质量的理想气体，如果压强

不变，体积增大，温度升高，由于其对外做功，那么它一定从外界吸热；气体如果失去了容器的约

束就会散开，这是因为气体分子热运动的缘故；一定质量的气体温度升高，如果体积不变，单位时

间内撞击容器壁单位面积上的分子数增多。

本题考食分子动埋论和热力学的相关知识，难度不大。

【解答】

A•定量100T的水变成100汽的水蒸汽，吸收热量，其内能增加，人错误；

8.一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，温度升高，由于其对外做功，那么它一定从外

界吸热，8正确：

C气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分了•热运动的缘故，C错误：

D一定质量的气体温度升高，如果体积不变，单位时间内撞击容器壁单位面积上的分子数增多，D

借误。

故选B。

2.【答案】B

【解析】

【分析】

根据图象判断出气体所处的过程中，结合热力学第一定律进行分析判断即可。

本题的关键是要能由气体状态变化图象得出有用的信息，结合热力学第一定律进行分析。

【解答】

人由图可知，从Q到b为绝热压缩，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体的

内能增大，从b到C,为等容变化，压强增大，则温度升高，内能增大，则可知在状态Q的内能小于在

状态C时的内能，故人错误：

8.在Q—b过程中，为绝热压缩，体枳减小，外界对气体做功，而气体与外界没有热交换，根据热力

学第一定律可知，外界对其做的功全部用于增加内能，故B正确：

C0.从bTC过程系统从外界吸收热量，从CTd系统对外做功，从dTa系统放出热量，从aTb外界

对系统做功，根据P-V图象“面积”即为气体做功大小，可知c到d过程气体对外界做功比从a-b外

界对系统做功要多，图象中bTCTdTQT6围成的图形的面积为整个过程气体对外做的功，整个

过程气体能内能变化为零，则dW=4Q,即Q领-Q成=4">0,即在一次循环过程中吸收的热量

大于放出的热量，贝%->c过程中增加的内能大于a过程中减少的内能，故C。错误。

故选B。

3.【答案】B

【解析】

【分析】

根据气体状态方程崇=C和已知的变化量去判断其它的物理量。

对于一定质量的理想气体，温度升高，那么气体的内能增加；根据热力学第一定律判断气体吸热还

是放热；能够运用控制变量法研究多个物理量变化时的关系；要注意热力学第一定律4U=W+Q中,

W、Q取正负号的含义。

【解答】

4等温过程pV=常量，应是一条双曲线(上半支)，明显不符图象。

或者可在过程中任意找个点，例加(2,2),明显pV=4不等于初态和终态的pV=3,故A错误；

B.pV=CT,C不变，pP越大，T越高.气体在状态(2,2)处温度最高。

在M和N状态，pP乘积相等，即温度相同，所以在整个过程中温度先升高，后又减小到初始温度。

故8正确；

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C.气体膨胀就会推动例如活塞对外界做功，整个过程中气体初末温度相等，所以整个过程内能变化

为0。

根据热力学第一定律△U=W+Q,

由于气体的内能不变，△〃=(),气体膨胀对外做功，WV0,

所以Q>0,即气体一定吸收热量，故。错误；

。气体的体积在不断增大，质量一定，所以气体的密度在不断减小，故。错误。

故选人

4.【答案】D

【解析】

【分析】

本题考查了理想气体状态方程的应用，根据图象判断出气体体积如何变化，从而判断出外界对气体

做功情况，再应用热力学第一定律与题目所给条件即可止确解题：要知道：温度是分子平均动能的

标志，理想气体内能由问题温度决定。

气体的内能只与温度有关，根据热力学第一定律有4U=W+Q判断气体吸热还是发热;根据图象利

用理想气体状态方程对每一个过程进行分析即可。

【解答】

人力到8是等温变化，所以二二2,8到。等容变化，压强增大，温度升高，即%〈二，所以状态4的

温度低于状态C的温度，A错误；

£8rC过程中，体积不变，单位体积里'I体分了数不变，6错误；

CCT。过程，温度不变，分子的平均动能不变，所以气体分子每次与容器壁碰撞的平均冲力的平均

值不变，。错误；

D一个循环中，气体内能不变△〃=(),气体对外界做功，IV<0,根据热力学第一定律知Q>0,D

正确。

故选

5.【答案】C

【解析】

【分析】

正确解答本题要掌握：气体分子做无规则热运动，不可能只做定向运动：气体自由膨胀过程中不受

阻力，因此不做功：自然界中的宏观过程具有方向性，是不可逆的，注意热力学第二定律的应用.

正确利用热力学第二定律解释一些物理现象，在利用热力学第一定律4U=W+Q时注意公式中各

个物理量的含义，尤其注意各个物理量的正负问题.

【解答】

九分子时刻在做无规则的热运动，故A错误：

8.自由膨胀后，温度不变，体积变大，由气态方程可知，压强变小，故B错误：

C自由膨胀过程中由于不受阻力作用，因此气体不做功，由于容器绝热，因此Q=0,由△〃=W+Q

可知，气体内能不变，因此温度也不变，故C正确：

D根据热力学第二定律可知，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故。错误.

故选C.

6.【答案】C

【解析】

【分析】

气体向真空中膨胀不做功，由于没有热传递，内能不变：压缩气体，外界对气体做功，气体内能增

大；气体的自由膨胀是不可逆的。

此题考查学生对热力学第一定律的理解和运用能力，要知道气体在向真空膨胀时不对外做功，绝热

状态时Q=0,理想气体的内能只与温度有关。

【解答】

4C.因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，与外界没有

热量交换，也不对外界做功.根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，故A正确，

C错误：

8D.气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为•定质量的理想气体的内能只

与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，故正确。

故选Co

7.【答案】A

【解析】

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【分析】

本题通过p-§图像考查理想气体状态方程、气体做功、热力学第一定律。图线的斜率代表温度，

p-卜图线的斜率不变，气体的温度不变。

【解答】

人由题图可知，8TC过程中，图线的斜率不变，即pP不变，根据理想气体状态方程可知，气

体的温度不变，故人正确：

8.由题图可知，8-C过程中气体体枳变小，则单位体积内的气体分子数变多，故B状态卜.单位体积

内的气体分子

数一定比。状态下的少，故8错误；

C.由题图可知C-4过程中，气体压强不变，体枳增大，气体对外做功，根据理想气体状态方程可知，

气体温度升高，则气体内能增加，根据热力学第一定律可知气体吸收热量，故C错误；

。气体在小C两种状态下压强相同，即容器壁单位面积上受到的力相同，而4状态的温度较高，故A

状态下的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一定比C状态下的少，故。错误。

8.【答案】C

【解析】

【分析】

由图象得出压强与体积的变化，结合理想气体状态方程分析温度的变化，从而即可气体的内能变化

情况；由体积判断做功的情况，结合热力学笫定律分析热传递情况即可。

本题理想气体状态变化的图象问题与热力学第一定律，基础题。

【解答】

48.由a变到b,由图可知体积不变，即川=0,压强增大，根据=可知，气体的温度升高，内

能增大，即4U>0,根据热力学第一定律可知气体吸热，故AB错误：

CO.由〃变到c,由图可知气体处于等温变化，即气体的温度不变，则气体的内能不变，即4U=(),

而压强增大，体积减小，外界对气体做功，即W>(),根据热力学第一定律可知气体放热，故C正

确,。错误。

故选Co

9.【答案】C

【解析】解：4、根据p-V图象的面枳表示气体做功，得气体在QT6过程中对外界做的功为：%=

包产•(2%-%)=|p。％,b->c过程中气体对外界做的功为：Wbc="产•(3%-2%)=lp0V0,

所以气体在QTb过程中对外界做的功等于在btc过程中对外界做的功故A错误：

B、气体在a-8过程中，因为。、b两个状态的pl/相等，所以兀二%，即△〃岫=0,根据热力学第

一定律△(/=(2+”可知，从外界吸收的热量为Qab='PO%：气体在bTC过程中，因为C状态的pV

大于b状态的pV,所以TbVT「即△4c>0,根据热力学第一定律△UnQ+”可知，在bTC过程

中从外界吸收的热量为：Qbc=△%+]()%，则有：QabVQbc，故8错误；

C、在CTQ过程中，气体等压压缩，温度降低，即△UcaVO,根据热力学第一定律△〃=(2+〃可

知，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量，故。正确；

。、因为而一定质量理想气体的内能只与温度有关，所以气体在CTQ过程中内能的减少量

等于17TC过程中内能的增加量，故。错误。

故选：Co

根据P-P图象的面积表示气体做功，应用气态方程判断气体体积如何变化，然后应用热力学第一定

律答题。

本题考查气体的状态方程中对应的图象，分析清楚图示图象、知道理想气体内能由气体的温度决定

即可解题，解题时要抓住P-V图象的面积表示气体做功。

10.【答案】4

【解析】

【分析】

该题主要考查理想气体状态方程、热力学第一定律相关知识。

【解答】

气体等压膨胀，根据理想气体状态方程华=。知，T升高，由此分析：

<夕、体积增大，则气体对外界做功，又内能增加，根据热力学第一定律知气体一定吸热，由此可知

气体吸热，即Q>0,气体对外界做功即外界对气体做负功：-W,根据热力学第一定律：△(/=(2-

W>0,得：Q>W,故A正确，故3错误；

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C、理想气体的内能只与温度有关，温度升高则内能增大，故C错误：

/）、温度是分子平均动能的标志，温度升高，气体平均动能将增大，故/）错误。

11.【答案】B

【解析】

【分析】

本题考查了1/一丁图象的意义、热力学第一定律、温度的微观意义、分子热运动的统计规律，理解图

象的意义，并正确应用热力学第一定律是解题的关键。

【解答】

人气体的质量一定，体积增大，则密度减小，故A错误：

B.气体由状态4变到状态。过程中，温度升高，内能增大：体积增大，气体对外做功，由热力学第一

定律分析得知，气体从外界吸收热量，故B正确：

C气体温度升高，其分子平均动能增大，但不是每个气体分子的动能都会增大，故。错误：

D气体由4到。过程压强不变，根据压强的微观含义可知，气体分子撞击容器内壁单位面积上的平均

作用力不变，故。错误。

故选B。

12.【答案】C

【解析】

【分析】

一定质量的理想气体温度不变，内能不变，根据热力学第一定律综合分析。

本题是热学中的图像问题和热力学第•定律的综合题目，常规题目。

【解答】

人从a到8的过程，气体发生的是等温变化，内能不变，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，

气体吸收热量，故A错误：

8.从a到b的过程，温度不变，气体分子的平均速率不变，但每一个气体分子的速率不断变化，故B

错误；

C从8到c的过程，气体的体积不变，压强减小，则温度降低，故内能减小，故C止确；

D.p-V图线与横轴所围成的面积为气体做功的大小，因此c到a过程外界对气体做的功小于a到b过程

气体对外做功，故。错误:

故选a

13.【答案】D

【解析】

【分析】

本题主要考查理想气体的状态方程，气体做等温变化,根据理想气体状态方程得出弹簧的拉力：导

热良好的注射梏内部气体的温度保持与外界相同，所以气体的内能保持不变，体积增大，对外做功，

而内能不变，所以气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量.

【解答】

人由题意知：P[V1=P2v2,对活塞：PoS+G=PSF+P2S=G+P