【文档说明】《人教版（2019）高中物理选择性必修第三册同步练习》第三章第二节热力学第一定律答案与解析.docx，共(12)页，900.148 KB，由管理员店铺上传

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1一．热力学第一定律1．北京春秋两季的昼夜温差较大，细心的司机发现从早晨到中午，车胎的体积和胎内气体的压强都会变大。若这段时间胎内气体质量不变，且可将其视为理想气体，那么从早晨到中午这段时间内，车胎内的气体()A．

对外界做功，内能减小B．对外界做功，内能不变C．吸收热量，内能不变D．吸收的热量大于对外所做的功【解答】解：AB、中午的温度高于早晨的温度，可知胎内气体温度升高，对于一定质量的理想气体，温度升高，内能增大；气体

体积增大过程中，气体对外界做功，故AB错误；CD、胎内气体体积增大的过程中气体对外界做功，同时气体的内能增大，结合热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，而且吸收的热量大于对外所做的功，故C错误，D正确。故选：D。2．对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是()A．气体压强只与气体分子的

密集程度有关B．气体温度升高，每一个气体分子的动能都增大C．气体的温度升高，气体内能一定增大D．若气体膨胀对外做功50J，则内能一定减少50J【解答】解：A、气体压强除了与气体分子的密集程度有关，还与温度有关，故A错误；B、气体温度升高，则气体的平均动能增大，但不是每一个气体分子的动能都增加，

故B错误；C、对于一定质量的理想气体内能只与温度有关，故C正确；D、由热力学第一定律可得△UQW=+，若气体吸热50J，则△0U=，故此时内能不变，故D错误；故选：C。3．对于一定量的理想气体，下列说法正确的是

()A．若气体的压强和体积都不变，其内能可能减小B．若气体的内能不变，其状态也一定不变C．若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大D．当气体温度升高时，气体的内能一定增大2【解答】解：A、由气态方程PVcT=知，

TPV．气体的压强，体积不变，PV一定不变，则T一定不变，故内能一定不变，故A错误；B、由气态方程PVcT=知，若气体的内能不变，则气体的温度不变，而压强与体积可以某一个增大，另一个减小，故B错误；C、由气

态方程PVcT=知，温度T升高，PV一定增大，若体积V增大，压强可能不变，所以压强不一定增大，故C错误；D、理想气体内能由温度决定，当气体温度升高时，气体的内能一定增大，故D正确。故选：D。4．如图所示，pV−图中，一定质量的理想气体由状态A经过

程Ⅰ变至状态B时，从外界吸收热量420J，同时做功300J，当气体从状态B经过程Ⅱ回到状态A时，做功200J，求此过程中气体吸收或放出的热量是()A．吸热80JB．吸热220JC．放热520JD．放热320J【解答】解：由题

意知：一定质量的理想气体由状态A经过程I变至状态B时体积增大，1W为负功，1Q为正（吸收的热量），△11420300120UWQJJJ=+=−=，内能增加120J。由图可知当气体从状态B经过程II回到状态A时体积减小，2W为正；△22UWQ=+，代入数据解得：2320QJ=−，

放出热量，故ABC错误，D正确。故选：D。5．一定质量的气体，膨胀过程中做的功是135J，同时向外放热85J，关于气体内能的变化，下列说法正确的是()A．气体内能增加了50JB．气体内能减少了50JC．气体内能增加了220JD．气体内

能减少了220J【解答】解：根据热力学第一定律：△85(135)220UQWJJJ=+=−+−=−，所以内能减少了220J，故D正确，ABC错误。3故选：D。6．下列说法正确的是()A．温度高的物体，其

分子平均动能一定大B．温度高的物体的内能一定大于温度低的物体的内能C．0C的水在凝结成0C的冰的过程中，其分子平均动能不变、分子势能减少D．一定质量理想气体的内能只与气体的温度有关，与气体的体积无关【解答】解：A、因为温度是分子平均动能的标志，温度高的物体，分子的平均动能一定大，故A正确

；B、物体的内能除与温度有关外，还与物体的物态、物质的量、物体的体积有关，温度高的物体的内能可能比温度低的物体内能大，也可能与温度低的物体内能相等，也可能低于温度低的物体的内能，故B错误；C、温度是分子的平均动能的标志，0C的水在凝结成0C的冰的过程中，温度不变，则分子的

平均动能不变；体积变大，放出热量，内能变小，则分子势能减小，故C正确；D、理想气体的分子势能可以忽略不计，所以一定质量的理想气体的内能只与温度有关，与气体的体积无关，故D正确；故选：ACD。7．下列说法正确的是(

)A．一定质量气体吸收热量，其内能可能不变B．某物体温度越低，其分子运动的平均动能越小C．速度大的物体，物体内分子的平均动能一定大D．当容器做自由落体运动时，容器内气体的压强为零【解答】解：A、一定质量的气

体吸收热量，若同时对外做功，其内能可能不变，故A正确；B、温度越低，物体内分子热运动的平均动能越小，故B正确；C、分子的平均动能是微观意义的分子的运动，与物体宏观运动的速度无关，故C错误；D、气体的压强是由于气体分子做无规则运动，对器壁频繁地撞击

产生的，容器做自由落体运动时处于完全失重状态，但气体分子的无规则运动不会停止。根据气体压强的决定因素：分子的平均动能和分子的数密度可知，只要温度和气体的体积不变，分子的平均动能和单位体积内分子数目不变，气体对容器壁的压强就保持不变，压强不为零，故D错误；故

选：AB。8．如图所示，汽缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡，已知4活塞距缸口50hcm=，活塞面积210Scm=，封闭气体的体积为311500Vcm=，温度为0C，大气压强501.010pPa=，物体重力50GN=，活塞重力及一切摩擦不计。缓慢升

高环境温度，封闭气体吸收了55QJ=的热量，使活塞刚好升到缸口。求：①活塞刚好升到缸口时，气体的温度是多少？②汽缸内气体对外界做多少功？③气体内能的变化量为多少？【解答】解：①封闭气体初态：311500Vc

m=，1273TK=末态：3332150050102000Vcmcmcm=+=缓慢升高环境温度，封闭气体做等压变化则有1212VVTT=解得2364TK=②设封闭气体做等压变化的压强为p活塞受力平衡有：0pSpSG=+气缸内气体对外界做功540()(1.010101050

)0.525WpShpSGhJJ−==−=−=③由热力学第一定律得，气缸内气体内能的变化量△UQW=+即：△(5525)30UJJ=−=故气缸内的气体内能增加了30J答：①活塞刚好升到缸口时，气体的温度是364K；②汽缸内气体对外界做25J；③气体内能的变化量为30J9．如图所示，两端开口

内壁光滑的导热汽缸竖直固定放置，质量分别为m和2m的两个活塞A、B由长度为2L的轻杆相连，两活塞的横截面积分别为S和2S，活塞间封闭有一定质量的理想气体。5开始时，活塞B距离较细汽缸底端为L，整个装置处于静止状态。此时大气压强为04mgpS=，汽缸周围温度为127C，现在活塞

A上部缓慢倒入细沙，直到活塞A恰好位于较细气缸底部。（1）求加入细沙的质量；（2）保持细沙质量不变，再缓慢降低气体温度，使活塞回到原来位置，内能减少了△U，求此时封闭气体的温度及此过程中气体放出的热量。【解答】解：（1）设初始状态封闭气体的压强为1

p，由平衡条件可得：0101232pSpSmgpSpS++=+解得：1mgpS=设活塞A到达气缸底部时封闭气体的压强为2p、加入细沙的质量为0m，由平衡条件得：02002232pSpSmgmgpSpS+++=+根据玻意耳

定律得：12(2)22pLSLSpLS+=联立解得：04mm=（2）降低温度过程中气体做等压变化，由盖−吕萨克定律得：1243LSLSTT=解得：227CT=体积恢复过程中外界对气体做的功：234WpLSmgL==由热力学第一定律得：−△UWQ=−可得：34QmgLU=+答：

（1）加入细沙的质量为4m；（2）保持细沙质量不变，再缓慢降低气体温度，使活塞回到原来位置，内能减少了△U，此时封闭气体的温度是27C，此过程中气体放出的热量为34mgLU+。610．如图所示，竖直放置、上端开口的绝热气缸底部固定一电热丝（

图中未画出），面积为S的绝热活塞位于气缸内（质量不计），下端封闭一定质量的某种理想气体，绝热活塞上放置一质量为M的重物并保持平衡，此时气缸内理想气体的温度为0T，活塞距气缸底部的高度为h，现用电热丝缓慢给气缸内的理想气体加热，活塞上升了2h，封闭理想气体

吸收的热量为Q．已知大气压强为0p，重力加速度为g。求：()i活塞上升了2h时，理想气体的温度是多少：()ii理想气体内能的变化量。【解答】解：()i封闭气体初状态参量：1VhS=，10TT=，末状态参量：213()22VShhSh=+=，气体发生等压变化，由盖吕萨克定律得：1212VVTT=

，解得：2032TT=；()ii设封闭气体压强为p，气体发生等压变化，对活塞，由平衡条件得：0pSpSMg=+，气体发生等压变化，该过程气体对外做功：12WpSh=，由热力学第一定律得：△UQW=−，解得：△

01()2UQpSMgh=−+；答：()i活塞上升了2h时，理想气体的温度是032T。()ii理想气体内能的变化量为01()2QpSMgh−+。11．空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对汽缸中的气体做功为52.010J，同时气体的内能增加了51.510J．试问：（1）此压缩过程中，气体放

热（填“吸收”或“放出”)的热量等于J。（2）若一定质量的理想气体分别按图所示的三种不同过程变化，其中表示等压变化的是（填7“甲”“乙”或“丙”)，该过程中气体的内能（填“增加”“减少”或“不变”)。【解答】解：（1）由热力学第一定

律得△UWQ=+且由题有52.010WJ=，△51.510UJ=解得4510QJ=−，所以气体放出热量为4510J。（2）甲图表示等温变化；乙图表示等容变化；丙图表示等压变化，并且丙图中表示温度升

高，所以理想气体内能增加。故答案为：（1）放热，4510J．（2）丙，增加。12．某学习小组做了如下实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，取出烧瓶，并迅速把一个气球紧套在烧瓶颈上，封闭了一部分气体，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐

渐膨胀起来，如图．（1）在气球膨胀过程中，下列说法中正确的是B；A．该密闭气体分子间的作用力增大B．该密闭气体组成的系统内能增加C．该密闭气体的压强是由于气体重力而产生的D．该密闭气体的体积是所有气体分子的体积之和（2）若某时刻该密闭气体的体积为V，

密度为，平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为AN，则该密闭气体的分子个数为；（3）若将该密闭气体视为理想气体，气球逐渐膨胀起来的过程中，气体对外做了0.6J的功，同时吸收了0.9J的热量，则该气体内能变化了J；

若气球在膨胀过程中迅速脱离瓶颈，则该气球内气体的温度（填“升高”或“降低”)．【解答】解：（1）A、气体膨胀，分子间距变大，分子间的引力和斥力同时变小，故A错误；B、根据热力学第二定律，一切宏观热现象过程总是朝着熵增加的方向进行，故该密闭气体组成的8系统熵增加，故B正确；C、气体压强是有气体分子对

容器壁的碰撞产生的，故C错误；D、气体分子间隙很大，该密闭气体的体积远大于所有气体分子的体积之和，故D错误；故选：B；（2）气体的量为：VnM=；该密闭气体的分子个数为：AAVNnNNM==；（3）气体对外做了0.6J的功，同时吸收了0.9J的热量，根据热力学第

一定律，有：△0.60.90.3UWQJJJ=+=−+=；若气球在膨胀过程中迅速脱离瓶颈，气压气体迅速碰撞，对外做功，内能减小，温度降低；故答案为：（1）B；（2）AVNM；（3）0.3，降低．13．一定质量的理想

气体，在初始状态A时，体积为0V，压强为0p，温度为0T。该理想气体从状态A经由一系列变化，最终返回到原来状态A，其变化过程的VT−图，如图所示。其中CA延长线过坐标原点，B、A点在同一竖直线上。求：（1）该理想气体在状态B时的压强；（2）该理想气体从状态B经由

状态C回到状态A的过程中，气体向外界放出的热量；（3）若气体在A状态时的密度为，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为AN，则气体单位体积内分子数n为多少？【解答】解：（1）由图可知，从状态A到状态B气体温度为10TT=为等温变化过程，状态B时气体体积为103VV=，状态A时气体体积为0V，压强为0p，

由理想气体状态方程得：001101pVpVTT=解得：013pp=（2）由图线知从状态B到状态C为等容过程，外界对气体不做功△0BCW=9从状态C到状态A，等压变化过程，外界对气体做功为△00000(3)2CAWpVVpV=−=对状态B经状态C回到状态A，温度不变，则内能增

加量为△0U=，气体对外界放收的热量为△Q，内能增加量为△U，由热力学第一定律△U=△Q+△W解得：△002QWpV=−=−，即气体对外界放出热量为002pV。（3）A状态时的分子数0AVNNM=单位体积分子数0NnV=解得：ANnM=答：（1）该理想气体在状

态B时的压强是03p；（2）该理想气体从状态B经由状态C回到状态A的过程中，气体向外界放出的热量是002pV；（3）若气体在A状态时的密度为，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为AN，则气体单位体积内分子数n为ANM。

14．一定质量的理想气体先从状态A经等压过程到状态B，再经等容过程到状态C，变化过程的pT−图象如图所示，在状态C时气体的体积333.010Vm−=。求：()i气体在状态B时的压强和在状态A时的体积；()ii气体在ABC→→的过程中放出

的热量。【解答】解：()i由pT−图象可知气体在状态B时，温度300BT=K，气体在状态C时，温度500CTK=，压强5310CpPa=。由题意知，气体由状态B到状态C，发生等容变化，根据查理定律CBBCppTT=解得553

10300.810500CBBCppTpalPaT===。由于从状态B到状态C为等容过程，所以333.010BCVVm−==。10气体从状态A变化到状态B为等压过程，由盖−吕萨克定律有：ABABVVTT=由pT−图象可知气体在状态A时，温度

500AT=K。解得33333.0105005.010300BAABVVTmmT−−===。()i由题可知，气体在A，C两状态时温度相等，气体的内能相同。即：△0U=。A到B过程，气体发生等压变化，体积减小。△

3333333.0105.0102.010BAVVVmmm−−−=−=−=−外界对气体做功BWp=−△5332.810(2.010)3.610VlPamJ−=−−=B到C过程，气体发生等容变化，外界对气体不做功。根据热力学第一定律△UQW=+得：气体在整个过程中吸收的热量Q=△2

203.6103.610UWJJ−=−=−。即气体在整个过程中放出的热量为23.610J答：()i气体在状态B时的压强为5.810lPa，在状态A时的体积为335.010m−；()ii气体在ABC→→的过程中放出的热量为23.610J。15．一定质量的理想气体先从状态A经等压变化到状

态B，后再经等容变化到状态C，变化过程的VT−图象如图所示，在状态A时气体的压强5310ApPa=，求：()i气体在状态A时的体积和在状态C时的压强Cp；()ii气体在ABC→→过程中吸收的热量Q。【解答】解：()i由VT−图象可知气体在状态B时，温度500BTK=、体积3

3510BVm−=，气体在状态A时的温度300ATK=，由盖一吕萨克定律有：ABABVVTT=解得：33310AVm−=气体由状态B变化到状态C，发生等容变化，根据查理定律得：11CBBCppTT=由VT−图象可知气体在状态C时温度：300CTK=解得：51.810CpPa=()ii由

题可知，气体在A、C两状态时温度相等，则气体的内能相同，即△0U=气体从状态A到状态B是等压变化，体积增大△33210BAVVVm−=−=气体对外界做功：AWp=−△600VJ=−气体由状态B变化到状

态C，发生等容变化，外界对气体不做功；根据热力学第一定律得：△UQW=+600QWJ=−=答：()i气体在状态A时的体积和在状态C时的压强为51.810Pa；()ii气体在ABC→→过程中吸收的热量为600J。16．一定质量的理想气体经历如图所示的AB→、BC→、CA→三个变化过程，300ATK

=，气体从CA→的过程中吸热250J，已知气体的内能与温度成正比．求：（1）气体在状态B的温度BT；（2）CA→的过程中气体内能改变多少？（3）气体处于状态C时的内能CE．【解答】解：（1）根据理想气体状态方程，有：AABBABp

VpVTT=代入数据：53531102102.510110300BT−−=12解得：375BTK=（2）CA→过程中，气体对外做的功Wp=△53110(21)10100VJ−=−=根据热力

学第一定律，有△EWQ=+代入数据：△100250150EJ=−+=（3）气体从CA→发生等压变化，12CCAATVTV==根据题意有12CAEE=△150ACEEE=−=解得300AEJ=150CEJ=答：（1）气体在状态B的温度BT为375K；（2）CA→的过程中气体内能改变150J

（3）气体处于状态C时的内能CE为150J．