第10讲：功、热和内能的改变、热力学第一定律【六大考点+六大题型】-2025-2026学年高二下学期物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版选择性必修第三册）

该高中物理讲义通过表格对比、技巧归纳等工具系统构建功、热和内能及热力学第一定律的知识体系，梳理焦耳实验、内能改变方式等核心知识点，明确各考点内在逻辑与重难点分布。 讲义亮点在于分层题型设计，通过典例与变式题覆盖概念理解到综合计算，如理想气体方程与热力学第一定律交汇问题，培养科学推理能力。基础题巩固概念，综合题提升应用，助力学生自主复习，支持教师精准教学。

第10讲：功、热和内能的改变、热力学第一定律 · 考点一：热量、功和内能的概念和理解 · 考点二：内能的改变方式 · 考点三：理解热力学第一定律 · 考点四：热力学第一定律初步应用 · 考点五：热力学定律在图像中的应用 · 考点六：理想气体方程与热力学第一定律交汇计算问题 知识点01、焦耳的实验 1．绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程． 2．代表性实验 (1)重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升． (2)通过电流的热效应给液体加热． 3．实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式． 4．内能：只依赖于热力学系统自身状态的物理量． 知识点02、功与内能的改变 1．功与内能的改变 在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W. 2．理解 (1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程． (2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少． 知识点03、热与内能的改变 1．传热 (1)条件：物体的温度不同． (2)传热：热从高温物体传到了低温物体． 2．热和内能 (1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度． (2)热与内能的改变 当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q. (3)传热与做功在改变系统内能上的异同． ①做功和传热都能引起系统内能的改变． ②做功时，内能与其他形式的能发生转化；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移． 知识点4、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的． 2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和． 技巧归纳 一：改变内能的两种方式的比较 比较项目 做功 热传递 内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少 物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移 相互联系 做一定量的功和传递相同量的热量在改变内能的效果上是相同的 二．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 三.气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功． (2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量． (3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)． 四．判断气体是否做功的方法 一般情况下看气体的体积是否变化． ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0. ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0. 题型一：热量、功和内能的概念和理解 【典例1】．（24-25高一下·浙江·月考）下列关于功、内能、热量的描述正确的是（　　） A．机械能为零的物体，内能也一定为零 B．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 C．做功和热传递都能改变物体的内能 D．物体的内能增大，温度一定升高 【答案】C 【详解】A．机械能是物体的动能和势能之和与宏观运动、位置相关；内能是物体内部分子热运动的动能和分子势能之和与微观分子运动相关。机械能为零时，分子仍在永不停息地做无规则热运动，内能不可能为零，A错误； B．热量传递方向由温度差决定，而非内能大小。例如高温小物体可能传热给低温大物体，后者内能更大，B错误； C．做功（如摩擦生热）和热传递（如加热）均可改变内能，二者等效，C正确； D．内能增大时，温度可能不变，例如冰吸热融化，内能增加，变为冰水混合物，但温度仍保持为，温度没有升高，D错误。 故选C。 【变式1】．（23-24高三上·宁夏中卫·月考）关于系统的内能及其变化，下列说法中正确的是（   ） A．系统的温度改变时，其内能必定改变 B．系统对外做功，其内能不一定改变；系统向外传递热量，其内能不一定改变 C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热量，其内能必定改变 D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变 【答案】B 【详解】A．一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定，物体的温度改变时，其内能不一定改变，故A错误； BC．物体对外做功的同时如果从外界吸收热量或者同时有别的物体还对它做功，那么物体的内能就不一定改变；向物体传递热量的时候，如果物体同时放热或者有别的物体对它做功，那么物体的内能也不一定改变，故C错误、B正确； D．不发生热传递的话，也可以是对外界做功或者外界对物体做功，一样可以改变物体的内能，故D错误。 故选B。 【变式2】．（22-23高二下·全国·课前预习）下列关于热量、功和内能的说法中，错误的是（　　） A．热量、功都可以作为物体内能的量度 B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度 C．热量、功、内能的单位相同 D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的 【答案】A 【详解】AB．热量和功可作为物体内能改变的量度，选项A错误，B正确； C．热量、功、内能的单位都是焦耳，选项C正确； D．其中热量和功是过程量，内能是状态量，选项D正确。 此题选择不正确的选项，故选A。 【变式3】．（24-25高二下·江苏南通·期中）关于物体的内能，下列说法正确的是（　　） A．热水的内能不一定比冷水的大 B．当温度等于0℃时，分子动能为零 C．绝热密闭容器突然减速停止，容器里的气体内能不会发生改变 D．温度相等的水和冰，它们的内能一定相等 【答案】A 【详解】A．内能由温度、质量、体积共同决定，若热水质量远小于冷水，则总内能可能更小，故A正确； B．温度是分子平均动能的标志，0℃时分子动能不为零（绝对零度时分子动能才趋近于零），故B错误； C．绝热容器减速时，气体因惯性碰撞容器壁，机械能转化为内能（做功改变内能），内能增加，故C错误； D．水和冰的分子势能不同，且内能还与质量有关，温度相同但内能不一定相等，故D错误。 故选A。 题型二：内能的改变方式 【典例2】．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示是古人锻造铁器的过程，关于改变物体内能的方式，下列说法正确的是（　　） A．加热和锻打属于传热，淬火属于做功 B．加热属于传热，锻打和淬火属于做功 C．加热和淬火属于传热，锻打属于做功 D．加热和淬火属于做功，锻打属于传热 【答案】C 【详解】用铁锤锻打铁器，铁器会发热，属于做功改变物体内能；用火对铁器加热，铁器从火中吸收热量，把铁器放在水中淬火，铁器向水中放热，所以加热和淬火属于传热改变物体内能。 故选C。 【变式1】．（24-25高二下·全国·课后作业）做功和热传递都可以改变物体的内能，有下列物理过程： ①汽缸内雾化柴油的压缩点燃    ②太阳灶煮饭    ③擦火柴    ④钻木取火    ⑤进入大气层的人造卫星被烧毁 下列判断正确的是（    ） A．属于热传递的只有①②⑤ B．属于热传递的只有② C．属于做功过程的只有③④ D．属于做功过程的只有③④⑤ 【答案】B 【详解】热传递是指热量从高温物体传到低温物体的过程，所以属于热传递的只有②；做功是指通过外力做功或物体对外做功来改变内能，所以属于做功过程的有①③④⑤。 故选B。 【变式2】．（2022高三·全国·专题练习）下列关于做功和传热的说法中，正确的是（　　） A．做功和传热都能引起系统内能的改变 B．只要外界对物体做功，物体的内能就一定改变 C．传热的条件是物体间存在内能差 D．做功和传热改变物体内能的实质是一样的 【答案】A 【详解】AD．做功和传热都能引起系统内能的改变，效果相同，但它们的实质不同，做功是其他形式的能和内能之间的转化，而传热是不同物体或一个物体的不同部分间内能的转移，A正确，D错误； B．因为热量交换情况未知，所以外界对物体做功，物体的内能不一定改变，B错误； C．传热的条件是物体间存在温度差，而不是存在内能差，C错误。 故选A。 【变式3】．（25-26高一上·北京·开学考试）如图所示的四个实例中，用热传递的方式来改变物体内能的是（　　） A．锯木板时，钢锯条温度升高 B．来回快速拉动皮条，金属管的温度升高 C．酒精灯加热试管中的水，水的温度升高D．迅速下压活塞，管内气体的温度升高 【答案】C 【详解】A．锯木板时，克服摩擦做功，钢锯条温度升高，属于通过做功改变物体的内能，故A错误； B．来回快速拉动皮条，克服摩擦做功，金属管温度升高，属于通过做功改变物体的内能，故B错误； C．用酒精灯给水加热，水从酒精灯火焰吸收热量，属于通过热传递改变物体的内能，故C正确； D．迅速下压活塞时，活塞压缩筒内气体做功，机械能转化为内能，使筒内气体温度升高，属于通过做功改变物体的内能，故D错误。 故选C。 题型三：理解热力学第一定律 【典例3】．（22-23高二下·福建莆田·课后作业）关于系统的内能及其变化，下列说法中正确的是（　　） A．系统的温度改变时，其内能必定改变 B．系统对外做功，其内能不一定改变；向系统传递热量，其内能不一定改变 C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热量，其内能必定改变 D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变 【答案】B 【详解】A．系统的温度改变时，其内能不一定改变，故A错误； BC．根据热力学第一定律可知，系统对外做功，其内能不一定改变；向系统传递热量或系统向外传出一定热量，其内能不一定改变，故B正确，C错误； D．若系统与外界不发生热交换，如果存在系统与外界做功，则系统的内能发生变化，故D错误。 故选B。 【变式1】．（22-23高二下·贵州六盘水·期末）根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．气体被缓慢压缩时，内能可能不变 B．对能源的过渡消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机” C．一定质量的理想气体，在压强减小、体积增大时，一定从外界吸收热量 D．一定质量的理想气体，在温度降低、体积增大时，一定从外界吸收热量 【答案】A 【详解】A．由热力学第一定律知，改变内能的方法有热传递和做功，气体被缓慢压缩时，如果同时对外放热，气体内能可能不变，故A正确； B．能源有可利用能源和不可利用能源之分，总能量保持不变，我们应该节约使用的是可利用能源，故B错误； C．由理想气体状态方程 一定质量的理想气体，在压强减小、体积增大时，气体温度的变化无法判断，则无法判断气体内能的变化，无法确定气体与外界的热传递情况，故C错误； D．一定质量的理想气体，在温度降低、体积增大时，气体对外做功，气体内能减小，根据热力学第一定律 的正负未知，气体吸热放热情况未知，故D错误。 故选A。 【变式2】．（24-25高二下·辽宁葫芦岛·期中）关于物体内能的改变，下列说法正确的是（　　） A．外界对物体做功，物体的内能一定增加 B．物体吸收热量，它的内能一定增加 C．物体放出热量，它的内能一定减少 D．改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递 【答案】D 【详解】AD．改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递；外界对物体做功，可能同时物体对外放热，所以物体的内能不一定增加，故A错误，D正确； B．物体吸收热量，可能同时物体对外做功，所以物体的内能不一定增加，故B错误； C．物体放出热量，可能同时外界对物体做功，所以物体的内能不一定减少，故C错误。 故选D。 题型四：热力学第一定律初步应用 【典例4】．（25-26高二下·全国·课后作业）一定质量的理想气体被活塞封闭在导热的气缸中，如图所示。不计活塞与气缸间的摩擦，当用外力向上缓慢拉动活塞的过程中，环境温度保持不变。下列判断正确的是（　　） A．拉力对气体做正功，气体内能增加，吸收热量 B．气体对外做功，内能不变，吸收热量 C．外界对气体做功，内能不变，放出热量 D．气体吸收的热量大于气体对活塞做的功 【答案】B 【详解】活塞缓慢上移的过程中，气体膨胀对活塞做功，而气体温度保持不变，内能不变，由热力学第一定律可知，，即吸收热量且气体吸收的热量等于气体对活塞做的功。 故选B。 【变式1】．（24-25高二下·云南·月考）如图所示，固定汽缸内由轻质活塞封闭一定质量的理想气体，开始时活塞处于静止状态，用电热丝对气体加热过程中，活塞向上缓慢移动，移动过程中活塞与汽缸的摩擦忽略不计，且气体与外界环境没有热交换。以下说法正确的是（　　） A．气体的温度保持不变 B．外界对气体做正功 C．气体的压强大于外界气体压强 D．气体的内能增加 【答案】D 【详解】A．用电热丝对气体加热，且气体与外界环境没有热交换，气体温度升高，A错误； B．活塞向上缓慢移动，气体体积增大，外界对气体做负功，B错误； C．活塞向上缓慢移动，可近似认为活塞受力平衡，气体的压强等于外界气体压强，C错误； D．气体温度升高，内能增加，D正确。 故选D。 【变式2】．（24-25高二下·江苏淮安·期末）如图所示，自动洗衣机的洗衣缸与细管连通，细管内封闭一定质量的气体。洗衣缸进水时气体被压缩，设细管内气体温度不变，则气体（　　） A．在该过程中吸收热量 B．分子平均动能变大 C．分子数密度变大 D．分子与细管单位面积上的撞击力变小 【答案】C 【详解】BCD．洗衣缸内水位升高，洗衣缸与细管内水面的高度差增大，细管内气体的压强增大，分子与细管单位面积上的撞击力变大，细管内气体温度不变，则气体分子平均动能不变，根据玻意耳定律可知细管内被封闭的空气体积减小，分子数密度变大，故BD错误，C正确； A．设细管内气体温度不变，分子平均动能不变，内能不变，空气体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律ΔU=W+Q 可知该过程中气体放出热量，故A错误。 故选C。 【变式3】．（25-26高三上·河北唐山·月考）某种椅子的气压棒简易结构如图所示，M、N两金属筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，若环境温度保持不变，在M缓慢向上滑动的过程中（　　） A．外界对气体做功，气体压强减小 B．外界对气体做功，气体压强增大 C．气体对外界做功，气体压强增大 D．气体对外界做功，气体压强减小 【答案】D 【详解】由题可知，当M缓慢向上滑动的过程中，气体对外做功，气体体积增大，温度不变，根据玻意耳定律可知，气体的压强减小。D项正确。 故选D。 题型五：热力学定律在图像中的应用 【典例5】．（25-26高三上·山东·开学考试）如图所示，一定质量的理想气体循环过程的图像。为等压过程，为等容过程，和为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　） A．过程气体向外界放出热量 B．过程气体向外界放出热量大于外界对气体做的功 C．过程气体对外做功，气体分子的平均动能减小 D．在过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的气体分子数减少 【答案】D 【详解】A． 为等温过程，则C、D状态气体温度相同，由图知，过程气体体积增大，则气体对外做功。 根据热力学第一定律，，W为负值，故Q为正值，气体从外界吸收热量，故A错误； B． 为等温过程，则A、B状态气体温度相同，由图知，过程气体体积减小，则外界对气体做功。 根据热力学第一定律，，W为正值，故Q为负值，气体对外界放出热量，气体向外界放出热量等于外界对气体做的功，故B错误； C．过程，压强不变，V增加，根据可知T升高，可知气体对外做功，气体分子的平均动能增大，故C错误； D．过程，压强不变，V增加，T升高，气体分子平均动能增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的气体分子数减少，故D正确。 故选D。 【变式1】．（24-25高二下·福建厦门·阶段练习）著名的“卡诺循环”是由卡诺于1824年提出的，它可用于分析热机的工作过程。如图所示，一定质量的理想气体经过“卡诺循环”，从状态A经过程AB、BC、CD、DA后又回到状态A，其中，过程AB和CD为等温过程，过程BC和DA为绝热过程，下列说法正确的是（　　） A．AB过程中，气体从外界吸热并全部用来对外做功 B．BC过程中，因气体既不吸热也不放热，故气体的内能不变 C．CD过程中，因外界对气体做功，故气体的内能增大 D．DA过程中，气体分子的平均动能减小 【答案】A 【详解】A．AB过程中，气体温度不变所以内能不变，体积膨胀时气体对外做功，有 所以气体从外界吸收且吸热量与做功相等，故A正确； B．BC过程是绝热的，所以；体积膨胀过程中，所以，内能减少，故B错误； C．CD过程中，温度是不变的，所以内能也不变，故C错误； D．DA过程中，外界对气体做功且是绝热过程，内能增大，所以气体分子的平均动能增加，故D错误。 故选A。 【变式2】．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）列车运行的平稳性与车厢的震动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减震。空气弹簧主要由活塞、汽缸及汽缸内封闭的一定质量的气体构成，乘客上下车及剧烈颠簸均能引起车厢震动，从而引起缸内气体的状态变化。列车沿某路段行驶时，缸内气体（视为理想气体）从A状态经B状态变化到C状态，图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．气体从A状态变化到B状态的过程中，缸内气体内能减小 B．气体从A状态变化到B状态的过程中，缸内气体向外界释放热量 C．缸内气体处于A状态时的温度大于处于C状态时的温度 D．气体从A状态变化到C状态的过程中，气体对外做的功小于吸收的热量 【答案】D 【详解】AB．气体从A状态变化到B状态的过程中，压强不变，由盖吕萨克定律可得体积增大，温度升高，故缸内气体内能增大，又因气体体积增大，对外做功，由热力学第一定律可知缸内气体由外界吸收热量。故AB错； C．由理想气体状态方程，得，由图像有 所以，故C错； D．气体从A状态变化到C状态的过程中，气体体积增大，对外做功，而温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知对外做的功小于吸收的热量，故D正确。 故选D。 【变式3】．（24-25高二下·江苏南通·期中）一定质量的理想气体由状态a开始，经历、、三个过程回到状态a，其图像如图所示，其中bc与纵轴平行。已知a、c两状态下气体的温度相同，的过程中气体向外界放出热量大小为Q，下列说法错误的是（　　） A．过程中气体从外界吸收热量，大小为Q B．过程中气体内能变化量的绝对值小于放出热量的绝对值 C．a、c状态下气体的内能相等 D．整个过程中气体对外界做功，大小为 【答案】A 【详解】A．过程是等容变化， 则 A错误； B．过程中，外界对气体做功，气体放热，内能变化 因温度降低， 内能变化量的绝对值小于放出热量的绝对值，B正确； C．理想气体内能只与温度有关，a、c温度相同，故内能相等，C正确； D．图像中，图像与轴围成的面积表示气体做功，体积增大时气体对外做功（面积为正），体积减小时外界对气体做功（面积为负）。 根据理想气体状态方程，可知 化简可得 则 整个过程中气体对外界做功为 D正确。 本题选错误的，故选A。 题型六：理想气体方程与热力学第一定律交汇计算问题 【典例6】．（24-25高二下·浙江杭州·期中）如图所示是用导热性能良好的材料制成的空气压缩引火仪，活塞的横截面积；开始时封闭的空气柱长度为、温度为、压强为大气压强；现在用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭空气柱长度变为，不计活塞的质量、活塞与器壁的摩擦以及漏气。 (1)若用足够长的时间缓慢压缩气体，求压缩后气体的压强； (2)若以较快的速度压缩气体，最终压强达到时，求空气柱的温度； (3)第（2）压缩气体过程中最终人对活塞做功为，气体向外散失的热量为，求气体的内能增加量。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，，，，，缓慢压缩气体温度不变，根据玻意耳定律有 解得，压缩后气体的压强 （2）根据理想气体状态方程有 解得，空气柱的温度 （3）根据热力学第一定律有 大气压力对活塞做功 又知， 联立解得，气体的内能增加量 【变式1】．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示，一个质量为m的“T”形活塞在气缸内封闭一定量的理想气体，活塞体积可忽略不计，距气缸底部处连接一U形细管（管内气体的体积忽略不计）。初始时，封闭气体温度为，活塞距离气缸底部为，两边水银柱存在高度差。已知水银密度为，大气压强为，气缸横截面积为S，活塞竖直部分高为，重力加速度为g，求： (1)通过制冷装置缓慢降低气体温度，当温度为多少时两边水银面恰好相平； (2)从开始至两水银面恰好相平的过程中，若气体放出的热量为Q，求气体内能的变化量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）初态时，对活塞受力分析，则气体压强 体积，温度 要使两边水银面相平，气缸内气体的压强 此时活塞下端一定与气缸底接触，有 设此时温度为，由理想气体状态方程有 解得。 （2）从开始至活塞竖直部分恰与气缸底接触，气体压强不变，外界对气体做功 之后气体发生等容变化，对外做的功为0，从开始至两水银面相平的过程中，由热力学第一定律，解得。 【变式2】．（2026·海南·一模）小明看到同学设计的一款火警报警装置，其原理如图所示，固定在水平地面上的导热汽缸内，表面涂有导电物质的质量为m横截面积为S的活塞密封一定质量的理想气体，，常态时，活塞距汽缸底部的高度为h，要求环境温度时报警，不计活塞与汽缸之间的摩擦。小明觉得若整个装置以某一加速度a加速下降时，这个装置也会报警，求： (1)刚好火灾报警时，活塞比常态时上升的距离d与h的比值； (2)若从常态到恰好火灾报警时气体内能增加了，求此过程气体吸收的热量Q与的比值。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）活塞上升过程，缸内气体等压膨胀，根据盖吕萨克定律可得 代入数据解得 （2）外界对气体做的功为 根据活塞受力平衡有 解得 根据热力学第一定律有 气体吸热 联立解得 【变式3】．（25-26高二下·全国·随堂练习）某充气式座椅简化模型如图所示，导热良好的两个气缸C、D通过活塞分别封闭质量相等的两部分同种理想气体A、B，活塞通过轻弹簧相连，静置在水平面上。已知两个气缸C、D的质量均为M（气缸壁的厚度不计），初始环境温度为T0，封闭气体的初始高度均为L，轻弹簧的劲度系数为k、原长为L0，大气压强为p0，重力加速度为g，活塞的横截面积均为S，活塞的质量和厚度不计，弹簧形变始终在弹性限度内，活塞始终未脱离气缸，不计活塞与气缸之间的摩擦。 (1)若环境温度缓慢降至0.8T0，求稳定后活塞a离水平面的高度； (2)若环境温度缓慢升至1.2T0，A、B气体总内能增加ΔU，求A气体从外界吸收的热量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）降温前a离水平面的高度为 对活塞、分别有， 则 对汽缸C分析有 解得 可知环境温度缓慢下降，气缸中气体压强不变，则AB部分气体发生均是等压变化，弹簧压缩量不变，则有 稳定后活塞a离水平面的高度 联立解得 （2）若环境温度缓慢升至，AB部分气体发生均是等压变化，弹簧压缩量不变，则有 解得 根据热力学第一定律有 此过程气体体积增大，则 解得 一、单选题 1．（25-26高二下·全国·课后作业）用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞被冲出试管口的过程中，下列说法正确的是（　　） A．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大 B．水蒸气的内能转化为软木塞的机械能 C．能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同 D．软木塞的机械能守恒 【答案】B 【详解】A．水蒸气对软木塞做功，水蒸气内能减小，温度降低，故A错误； B．软木塞冲出的过程是水蒸气的内能转化为软木塞机械能的过程，故B正确； C．软木塞冲出的过程是水蒸气的内能转化为软木塞机械能的过程，而热机压缩冲程是将机械能转化为内能，故C错误； D．此过程中软木塞的动能和势能都增大，因此机械能增大，故D错误。 故选B。 2．（25-26高二下·全国·课后作业）物体的内能增加了，下列说法正确的是（　　） A．一定是外界对物体做了的功 B．一定是物体吸收了的热量 C．一定是物体分子的平均动能增加了 D．物体分子的平均动能可能不变 【答案】D 【详解】AB．做功和热传递都可以改变物体内能，物体的内能增加了，其方式是不确定的，故AB错误； CD．物体内能是所有分子的动能与分子势能的总和，物体的内能增加了，不一定是分子平均动能增加了，可能分子平均动能不变，仅势能增加，故C错误，D正确。 故选D。 3．（24-25高二下·全国·课后作业）把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速下压活塞时，由于被压缩的空气骤然变热，温度升高，达到了乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明（　　） A．做功可以升高物体的温度 B．做功可以改变物体的内能 C．做功一定可以增加物体的内能 D．做功可以增加物体的热量 【答案】B 【详解】AB．当用力压活塞时，活塞压缩玻璃筒内的空气，对空气做功，空气的内能增加，温度升高，当达到乙醚着火点时，筒内棉花就会燃烧起来．此实验说明了：外界对物体做功，物体的内能增加，故A错误，B正确； CD．改变物体的内能有做功和热传递，做功不一定增加物体的内能，还需考虑热传递；做功改变物体的内能，宏观表现为物体温度的变化，并非增加热量，故CD错误。 故选B。 4．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态和D后再回到状态A。其中，和为等温过程，和为绝热过程（气体与外界无热量交换）。该循环过程中，下列说法正确的是（　　） A．过程中，气体的内能不变 B．过程中，气体分子的平均动能增大 C．过程中，气体分子数密度增大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少 D．过程中，外界对气体做的功小于气体内能的增加量 【答案】A 【详解】A．为等温过程，气体的内能不变，故A正确； B．为绝热过程，气体没有与外界热交换（Q=0），体积增大，气体对外界做功（W<0），根据热力学第一定律可知，该过程内能减少（温度降低），所以过程中，气体分子的平均动能减小，故B错误； C．为等温过程，气体体积减小，气体分子数密度增大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C错误； D．为绝热过程，气体与外界无热量交换（Q=0），体积减小，外界对气体做功（W>0），根据热力学第一定律可知，该过程外界对气体做的功等于气体内能的增加量，故D错误。 故选A。 5．（25-26高二下·全国·课后作业）拥有私家车的人越来越多，说明人们生活水平不断提高。某汽车的发动机汽缸内装有汽油与空气的混合气体，如图所示，要使该混合气体达到其燃点，则（　　） A．迅速向外拉活塞 B．迅速向里推活塞 C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞 【答案】B 【详解】气体被压缩时外界对气体做功使其内能增大，气体膨胀时气体对外做功内能减少。将装有汽油与空气的混合气体的汽缸中的活塞迅速向里推，该汽缸内混合气体来不及与外界发生热交换，可以看作绝热过程，同时外界通过活塞对该气体做功，使该混合气体的内能增加，温度升高，从而达到汽油燃点。 故选B。 6．（24-25高二下·江苏徐州·月考）一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其p−V图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化，对于这两个过程，下列说法正确的是（　　） A．气体经历过程1，其温度降低 B．气体经历过程1，其内能增大 C．气体在过程2中一直对外放热 D．气体在过程2中一直对外做功 【答案】A 【详解】AB．气体经历过程1，压强减小，体积变大，气体膨胀对外做功，又气体与外界无热量交换，根据热力学第一定律知，其内能减小，故温度降低，故A正确，B错误； CD．气体经历过程2，根据理想气体状态方程 可知开始时，体积不变，对外不做功，压强减小，温度降低；根据热力学第一定律，可知气体对外放热；然后压强不变，体积变大，气体膨胀对外做功，温度升高，内能增大，根据热力学第一定律知，气体要吸收热量，故CD错误。 故选A。 7．（2025·河北保定·一模）如图所示，一导热汽缸竖直放置于恒温的环境中，汽缸内有一水平活塞，将一定质量的理想气体密闭在汽缸内。活塞与汽缸壁间无摩擦，活塞上放置一个开口向上的玻璃瓶，整个装置处于平衡状态。若向瓶中缓慢加水，则该过程中（　　） A．外界对缸内气体做功，所以气体内能增加 B．缸内气体对外界做功，同时吸热，所以气体内能不变 C．气体分子数密度增大，而气体分子的平均动能不变，所以汽缸内壁单位面积上受到气体分子的撞击力变大 D．由于气体分子的总数目不变，气体分子的平均动能也不变，故汽缸内壁单位面积上受到气体分子的撞击力大小不变 【答案】C 【详解】AB．导热汽缸竖直放置于恒温的环境中，温度不变，则内能不变，若向瓶中缓慢加水，气体体积减小，外界对缸内气体做功，故AB错误； CD．气体体积减小，总分子数不变，则气体分子数密度增大，气体温度不变，分子的平均动能不变；根据可知，气体压强增大，根据气体压强的微观解释可知，汽缸内壁单位面积上受到气体分子的撞击力变大，故C正确，D错误； 故选C。 8．（25-26高三上·湖北·月考）一定质量的理想气体从状态开始，经历一次循环回到状态，其压强随体积倒数变化的图像如图所示，其中的反向延长线过原点为双曲线，与横轴平行。下列说法正确的是（    ） A．过程气体内能不变，气体从外界吸收热量 B．过程气体分子平均动能不变 C．过程气体分子单位时间内对容器壁单位面积的碰撞次数减少 D．全过程气体从外界吸收热量 【答案】C 【详解】A．根据 的斜率表示温度，过程图像斜率不变，所以温度不变，理想气体内能只与温度有关，即内能不变，因为气体体积减小，外界对气体做正功，即，根据热力学第一定律 可知，气体向外界放出热量，故A错误； B．图像在过程中的各点与坐标原点连线构成的斜率逐渐减小，表示理想气体的温度逐渐降低，可知平均动能减小，故B错误； C．图像在过程中的各点与坐标原点连线构成的斜率逐渐增大，表示理想气体的温度逐渐降升高，分子平均动能增大，而压强不变，则气体分子单位时间内对容器壁的碰撞次数减少，故C正确； D．过程和过程气体体积变化量大小相同，根据图像可知前一过程压强大于后一过程，且前一过程气体体积减小，外界对气体做功 后一过程气体体积增大，气体对外界做功， 而 根据热力学第一定律 可得，所以全过程放热，故D错误。 故选C。 9．（24-25高二下·云南昆明·月考）在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一定质量的气体，活塞能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d后再次平衡。已知重力加速度为g，下列判断正确的是（　　） A．外界对气体做功 B．气体的压强始终为 C．外界环境温度为 D．气体的内能改变量为 【答案】D 【详解】B．以活塞为研究对象，其受力平衡，有 解得气体压强为 气体做等压变化，压强始终不变，故B错误； A．气体体积变大，对外界做功，大小为，故A错误； C．密封气体初状态的温度为T0，体积为，末状态的温度等于外界环境的温度，由盖－吕萨克定律有， 解得，故C错误； D．根据热力学第一定律，气体内能改变量为，故D正确。 故选D。 10．（24-25高二下·河北石家庄·阶段练习）一定质量的理想气体，从状态经、变化到状态的变化过程图像如图所示，AB与横轴平行，BC与纵轴平行，ODC在同一直线上。已知状态温度为400K，从状态至状态气体吸收了320J的热量，下列说法正确的是（　　） A．B状态的温度为600K B．从状态到状态的过程中，气体温度不变 C．从状态到状态的过程中，气体内能增加了240J D．从状态至状态整个过程中，气体对外做功17.5J 【答案】C 【详解】A．根据其中的 可解得，故A错误； B．因为状态的pV乘积大于状态，则从状态到状态的过程中温度降低，故B错误； C．从状态到状态的过程中，气体吸收了320J的热量，同时气体对外做功 由热力学第一定律可知 气体内能增加了240J，故C正确； D．因图像与横轴所围的面积表示功，则从状态至状态整个过程中，气体对外做功，故D错误。 故选C。 二、多选题 11．（24-25高二下·吉林长春·期末）一定质量的密闭理想气体先经一段等压变化，再经一段等容变化，最后经一段等温变化回到初始状态．这一过程的图像如图所示，下列分析正确的是（    ） A．过程中气体吸收的热量大于气体对外界做功 B．过程中气体释放的热量等于气体内能的减少量 C．过程中外界对气体做功等于气体释放的热量 D．过程中外界对气体做功大于气体释放的热量 【答案】ABC 【详解】A．由图可知，过程中气体的温度升高，内能增大，即；气体体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量大于气体对外界做的功，故A正确； B．过程中气体体积不变，则做功；温度降低，内能减小，根据热力学第一定律可知，即气体释放的热量等于气体内能的减少量，故B正确； CD．过程中气体的温度不变，即气体的内能不变，即，则 所以外界对气体做功等于气体释放的热量，故C正确，D错误。 故选ABC。 12．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示，在固定的真空容器A内部固定着一个绝热汽缸B，用质量为m的绝热活塞P将一部分理想气体封闭在汽缸内。撤去阀门K，不计摩擦阻力，活塞将向右运动，该过程（　　） A．气体膨胀时对外不做功 B．气体膨胀时对外做功 C．气体膨胀时是否对外做功无法确定 D．活塞做加速运动，缸内气体温度降低 【答案】BD 【详解】ABC．虽然A内为真空，但气体膨胀时会推动活塞使其向右做加速运动，即气体对外做了功，所以选项A、C错误，B正确； D．缸内理想气体对外做功，内能减小，温度降低，D正确。 故选BD。 13．（21-22高二下·湖北襄阳·期末）一定质量的理想气体分别经历两个过程从状态M到达状态N，其图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正确的是（　　） A．气体经历过程1，温度降低，内能一定减少 B．气体经历过程1，对外做功，内能不一定减少 C．气体经历过程2，先向外放热后吸热 D．气体经历过程2，内能不一定减少 【答案】AC 【详解】AB．气体经历过程1，体积增大，对外做功，而气体与外界无热量交换，根据热力学第一定律可知，内能一定减少，而一定质量的理想气体其内能只由温度决定，故温度降低，故A正确，B错误； D．过程2与过程1的初、末状态相同，故气体经历过程2，内能也一定减少，故D错误； C．气体经历过程2，等容过程中体积不变，压强减小，根据可知，温度降低，故内能减少，根据热力学第一定律可知，该过程向外放热；等压过程中，压强不变，体积增大，对外做功，根据可知，温度升高，故内能增大，根据热力学第一定律可知，该过程从外界吸热。故气体经历过程2，先向外放热后吸热，故C正确。 故选AC。 14．（25-26高三上·青海西宁·开学考试）一定质量的理想气体从状态开始，经三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。状态气体温度为，内能为，且内能与热力学温度成正比，以下分析正确的是（　　） A．气体在过程做等温变化，状态温度为 B．气体在过程中气体内能增加量为 C．气体在过程中向外界放出热量为 D．气体在过程中向外界放出热量为 【答案】BD 【详解】A．由理想气体方程，可知气体从过程中温度先升高后降低，计算得，故A错误； B．气体在过程中，由，解得 内能与热力学温度成正比得 内能增加量，故B正确； C．气体在过程中内能增加量为，气体对外界做功 由热力学第一定律代入 解得，表示气体吸收热量，故C错误； D．气体在过程中气体先对外界做功，后外界对气体做功，总功等于图像中三角形面积 气体内能增加量为 由 解得，负号表示气体放热，D正确。 故选BD。 15．（24-25高二下·河南南阳·月考）一定质量的理想气体用横截面积为S的活塞封闭在汽缸内，汽缸内壁光滑。如图甲所示，用轻质细线系在活塞的正中央，然后将整个装置悬挂在天花板上处于静止状态，此时缸内气体的压强为；如图乙所示，用竖直杆固定在地面，让汽缸开口向下，活塞放置在竖直杆上，整个装置处于静止状态；如图丙所示，汽缸开口水平向右放置在水平面上，处于静止状态。已知大气压强为，各状态下，所用汽缸和活塞都相同，且活塞与汽缸的质量相等，不计活塞及汽缸壁的厚度，且汽缸不漏气，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．活塞与汽缸的质量均 B．图乙中缸内气体压强为 C．若汽缸和活塞导热性能良好，将图丙汽缸缓慢逆时针转90°，汽缸将吸收热量 D．若汽缸和活塞均绝热，将图丙汽缸缓慢逆时针转90°，汽缸温度升高 【答案】BD 【详解】A．设活塞与汽缸的质量均为m，对甲图的汽缸受力分析，由三力平衡可得 解得，A错误； B．对图乙的汽缸受力分析，由三力平衡可得 综合解得，B正确； C.若汽缸和活塞导热性能良好，将图丙汽缸缓慢逆时针转90°的过程中，温度不变，压强变大，由知，体积变小，外界对气体做功，温度不变，根据 知，放出热量，C错误； D．若汽缸和活塞均绝热，将图丙汽缸缓慢逆时针转90°的过程中，压强增大，由知，体积V减小，外界对气体做功，汽缸和活塞均绝热知，根据 知，故温度升高，D正确。 故选BD。 16．（24-25高二下·贵州安顺·阶段练习）将一定质量的理想气体封闭在容器中，该气体由状态A开始经状态B、C又回到状态A，整个过程中气体的压强p随气体体积V的变化规律如图所示，其中AB与横轴平行，AC与纵轴平行，BC为等温线。已知B状态的压强、体积、温度分别为、、，状态C的压强为，气体由状态A到状态B，气体内能改变量的绝对值为。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态C的体积为15L B．气体在状态A的温度为600K C．气体由状态A到状态B，内能增加 D．气体由状态A到状态B，气体向外界放出的热量为 【答案】ABD 【详解】A．从到温度不变，由玻意耳定律 代入数据解得气体在状态的体积为，故A正确； B．因，从A到为等压过程，由盖－吕萨克定律 解得气体在状态A的温度为，故B正确； C．气体由状态A到状态，温度降低，则内能减小，故C错误； D．气体由状态A到状态，外界对气体做功 根据热力学第一定律 解得放出的热量，故D正确。 故选ABD。 三、解答题 17．（2026·河北·一模）在如图所示的V-T图像中，一定质量的理想气体从状态a出发，经历（a→b→c→d→a的循环过程回到状态a。已知气体在状态d下的压强为 求： (1)气体在状态c下的压强； (2)整个过程气体吸收或放出的热量。 【答案】(1) (2)放热， 【详解】（1）气体从状态d到状态a，从状态b到状态c均为等压变化，则， 气体从状态a到状态b是等容变化，由查理定律有 联立各式解得气体在状态c下的压强 （2）a状态到b状态，c状态到d状态气体做等容变化气体不做功，b状态到c状态外界对气体做功，则有 d状态到a状态气体对外界做功 整个过程的总功为 根据热力学第一定律有 解得 则整个过程气体放热，放出的热量为 18．（2025·浙江·一模）如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在圆筒形的金属汽缸内，活塞的质量kg，截面积cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，开始时封闭气柱长度为20cm，外界气温℃，大气压强Pa。将质量为的重物缓慢放到活塞上，稳定后活塞下降了5cm；再对汽缸内气体缓慢加热，气体吸收了J的热量，活塞又上升了3cm，求： (1)重物的质量； (2)加热前后缸内气体温度的增加值； (3)加热前后缸内气体内能的变化量。 【答案】(1)kg (2)℃ (3)J 【详解】（1）状态1（初始），根据平衡条件有，cm 状态2，根据平衡条件有，cm 等温过程方程 解得kg （2）缓慢加热，状态3有，cm， 等压过程方程 解得℃ （3）从状态2至状态3内气体对外做功 由热力学第一定律，有 得J 19．（25-26高三上·广东·月考）如图所示，右侧有挡板的导热汽缸固定在水平地面上，轻质薄活塞横截面积为，给活塞施加一向左的水平恒力，活塞处于平衡状态时封闭的气柱长度为10cm，大气压强为，不计摩擦。 (1)求施加恒力F前汽缸内气柱的长度（此时活塞与挡板没有接触）； (2)判断活塞从开始压缩到处于平衡状态的过程中，缸内气体是吸热还是放热，并求恒力对活塞做的功W。 【答案】(1)12cm (2)放热，0.4J 【详解】（1）恒力F水平向左时，对活塞，根据受力平衡条件有 解得 对导热缸内气体，压缩活塞过程气体做等温变化，有 解得 （2）以封闭气体为研究对象，外界对气体做功气体做等温变化，内能没变化，由热力学第一定律可知，缸内气体对外放热； 由做功公式可得，恒力对活塞做的功 20．（2025·广东湛江·一模）“红五月”科学艺术文化节时，兴趣小组参与了“水火箭”比赛项目。某同学在容积为V且其变化可忽略不计的饮料瓶中注入密度为ρ的矿泉水，拧紧瓶塞后将打气筒的气阀紧密接入带阀门的金属管，再将饮料瓶倒置，往饮料瓶内部打入空气，使得打气结束时饮料瓶内高压气体气压大小为p，体积为kV（k<1）。此时，另外一名同学迅速拔出打气筒的气阀，该过程近似视为没有矿泉水流出。此后在气压差的作用下，饮料瓶内部的水在极短时间内喷射出饮料瓶，同时使得饮料瓶获得沿矿泉水喷射的反方向的初速度v₀，瓶内气体温度从T下降至。饮料水瓶质量为M，瓶内气体可视为理想气体，且质量忽略不计。求当瓶内所有矿泉水恰好喷射出饮料瓶瞬间： (1)瓶内气体的压强； (2)瓶内内能变化。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）由理想气体状态方程可得 解得 （2）由于饮料瓶内部的水在极短时间内喷射出矿泉水瓶，该过程近似看作动量守恒，有 外界对气体做功为 其中，由热力学第一定律可得 由于时间极短，热交换为，联立解得 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第10讲：功、热和内能的改变、热力学第一定律 · 考点一：热量、功和内能的概念和理解 · 考点二：内能的改变方式 · 考点三：理解热力学第一定律 · 考点四：热力学第一定律初步应用 · 考点五：热力学定律在图像中的应用 · 考点六：理想气体方程与热力学第一定律交汇计算问题 知识点01、焦耳的实验 1．绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程． 2．代表性实验 (1)重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升． (2)通过电流的热效应给液体加热． 3．实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式． 4．内能：只依赖于热力学系统自身状态的物理量． 知识点02、功与内能的改变 1．功与内能的改变 在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W. 2．理解 (1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程． (2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少． 知识点03、热与内能的改变 1．传热 (1)条件：物体的温度不同． (2)传热：热从高温物体传到了低温物体． 2．热和内能 (1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度． (2)热与内能的改变 当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q. (3)传热与做功在改变系统内能上的异同． ①做功和传热都能引起系统内能的改变． ②做功时，内能与其他形式的能发生转化；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移． 知识点4、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的． 2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和． 技巧归纳 一：改变内能的两种方式的比较 比较项目 做功 热传递 内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少 物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移 相互联系 做一定量的功和传递相同量的热量在改变内能的效果上是相同的 二．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 三.气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功． (2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量． (3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)． 四．判断气体是否做功的方法 一般情况下看气体的体积是否变化． ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0. ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0. 题型一：热量、功和内能的概念和理解 【典例1】．（24-25高一下·浙江·月考）下列关于功、内能、热量的描述正确的是（　　） A．机械能为零的物体，内能也一定为零 B．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 C．做功和热传递都能改变物体的内能 D．物体的内能增大，温度一定升高 【变式1】．（23-24高三上·宁夏中卫·月考）关于系统的内能及其变化，下列说法中正确的是（   ） A．系统的温度改变时，其内能必定改变 B．系统对外做功，其内能不一定改变；系统向外传递热量，其内能不一定改变 C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热量，其内能必定改变 D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变 【变式2】．（22-23高二下·全国·课前预习）下列关于热量、功和内能的说法中，错误的是（　　） A．热量、功都可以作为物体内能的量度 B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度 C．热量、功、内能的单位相同 D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的 【变式3】．（24-25高二下·江苏南通·期中）关于物体的内能，下列说法正确的是（　　） A．热水的内能不一定比冷水的大 B．当温度等于0℃时，分子动能为零 C．绝热密闭容器突然减速停止，容器里的气体内能不会发生改变 D．温度相等的水和冰，它们的内能一定相等 题型二：内能的改变方式 【典例2】．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示是古人锻造铁器的过程，关于改变物体内能的方式，下列说法正确的是（　　） A．加热和锻打属于传热，淬火属于做功 B．加热属于传热，锻打和淬火属于做功 C．加热和淬火属于传热，锻打属于做功 D．加热和淬火属于做功，锻打属于传热 【变式1】．（24-25高二下·全国·课后作业）做功和热传递都可以改变物体的内能，有下列物理过程： ①汽缸内雾化柴油的压缩点燃    ②太阳灶煮饭    ③擦火柴    ④钻木取火    ⑤进入大气层的人造卫星被烧毁 下列判断正确的是（    ） A．属于热传递的只有①②⑤ B．属于热传递的只有② C．属于做功过程的只有③④ D．属于做功过程的只有③④⑤ 【变式2】．（2022高三·全国·专题练习）下列关于做功和传热的说法中，正确的是（　　） A．做功和传热都能引起系统内能的改变 B．只要外界对物体做功，物体的内能就一定改变 C．传热的条件是物体间存在内能差 D．做功和传热改变物体内能的实质是一样的 【变式3】．（25-26高一上·北京·开学考试）如图所示的四个实例中，用热传递的方式来改变物体内能的是（　　） A．锯木板时，钢锯条温度升高 B．来回快速拉动皮条，金属管的温度升高 C．酒精灯加热试管中的水，水的温度升高D．迅速下压活塞，管内气体的温度升高 题型三：理解热力学第一定律 【典例3】．（22-23高二下·福建莆田·课后作业）关于系统的内能及其变化，下列说法中正确的是（　　） A．系统的温度改变时，其内能必定改变 B．系统对外做功，其内能不一定改变；向系统传递热量，其内能不一定改变 C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热量，其内能必定改变 D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变 【变式1】．（22-23高二下·贵州六盘水·期末）根据热力学定律，下列说法正确的是（　　） A．气体被缓慢压缩时，内能可能不变 B．对能源的过渡消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机” C．一定质量的理想气体，在压强减小、体积增大时，一定从外界吸收热量 D．一定质量的理想气体，在温度降低、体积增大时，一定从外界吸收热量 【变式2】．（24-25高二下·辽宁葫芦岛·期中）关于物体内能的改变，下列说法正确的是（　　） A．外界对物体做功，物体的内能一定增加 B．物体吸收热量，它的内能一定增加 C．物体放出热量，它的内能一定减少 D．改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递 题型四：热力学第一定律初步应用 【典例4】．（25-26高二下·全国·课后作业）一定质量的理想气体被活塞封闭在导热的气缸中，如图所示。不计活塞与气缸间的摩擦，当用外力向上缓慢拉动活塞的过程中，环境温度保持不变。下列判断正确的是（　　） A．拉力对气体做正功，气体内能增加，吸收热量 B．气体对外做功，内能不变，吸收热量 C．外界对气体做功，内能不变，放出热量 D．气体吸收的热量大于气体对活塞做的功 【变式1】．（24-25高二下·云南·月考）如图所示，固定汽缸内由轻质活塞封闭一定质量的理想气体，开始时活塞处于静止状态，用电热丝对气体加热过程中，活塞向上缓慢移动，移动过程中活塞与汽缸的摩擦忽略不计，且气体与外界环境没有热交换。以下说法正确的是（　　） A．气体的温度保持不变 B．外界对气体做正功 C．气体的压强大于外界气体压强 D．气体的内能增加 【变式2】．（24-25高二下·江苏淮安·期末）如图所示，自动洗衣机的洗衣缸与细管连通，细管内封闭一定质量的气体。洗衣缸进水时气体被压缩，设细管内气体温度不变，则气体（　　） A．在该过程中吸收热量 B．分子平均动能变大 C．分子数密度变大 D．分子与细管单位面积上的撞击力变小 【变式3】．（25-26高三上·河北唐山·月考）某种椅子的气压棒简易结构如图所示，M、N两金属筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，若环境温度保持不变，在M缓慢向上滑动的过程中（　　） A．外界对气体做功，气体压强减小 B．外界对气体做功，气体压强增大 C．气体对外界做功，气体压强增大 D．气体对外界做功，气体压强减小 题型五：热力学定律在图像中的应用 【典例5】．（25-26高三上·山东·开学考试）如图所示，一定质量的理想气体循环过程的图像。为等压过程，为等容过程，和为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　） A．过程气体向外界放出热量 B．过程气体向外界放出热量大于外界对气体做的功 C．过程气体对外做功，气体分子的平均动能减小 D．在过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的气体分子数减少 【变式1】．（24-25高二下·福建厦门·阶段练习）著名的“卡诺循环”是由卡诺于1824年提出的，它可用于分析热机的工作过程。如图所示，一定质量的理想气体经过“卡诺循环”，从状态A经过程AB、BC、CD、DA后又回到状态A，其中，过程AB和CD为等温过程，过程BC和DA为绝热过程，下列说法正确的是（　　） A．AB过程中，气体从外界吸热并全部用来对外做功 B．BC过程中，因气体既不吸热也不放热，故气体的内能不变 C．CD过程中，因外界对气体做功，故气体的内能增大 D．DA过程中，气体分子的平均动能减小 【变式2】．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）列车运行的平稳性与车厢的震动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减震。空气弹簧主要由活塞、汽缸及汽缸内封闭的一定质量的气体构成，乘客上下车及剧烈颠簸均能引起车厢震动，从而引起缸内气体的状态变化。列车沿某路段行驶时，缸内气体（视为理想气体）从A状态经B状态变化到C状态，图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．气体从A状态变化到B状态的过程中，缸内气体内能减小 B．气体从A状态变化到B状态的过程中，缸内气体向外界释放热量 C．缸内气体处于A状态时的温度大于处于C状态时的温度 D．气体从A状态变化到C状态的过程中，气体对外做的功小于吸收的热量 【变式3】．（24-25高二下·江苏南通·期中）一定质量的理想气体由状态a开始，经历、、三个过程回到状态a，其图像如图所示，其中bc与纵轴平行。已知a、c两状态下气体的温度相同，的过程中气体向外界放出热量大小为Q，下列说法错误的是（　　） A．过程中气体从外界吸收热量，大小为Q B．过程中气体内能变化量的绝对值小于放出热量的绝对值 C．a、c状态下气体的内能相等 D．整个过程中气体对外界做功，大小为 题型六：理想气体方程与热力学第一定律交汇计算问题 【典例6】．（24-25高二下·浙江杭州·期中）如图所示是用导热性能良好的材料制成的空气压缩引火仪，活塞的横截面积；开始时封闭的空气柱长度为、温度为、压强为大气压强；现在用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭空气柱长度变为，不计活塞的质量、活塞与器壁的摩擦以及漏气。 (1)若用足够长的时间缓慢压缩气体，求压缩后气体的压强； (2)若以较快的速度压缩气体，最终压强达到时，求空气柱的温度； (3)第（2）压缩气体过程中最终人对活塞做功为，气体向外散失的热量为，求气体的内能增加量。 【变式1】．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示，一个质量为m的“T”形活塞在气缸内封闭一定量的理想气体，活塞体积可忽略不计，距气缸底部处连接一U形细管（管内气体的体积忽略不计）。初始时，封闭气体温度为，活塞距离气缸底部为，两边水银柱存在高度差。已知水银密度为，大气压强为，气缸横截面积为S，活塞竖直部分高为，重力加速度为g，求： (1)通过制冷装置缓慢降低气体温度，当温度为多少时两边水银面恰好相平； (2)从开始至两水银面恰好相平的过程中，若气体放出的热量为Q，求气体内能的变化量。 【变式2】．（2026·海南·一模）小明看到同学设计的一款火警报警装置，其原理如图所示，固定在水平地面上的导热汽缸内，表面涂有导电物质的质量为m横截面积为S的活塞密封一定质量的理想气体，，常态时，活塞距汽缸底部的高度为h，要求环境温度时报警，不计活塞与汽缸之间的摩擦。小明觉得若整个装置以某一加速度a加速下降时，这个装置也会报警，求： (1)刚好火灾报警时，活塞比常态时上升的距离d与h的比值； (2)若从常态到恰好火灾报警时气体内能增加了，求此过程气体吸收的热量Q与的比值。 【变式3】．（25-26高二下·全国·随堂练习）某充气式座椅简化模型如图所示，导热良好的两个气缸C、D通过活塞分别封闭质量相等的两部分同种理想气体A、B，活塞通过轻弹簧相连，静置在水平面上。已知两个气缸C、D的质量均为M（气缸壁的厚度不计），初始环境温度为T0，封闭气体的初始高度均为L，轻弹簧的劲度系数为k、原长为L0，大气压强为p0，重力加速度为g，活塞的横截面积均为S，活塞的质量和厚度不计，弹簧形变始终在弹性限度内，活塞始终未脱离气缸，不计活塞与气缸之间的摩擦。 (1)若环境温度缓慢降至0.8T0，求稳定后活塞a离水平面的高度； (2)若环境温度缓慢升至1.2T0，A、B气体总内能增加ΔU，求A气体从外界吸收的热量。 一、单选题 1．（25-26高二下·全国·课后作业）用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞被冲出试管口的过程中，下列说法正确的是（　　） A．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大 B．水蒸气的内能转化为软木塞的机械能 C．能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同 D．软木塞的机械能守恒 2．（25-26高二下·全国·课后作业）物体的内能增加了，下列说法正确的是（　　） A．一定是外界对物体做了的功 B．一定是物体吸收了的热量 C．一定是物体分子的平均动能增加了 D．物体分子的平均动能可能不变 3．（24-25高二下·全国·课后作业）把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速下压活塞时，由于被压缩的空气骤然变热，温度升高，达到了乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明（　　） A．做功可以升高物体的温度 B．做功可以改变物体的内能 C．做功一定可以增加物体的内能 D．做功可以增加物体的热量 4．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态和D后再回到状态A。其中，和为等温过程，和为绝热过程（气体与外界无热量交换）。该循环过程中，下列说法正确的是（　　） A．过程中，气体的内能不变 B．过程中，气体分子的平均动能增大 C．过程中，气体分子数密度增大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少 D．过程中，外界对气体做的功小于气体内能的增加量 5．（25-26高二下·全国·课后作业）拥有私家车的人越来越多，说明人们生活水平不断提高。某汽车的发动机汽缸内装有汽油与空气的混合气体，如图所示，要使该混合气体达到其燃点，则（　　） A．迅速向外拉活塞 B．迅速向里推活塞 C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞 6．（24-25高二下·江苏徐州·月考）一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其p−V图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化，对于这两个过程，下列说法正确的是（　　） A．气体经历过程1，其温度降低 B．气体经历过程1，其内能增大 C．气体在过程2中一直对外放热 D．气体在过程2中一直对外做功 7．（2025·河北保定·一模）如图所示，一导热汽缸竖直放置于恒温的环境中，汽缸内有一水平活塞，将一定质量的理想气体密闭在汽缸内。活塞与汽缸壁间无摩擦，活塞上放置一个开口向上的玻璃瓶，整个装置处于平衡状态。若向瓶中缓慢加水，则该过程中（　　） A．外界对缸内气体做功，所以气体内能增加 B．缸内气体对外界做功，同时吸热，所以气体内能不变 C．气体分子数密度增大，而气体分子的平均动能不变，所以汽缸内壁单位面积上受到气体分子的撞击力变大 D．由于气体分子的总数目不变，气体分子的平均动能也不变，故汽缸内壁单位面积上受到气体分子的撞击力大小不变 8．（25-26高三上·湖北·月考）一定质量的理想气体从状态开始，经历一次循环回到状态，其压强随体积倒数变化的图像如图所示，其中的反向延长线过原点为双曲线，与横轴平行。下列说法正确的是（    ） A．过程气体内能不变，气体从外界吸收热量 B．过程气体分子平均动能不变 C．过程气体分子单位时间内对容器壁单位面积的碰撞次数减少 D．全过程气体从外界吸收热量 9．（24-25高二下·云南昆明·月考）在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一定质量的气体，活塞能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d后再次平衡。已知重力加速度为g，下列判断正确的是（　　） A．外界对气体做功 B．气体的压强始终为 C．外界环境温度为 D．气体的内能改变量为 10．（24-25高二下·河北石家庄·阶段练习）一定质量的理想气体，从状态经、变化到状态的变化过程图像如图所示，AB与横轴平行，BC与纵轴平行，ODC在同一直线上。已知状态温度为400K，从状态至状态气体吸收了320J的热量，下列说法正确的是（　　） A．B状态的温度为600K B．从状态到状态的过程中，气体温度不变 C．从状态到状态的过程中，气体内能增加了240J D．从状态至状态整个过程中，气体对外做功17.5J 二、多选题 11．（24-25高二下·吉林长春·期末）一定质量的密闭理想气体先经一段等压变化，再经一段等容变化，最后经一段等温变化回到初始状态．这一过程的图像如图所示，下列分析正确的是（    ） A．过程中气体吸收的热量大于气体对外界做功 B．过程中气体释放的热量等于气体内能的减少量 C．过程中外界对气体做功等于气体释放的热量 D．过程中外界对气体做功大于气体释放的热量 12．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示，在固定的真空容器A内部固定着一个绝热汽缸B，用质量为m的绝热活塞P将一部分理想气体封闭在汽缸内。撤去阀门K，不计摩擦阻力，活塞将向右运动，该过程（　　） A．气体膨胀时对外不做功 B．气体膨胀时对外做功 C．气体膨胀时是否对外做功无法确定 D．活塞做加速运动，缸内气体温度降低 13．（21-22高二下·湖北襄阳·期末）一定质量的理想气体分别经历两个过程从状态M到达状态N，其图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正确的是（　　） A．气体经历过程1，温度降低，内能一定减少 B．气体经历过程1，对外做功，内能不一定减少 C．气体经历过程2，先向外放热后吸热 D．气体经历过程2，内能不一定减少 14．（25-26高三上·青海西宁·开学考试）一定质量的理想气体从状态开始，经三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。状态气体温度为，内能为，且内能与热力学温度成正比，以下分析正确的是（　　） A．气体在过程做等温变化，状态温度为 B．气体在过程中气体内能增加量为 C．气体在过程中向外界放出热量为 D．气体在过程中向外界放出热量为 15．（24-25高二下·河南南阳·月考）一定质量的理想气体用横截面积为S的活塞封闭在汽缸内，汽缸内壁光滑。如图甲所示，用轻质细线系在活塞的正中央，然后将整个装置悬挂在天花板上处于静止状态，此时缸内气体的压强为；如图乙所示，用竖直杆固定在地面，让汽缸开口向下，活塞放置在竖直杆上，整个装置处于静止状态；如图丙所示，汽缸开口水平向右放置在水平面上，处于静止状态。已知大气压强为，各状态下，所用汽缸和活塞都相同，且活塞与汽缸的质量相等，不计活塞及汽缸壁的厚度，且汽缸不漏气，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．活塞与汽缸的质量均 B．图乙中缸内气体压强为 C．若汽缸和活塞导热性能良好，将图丙汽缸缓慢逆时针转90°，汽缸将吸收热量 D．若汽缸和活塞均绝热，将图丙汽缸缓慢逆时针转90°，汽缸温度升高 16．（24-25高二下·贵州安顺·阶段练习）将一定质量的理想气体封闭在容器中，该气体由状态A开始经状态B、C又回到状态A，整个过程中气体的压强p随气体体积V的变化规律如图所示，其中AB与横轴平行，AC与纵轴平行，BC为等温线。已知B状态的压强、体积、温度分别为、、，状态C的压强为，气体由状态A到状态B，气体内能改变量的绝对值为。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态C的体积为15L B．气体在状态A的温度为600K C．气体由状态A到状态B，内能增加 D．气体由状态A到状态B，气体向外界放出的热量为 三、解答题 17．（2026·河北·一模）在如图所示的V-T图像中，一定质量的理想气体从状态a出发，经历（a→b→c→d→a的循环过程回到状态a。已知气体在状态d下的压强为 求： (1)气体在状态c下的压强； (2)整个过程气体吸收或放出的热量。 18．（2025·浙江·一模）如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在圆筒形的金属汽缸内，活塞的质量kg，截面积cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，开始时封闭气柱长度为20cm，外界气温℃，大气压强Pa。将质量为的重物缓慢放到活塞上，稳定后活塞下降了5cm；再对汽缸内气体缓慢加热，气体吸收了J的热量，活塞又上升了3cm，求： (1)重物的质量； (2)加热前后缸内气体温度的增加值； (3)加热前后缸内气体内能的变化量。 19．（25-26高三上·广东·月考）如图所示，右侧有挡板的导热汽缸固定在水平地面上，轻质薄活塞横截面积为，给活塞施加一向左的水平恒力，活塞处于平衡状态时封闭的气柱长度为10cm，大气压强为，不计摩擦。 (1)求施加恒力F前汽缸内气柱的长度（此时活塞与挡板没有接触）； (2)判断活塞从开始压缩到处于平衡状态的过程中，缸内气体是吸热还是放热，并求恒力对活塞做的功W。 20．（2025·广东湛江·一模）“红五月”科学艺术文化节时，兴趣小组参与了“水火箭”比赛项目。某同学在容积为V且其变化可忽略不计的饮料瓶中注入密度为ρ的矿泉水，拧紧瓶塞后将打气筒的气阀紧密接入带阀门的金属管，再将饮料瓶倒置，往饮料瓶内部打入空气，使得打气结束时饮料瓶内高压气体气压大小为p，体积为kV（k<1）。此时，另外一名同学迅速拔出打气筒的气阀，该过程近似视为没有矿泉水流出。此后在气压差的作用下，饮料瓶内部的水在极短时间内喷射出饮料瓶，同时使得饮料瓶获得沿矿泉水喷射的反方向的初速度v₀，瓶内气体温度从T下降至。饮料水瓶质量为M，瓶内气体可视为理想气体，且质量忽略不计。求当瓶内所有矿泉水恰好喷射出饮料瓶瞬间： (1)瓶内气体的压强； (2)瓶内内能变化。 2 学科网（北京）股份有限公司 $