3.2 热力学第一定律 基础练习卷-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

热力学第一定律基础练习卷 一、单选题 1．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 2．如图所示为某次实验过程中一定质量的理想气体经历a→b→c→d的变化过程。下列说法正确的是（　　） A．a到b的过程，是等温变化 B．b到c的过程，是等压变化 C．c到d的过程，气体对外做功 D．整个过程中，c点的温度最高 3．下列说法正确的是（　　） A．物体的温度升高，物体内所有分子热运动的速率都增大 B．物体的温度升高，物体内分子的平均动能增大 C．质量一定的气体吸收热量，其内能一定增加 D．质量一定的气体对外做功，其内能一定减少 4．充气救生船是船只在海上航行时的必备装备，使用时先要向浮筒内充入气体，浮筒导热性能良好，充满气后密闭浮筒内气体的体积可视为不变，气体可视为理想气体。关于充满气后的浮筒内的气体在夜间气温缓慢下降的过程中，下列说法正确的是（    ） A．对外做功 B．放出热量 C．对单位面积浮筒内壁的平均撞击力大小不变 D．内能减小，所有分子热运动的速率都减小 5．对于一个热力学系统，下列关于做功改变系统内能方式的说法正确的是（   ） A．如果系统对外界做功，则系统内能一定增加 B．如果外界对系统做功，则系统内能一定增加 C．如果系统的温度不变，则系统内能一定不变 D．绝热情况下，系统内能的增量等于外界对它做的功 6．一定质量的理想气体发生如图所示的变化，其中A、C间的实线是一条双曲线，发生等温变化，AB平行于横轴，BC平行纵轴，下列说法正确的是（　　） A．单位体积内气体分子数最少的是A状态 B．A状态的平均分子速率小于B状态的平均分子速率 C．从A状态→B状态，气体吸收热量小于气体对外界做的功 D．气体B状态的内能小于C状态的内能 7．一定质量的理想气体经历了一系列的状态变化过程，在此过程中气体的内能增加了，外界对气体做了的功。在这一过程中，气体与外界热交换的热量为（　　） A．气体向外界放出热量 B．气体从外界吸收热量 C．气体向外界放出热量 D．气体从外界吸收热量 8．举办庆祝活动经常释放气球，以增加欢庆气氛。随着气球缓慢升到高空，大气逐渐变得稀薄，大气压强变小，同时温度降低。若将气球内气体看作理想气体，下列说法正确的是（　　） A．外界对气球内气体做功，气体内能增加 B．外界对气球内气体做功，气球内能减小 C．气球内气体从外界吸收热量，气体内能增加 D．气球内气体向外界放出热量，气体内能减小 9．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，图像如图所示。该气体在此过程中（　　） A．温度不变 B．内能减少 C．对外做负功 D．从外界吸热 10．如图所示，在某固定绝热容器中，左侧装有一定质量的某种理想气体，右侧为真空，某时刻把隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至达到新的平衡，气体的温度（　　） A．升高 B．不变 C．降低 D．无法确定 二、多选题 11．如图甲所示，消防员用双手环抱住倒扣的盆体，将盆口压入水中，演示在水中使用塑料盆进行自救的方法，其示意图如图乙所示。若盆中空气可视为理想气体，且温度保持不变，则在将盆缓慢下压的过程中（　　） A．盆中气体压强不变 B．盆中气体体积不变 C．气体内能保持不变 D．气体向外界放出热量 12．一定质量的理想气体从状态开始，经历四个过程回到原状态，其图像如图所示，其中段为双曲线的一部分。下列说法正确的是（　　） A．外界对气体做功 B．气体的内能减小 C．气体向外界放热 D．容器壁单位时间单位面积内受到气体分子撞击的次数减小 13．如图所示，一定质量的理想气体密封在某容器中，某次实验中，气体经过了四个过程，下列说法正确的是（　　） A．过程中气体压强增大 B．过程中单位体积内气体分子个数减少 C．过程中吸收热量 D．过程中单位时间撞击容器壁的气体分子个数增加 14．当篮球气不足时常用打气筒和气针给篮球充气，把气针安装在打气筒的气嘴上，把气针慢慢地插入篮球气孔，然后压缩打气筒将空气压入篮球内，如图所示。在一次缓慢压缩打气筒的充气过程中，设此次充气过程中篮球的体积不变，气体温度不变，打气筒内的气体全部压入篮球内，没有向外界漏气，气体可视为理想气体，对于此次充气前打气筒内的气体和篮球内原来的气体，下列说法正确的是（    ） A．此过程中气体的内能增大 B．此过程中气体向外界放出热量 C．此过程中每个气体分子的动能均不变 D．此过程中气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增多 15．一定质量的理想气体经历了的循环，其图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．由D到A的过程中，气体对外做功 B．由B到C的过程中，气体释放热量 C．由C到D的过程中，气体吸收热量 D．状态B时，气体分子的平均动能比状态A时气体分子的平均动能大 三、解答题 16．如图所示、一定质量的理想气体从状态a开始经a→b，b→c，c→a三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过O点，气体在状态a的压强为、体积为，在状态b的体积为、温度为，在状态c的温度为，求： (1)气体在状态b的压强p； (2)气体在状态c的体积V； (3)从状态b到状态c，外界对气体做的功W。 17．如图所示，下端开口的导热汽缸竖直悬挂在天花板下，缸口内壁有卡环，卡环与汽缸底部间的距离为L。一横截面积为S、质量为m的光滑活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内，缸内气体温度T，活塞处于静止状态，活塞与汽缸底部的距离为。现对缸内气体缓慢加热，直至活塞到达卡环处，此过程中气体内能增加了ΔU。已知外界大气压强为，重力加速度为g，不计活塞厚度。求： (1)初始温度T时缸内气体的压强p； (2)升温过程中缸内气体吸收的热量Q。 18．如图所示，将玉米粒装入手摇爆米花机中，机内气体的初始温度、压强，对爆米花机密封加热，当气体压强达到时，开盖使玉米粒爆开。不计玉米粒在加热过程中的体积变化，气体视为理想气体。 (1)求开盖前瞬间气体的温度； (2)若加热过程中气体吸热，求该气体内能的变化量。 19．一定质量的理想气体，状态从A→B→C的变化过程可用如图所示的p-V图线描述，其中气体在状态A时温度为，试求： （1）气体在状态C时的温度TC； （2）若气体在A→B过程中吸热1000J，则在A→B过程中气体内能的改变量为多少？ 20．如图所示，绝热封闭汽缸内有一厚度不计的绝热活塞，将缸内的理想气体分成了体积相等的A、B两部分。初始时两部分气体的温度均为、压强均为、体积均为，活塞与汽缸内壁间无摩擦且不漏气。现通过电热丝对A部分气体缓慢加热，停止加热且稳定后B部分气体体积变为原来的四分之三，此时B部分气体的温度为，已知A、B两部分气体的内能与温度的关系均为（k为已知常量），求： （1）升温后，A部分气体的压强为多大； （2）此过程电热丝放出的热量为多少。 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 热力学第一定律基础练习卷 一、单选题 1．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。 2．如图所示为某次实验过程中一定质量的理想气体经历a→b→c→d的变化过程。下列说法正确的是（　　） A．a到b的过程，是等温变化 B．b到c的过程，是等压变化 C．c到d的过程，气体对外做功 D．整个过程中，c点的温度最高 【答案】C 【详解】A．根据理想气体状态方程可知，a到b的过程，由于压强与体积乘积增大，则气体温度升高，故A错误； B．根据图像可知，b到c的过程，气体体积不变，气体压强增大，是等容变化，故B错误； C．根据图像可知，c到d的过程，气体体积增大，则气体对外做功，故C正确； D．根据理想气体状态方程可知，整个过程中，由于d点压强与体积乘积最大，则整个过程中，d点的温度最高，故D错误。 故选C。 3．下列说法正确的是（　　） A．物体的温度升高，物体内所有分子热运动的速率都增大 B．物体的温度升高，物体内分子的平均动能增大 C．质量一定的气体吸收热量，其内能一定增加 D．质量一定的气体对外做功，其内能一定减少 【答案】B 【详解】A．温度升高时，分子热运动的平均动能增大，但并非所有分子的速率都增大，可能存在部分分子速率减小，A错误； B．温度是分子平均动能的标志，温度升高时，分子平均动能必然增大，B正确； C．根据热力学第一定律ΔU=Q+W，若气体吸收热量（Q>0）但对外做功（W<0），内能变化ΔU可能为正、负或零，因此内能不一定增加，C错误； D．同理，气体对外做功（W<0）时，若同时吸收足够热量（Q>0），内能可能增加，D错误。 故选B。 4．充气救生船是船只在海上航行时的必备装备，使用时先要向浮筒内充入气体，浮筒导热性能良好，充满气后密闭浮筒内气体的体积可视为不变，气体可视为理想气体。关于充满气后的浮筒内的气体在夜间气温缓慢下降的过程中，下列说法正确的是（    ） A．对外做功 B．放出热量 C．对单位面积浮筒内壁的平均撞击力大小不变 D．内能减小，所有分子热运动的速率都减小 【答案】B 【详解】A．由于浮筒内气体的体积不变，故浮筒内的气体不对外做功，A错误； B．因为温度降低，则气体内能减小，根据热力学第一定律，可知气体放出热量，B正确； C．气体体积不变，温度降低，则气体压强减小，即气体分子对单位面积浮筒内壁的平均撞击力大小减小，C错误； D．温度降低，气体分子的平均速率减小，但不是所有分子的速率都减小，D错误。 故选B。 5．对于一个热力学系统，下列关于做功改变系统内能方式的说法正确的是（   ） A．如果系统对外界做功，则系统内能一定增加 B．如果外界对系统做功，则系统内能一定增加 C．如果系统的温度不变，则系统内能一定不变 D．绝热情况下，系统内能的增量等于外界对它做的功 【答案】D 【详解】A．如果系统对外界做功，同时向外界放热，则系统内能就会减小。故A错误； B．如果外界对系统做功，系统同时向外界放热，则系统内能不一定增加。故B错误； C．如果系统的温度不变，系统内物态发生变化，则系统内能一定变化。故C错误； D．根据热力学第一定律，绝热情况下，外界对系统做功，系统的内能增加，且内能的增加量等于外界对它做的功，故D正确。 故选D。 6．一定质量的理想气体发生如图所示的变化，其中A、C间的实线是一条双曲线，发生等温变化，AB平行于横轴，BC平行纵轴，下列说法正确的是（　　） A．单位体积内气体分子数最少的是A状态 B．A状态的平均分子速率小于B状态的平均分子速率 C．从A状态→B状态，气体吸收热量小于气体对外界做的功 D．气体B状态的内能小于C状态的内能 【答案】B 【详解】A．A状态体积最小，气体分子密度最大，单位体积气体分子数最多，A错误； B．A、C状态温度相同，B状态温度高于A、C状态，故A状态平均分子速率小于B状态，B正确； C．A状态→B状态，压强不变，体积变大，温度升高，故气体吸收的热量大于气体对外做的功，C错误； D．B状态内能大于C状态内能，D错误。 故选B。 7．一定质量的理想气体经历了一系列的状态变化过程，在此过程中气体的内能增加了，外界对气体做了的功。在这一过程中，气体与外界热交换的热量为（　　） A．气体向外界放出热量 B．气体从外界吸收热量 C．气体向外界放出热量 D．气体从外界吸收热量 【答案】B 【详解】根据热力学第一定律 其中 得 即气体从外界吸收热量。 故选B。 8．举办庆祝活动经常释放气球，以增加欢庆气氛。随着气球缓慢升到高空，大气逐渐变得稀薄，大气压强变小，同时温度降低。若将气球内气体看作理想气体，下列说法正确的是（　　） A．外界对气球内气体做功，气体内能增加 B．外界对气球内气体做功，气球内能减小 C．气球内气体从外界吸收热量，气体内能增加 D．气球内气体向外界放出热量，气体内能减小 【答案】D 【详解】由于大气压强减小，故气球体积增大，因此气球内气体对外界做功，由于外界大气温度降低，故气球内气体向外界传递热量，由热力学第一定律（ΔU = W + Q）得，气球内气体内能减小，故选D。 9．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，图像如图所示。该气体在此过程中（　　） A．温度不变 B．内能减少 C．对外做负功 D．从外界吸热 【答案】D 【详解】AB．由图可知，气体从状态A变化到状态B的过程中，压强不变，根据可知，温度升高，内能增加，故AB错误； C．因为气体体积增大，所以气体对外做正功，故C错误； D．根据热力学第一定律，其中 所以 即，气体从外界吸热，故D正确。 故选D。 10．如图所示，在某固定绝热容器中，左侧装有一定质量的某种理想气体，右侧为真空，某时刻把隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至达到新的平衡，气体的温度（　　） A．升高 B．不变 C．降低 D．无法确定 【答案】B 【详解】气体自由膨胀，气体体积变大但并不对外做功；由热力学第一定律的表达式 气体不对外界做功 容器绝热可知内能为 即温度不变。 故选B。 二、多选题 11．如图甲所示，消防员用双手环抱住倒扣的盆体，将盆口压入水中，演示在水中使用塑料盆进行自救的方法，其示意图如图乙所示。若盆中空气可视为理想气体，且温度保持不变，则在将盆缓慢下压的过程中（　　） A．盆中气体压强不变 B．盆中气体体积不变 C．气体内能保持不变 D．气体向外界放出热量 【答案】CD 【详解】A．温度保持不变，将盆缓慢下压的过程中，气体体积减小，根据玻意耳定律可知，气体压强增大，故A错误； B．结合上述可知，将盆缓慢下压的过程中，气体体积减小，故B错误； C．气体温度不变，则气体内能保持不变，故C正确； D．结合上述，气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体向外界放出热量，故D正确。 故选CD。 12．一定质量的理想气体从状态开始，经历四个过程回到原状态，其图像如图所示，其中段为双曲线的一部分。下列说法正确的是（　　） A．外界对气体做功 B．气体的内能减小 C．气体向外界放热 D．容器壁单位时间单位面积内受到气体分子撞击的次数减小 【答案】BC 【详解】A．过程，气体体积变大，气体对外界做功，故A错误； B．过程，气体做等容变化，压强与温度成正比，压强减小则温度减小，则气体内能减小，故B正确； C．过程，气体做等压变化，体积与温度成正比，体积减小则温度减小，则内能减小，且外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体向外界放热，故C正确； D．过程，气体做等温变化，气体压强变大，则容器壁单位时间单位面积内受到气体分子撞击的次数变多，故D错误。 故选BC。 13．如图所示，一定质量的理想气体密封在某容器中，某次实验中，气体经过了四个过程，下列说法正确的是（　　） A．过程中气体压强增大 B．过程中单位体积内气体分子个数减少 C．过程中吸收热量 D．过程中单位时间撞击容器壁的气体分子个数增加 【答案】ACD 【详解】A．过程中，气体温度不变体积减小，故压强增大，故A正确； B．过程中，气体体积不变，分子密度不变，单位体积内气体分子个数不变，故B错误； C．过程中，气体温度不变，则，体积增大，则，由热力学第一定律可知，，气体吸热，故正确； D．过程中，气体体积不变，温度升高，分子平均速率变大，单位体积内分子个数不变，单位时间内撞击容器壁的气体分子个数增加，故正确； 故选ACD。 14．当篮球气不足时常用打气筒和气针给篮球充气，把气针安装在打气筒的气嘴上，把气针慢慢地插入篮球气孔，然后压缩打气筒将空气压入篮球内，如图所示。在一次缓慢压缩打气筒的充气过程中，设此次充气过程中篮球的体积不变，气体温度不变，打气筒内的气体全部压入篮球内，没有向外界漏气，气体可视为理想气体，对于此次充气前打气筒内的气体和篮球内原来的气体，下列说法正确的是（    ） A．此过程中气体的内能增大 B．此过程中气体向外界放出热量 C．此过程中每个气体分子的动能均不变 D．此过程中气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增多 【答案】BD 【详解】A．在一次缓慢充气过程中，气体温度不变，打气筒内的气体全部压入篮球内，无漏气，气体可视为理想气体，气体温度不变，因此此过程中气体的内能不变，故A错误； B．充气前，气体在篮球和气筒之间，充气后，气体在篮球中，由于篮球的体积不变，因此气体的体积变小，此过程中外界对气体做正功，，气体的温度不变，则，由热力学第一定律 可得：，即此过程中气体向外界释放热量，故B正确； C．温度是分子平均动能的标志，温度不变，则分子的平均动能不变，但不是每个分子的动能都不变，故C错误； D．压缩过程中气体温度不变，根据玻意耳定律可知气体的压强增大，此过程中气体的温度不变，即分子热运动的激烈程度不变，但压强增大，则气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加，故D正确。 故选BD。 15．一定质量的理想气体经历了的循环，其图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．由D到A的过程中，气体对外做功 B．由B到C的过程中，气体释放热量 C．由C到D的过程中，气体吸收热量 D．状态B时，气体分子的平均动能比状态A时气体分子的平均动能大 【答案】BD 【详解】A．D到A过程，气体体积不变，做功W=0，A错误； B．B到C过程，气体体积不变，做功W=0。根据理想气体状态方程可知，该过程温度降低，故。由热力学第一定律 可得，即气体放热，B正确； C．C到D过程，气体体积减小，外界对气体做功W>0。根据理想气体状态方程可知，该过程温度降低，故。由热力学第一定律 可得，即气体放热，C错误； D．根据理想气体状态方程可知B状态气体温度更高，则气体分子的平均动能更大，D正确。 故选BD。 三、解答题 16．如图所示、一定质量的理想气体从状态a开始经a→b，b→c，c→a三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过O点，气体在状态a的压强为、体积为，在状态b的体积为、温度为，在状态c的温度为，求： (1)气体在状态b的压强p； (2)气体在状态c的体积V； (3)从状态b到状态c，外界对气体做的功W。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）气体从状态a到状态b做等温变化，根据玻意耳定律有 解得气体在状态b的压强为 （2）气体从状态b到状态c做等压变化，根据盖·吕萨克定律有 解得气体在状态c的体积为 （3）气体从状态b到状态c做等压收缩变化，外界对气体做的功为 代入数据解得 17．如图所示，下端开口的导热汽缸竖直悬挂在天花板下，缸口内壁有卡环，卡环与汽缸底部间的距离为L。一横截面积为S、质量为m的光滑活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内，缸内气体温度T，活塞处于静止状态，活塞与汽缸底部的距离为。现对缸内气体缓慢加热，直至活塞到达卡环处，此过程中气体内能增加了ΔU。已知外界大气压强为，重力加速度为g，不计活塞厚度。求： (1)初始温度T时缸内气体的压强p； (2)升温过程中缸内气体吸收的热量Q。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）活塞初态平衡时，则有 结合 解得 （2）等压变化过程中，外界对气体所做功 由热力学第一定律得 解得 18．如图所示，将玉米粒装入手摇爆米花机中，机内气体的初始温度、压强，对爆米花机密封加热，当气体压强达到时，开盖使玉米粒爆开。不计玉米粒在加热过程中的体积变化，气体视为理想气体。 (1)求开盖前瞬间气体的温度； (2)若加热过程中气体吸热，求该气体内能的变化量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）等容变化，设后来温度为，根据查理定律有 解得 （2）根据热力学第一定律有 加热过程体积不变，即有W=0 解得 19．一定质量的理想气体，状态从A→B→C的变化过程可用如图所示的p-V图线描述，其中气体在状态A时温度为，试求： （1）气体在状态C时的温度TC； （2）若气体在A→B过程中吸热1000J，则在A→B过程中气体内能的改变量为多少？ 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）气体在变化过程中，根据理想气体状态方程 代入数据，解得 （2）气体在变化过程中，体积增大，则气体对外做功，为 根据热力学第一定律 代入数据，解得 20．如图所示，绝热封闭汽缸内有一厚度不计的绝热活塞，将缸内的理想气体分成了体积相等的A、B两部分。初始时两部分气体的温度均为、压强均为、体积均为，活塞与汽缸内壁间无摩擦且不漏气。现通过电热丝对A部分气体缓慢加热，停止加热且稳定后B部分气体体积变为原来的四分之三，此时B部分气体的温度为，已知A、B两部分气体的内能与温度的关系均为（k为已知常量），求： （1）升温后，A部分气体的压强为多大； （2）此过程电热丝放出的热量为多少。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）升温后、部分气体压强相同，设为，对部分气体研究，根据理想气体状态方程 代入得 则升温后，A部分气体的压强为 （2）设升温后部分气体温度为，则 代入得 根据能量守恒，电热丝放出的热量 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $