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

**基本信息** 本练习通过单选、多选、解答题三级分层，覆盖热力学第一定律及气体实验定律，从概念辨析到图像分析再到综合应用，强化能量观念与科学推理，适配新授课知识巩固需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础（单选1-8）|内能、热力学第一定律、气体状态参量|以概念辨析题为主（如第1题内能与温度关系），夯实物理观念| |中档（单选9-13、多选14-19）|p-T/V-T图像分析、循环过程能量转化|结合图像分析（如第14题p-T图像），培养科学推理能力| |提高（解答题20-23）|多过程气体问题、实际情境应用|综合气体定律与热力学第一定律（如第23题潜水器氧气瓶问题），体现科学探究与责任|

3.2热力学第一定律 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．下列说法中正确的是（　　） A．吸收热量多的物体温度变化一定大 B．温度恒定时，物体的内能也可能改变 C．温度高的物体比温度低的物体内能大 D．吸收热量多的物体内能增量大 2．冬季寒潮来袭，小华将热水倒入水瓶后，立即用瓶塞密封瓶口，瓶内封闭了一定质量的空气（视为理想气体）。水瓶容积不变，随着瓶内水温逐渐降低，封闭空气的温度从热力学温度降至，其压强随热力学温度的变化图像为过坐标原点的倾斜直线（如图所示）。关于的过程，下列说法正确的是（　　） A．封闭空气的内能增加，且空气对外界做负功 B．封闭空气向外界放出的热量等于其内能的减少量 C．封闭空气向外界放出的热量大于其内能的减少量 D．瓶内空气分子数密度不变，每个分子撞击器壁的作用力均减小 宏观世界的规律可以通过分子动理论和能量的角度来理解。 3．下列四幅图所涉及的物理知识，论述正确的是（    ） A．图甲说明晶体都有确定熔点，且熔化过程分子平均动能变大 B．图乙水黾可以在水面自由活动，说明它所受的浮力大于重力 C．图丙液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向同性的特点制成的 D．图丁中的酱油与左边材料浸润，与右边材料不浸润 4．下列与热现象有关的说法正确的是（    ） A．布朗运动就是液体分子的无规则运动 B．物体的温度升高，物体内每个分子热运动的速率都增大 C．物体的温度越高，分子的平均动能就越大 D．密闭容器内有一滴的水，蒸发变成了水蒸气，温度仍然是，它的内能保持不变 5．能量守恒定律是自然界最普遍的规律之一。以下不能体现能量守恒定律的是（    ） A．楞次定律 B．动量守恒定律 C．闭合电路欧姆定律 D．热力学第一定律 6．小明去西藏旅行时，发现从低海拔地区买的密封包装的零食，到了高海拔地区时出现了严重的鼓包现象。假设食品袋里密封一定质量的理想气体，全过程温度保持不变。从低海拔地区到高海拔地区的过程，下列分析不正确的是（    ） A．袋内气体压强增加 B．大气压强减小 C．袋内气体吸收了热量 D．袋内气体分子的平均动能不变 7．如图所示，一定质量的理想气体从状态开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态和。下列说法正确的是（    ） A．在过程中气体向外界放热 B．在过程中气体分子的平均动能变大 C．在过程中气体对外界做功 D．在过程中气体分子单位时间内撞击容器壁单位面积的次数不变 8．一开口向下导热的均匀直玻璃管，通过细绳悬挂在天花板上，玻璃管下端浸没在固定的水银槽中，管内外水银面高度差为，该装置从同一天的中午到夜晚，由于气温下降，下列说法正确的（    ） A．相比中午，夜晚细绳的拉力变小 B．相比中午，夜晚细绳的拉力增大 C．相比中午，封闭气体压强增大 D．相比中午，封闭气体内能增大 9．如图所示，一定质量的理想气体经完成循环过程，其中和均为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　） A．过程中，气体对外做功小于从外界吸收的热量 B．过程的温度高于过程的温度 C．过程中，单位时间单位面积气体分子撞击器壁的次数增大 D．从状态经一个循环又回到的全过程中，气体吸收的热量大于放出的热量 10．近年来，国产轿车在国际市场逐渐站稳脚跟，图甲为某型号国产轿车的发动机简易示意图，汽缸内的气体循环一个周期经历冷却、压缩、吸热、膨胀四个过程，并实现对外做功。发动机内一定质量的理想气体，从状态经两个等温和两个等容过程，依次经过状态B、C、D循环到的图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　） A．过程中，气体的内能增大 B．过程中，由于体积不变，则气体单位时间内碰撞汽缸壁单位面积的分子数不变 C．过程中，由于温度不变，气体不需要从外界吸收热量 D．过程中，气体向外界放出的热量等于气体内能的减少量 11．一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后又回到状态A。其中C→D→A为等温过程。该循环过程如图所示，下列说法错误的是（    ） A．A→B过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少 B．B→C过程中，气体内能减少 C．状态A的气体分子平均动能比状态C的气体分子平均动能大 D．气体状态变化的全过程中，气体对外做的功等于该图像围成的面积 12．一定质量的理想气体从状态开始，沿图示路径先后到达状态、后回到状态。下列说法正确的是（　　） A．从到，气体体积减小 B．从到，气体内能不变 C．从到，气体对外界做功 D．从到，气体对外界放热 13．一定质量的理想气体经历了a→b→c→a循环，其V-T图像如图所示，气体在各状态时的温度、压强和体积部分已标出。已知该气体在状态a时的温度为T0、体积为V0、压强为p0。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态b的压强是2p0 B．气体由状态c到状态a的过程中单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少 C．气体由状态b到状态c的过程，气体内能增大，气体从外界吸热 D．气体由状态a到状态b的过程，外界对气体做功，气体从外界吸热 二、多选题 14．如图所示为某一定质量的理想气体的图像，其中，延长线过O点，与横轴平行。下列说法正确的是（　　） A．由a到b的过程，气体压强变大是因为气体分子密集程度变高 B．由b到c的过程，气体对外界做功，吸收热量 C．由b到c的过程，气体温度升高，所有气体分子的动能都增大 D．由b到c的过程，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数一定减少 15．一定质量的理想气体从初始状态，经历，最后回到状态，其图像如图所示，与横轴平行，与纵轴平行。下列说法正确的是（　　） A．从状态到状态，气体的压强增大 B．从状态到状态，气体吸收的热量小于气体对外界做功 C．从状态经过一个循环回到状态，气体吸收热量 D．从状态经过一个循环回到状态，气体放出热量 16．一定质量的理想气体，从状态开始，经历、两个状态又回到状态，在此过程中压强与体积的关系图像如图所示，图线所围图形为直角三角形，边与纵轴平行，边与横轴平行。已知气体在状态的热力学温度为、压强为、体积为，气体在状态的体积为，气体在状态、的热力学温度相等。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态时的热力学温度为 B．气体从状态到状态的过程中吸收的热量小于内能的增加量 C．气体从状态到状态的过程中热力学温度最高为 D．气体从状态经历状态、回到状态的过程中放出的热量为 17．心脏起搏器电池附近的内部腔体，封闭有保护电池的惰性气体（可视为理想气体）。起搏器植入人体后，由于受人体体温影响，腔内气体温度升高，忽略腔体的体积变化，则该过程腔内惰性气体（　　） A．压强增大 B．压强减小 C．内能增大 D．对外做功 18．向袋装薯片包装袋内充入氮气，既抑制微生物繁殖与氧化反应，又能缓冲运输途中的冲击。袋装薯片中的密封氮气（视为理想气体）从状态a开始经a→b→c→a这一循环回到原状态，该过程中氮气的图像如图所示。已知ab反向延长线过O点，bc平行于p轴，ca平行于V轴，氮气在状态a、b的压强分别为、，氮气在状态a的体积为。对于袋内氮气，下列说法正确的有（　　） A．a→b过程中氮气分子的平均动能保持不变 B．b→c过程中氮气对外界放出的热量等于氮气内能的减少量 C．c→a过程中单位时间内撞击单位面积包装袋的氮气分子个数增加 D．完成a→b→c→a过程，氮气从外界吸收热量 19．一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其V-T图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．a→b，外界对气体做正功，气体内能不变 B．b→c，气体分子单位时间撞击单位面积器壁的次数增大 C．c→a，气体内能减小，所有分子的运动速率都减小 D．整个过程中，气体对外做功等于吸收的热量 三、解答题 20．如图所示是汽车轮胎的简化模型，轮胎内封闭了一定质量的理想气体。初始时，轮胎内气体的温度，压强，容积。汽车行驶一段时间后，因摩擦生热，轮胎内气体温度升高至，轮胎容积膨胀为。已知大气压强，理想气体内能满足，其中。 (1)求温度升高后轮胎内气体的压强； (2)若该过程中轮胎内气体对外界做功，求轮胎内气体与外界热交换的热量，并说明吸放热的情况。 21．一定质量的理想气体的图像如图所示，点坐标为，点坐标为，点坐标为，气体在状态时的热力学温度，求： (1)气体在状态时的热力学温度； (2)气体从状态到状态对外做的功。 22．某同学表演趣味实验“热瓶吞蛋”：将去壳的熟鸡蛋轻放在从热水中取出的玻璃瓶瓶口，随温度降低鸡蛋被瓶吞入，如图所示。轻放鸡蛋时瓶内气体温度为、压强为，当瓶内气压为p时鸡蛋开始下移直至被瓶吞入，假设吞入过程中瓶内气体压强不变，体积减少的同时向外释放热量Q。将瓶内气体视作理想气体，求： (1)鸡蛋开始下移时，瓶内气体温度T； (2)吞入过程中瓶内气体内能变化。 23．如图所示，深海潜水器舱内搭载的应急氧气瓶是导热良好的刚性密闭罐体，容积V0＝6.0L，氧气瓶内的氧气可视为理想气体。舱内初始温度为t1＝27℃，氧气瓶内气体压强p1＝200bar。已知1bar＝1.0×105 Pa，0℃取273K。 (1)若舱内气温缓慢降至t2＝3℃，求氧气瓶内气体的压强p2； (2)若上述降温过程瓶中气体向外放热2000J，求此过程瓶中气体内能的变化量△U； (3)若将初始温度下应急氧气瓶中的氧气通过吸氧系统供乘员呼吸。乘员每分钟呼吸12次，每次吸入压强为1bar、体积为V＝1.0L的氧气。忽略供氧过程的温度变化，当瓶内氧气压强缓慢下降至50bar时，求该吸氧过程经历的时间t。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《3.2热力学第一定律》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B B D C B A A B D D 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 答案 C D C BD AC AD AC BCD AD 1．B 【详解】A．根据吸放热公式，吸收热量多的物体温度变化不一定大，还与物体的质量、比热容有关，故A错误； B．物体的内能与温度、体积、摩尔数等因素有关，所以温度恒定时，物体的体积、摩尔数改变，内能可能改变，故B正确； C．物体的内能与温度、体积、摩尔数等因素有关，温度高的物体不一定比温度低的物体内能大，故C错误； D．内能的增量与做功和热传递有关，由热力学第一定律知，吸收热量多的物体内能增量不一定大，故D错误。 故选B。 2．B 【详解】A．理想气体的内能仅由温度决定，过程中，封闭空气温度从热力学温度降至，因此内能减少，又因水瓶容积不变，空气对外界不做功，故A错误； BC．根据热力学第一定律，等容过程中，温度降低，内能减少，故，可得，即空气向外界放热，且放出的热量大小等于内能的减少量，故B正确，C错误； D．水瓶容积不变，封闭空气的质量和体积均未改变，因此单位体积内的分子数保持不变，过程中温度降低，分子平均动能减小，并非每个分子的动能都减小，故D错误。 故选B。 3．D 4．C 5．B 6．A 7．A 8．B 【解析】3．A．晶体都有确定熔点，但是晶体在熔化过程中温度不变，而温度是分子平均动能的标志，所以熔化过程分子平均动能不变，故A错误； B．水黾可以在水面自由活动，是因为水的表面张力作用，而不是浮力大于重力，故B 错误； C．液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的，故C错误； D．根据浸润与不浸润的特点，从图丁中可以看出酱油与左边材料浸润，与右边材料不浸润，故D 正确。 故选D。 4．A．布朗运动实际上是悬浮在液体或气体中的微粒所做的无规则运动，它反映了液体或气体分子的无规则运动，但本身并不是液体分子的运动，故A错误； B．温度升高确实会使物体内分子的平均动能增大，从而增加分子热运动的剧烈程度，但并不意味着每个分子的速率都会增大。实际上，由于分子运动的随机性，有些分子的速率可能会减小，而有些则会增大，但总体上平均速率是增大的，故B错误； C．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能就越大，故C正确； D．虽然水的温度没有变化，但在蒸发过程中，水从液态变为气态需要吸收热量，这部分热量转化为水蒸气的内能，使得水蒸气的内能比同温度的水要大，故D错误。 故选C。 5．A．楞次定律是分析机械能转化为电能的过程，体现了能量守恒定律，故A错误； B．动量守恒定律无法体现能量守恒，故B正确； C．闭合电路的欧姆定律 两边同乘以电流I，可得 可知电源的功率等于输出功率与内阻功率之和，直接体现了能量守恒，故C错误； D．热力学第一定律：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变，故D错误。 故选B。 6．A．温度不变，理想气体发生等温变化，根据 其中C为一常数，可知当体积增大时食品袋里压强减小，故A错误，符合题意； B．大气压强随高度的增加而减小，故B正确，不符合题意； C．温度不变，气体内能不变，体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律有 可知袋内空气从外界吸收热量，故C正确，不符合题意； D．温度不变，袋内气体分子的平均动能不变，故D正确，不符合题意。 本题选错误的，故选A。 7．AB．由图可知，在a→b过程中气体体积减小，外界对气体做功，根据 可得 可知气体的温度不变，即气体分子的平均动能不变，内能不变，根据热力学第一定律 可知气体放出热量，故A正确，B错误； C．由图可知，在b→c过程中气体体积减小，外界对气体做功，故C错误； D．由图可知，在b→c过程中气体压强不变，温度降低，气体分子的平均动能减小，体积减小，分子数密度增大，则气体分子单位时间内撞击容器壁单位面积的次数增加，故D错误。 故选A。 8．ABC．设封闭气体的压强为p，玻璃管质量为m，对玻璃管受力分析，则有 又 解得 即绳子的拉力等于管的重力和管中高出液面部分水银的重力，相比中午，夜晚环境温度降低，封闭气体的压强减小，根据 可知h增大，故绳子拉力增大，故AC错误，B正确； D．相比中午，夜晚环境温度降低，封闭气体内能减小，故D错误。 故选B。 9．D 【详解】A．过程中，气体温度不变，内能不变，体积变大，气体对外做功，根据热力学第一定律有 可知，气体从外界吸收的热量等于对外做功，故A错误； B．根据理想气体状态方程 可知，体积为时，状态的压强高于状态的压强，因此温度高于，故B错误； C．过程中，气体温度不变，气体的平均速率不变，体积增大，分子数密度减小，压强减小，单位时间单位面积气体撞击器壁的个数减小，故C错误； D．从状态经一个循环又回到的全过程中，气体内能不变，整个过程气体对外做功大小等于图像围成的面积，则整个过程气体吸收总热量大于零，即气体吸收的热量大于放出的热量，故D正确。 故选D。 10．D 【详解】A．A→B过程中，气体的温度不变，内能不变，故A错误； B．B→C过程中，气体的体积不变，气体的密度不变，单位体积内的分子数不变；压强增大，根据理想气体状态方程，气体的温度升高，分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，单位时间内碰撞单位面积汽缸壁的分子数增加，故B错误； C．C→D过程中，气体的温度不变，内能不变；又因为气体的体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律，气体从外界吸收的热量等于气体对外做的功，故C错误； D．D→A过程中，气体的体积不变，气体对外不做功，气体压强减小则气体的温度降低，内能减小，根据热力学第一定律，气体向外界放出的热量等于气体内能的减少量，故D正确。 故选D。 11．C 【详解】A．A→B过程中，气体压强不变，体积变大，根据可知，气体温度升高，则气体分子的平均速率变大，碰撞力变大，而气体的分子数密度减小，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减小，故A正确，不满足题意要求； B．B→C过程中，气体体积不变，压强减小，根据可知，气体温度降低，则气体内能减少，故B正确，不满足题意要求； C．状态A和状态C，由题图可知 可知状态A和状态C气体的温度相同，则气体分子平均动能相同，故C错误，满足题意要求； D．根据可知，A→B气体对外做的功， B→C气体体积不变，则；C→A气体体积减小，外界对气体做的功，其值等于曲线与横轴围成的面积，则气体状态变化的全过程中气体对外做的功等于该图像围成的面积，故D正确，不满足题意要求。 故选C。 12．D 【详解】A．过程温度不变，压强减小，由理想气体状态方程，可得体积增大，故A错误； B．过程压强不变，温度升高，理想气体内能仅由温度决定，因此气体内能增大，故B错误； C．图中，某点与原点连线的斜率 斜率越大体积越小。过程斜率逐渐增大，体积逐渐减小，是外界对气体做功，故C错误； D．过程温度降低，内能减小，则 体积减小，外界对气体做功，则 根据热力学第一定律，得 即气体对外界放热，故D正确。 故选D。 13．C 【详解】A．由图可知，气体由状态到状态发生等温变化，根据玻意耳定律有，解得，故A错误； B．由图可知，气体由状态到状态的过程中，图像为过原点的倾斜直线，说明气体发生等压变化，压强不变；温度降低，分子的平均动能减小，单个分子对器壁的平均撞击力减小，为了维持压强不变，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数必须增多，故B错误； C．气体由状态到状态的过程，体积不变，外界对气体不做功，；温度升高，气体内能增大，； 根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故C正确； D．气体由状态到状态的过程，温度不变，内能不变，；体积增大，外界对气体做负功，； 根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故D错误。 故选C。 14．BD 【详解】A．根据可知由a到b的过程，气体的体积不变，气体分子密集程度不变，气体压强变大是因为温度升高，气体分子的平均动能增大，撞击力和撞击频率增加，故A错误； B．根据可知由b到c的过程，气体温度升高，气体内能增大；气体体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，故B正确； C．由b到c的过程，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，但并不是所有气体分子的动能都增大，故C错误； D．由b到c的过程，温度升高，气体分子平均动能增大，单个分子对器壁撞击的平均作用力增大，压强不变，可知容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数减少，故D正确。 故选BD。 15．AC 【详解】A．根据可得，可知V-T图像中，图像上的点到原点连线的斜率越小，压强p越大，可知从状态到状态，气体的压强增大，A正确； B．从状态到状态，体积变大，温度升高，内能增加，气体对外做功，则气体吸收的热量大于气体对外界做功，B错误； CD．从状态经过一个循环回到状态，温度不变，则内能不变，若做出气体变化过程的p-V图像如图，因图像与坐标轴围成的面积等于气体做功可知，从A到C气体对外做功大于从C回到A时外界对气体做功，可知整个过程中气体对外做功，故气体吸收热量，C正确，D错误。 故选AC。 16．AD 【详解】A．为等压变化，则有 可得 已知气体在状态、的热力学温度相等，则气体在状态时的热力学温度为，故A正确； B．气体从状态到状态的过程中，气体温度升高，气体内能增加；气体体积增大，外界对气体做负功，根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量大于内能的增加量，故B错误； C．由题图可知气体从状态到状态的过程中，压强与体积的关系为（） 根据理想气体状态方程可得 其中 可知当，即时，乘积最大，此时热力学温度最高，可得气体从状态到状态的过程中热力学温度最高为，故C错误； D．气体从状态经历状态、回到状态的过程中，气体内能不变；根据图像与横轴围成的面积表示做功的大小，可知该循环过程，外界对气体做功等于图中直角三角形面积，为 根据热力学第一定律可知，该循环过程，放出的热量为，故D正确。 故选AD。 17．AC 【详解】AB．气体体积不变，由查理定律可知温度升高，压强增大，A正确，B错误； C．理想气体的内能仅由温度决定，温度升高，内能增大，C正确； D．腔体体积不变，即气体体积不变，因此气体不对外做功，D错误。 故选AC 。 18．BCD 【详解】A．题图可知状态b的压强与体积的乘积大于状态a的压强与体积的乘积，根据可知，状态b的温度大于状态a的温度，因此a→b过程中氮气分子的平均动能增大，故A错误； B．b→c过程中，压强减小、氮气体积不变（W=0），根据查理定律可知，该过程气体温度降低，气体内能减小（），根据 可知b→c过程中氮气对外界放出的热量等于氮气内能的减少量，故B正确； C．c→a过程中，气体压强不变、体积减小，根据盖-吕萨克定律可知，该过程温度降低，分子平均动能减小，因此c→a过程中单位时间内撞击单位面积包装袋的氮气分子个数增加，故C正确； D．题图可知a→b过程气体对外做功（因为气体体积增大）且设为，b→c过程气体不做功（因为气体体积不变），c→a过程外界对气体做功（因为气体体积减小）且设为，由于图面积表示功，由图可知，即整个过程气体对外做的功大于外界对气体做的功，即总功 又因为整个过程内能变化量为0，根据热力学第一定律可知，故完成a→b→c→a过程，氮气从外界吸收热量，故D正确。 故选BCD。 19．AD 【详解】A．由图可知，a→b过程，气体体积减小，温度不变，故外界对气体做功，内能不变，故A正确； B．b→c过程，压强不变，体积增大，温度升高，故气体分子单位时间撞击单位面积器壁的次数减少，故B错误； C．c→a过程，气体体积不变，温度降低，气体内能减小，分子的平均动能减小，故分子的平均速率减小，但不是所有分子的速率都减小，故C错误； D．根据V-T图像画出整个过程的p-V图像，如图所示 由于图像与坐标轴围成的面积表示做的功可知，整个过程中气体对外做正功，根据热力学第一定律可知，整个过程气体吸收热量，由于温度不变，则初末状态气体内能不变，即气体对外做功等于吸收的热量，故D正确。 故选AD。 20．(1) (2)，气体吸热 【详解】（1）根据理想气体状态方程 解得温度升高后轮胎内气体的压强 （2）由 可得 由热力学第一定律 代入数据得 因为，说明气体吸热。 21．(1) (2) 【详解】解：（1）气体从状态到状态，有    解得。 （2）题中图线与轴围成的面积即气体对外做的功，有    解得。 22．(1) (2) 【详解】（1）根据查理定律可知 解得 （2）吞入过程中外界对气体做功 根据热力学第一定律可知， 解得瓶内气体内能变化 23．(1) (2) (3) 【详解】（1）瓶内气体发生等容变化，由查理定律得 其中， 解得 （2）由于气体体积不变，外界对气体不做功，即 由热力学第一定律有 由题意可知 解得 即气体内能减小。 （3）设可支持呼吸次，瓶内气体发生等温变化，由玻意耳定律可得 解得 吸氧过程经历的时间为 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $