3.2 热力学第一定律 专项训练-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** 聚焦热力学第一定律的概念建构与过程分析，通过填空夯实基础、情境化试题培养能量观念与科学推理。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |热力学第一定律基础|5空|概念辨析（功/热等价性、定律内容及表达式、W/Q正负取值）|从功和热的等价性切入，构建定律表达式，明确物理量符号规则，形成"概念-规律-符号"逻辑链| |应用与计算|14题（含3道多选、1道计算）|过程分析（绝热/等温/等容/等压）、实际情境（缓冲气袋/发酵瓦罐/救生手环）|以理想气体状态变化为载体，结合热力学第一定律分析内能、做功、吸放热关系，体现"规律-模型-应用"的推理过程|

———————理解为王——物理快乐学 2 / 5 3.2 热力学第一定律 一、热力学第一定律 1．功和热：___________和___________这两种方法在改变系统的内能方面是等价的，即一定数量的功与确定数量的热相对应。 2．内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的___________与外界对它所做的___________的和。 3．表达式：ΔU=___________。 热力学第一定律的应用 二、热力学第一定律的应用 4．外界对系统做功时，W取___________值；系统对外界做功时，W取___________值。 5．外界对系统传递的热量Q取___________值；系统向外界传递的热量Q取___________值。 备考训练一： 1．易碎物品运输中常采用缓冲气袋减小运输中冲击。若某次撞击过程中，气袋被压缩（无破损），不计袋内气体与外界的热交换，则该过程中袋内气体（视为理想气体）（　　） A．分子热运动的平均动能增加 B．内能减小 C．压强减小 D．对外界做正功 2．（多选）如图，一定量的理想气体从状态A经等容过程到达状态B，然后经等温过程到达状态C。已知质量一定的某种理想气体的内能只与温度有关，且随温度升高而增大。下列说法正确的是（   ） A．A→B过程为吸热过程 B．B→C过程为吸热过程 C．状态A压强比状态B的小 D．状态A内能比状态C的小 3．如图1所示，用活塞将一定质量的理想气体密封在导热汽缸内，活塞稳定在a处。将汽缸置于恒温冷水中，如图2所示，活塞自发从a处缓慢下降并停在b处，然后保持汽缸不动，用外力将活塞缓慢提升回a处。不计活塞与汽缸壁之间的摩擦。则（    ） A．活塞从a到b的过程中，汽缸内气体压强升高 B．活塞从a到b的过程中，汽缸内气体内能不变 C．活塞从b到a的过程中，汽缸内气体压强升高 D．活塞从b到a的过程中，汽缸内气体内能不变 4．某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳曝晒皮球温度升高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体（　　） A．对外做功 B．向外界传递热量 C．分子的数密度增大 D．每个分子的速率都增大 5．如图所示，内壁光滑的汽缸内用活塞密封一定量理想气体，汽缸和活塞均绝热。用电热丝对密封气体加热，并在活塞上施加一外力F，使气体的热力学温度缓慢增大到初态的2倍，同时其体积缓慢减小。关于此过程，下列说法正确的是（   ） A．外力F保持不变 B．密封气体内能增加 C．密封气体对外做正功 D．密封气体的末态压强是初态的2倍 6．某救生手环主要由高压气罐密闭。气囊内视为理想气体。密闭气囊与人一起上浮的过程中。若气囊内气体温度不变，体积增大，则（   ） A．外界对气囊内气体做正功 B．气囊内气体压强增大 C．气囊内气体内能增大 D．气囊内气体从外界吸热 7．（多选）在贵州凯里，人们常将小西红柿和红辣椒加工后放入如图所示的瓦罐中，罐口处倒扣一个钵并用水密封，发酵制作酸汤。发酵过程中罐内物质缓慢产生气体，压强足够大时气体以气泡形式溢出，间歇性放气。罐内气体可视为理想气体，设罐内气体温度和体积保持不变，则（     ） A．在放气过程中，溢出的气体对外界做正功 B．在放气过程中，溢出的气体对外界做负功 C．在刚放气完到下次即将放气的过程中，发酵产生气体，罐内气体内能减小 D．在刚放气完到下次即将放气的过程中，发酵产生气体，罐内气体内能增大 8．如图所示，一定质量的理想气体可经三个不同的过程从状态A变化到状态C，则（　　） A．和过程，外界对气体做功相同 B．和过程，气体放出的热量相同 C．在状态A时和在状态C时，气体的内能相同 D．在状态B时和在状态D时，气体分子热运动的平均动能相同 9．一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是（　　） A．a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 B．b→c过程，气体对外做功，内能增加 C．a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 D．a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量 10．（多选）如图，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程（过程中气体不与外界交换热量），2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1为等容过程。上述四个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是（　　） A．1→2过程中，气体内能增加 B．2→3过程中，气体向外放热 C．3→4过程中，气体内能不变 D．4→1过程中，气体向外放热 11．在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的图像，气泡内气体先从压强为、体积为、温度为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，然后从状态绝热收缩到体积为、压强为、温度为的状态到过程中外界对气体做功为．已知和．求：      （1）的表达式； （2）的表达式； （3）到过程，气泡内气体的内能变化了多少？ 12．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体，气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如图所示，设气体在状态b和状态c的压强分别为和，在过程ab和ac中吸收的热量分别为和，则（　　） A．， B．， C．， D．， 13．（多选）一定质量的理想气体，初始温度为，压强为。经等容过程，该气体吸收的热量后温度上升；若经等压过程，需要吸收的热量才能使气体温度上升。下列说法正确的是（    ） A．初始状态下，气体的体积为 B．等压过程中，气体对外做功 C．等压过程中，气体体积增加了原体积的 D．两个过程中，气体的内能增加量都为 14．（多选）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（　　）    A．h中的气体内能增加 B．f与g中的气体温度相等 C．f与h中的气体温度相等 D．f与h中的气体压强相等 ———————理解为王——物理快乐学 2 / 5 试卷第1页，共3页 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1．A 【详解】气袋被压缩且绝热（无热交换），视为理想气体。 AB．绝热压缩时外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能由温度决定，分子热运动的平均动能增加，故A正确，B错误； C．根据理想气体状态方程，体积减小，温度升高，可知压强增大，故C错误； D．气体体积减小，外界对气体做功，气体对外界做负功，故D错误。 故选A。 2．ACD 【详解】A．A→B过程，体积不变，则W=0，温度升高，则∆U>0，根据热力学第一定律∆U=W+Q 可知Q>0，即该过程吸热，选项A正确； B ．B→C过程，温度不变，则∆U=0，体积减小，则W>0，根据热力学第一定律∆U=W+Q 可知Q<0，即该过程为放热过程，选项B错误； C ．A→B过程，体积不变，温度升高，根据 可知，压强变大，即状态A压强比状态B压强小，选项C正确； D．状态A的温度低于状态C的温度，可知状态A的内能比状态C的小，选项D正确。 故选ACD。 3．D 【详解】AB．根据题意可知活塞从a到b的过程中，汽缸内气体，温度降低，则内能减小，体积减小，压强不变，故AB错误； CD．根据题意可知活塞从b到a的过程中汽缸内气体温度不变，则内能不变，体积增大，根据玻意耳定律可知压强减小，故C错误，D正确。 故选D。 4．A 【详解】A．皮球体积变大，气体膨胀，对外界做功，故A正确。 B．太阳暴晒使气体温度升高，是外界对气体传热（气体吸热），而非气体向外界传递热量，故B错误。 C．皮球未漏气，分子总数不变，体积变大，分子的数密度减小，故C错误。 D．温度升高，分子平均动能增大，但并非每个分子速率都增大，只是“平均”情况，故D错误。 故选A。 5．B 【详解】 A．气体温度升高，体积减小，根据 气体压强变大，则外力F增加，选项A错误； B．气体温度升高，则气体内能变大，即∆U > 0，选项B正确； C．气体体积减小，则外界对气体做功，选项C错误； D．根据 热力学温度变为原来的2倍，体积减小，则气体压强大于原来的2倍，选项D错误。 故选B。 6．D 【详解】AB．气囊上浮过程，密闭气体温度不变，由玻意耳定律 pV = C 可知，体积变大，则压强变小，气体对外做功，故AB错误； CD．气体温度不变，内能不变，气体对外做功，W < 0，由热力学第一定律 ΔU = Q＋W 则Q > 0，需要从外界吸热，故C错误，D正确。 故选D。 7．AD 【详解】AB．在放气过程中，气体体积增大，则溢出的气体对外界做正功，故A正确，B错误； CD．在刚放气完到下次即将放气的过程中，发酵产生气体，气体的质量增加，温度不变，罐内气体内能增大，故C错误，D正确。 故选AD。 8．C 【详解】A．根据，过程的压强总比过程的压强大，则过程外界对气体做功多，故A错误； B．同理可知过程外界对气体做功比过程大，根据热力学第一定律 可知过程气体放出的热量多，故B错误； C．根据理想气体状态方程结合题图可知状态A时和在状态C温度相等，则气体内能相同，故C正确； D．根据理想气体状态方程可知状态B的温度高于状态D的温度，则状态B气体分子热运动的平均动能大，故D错误。 故选C。 9．C 【详解】A．a→b过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做功W<0，由盖-吕萨克定律可知 即内能增大，，根据热力学第一定律可知过程，气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内能，A错误； B．方法一：过程中气体与外界无热量交换，即 又由气体体积增大可知，由热力学第一定律可知气体内能减少。 方法二：过程为等温过程，所以 结合分析可知 所以b到c过程气体的内能减少。故B错误； C．过程为等温过程，可知 根据热力学第一定律可知过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，C正确； D．根据热力学第一定律结合上述解析可知：一整个热力学循环过程，整个过程气体对外做功，因此热力学第一定律可得 故过程气体从外界吸收的热量不等于过程放出的热量，D错误。 故选C。 【点睛】 10．AD 【详解】A．1→2为绝热过程，根据热力学第一定律可知此时气体体积减小，外界对气体做功，故内能增加，故A正确； B．2→3为等压过程，根据盖吕萨克定律可知气体体积增大时温度增加，内能增大，此时气体体积增大，气体对外界做功，故气体吸收热量，故B错误； C．3→4为绝热过程，此时气体体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知气体内能减小，故C错误； D．4→1为等容过程，根据查理定律可知压强减小时温度减小，故内能减小，由于体积不变，故可知气体向外放热，故D正确。 故选AD。 11．（1）；（2）；（3） 【详解】（1）由题可知，根据玻意耳定律可得 解得 （2）根据理想气体状态方程可知 解得 （3）根据热力学第一定律可知 其中，故气体内能增加 12．C 【详解】由图可知Oab是一条过原点的直线，由图像特点可知，Oab直线上各点的压强相等，故 气体从状态a到达状态c是等容变化，根据查理定律可得 故 、状态温度相同，所以过程ab和ac的内能变化量相等，气体从状态到状态，体积增大，气体对外做功，为负值；气体从状态到状态，体积不变，对外不做功，为零，根据热力学第一定律，可知过程吸收的热量多，即 故选C。 13．AD 【详解】C．令理想气体的初始状态的压强，体积和温度分别为 等容过程为状态二 等压过程为状态三 由理想气体状态方程可得 解得 体积增加了原来的，C错误； D．等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律 两个过程的初末温度相同即内能变化相同，因此内能增加都为，D正确； AB．等压过程内能增加了，吸收热量为，由热力学第一定律可知气体对外做功为，即做功的大小为 解得 A正确B错误； 故选AD。 14．AD 【详解】A．当电阻丝对f中的气体缓慢加热时，f中的气体内能增大，温度升高，根据理想气体状态方程可知f中的气体压强增大，会缓慢推动左边活塞，可知h的体积也被压缩压强变大，对活塞受力分析，根据平衡条件可知，弹簧弹力变大，则弹簧被压缩。与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用，缓慢向右推动左边活塞。故活塞对h中的气体做正功，且是绝热过程，由热力学第一定律可知，h中的气体内能增加，A正确； B．未加热前，三部分中气体的温度、体积、压强均相等，当系统稳定时，活塞受力平衡，可知弹簧处于压缩状态，对左边活塞分析 则 分别对f、g内的气体分析，根据理想气体状态方程有 由题意可知，因弹簧被压缩，则，联立可得 B错误； C．在达到稳定过程中h中的气体体积变小，压强变大，f中的气体体积变大。由于稳定时弹簧保持平衡状态，故稳定时f、h中的气体压强相等，根据理想气体状态方程对h气体分析可知 联立可得 C错误； D．对弹簧、活塞及g中的气体组成的系统分析，根据平衡条件可知，f与h中的气体压强相等，D正确。 故选AD。 参考答案： 1． 做功 热传递 2． 热量 功 3． 【解析】1．[1][2]功和热：做功和热传递这两种方法在改变系统的内能方面是等价的，即一定数量的功与确定数量的热相对应。 2．[1][2]热力学第一定律的内容：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。 3．热力学第一定律的表达式为 4． 正 负 5． 正 负 【解析】4．[1][2]外界对系统做功时，W取正值；系统对外界做功时，W取负值。 5．[1][2]外界对系统传递的热量Q取正值；系统向外界传递的热量Q取负值。 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 学科网（北京）股份有限公司 $