3.2 热力学第一定律 六种题型（提高卷）-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

3.2 热力学第一定律六种题型（提高卷） 目　录 题型一　热力学第一定律与内能变化 题型二　气体状态变化图像分析 题型三　循环过程与热机 题型四　汽缸活塞类问题 题型五　汽缸活塞类计算 题型六　热力学第一定律定量应用 题型一　热力学第一定律与内能变化 【解题技巧】（热力学第一定律表达式为内能变化等于外界对系统做功与吸收热量之和：外界对系统做功W取正，系统对外做功取负；吸热取正，放热取负；内能增加取正，减小取负。温度是内能改变的宏观标志，理想气体内能只由温度决定。判断做功看体积：压缩为正、膨胀为负。绝热过程热量为零，等温过程内能不变，向真空自由膨胀不做功且温度不变。） 1．一定质量的理想气体，其图像上的等温线与绝热线相交于点，从状态分别膨胀相同体积至、状态，下列说法正确的是（     ） A．是等温过程 B．点温度小于点温度 C．气体对外做功 D．内能变化量 2．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，其压强与体积的关系图像如图所示，下列说法正确的是（     ） A．气体从外界吸收热量 B．气体的内能减小 C．气体的密度增大 D．气体分子的平均动能减小 3．（多选）一定质量的理想气体经历从A→B→C的状态变化过程，此过程中气体的压强p随体积V变化的图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．气体在状态A的温度与在状态B的温度相同 B．从状态A到状态B的过程中，气体温度保持不变 C．从状态A到状态B的过程中，气体放出热量 D．从状态B到状态C的过程中，气体放出热量 4．（多选）一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如T-V图上的两条线段所示。则气体在（　　） A．状态a处的压强小于状态c处的压强 B．由a变化到b的过程中，气体对外做功 C．由a变化到b的过程中，气体对外界放热 D．由b变化到c的过程中，气体分子在容器壁单位时间单位面积上的碰撞次数减少 5．（多选）自贡灯会上，一盏封闭的彩灯内充有理想气体。通电后，灯内气体温度升高，体积几乎不变。下列说法正确的是（     ） A．气体的压强增大 B．每个气体分子的速率均增大 C．气体对外做功 D．气体吸收的热量等于内能的增加量 题型二　气体状态变化图像分析 【解题技巧】（图像题先看坐标轴：p-V图中pV乘积增大温度升高、图线下面积表示做功多少；V-T图中过原点的直线表示等压变化；p-T图中过原点的直线表示等容变化。判断温度看pV乘积或由图线走向结合状态方程比较。逐段分析每个过程：等温、等压、等容或一般过程，先定温度变化再定内能增减，最后由第一定律判断吸放热。多过程问题注意各段衔接状态相同。） 6．一定质量的理想气体从状态A缓慢经过B、C，热力学温度T和体积V的关系图像如图所示，则（     ） A．A→B→C过程中分子的数密度先增大后不变 B．A→B过程中分子单位时间与单位面积器壁的碰撞次数减少 C．气体在状态A的压强小于状态C的压强 D．A→B→C过程中气体放出热量 7．汽缸内封闭的一定质量的理想气体，经历了一个完整循环过程，其图像如图所示，已知为反比例函数图像的一部分。下列说法正确的是（     ） A．气体在状态时的体积为 B．过程中，气体内能不变 C．过程中，气体对外界所做的功为 D．过程中，气体向外界放出的热量大于气体内能的减少量 8．一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程：从a到b，b到c，c到a回到原状态，其中V-T图像如图所示。用pa、pb、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列说法错误的是（     ） A． B．由状态a到状态b的过程中，气体一定吸热 C．由状态c到状态a的过程中，气体分子的平均动能不变 D．由状态b到状态c的过程中，气体放出的热量一定等于外界对气体做的功 9．如图所示，一定质量的理想气体经历的变化过程，其中平行于横轴，平行于纵轴，的延长线过坐标原点，下列说法正确的是（     ） A．过程中气体对外界做正功 B．过程中气体向外界放出热量 C．过程中气体对外界做功 D．过程中气体向外界放出热量 10．如图所示，一定质量的理想气体从状态A经过状态B、C又回到状态A。说法正确的是（     ） A．A→B过程中气体分子的平均动能增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加 B．A→B过程中气体吸收的热量小于B→C过程中气体放出的热量 C．C→A过程中单位体积内分子数增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加 D．A→B过程中气体对外做的功小于C→A过程中外界对气体做的功 11．一定质量的理想气体，初始状态为a，经状态b、c再回到a，该过程中气体的体积V 随热力学温度T的变化规律如图所示。已知状态a和状态b 连线的延长线过原点，状态b 和状态c的连线垂直于纵轴，状态c到状态a 为绝热过程。则下列说法正确的是（　　） A．状态a到状态b，气体向外界放出热量 B．状态b到状态c，气体单位时间碰撞单位面积器壁的平均作用力不变 C．状态a 的压强大于状态c 的压强 D．整个过程中，气体向外界放出热量 12．如图所示，一定质量的理想气体从状态开始经、、三个过程回到状态。已知延长线过点。则该气体（     ） A．过程气体对外界做功 B．过程气体内能不变，与外界无热量交换 C．过程气体体积减小，分子平均动能增大 D．气体在状态下的体积是状态下体积的2倍 13．如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经状态B、状态C再回到状态A。图中p0、V0均为已知量，气体在状态B时的热力学温度为T0，下列说法正确的是（     ） A．气体再回到状态A时，内能增加 B．气体在状态A时的热力学温度为3T0 C．在A→B过程中，外界对气体做功为2p0V0 D．在A→B→C→A循环中，气体向外界放出热量p0V0 题型三　循环过程与热机 【解题技巧】（循环过程从初态出发又回到初态，内能变化为零：外界对气体做的总功等于放出的净热量。p-V图中顺时针循环对外做功、逆时针外界对气体做功，围成面积表示净功。热机类问题抓住各段特征：绝热线不传热、等温线内能不变、等压等容段按第一定律逐段列式。分析时先分段判断做功正负与吸放热，再求各段热量或功的代数和。） 14．某拖拉机的往复式柴油内燃机利用迪塞尔循环进行工作，该循环由两个绝热过程、一个等压过程和一个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体经历的迪塞尔循环，则下列说法正确的是（     ） A．过程中气体内能减小 B．过程中外界对气体做功 C．过程中气体从外界吸收热量 D．气体在状态的温度比状态的温度低 15．如图为卡诺循环的p﹣V图像，一定质量的理想气体从状态A开始沿循环曲线ABCDA回到初始状态，其中AB和CD为两条等温线，BC和DA为两条绝热线。下列说法正确的是（     ） A．在D→A绝热压缩过程中，气体内能增加 B．一次循环过程中气体吸收的热量小于放出的热量 C．B→C过程气体对外界做的功小于D→A过程外界对气体做的功 D．B状态时气体分子单位时间对器壁单位面积撞击次数比A状态多 题型四　汽缸活塞类问题 【解题技巧】（汽缸活塞问题先取活塞作受力分析求封闭气体压强：活塞质量为m、横截面积为S且开口向上时，压强等于大气压加mg与S之比；有弹簧或绳连接时把弹力、拉力计入平衡方程。导热汽缸缓慢变化视为温度不变，绝热汽缸用内能变化分析温度。求出压强后对封闭气体列状态方程或实验定律，注意判断活塞是否到达卡环、汽缸是否离地等临界条件。） 16．如图所示，一绝热汽缸固定在水平桌面上，汽缸内有一轻质活塞将汽缸内的同种气体分成、两部分。初始时、内气体压强、温度、体积均相同。现对内气体缓慢加热，升高到一定温度后停止加热，稳定后活塞停止运动。已知活塞密闭良好，不计摩擦，气体可视为理想气体。下列说法正确的是（     ） A．若活塞导热性能良好，稳定后内气体体积大于 B．若活塞导热性能良好，稳定后内气体内能大于 C．若活塞绝热，稳定后内气体内能大于 D．若活塞绝热，稳定后内气体单位时间内碰撞活塞的次数更多 17．教室内中午温度明显高于早晨，若教室内大气压强不变，相较于早晨，中午教室内（     ） A．单位体积内的分子数增多 B．空气分子的平均速率增大 C．每个空气分子动能都增大 D．气体经历了对外放热过程 18．（多选）“海琴”号是我国于2025年投入使用的新型6000米级深海电动潜水器，某次深海作业过程中，其内部封闭的理想气体经历了a→b→c→a一个完整的循环过程，其图如图所示，已知a→b过程图线为双曲线。下列说法正确的是（     ） A．气体在状态b时的压强为 B．b→c过程中温度降低 C．c→a过程中外界对气体做功 D．一个完整循环过程气体从外界吸收热量 19．（多选）如图所示，开口向右的绝热汽缸，用绝热光滑活塞封闭一定质量的理想气体，轻绳左端连接活塞，另一端跨过光滑定滑轮连接质量为m的小桶，小桶静止，气体处于状态1。现接通电热丝一段时间后断电，活塞向右移动L后静止，气体处于状态2。由状态1到状态2气体内能增加量为。重力加速度大小为g，外界大气压强不变。下列说法正确的是（     ） A．状态2相比状态1，每个分子的速率都增大 B．状态2相比状态1，分子单位时间内撞击单位面积器壁上的次数减少 C．由状态1到状态2，气体内能的增加量等于电热丝释放的热量 D．电热丝释放的热量为 20．（多选）如图所示，一个内壁光滑、导热良好的汽缸水平固定放置，汽缸内封闭一定质量的理想气体体积为、压强为p1，活塞横截面积为S，大气压强为。现水平向右缓慢拉动活塞，环境温度保持不变，下列说法正确的是（     ） A．缓慢拉动活塞的过程中，每个气体分子动能都不变 B．当拉力大小为F时，该时刻活塞平衡，封闭的理想气体压强等于 C．若缓慢拉动活塞向右移动位移L，拉力所做的总功为W，外界对气体做功为p0SL-W D．若缓慢拉动活塞向右移动位移L，拉力所做的总功为W，气体吸收热量大小等于p0SL-W 21．（多选）列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振，空气弹簧主要由活塞、汽缸及内封的一定质量的气体构成。上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，上下乘客时汽缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换。若汽缸内气体视为理想气体，在气体压缩的过程中（　　） A．上下乘客时，气体从外界吸热 B．上下乘客时，气体的内能不变 C．剧烈颠簸时，气体的温度不变 D．剧烈颠簸时，外界对气体做正功 题型五　汽缸活塞类计算 【解题技巧】（汽缸类计算按四步：定对象、画受力、求压强、列方程。活塞缓慢移动合力为零，压强由大气压与活塞重力共同决定；系统有加速度时用牛顿第二定律求压强。状态参量确定后选择合适的实验室律：温度不变用玻意耳定律，压强不变用盖吕萨克定律，体积不变用查理定律，一般过程用理想气体状态方程。单位统一用国际单位制，最后检验结果是否合理。） 22．某一监测设备的简易结构如图所示，导热性能良好且右端开孔与大气相通的汽缸左端与一热源表面紧贴，汽缸右端内侧装有一个体积大小可以忽略的压力传感器，监测开始时，中部活塞与汽缸左端内侧距离为、与右端内侧的距离为，横截面积为，活塞左侧封闭温度为T0=300K、压强为的空气，此时压力传感器的示数为0。已知外界空气压强为，活塞厚度及活塞与缸壁间的摩擦可不计，当热源的温度缓慢升到时压力传感器的示数为150 N。求： (1)当活塞恰好与压力传感器接触时，热源温度T1的大小； (2)温度T2的大小； (3)若热源温度从T0=300K缓慢升到T2的过程中气体吸收Q=420J的热量，则该过程中气体内能的变化量。 23．如图所示，一竖直放置的圆柱形汽缸，用活塞封闭一定质量的理想气体。活塞的质量为m，横截面积为S（厚度不计）。开始时，活塞静止在距缸底高度为处，缸内气体温度为。现缓慢加热缸内气体，使活塞缓慢上升至距缸底高度处，该过程中气体内能增加了。已知大气压强为，重力加速度为g，不计活塞与汽缸壁间的摩擦。求： (1)加热后缸内气体的温度； (2)加热过程中气体从外界吸收的热量Q。 24．某科研小组设计了一个简易的气体温度计用于监测实验室恒温环境的温度变化。他们将一根导热良好的玻璃管竖直放置，下端封闭，上端通过一质量的光滑活塞密封一定质量的理想气体。玻璃管的横截面积。当环境温度时，封闭气柱的长度，此时活塞恰好静止在管内的标记位置处。已知大气压强，取重力加速度大小。实验时，将玻璃管缓慢竖直浸入温度的恒温水浴容器中，活塞再次达到平衡。 (1)求气体在温度时的压强； (2)求再次平衡时气柱的长度； (3)实验发现，该气体的内能与热力学温度成正比，当温度为时，气体的内能，求气体从温度变化到的过程中，从外界吸收的热量Q。 25．西汉青铜雁鱼灯构思巧妙，体现了我国古代工匠的智慧，如图（a）所示。假设灯内一定质量的理想气体吸收了热量，从初态经历压强为的等压过程变化到末态，如图（b）所示。已知气体初态温度为、体积为，末态体积为。求： (1)气体在末态时的温度； (2)该过程中气体内能的变化量。 26．如图所示，内壁光滑且导热性能良好的汽缸竖直放置在水平面上，用轻质活塞封闭一定质量的理想气体。已知活塞的横截面积为S，与缸底相距为h，外界大气压强为。现环境温度由T缓慢降低至0.8T，气体放出的热量为Q。求此过程中： (1)活塞下降的高度d； (2)封闭气体内能的变化。 27．某同学设计了一款火灾报警器装置，其原理如图所示，当金属活塞触及卡柱时，电路接通从而触发报警，致使闪烁灯闪烁、警报器鸣笛。已知容器导热性能良好，卡柱到容器底端距离为h = 12 cm，用横截面积为 S = 10 cm²、质量为 m = 0.5 kg 的活塞（厚度不计）密封一定质量的理想气体。某次实验时室温为 t1 = 27℃，此时活塞与卡柱的距离为 2 cm，用酒精灯对容器缓慢加热，当温度上升为 t2 时，活塞刚好触及卡柱，警报器工作。已知这个过程中容器内气体的内能增加了 10 J，不计空气阻力和摩擦，标准大气压 P0 = 1.0×10⁵ Pa，T = (t + 273) K，重力加速度 g 取 10 m/s²。求： (1)开始实验时容器内气体的压强 p1； (2)警报器刚好工作时的温度 t2（单位：℃）； (3)温度从 t1 上升至 t2 过程中，气体吸收的热量。 28．如图所示，A、B两个气缸，在大气压为的环境下，A、B中各用一个质量为m的活塞封闭的同种理想气体，B中面积为S的活塞连接着一根劲度系数为k的弹簧。初始时弹簧处在自然长度，A、B气缸内的温度均为。现使A、B两气缸内的气体均降低相同的温度，结果B内的活塞降低到原来高度的一半。求在该过程中A、B两气缸内释放的热量与之差。（已知气体常数为R） 题型六　热力学第一定律定量应用 【解题技巧】（定量计算先用第一定律列式：内能变化等于做功与热量之和。做功由体积变化决定：等压过程功等于压强乘体积变化量；体积不变不做功；绝热过程热量为零，内能变化与做功数值相等。比热问题用热量等于比热容乘质量乘温升。多过程问题逐段计算再做代数和，注意各量正负号约定，最后用能量守恒检验结果自洽。） 29．如图所示为一定质量理想气体的图像，气体状态变化按图中箭头所标方向进行。B状态时温度为，从过程中吸收热量为，求： (1)该循环过程中气体的最高和最低温度各为多少？ (2)各过程中，气体吸收或放出的热量是多少？ 30．某卡车在行驶过程中胎内气体压强p随体积V线性变化如图所示，温度为时，体积和压强分别为、；当胎内气体温度升高到为时，体积增大到为，气体可视为理想气体。 (1)求此时胎内气体的压强； (2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为，求胎内气体的内能增加量。 《3.2 热力学第一定律六种题型》参考答案 答题卡 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A A AD BD AD B B D B C 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 A D D D A C B AC BD BD 题号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 答案 BD 题型一　热力学第一定律与内能变化 1．A 【详解】AB．气体发生绝热变化时，Q=0，体积变大，气体对外做功W<0，根据热力学第一定律可知，内能减小，∆U<0，则温度降低，即OB是绝热线，是等温线，点温度大于点温度，A正确，B错误； C．因图像与坐标轴围成的面积等于气体对外做功，则气体对外做功，C错误； D．等温变化过程中内能不变，则，则绝热过程中内能减小，即，可知内能变化量，D错误。 故选A。 2．A 【详解】BD．根据理想气体状态方程 从A到B，压强和体积同时增大，因此乘积增大，说明气体温度升高，理想气体的内能仅由温度决定，温度升高，气体内能增大；温度是分子平均动能的标志，温度升高，气体分子的平均动能增大，故BD错误； C．从A到B气体体积增大，气体总质量不变，由密度公式可知，气体密度减小，故C错误； A．气体体积膨胀，气体对外做功，；内能增大， 根据热力学第一定律 必须满足，即气体从外界吸收热量，故A正确。 故选A。 3．AD 【详解】A．状态A和状态B的压强p与体积V的乘积相同，根据理想气体状态方程可知，这两个状态下的温度相同，故A正确， B．从A到B的过程，由于p与V的乘积先增大后减小，所以气体温度先增大后减小，故B错误； C．由于状态A和状态B的温度相同，则 由图可知，从A到B的过程中，气体体积增大，气体对外做功，即 根据热力学第一定律，可得 即气体一定从外界吸收热量，故C错误； D．从状态B到状态C的过程中，气体压强不变，体积减小，则温度降低，内能减少，即 由于气体体积减小，则外界对气体做功，则 根据热力学第一定律可得 即气体一定放出热量，故D正确。 故选AD。 4．BD 【详解】A．由理想气体状态方程，且气体物质的量不变，可知压强大小规律由温度与体积的比值决定。图中所在直线过原点，故 从到时温度降低、体积增大，故 从而，故A错误； BC．由前述，为等压膨胀，外界对气体做负功 同时温度升高，理想气体内能增加，故 按热力学第一定律，可知 气体吸热而非放热，故B正确，C错误； D．从到时，容器体积增大，分子数密度减小；同时温度降低，分子平均速率减小。单位时间单位面积的碰撞次数与分子数密度和分子平均速率均成正比，因此碰撞次数减少，故D正确。 故选BD。 5．AD 【详解】A．彩灯封闭，气体质量一定，体积几乎不变，可视为等容过程。由查理定律，一定质量的理想气体在体积不变时，压强与热力学温度成正比，温度升高使压强增大，故A正确； B．温度升高说明气体分子的平均动能增大，分子热运动具有无规则性，分子间碰撞会改变各分子的速率，不能据此断言每个分子的速率都增大，故B错误； CD．气体体积几乎不变，按等容过程处理，气体不对外做功，外界对气体做功也为零，即。以灯内气体为研究对象，由热力学第一定律有，其中为气体内能的增加量，为气体吸收的热量，为外界对气体做的功。因此有，故C错误，D正确。 故选AD。 题型二　气体状态变化图像分析 6．B 【详解】A．图像表示热力学温度随体积的变化，沿体积始终增大。分子总数不变，分子数密度持续减小，故A错误； B．对一定质量的理想气体，压强满足，图中状态点与原点连线的斜率为。沿该斜率不变，故压强不变；温度升高使分子单次撞壁的平均动量变化量增大。压强是单位面积、单位时间内分子碰撞器壁所传递的动量，因此碰撞次数减少，故B正确； C．图中射线比射线陡，故 由前述状态方程得，故C错误； D．气体从经到，温度升高使内能增加，体积增大使气体对外做正功。取吸热量和气体对外做功为正，由热力学第一定律得 因此，故D错误。 故选B。 7．B 【详解】A．题干说明为反比例函数图像，即该过程是等温过程，满足玻意耳定律 代入已知状态可得 解得，故A错误； B．理想气体的内能仅由温度决定，为等温过程，气体温度始终不变，因此内能保持不变，故B正确； C．图像中，过程曲线与V轴围成的面积等于气体对外做的功。是等压过程，压强恒为，体积从膨胀到，因此气体对外做功，故C错误； D．是等容过程，气体体积不变，因此气体对外界、外界对气体都不做功，即 该过程压强减小，由查理定律可知温度降低，内能减少。根据热力学第一定律 代入可得，即气体放出的热量大小恰好等于内能的减少量，故D错误。 故选B。 8．D 【详解】A．根据理想气体状态方程，变形得 的延长线过V-T图原点，说明V与T成正比，是等压过程，因此 对a、c状态，、，、，代入状态方程得 即 因此，故A正确； B．是等容过程，体积不变，外界对气体做功 温度从升高到​，理想气体内能仅由温度决定，因此内能增量 根据热力学第一定律 得 气体一定吸热，故B正确； C．过程中温度始终为，温度是气体分子平均动能的标志，温度不变则气体分子平均动能不变，故C正确； D．是等压过程，温度从​降低到​，因此内能增量 体积从减小到，外界对气体做功 根据热力学第一定律 得 Q为负值代表气体放热，放出的热量等于外界对气体的功与内能减少量之和，并非等于外界对气体做的功，故D错误。 本题选说法错误的，故选D。 9．B 【详解】A. 过程，体积减小，则外界对气体做功，故A错误； BC. 过程，体积不变，压强减小，由公式可知，温度降低，气体内能减小，气体不做功，由热力学第一定律可知，气体向外界放出热量，故B正确，C错误； D.过程，压强、体积增大，由公式可知，温度升高，气体内能增大，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，故D错误。 故选B。 10．C 【详解】A．过程中气体温度升高，气体分子的平均动能增加，同时过程压强不变，体积增大，分子总数不变，则单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少，故A错误； B．过程中，气体的温度升高，气体内能增加，气体体积增大，气体对外做功为，由热力学第一定律有 则气体吸收的热量 B→C过程中，气体的温度降低，气体内能减小，气体体积不变，气体不做功，由热力学第一定律有 因为过程的初态和过程的末态温度相同，故过程气体气体内能增加量等于过程气体内能减少量，则，故B错误； C．过程中体积减小，温度不变，压强增大，故单位体积内分子数增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加，故C正确； D．过程中气体压强不变，则有 过程中气体压强增大，则有 故过程中气体的平均压强大于过程中气体的平均压强，由可知，A→B过程中气体对外做的功大于C→A过程中外界对气体做的功，故D错误。 故选C。 11．A 【详解】A．由公式 可知，由于状态a 和状态b连线的延长线过原点，则状态a到状态b为等压变化，状态a到状态b气体的体积减小，外界对气体做功，气体的温度降低，气体的内能减小，由热力学第一定律可知，气体向外界放出热量，故A正确； B．状态b到状态c为等容变化，气体的分子数密度不变，气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，气体的压强增大，由气体压强的微观解释可知，气体单位时间碰撞单位面积器壁的平均作用力变大，故B错误； C．由 可知图线上各点与原点连线斜率的倒数反映压强的大小，斜率越小压强越大，所以状态a的压强小于状态c的压强，故C错误； D．根据题图画出整个过程的p-V图像，如图所示，由图可知c→a过程气体对外做的功大于a→b过程外界对气体做的功，因此整个过程气体对外界做功，由热力学第一定律可知，整个过程气体从外界吸收热量，故D错误。 故选A。 12．D 【详解】A．由图可知，过程图线是过原点的倾斜直线，根据理想气体状态方程 可知 斜率不变则体积不变，气体不做功，故A错误； B．过程温度不变，理想气体内能不变，即 压强减小，根据可知体积增大，气体对外做功 根据热力学第一定律，可知，气体从外界吸热，故B错误； C．过程压强不变，温度降低，温度是分子平均动能的标志，温度降低，则分子平均动能减小，故C错误； D．由图可知、两点在同一条过原点的直线上，则 即 解得 过程温度不变，则 过程压强不变，根据盖-吕萨克定律有 代入温度关系可得，故D正确。 故选D。 13．D 【详解】A．理想气体的内能只与温度有关，气体再回到状态时，状态参量完全恢复，温度不变，内能不变，故A错误； B．根据理想气体状态方程有代入数据得解得，故B错误； C．在图像中，图线与横轴围成的面积表示功。在过程中，气体体积减小，外界对气体做功，功的大小为梯形面积： 故C错误； D．在循环中，过程，外界对气体做功 过程，气体体积增大，气体对外做功 过程，气体体积不变，外界对气体做功 整个循环外界对气体做的总功为 气体回到状态，温度不变，内能变化量 根据热力学第一定律 可得即气体向外界放出热量，故D正确。 故选D 。 题型三　循环过程与热机 14．D 【详解】A．是绝热压缩过程，气体体积减小，外界对气体做功；绝热过程 由热力学第一定律得，理想气体内能仅由温度决定，因此气体内能增大，A错误； B．是等压膨胀过程，气体体积增大，气体对外界做功，B错误； C．是等容过程，气体体积不变，因此做功 压强减小，由理想气体状态方程可知气体温度降低， 内能减小 由热力学第一定律，得，气体向外界放出热量，C错误； D．在绝热膨胀过程中 气体对外做功 由热力学第一定律可得 内能减小，温度降低， 综合可得，D正确。 故选D。 15．A 【详解】A．D→A绝热压缩过程中，外界对气体做功，，根据热力学第一定律，可知 ，即气体内能增加，故A正确； B．一次循环过程中气体的温度不变，内能不变。p﹣V图像中图线与坐标轴围成的面积表示功。由图知，在一次循环过程中，气体对外界做功，为确保气体的内能不变，则气体一定从外界吸收热量，故一次循环过程中气体吸收的热量大于放出的热量，故B错误； C．由图知，，故B→C过程和D→A过程，温度变化量的大小相等，内能变化量的大小相等，且，可知W大小也必然相等，即B→C过程气体对外界做的功等于D→A过程外界对气体做的功，故C错误； D．AB状态温度相同，则状态A和状态B气体分子的平均速率相同，而状态B的体积大，气体的密集程度小，则B状态时气体分子单位时间对器壁单位面积撞击次数比A状态少，故D错误。 故选A。 题型四　汽缸活塞类问题 16．C 【详解】AB．活塞导热性能良好，缓慢加热，稳定后两部分气体压强、温度仍相等，则两者的体积、内能仍相等，故AB错误； CD．若活塞绝热，加热后A内气体压强增大，体积增大，活塞对B内气体做功，B内气体内能增大，温度升高。根据理想气体状态方程有， 又，，，则 稳定时，，则 故A内气体内能大于B，A内气体分子数密度小于B，分子平均动能大于B，则单位时间内A内气体分子碰撞活塞单位面积的次数小于B，故C正确，D错误。 故选C。 17．B 【详解】A．由理想气体压强微观公式（为单位体积分子数，为玻尔兹曼常量），压强不变、温度升高时，减小，即单位体积内分子数减少，故A错误； B．温度是分子平均动能的标志，温度升高，空气分子平均动能增大，空气分子平均质量不变，因此分子平均速率增大，故B正确； C．分子平均动能是统计规律，仅反映大量分子的动能平均值，不代表每个分子的动能都增大，个别分子动能可能减小，故C错误； D．理想气体内能仅与温度有关，温度升高则内能增量；由理想气体状态方程，不变升高则体积膨胀，气体对外做功；根据热力学第一定律，可得，即气体经历吸热过程，故D错误。 故选B。 18．AC 【详解】A．根据玻意耳定律，a→b过程图线为双曲线，说明a→b过程为等温变化，则有 解得，故A正确； B．由图知b→c过程体积不变，根据，压强p增加则温度T增加，故B错误； C．由图知c→a过程气体体积减小，外界对气体做功，故C正确； D．p−V图中循环曲线包围的面积代表循环的净功，由图像知外界对气体做的总功大于气体对外做的总功，循环净功W为正值，根据热力学第一定律 一个完整循环过程 可得，说明循环过程气体向外界放出热量，故D错误。 故选AC。 19．BD 【详解】A．状态2相比状态1，气体内能增加，温度升高，分子平均动能增大，分子热运动平均速率增大，但不是每个分子的运动速率都增大，故A错误； B．状态 2相比状态1，压强不变，温度升高，分子的平均动能增大，体积增大，分子数密度减小，由压强的微观解释可知，分子单位时间内撞击单位面积器壁上的次数减少，故B正确； C．由状态1到状态2，由热力学第一定律可知，气体内能的增加量等于电热丝释放的热量减去气体对外做的功，故C错误； D．设大气压强为，活塞的横截面积为，气体压强为，由力平衡方程可得，则 活塞向右移动过程中，对外做功 由热力学第一定律可得 则电热丝释放的热量为，故D正确； 故选BD。 20．BD 【详解】A．温度是分子平均动能的标志，环境温度不变仅说明气体分子的平均动能不变，并非每个气体分子的动能都固定不变，分子热运动是无规则的，单个分子动能有大有小、时刻变化，故A错误； B．对活塞受力分析，水平方向受三个力平衡：向左的大气压力、向右的拉力F、向右的封闭气体压力，列平衡方程 整理得封闭气体压强，故B正确； C．拉动活塞向右移动位移L的过程中，拉力做功为W，大气对活塞的作用力为，方向向左，大气对活塞做负功，大小为。对活塞用动能定理（缓慢拉动，活塞动能变化为0），有W+W气对活塞−=0 其中W气对活塞是封闭气体对活塞做的功，而外界对气体做功W外对气与气体对外做功大小相等、符号相反，即W外对气=− W气对活塞，可得W外对气= W -p0SL，故C错误； D．封闭的是一定质量的理想气体，等温过程中理想气体内能仅由温度决定，温度不变则内能变化ΔU=0。根据热力学第一定律ΔU=W外对气+Q 解得Q=p0SL-W，故D正确。 故选BD。 21．BD 【详解】AB．空气弹簧中的气体可视为理想气体。气体被压缩时，体积减小，外界对气体做正功。 上下乘客时，体积变化缓慢，气体与外界有充分热交换，可视为等温过程。 温度不变，理想气体内能不变， 由热力学第一定律，外界对气体做功，所以 气体向外界放热，不是吸热，故A错误，故B正确； CD．剧烈颠簸时，体积变化较快，气体与外界来不及热交换，可视为绝热过程。 ，外界对气体做功，则 内能增加，温度升高，外界对气体做正功，故C错误，D正确。 故选BD。 题型五　汽缸活塞类计算 22．(1)500K (2) (3) 【详解】（1）当热源的温度从缓慢升到时，封闭气体做等压变化，根据盖-吕萨克定律可得                                        代入数据解得 （2）当热源温度为时，对活塞，根据平衡条件可得 又因为 代入数据解得 热源的温度从缓慢升到时，封闭气体做等容变化，根据查理定律可得                                                 解得 （3）外界对气体做功为 根据热力学第一定律                                解得 23．(1) (2) 【详解】（1）加热过程中气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律可得 其中， 可得加热后缸内气体的温度为 （2）对活塞受力分析可得 外界对封闭气体所做的功为 由热力学第一定律可得 可得加热过程中气体从外界吸收的热量为 24．(1) (2) (3) 【详解】（1）活塞静止时，以活塞为研究对象，沿竖直方向，气体向上的压力与大气压力、重力平衡，有 代入数据得 （2）活塞可自由移动且所受外力不变，气体升温时压强保持。对封闭气体，由盖-吕萨克定律有，因玻璃管横截面积不变，气体体积与气柱长度成正比，故 代入数据得 （3）由题给内能与热力学温度成正比，有 所以气体的内能增量为 气体等压膨胀，对外界做功为 由热力学第一定律，吸收的热量等于内能增量与气体对外做功之和，故 25．(1) (2) 【详解】（1）设末态时气体温度为。由盖—吕萨克定律，得 可得 （2）为等压膨胀，外界对气体做功 由热力学第一定律 联立可得 26．(1) (2) 【详解】（1）根据平衡条件有 由理想气体状态方程有 活塞下降高度为时，气体末态体积为，因此有 解得 （2）气体对外界做功为 根据热力学第一定律有 由于气体放出的热量为，所以气体吸收的热量为 代入，有 解得 其中的单位为，所以的单位正确；当放热量较大时，气体内能减小，结果符合物理规律。 27．(1) (2) (3)12.1J 【详解】（1）活塞竖直方向受力平衡 解得 （2）缓慢加热过程中气体压强始终等于，为等压变化，根据盖-吕萨克定律 初始状态气柱长度 气体体积 热力学温度 末状态气柱长度 气体体积 解得 警报器刚好工作时的温度 （3）气体等压膨胀对外做功为 已知内能增量 根据热力学第一定律 解得 28． 【详解】A、B两气缸内的同种理想气体的摩尔数、温度变化量相同，所以内能变化量相同 根据热力学第一定律有 则释放的热量与之差为 设活塞的横截面积为S，初始高度为，降温后气缸内理想气体的温度为，A内活塞的高度为h 外界对A内气体做功为 外界对B内气体做功为 A内气体做等压变化，有 可得 B内气体的初态压强为 状态方程为 可得 B内气体的末态压强为 状态方程为 联立解得。 题型六　热力学第一定律定量应用 29．(1)最高温度，温度最低 (2)过程，吸收的热量；过程，气体放热；过程，气体放热 【详解】（1）由题图及气态方程可得 设直线的方程是 将两点的坐标代入可得。由克拉珀龙方程 可知，当有最大值时，T也为最大，有 故当时，有最大值。 根据 可得最高温度。循环过程中A及D状态对应的温度最低，有 （2）过程，吸收的热量 过程， 负号表示气体放热。 从过程中吸收热量为 由 气体内能增加 气体温度从 气体温度从 故气体内能减少，即 外界对气体做功为 过程，，气体放热。 30．(1) (2) 【详解】（1）根据理想气体状态方程 代入数据得 （2）图像的面积表示功，可知外界对气体做功为 由热力学第一定律有 代入数据可得 第 页 第 页 学科网（北京）股份有限公司 $