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专题 62 热力学第一定律
一、多选题
1．（2023·山东·统考高考真题）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
【答案】AD
【解析】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。
2．（2023·全国·统考高考真题）对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内
能可能相等的是（ ）
A．等温增压后再等温膨胀
B．等压膨胀后再等温压缩
C．等容减压后再等压膨胀
D．等容增压后再等压压缩
E．等容增压后再等温膨胀
【答案】ACD
【解析】A．对于一定质量的理想气体内能由温度决定，故等温增压和等温膨胀过程温度均保持不变，内
能不变，故A正确；
B．根据理想气体状态方程
可知等压膨胀后气体温度升高，内能增大，等温压缩温度不变，内能不变，故末状态与初始状态相比内能
增加，故B错误；
C．根据理想气体状态方程可知等容减压过程温度降低，内能减小；等压膨胀过程温度升高，末状态的温
度有可能和初状态的温度相等，内能相等，故C正确；
D．根据理想气体状态方程可知等容增压过程温度升高；等压压缩过程温度降低，末状态的温度有可能和
初状态的温度相等，内能相等，故D正确；
E．根据理想气体状态方程可知等容增压过程温度升高；等温膨胀过程温度不变，故末状态的内能大于初
状态的内能，故E错误。
故选ACD。
3．（2023·全国·统考高考真题）在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气
体一定与外界有热量交换的过程是（ ）
A．气体的体积不变，温度升高
B．气体的体积减小，温度降低
C．气体的体积减小，温度升高D．气体的体积增大，温度不变
E．气体的体积增大，温度降低
【答案】ABD
【解析】A．气体的体积不变温度升高，则气体的内能升高，体积不变气体做功为零，因此气体吸收热量，
A正确；
B．气体的体积减小温度降低，则气体的内能降低，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律
可知气体对外放热，B正确；
C．气体的体积减小温度升高，则气体的内能升高，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律
可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，C错误；
D．气体的体积增大温度不变则气体的内能不变，体积增大气体对外界做功，由热力学第一定律
可知
即气体吸收热量，D正确；
E．气体的体积增大温度降低则气体的内能降低，体积增大气体对外界做功，由热力学第一定律
可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，E错误。
故选ABD。
4．（2023·山西·统考高考真题）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
【答案】AD
【解析】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。
5．（2022·天津·高考真题）采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率。将涡轮增压简化为以下两个过程，
一定质量的理想气体首先经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度，则（ ）A．绝热过程中，气体分子平均动能增加 B．绝热过程中，外界对气体做负功
C．等压过程中，外界对气体做正功 D．等压过程中，气体内能不变
【答案】AC
【解析】AB．一定质量的理想气体经过绝热过程被压缩，可知气体体积减小，外界对气体做正功，根据热
力学第一定律可知，气体内能增加，则气体温度升高，气体分子平均动能增加，故A正确，B错误；
CD．一定质量的理想气体经过等压过程回到初始温度，可知气体温度降低，气体内能减少；根据
可知气体体积减小，外界对气体做正功，故C正确，D错误。
故选AC。
6．（2022·湖南·统考高考真题）利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由
喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋
方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动
速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后
反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（ ）
A．A端为冷端，B端为热端
B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的
C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的
D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律
E．该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律
【答案】ABE
【解析】A. 依题意，中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板相作用后反弹，从A端流出，而边缘部
份热运动速率较高的气体从B端流出；同种气体分子平均热运动速率较大、其对应的温度也就较高，所以
A端为冷端、B端为热端，故A正确；
B．依题意，A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，所以从A端流出
的气体分子热运动平均速度小于从B端流出的，故B正确；
C．A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，则从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关；依题意，不能得出从A端流
出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，故C错误；
DE．该装置将冷热不均气体的进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非是自发进行的，
没有违背热力学第二定律；温度较低的从A端出、较高的从B端出，也符合能量守恒定律，故D错误，E
正确。
故选ABE。
7．（2022·全国·统考高考真题）一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如 图上从a到b的
线段所示。在此过程中（ ）
A．气体一直对外做功
B．气体的内能一直增加
C．气体一直从外界吸热
D．气体吸收的热量等于其对外做的功
E．气体吸收的热量等于其内能的增加量
【答案】BCE
【解析】A．因从a到b的p—T图像过原点，由 可知从a到b气体的体积不变，则从a到b气体不
对外做功，选项A错误；
B．因从a到b气体温度升高，可知气体内能增加，选项B正确；
CDE．因W=0，∆U>0，根据热力学第一定律
∆U=W+Q
可知，气体一直从外界吸热，且气体吸收的热量等于内能增加量，选项CE正确，D错误。
故选BCE。
8．（2022·全国·统考高考真题）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 图上的
两条线段所示，则气体在（ ）A．状态a处的压强大于状态c处的压强
B．由a变化到b的过程中，气体对外做功
C．由b变化到c的过程中，气体的压强不变
D．由a变化到b的过程中，气体从外界吸热
E．由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能
【答案】ABD
【解析】AC．根据理想气体状态方程可知
即 图像的斜率为 ，故有
故A正确，C错误；
B．理想气体由a变化到b的过程中，因体积增大，则气体对外做功，故B正确；
DE．理想气体由a变化到b的过程中，温度升高，则内能增大，由热力学第一定律有
而 ， ，则有
可得
，
即气体从外界吸热，且从外界吸收的热量大于其增加的内能，故D正确，E错误；
故选ABD。
9．（2021·海南·高考真题）如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程到达状态b，再经过
等温过程到达状态c，直线 过原点。则气体（ ）A．在状态c的压强等于在状态a的压强
B．在状态b的压强小于在状态c的压强
C．在 的过程中内能保持不变
D．在 的过程对外做功
【答案】AC
【解析】AB．根据
可知，因直线ac过原点，可知在状态c的压强等于在状态a的压强，b点与原点连线的斜率小于c点与原
点连线的斜率，可知在状态b的压强大于在状态c的压强，选项A正确，B错误；
C．在 的过程中温度不变，则气体的内能保持不变，选项C正确；
D．在 的过程中，气体的体积不变，则气体不对外做功，选项D错误。
故选AC。
10．（2021·天津·高考真题）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，气体的内能不变 B．上下乘客时，气体从外界吸热
C．剧烈颠簸时，外界对气体做功 D．剧烈颠簸时，气体的温度不变
【答案】AC
【解析】AB．上下乘客时汽缸内气体与外界有充分的热交换，即发生等温变化，温度不变，故气体的内能
不变，体积变化缓慢，没有做功，故没有热交换，故A正确，B错误；
CD．剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快，且气体与外界来不及热交换，气体经历绝热过程，外界对气
体做功，温度升高，故C正确，D错误。
故选AC。
11．（2021·全国·高考真题）如图，一定量的理想气体从状态 经热力学过程 、 、 后
又回到状态a。对于 、 、 三个过程，下列说法正确的是（ ）A． 过程中，气体始终吸热
B． 过程中，气体始终放热
C． 过程中，气体对外界做功
D． 过程中，气体的温度先降低后升高
E． 过程中，气体的温度先升高后降低
【答案】ABE
【解析】A．由理想气体的 图可知，理想气体经历ab过程，体积不变，则 ，而压强增大，由
可知，理想气体的温度升高，则内能增大，由 可知，气体一直吸热，故A正确；
BC．理想气体经历ca过程为等压压缩，则外界对气体做功 ，由 知温度降低，即内能减少
，由 可知， ，即气体放热，故B正确，C错误；
DE．由 可知， 图像的坐标围成的面积反映温度，b状态和c状态的坐标面积相等，而中间
状态的坐标面积更大，故bc过程的温度先升高后降低，故D错误，E正确；
故选ABE。
12．（2018·全国·高考真题）如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状
态e。对此气体，下列说法正确的是（ ）
A．过程①中气体的压强逐渐减小
B．过程②中气体对外界做正功
C．过程④中气体从外界吸收了热量D．状态c、d的内能相等
E．状态d的压强比状态b的压强小
【答案】BDE
【解析】A．由理想气体状态方程
可知，体积不变温度升高即Tb>Ta，则pb>pa，即过程①中气体的压强逐渐增大，A错误；
B．由于过程②中气体体积增大，所以过程②中气体对外做功，B正确；
C．过程④中气体体积不变，对外做功为零，温度降低，内能减小，根据热力学第一定律，过程④中气体
放出热量，C错误；
D．由于状态c、d的温度相等，根据理想气体的内能只与温度有关，可知状态c、d的内能相等，D正确；
E．由理想气体状态方程 ＝C可得
p＝C
即TV图中的点与原点O的连线的斜率正比于该点的压强，故状态d的压强比状态b的压强小，E正确。
故选BDE。
13．（2020·全国·统考高考真题）如图，一开口向上的导热汽缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，
活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡
状态。在活塞下降过程中（ ）
A．气体体积逐渐减小，内能增加
B．气体压强逐渐增大，内能不变
C．气体压强逐渐增大，放出热量
D．外界对气体做功，气体内能不变
E．外界对气体做功，气体吸收热量
【答案】BCD
【解析】A．理想气体的内能与温度之间唯一决定，温度保持不变，所以内能不变，A错误；BCED．由理想气体状态方程 ，可知体积减少，温度不变，所以压强增大。因为温度不变，内能不
变，体积减少，外界对系统做功，由热力学第一定律 可知，系统放热，BCD正确，E错误；
故选BCD。
14．（2019·海南·高考真题）一定量的理想气体从状态M出发，经状态N、P、Q回到状态M，完成一个循
环。从M到N、从P到Q是等温过程；从N到P、从Q到M是等容过程；其体积—温度图像（V—T图）
如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．从M到N是吸热过程
B．从N到P是吸热过程
C．从P到Q气体对外界做功
D．从Q到M是气体对外界做功
E．从Q到M气体的内能减少
【答案】BCE
【解析】从M到N的过程，体积减小，外界对气体做功，即W>0；温度不变，内能不变，即∆U=0，根据
∆U=W+Q，可知Q<0，即气体放热，选项A错误；从N到P的过程，气体体积不变，则W=0，气体温度升
高，内能增加，即∆U>0，可知Q>0，即气体吸热，选项B正确；从P到Q气体体积变大，则气体对外界
做功，选项C正确；从Q到M气体体积不变，则气体既不对外界做功，外界也不对气体做功，选项D错
误；从Q到M气体的温度降低，则气体的内能减少，选项E正确。
15．（2017·全国·高考真题）如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再
经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a．下列说法正确的是（ ）
A．在过程ab中气体的内能增加
B．在过程ca中外界对气体做功C．在过程ab中气体对外界做功
D．在过程bc中气体从外界吸收热量
E．在过程ca中气体从外界吸收热量
【答案】ABD
【解析】A．从a到b等容升压，根据 可知温度升高，一定质量的理想气体内能决定于气体的温度，
温度升高，则内能增加，A正确；
B．在过程ca中压强不变，体积减小，所以外界对气体做功，B正确；
C．在过程ab中气体体积不变，根据 可知，气体对外界做功为零，C错误；
D．在过程bc中，属于等温变化，气体膨胀对外做功，而气体的温度不变，则内能不变；根据热力学第一
定律 可知，气体从外界吸收热量，D正确；
E．在过程ca中压强不变，体积减小，所以外界对气体做功，根据 可知温度降低，则内能减小，
根据热力学第一定律可知气体一定放出热量，E错误．
16．（2017·全国·高考真题）如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧
与绝热活塞之间是真空．现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，
将气体压回到原 的体积．假设整个系统不漏气．下列说法正确的是________
A．气体自发扩散前后内能相同
B．气体在被压缩的过程中内能增大
C．在自发扩散过程中，气体对外界做功
D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变
【答案】ABD
【解析】AC．气体向真空扩散过程中对外不做功，且又因为汽缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，
故A正确，C错误；
BD．气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因汽缸绝热，则气体内能增大，选项BD正确；E．气体在被压缩的过程中，因气体内能增加，则温度升高，气体分子的平均动能增加，选项E错误；
17．（2018·全国·高考真题）如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p-V图中从a到b
的直线所示．在此过程中______．
A．气体温度一直降低
B．气体内能一直增加
C．气体一直对外做功
D．气体一直从外界吸热
E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功
【答案】BCD
【解析】A．由图知气体的 pV一直增大，由 ，知气体的温度一直升高，故A错误；
B．一定量的理想气体内能只跟温度有关，温度一直升高，气体的内能一直增加，故B正确；
C．气体的体积增大，则气体一直对外做功，故C正确；
D．气体的内能一直增加，并且气体一直对外做功，根据热力学第一定律△U=W+Q可知气体一直从外界吸
热，故D正确；
E．气体吸收的热量用于对外做功和增加内能，故E错误．
18．（2016·全国·高考真题）一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到
原状态，其p–T图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O．下列判断正确的是（ ）
A．气体在a、c两状态的体积相等
B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功
【答案】ABE【解析】根据气体状态方程 ，得 ，p-T图象的斜率 ，a、c两点在同一直线上，即a、c
两点是同一等容线上的两点，体积相等，故A正确；
B、理想气体在状态a的温度大于状态c的温度，理想气体的内能只与温度有关，温度高，内能大，故气体
在状态a时的内能大于它在状态c时的内能，B正确；
C、在过程cd中温度不变，内能不变 ，等温变化压强与体积成反比，压强大体积小，从c到d体积
减小，外界对气体做正功 ，根据热力学第一定律 ，所以 ，所以在过程cd中气体
向外界放出的热量等于外界对气体做的功，C错误；
D、在过程da中，等压变化，温度升高，内能增大 ，体积变大，外界对气体做负功即 ，根据
热力学第一定律 ， ，所以在过程da中气体从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，
D错误；
E、在过程bc中，等压变化，温度降低，内能减小 ，体积减小，外界对气体做功，根据 ，
即pV=CT， ，da过程中，气体对外界做功 ，因为 ，
所以 ，在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功，故E正确．
19．（2014·全国·高考真题）一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其
图象如图所示，下列判断正确的是（ ）
A．过程ab中气体一定吸热
B．过程bc中气体既不吸热也不放热
C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D．A、b和c三个状态中，状态 a分子的平均动能最小
E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同【答案】ADE
【解析】试题分析：从a到b的过程，根据图线过原点可得 ，所以为等容变化过程，气体没有对外
做功，外界也没有对气体做功，所以温度升高只能是吸热的结果，选项A对．从b到c的过程温度不变，
可是压强变小，说明体积膨胀，对外做功，理应内能减少温度降低，而温度不变说明从外界吸热，选项B
错．从c到a的过程，压强不变，根据温度降低说明内能减少，根据改变内能的两种方式及做功和热传递
的结果是内能减少，所以外界对气体做的功小于气体放出的热量，选项C错．分子的平均动能与温度有关，
状态a的温度最低，所以分子平均动能最小，选项D对．b 和c两个状态，温度相同，即分子运动的平均
速率相等，单个分子对容器壁的平均撞击力相等，根据b压强大，可判断状态b单位时间内容器壁受到分
子撞击的次数多，选项E对．
考点：分子热运动 理想气体状态方程 气体压强的微观解释
20．（2015·广东·高考真题）下图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的
空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气
A．内能增大
B．压强增大
C．分子间引力和斥力都减小
D．所有分子运动速率都增大
【答案】AB
【解析】试题分析：气体分子间距较大，内能主要体现在分子平均动能上，温度升高时内能增大；再根据
压强的微观解释可明确压强的变化．
解：水加热升温使空气温度升高，故封闭空气的内能增大，气体分子的平均动能增大，分子对器壁的撞击
力增大，故压强增大；但分子间距离不变，故分子间作用力不变；由于温度是分子平均动能的标志是一个
统计规律，温度升高时并不是所有分子的动能都增大，有少数分子动能可能减小；
故选AB．
【点评】本题考查分子的微观性质，要注意明确气体内能取决于温度；而压强取决于温度和体积．
21．（2018·海南·高考真题）如图，一定量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状
态c。a、c两状态温度相等．下列说法正确的是______A．从状态b到状态c的过程中气体吸热
B．气体在状态a的内能等于在状态c的内能
C．气体在状态b的温度小于在状态a的温度
D．从状态a到状态b的过程中气体对外做正功
【答案】BD
【解析】A．内能是组成物体分子的无规则热运动动能和分子间相互作用势能的总和，由于理想气体的不
考虑分子势能内能，故理想气体的内能等于分子平均动能的总和，而温度是分子平均动能的宏观表现，由
理想气体状态方程
可知，当Vb=Vc，pb>pc时，Tb>TC，故 ，根据热力学第一定律
体积V不变，故W=0，所以 ，从状态b到状态c的过程中气体放热，选项A错误；
B．同理，气体在状态a的温度等于在状态c的温度，故气体在状态a的内能等于在状态c的内能，选项B
正确；
C．由理想气体状态方程
可知当pa=pb，Va
