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微专题102 热力学定律
1．理解热力学第一定律中正负号的含义，并掌握气体做功的表达式W＝pΔV。2.热力学第
二定律强调的是一切与热现象有关的宏观自然过程是不可逆的，意味着“不自发”或“有其
他影响”的非自然过程可以逆向发生。
1．(2024·江苏南通市高三期中)A、B 导热汽缸，封闭质量相同的同种理想气体，如图所示，
在甲、乙两个环境中，两汽缸内气体体积相同。现将甲、乙两环境升高相同的温度，则A、
B 汽缸内的气体( )
A．分子的平均动能相同
B．内能的增加量不相同
C．体积的增加量相同
D．吸收的热量相同
答案 D
解析 由甲、乙两图可知，A、B 两汽缸内气体的压强关系为pA<pB，气体体积关系为VA＝
VB，根据理想气体状态方程＝C，可知TA<TB。
若将甲、乙两环境升高相同的温度ΔT，依然满足TA＋ΔT<TB＋ΔT，由于温度是分子平均动
能的标志，因此A 气体分子的平均动能小于B 气体分子的平均动能，A 错误；
对一定量的理想气体，内能增加量ΔU∝ΔT，因此A、B 汽缸内的气体，升高相同的温度内
能增加量相同，B 错误；
A、B 汽缸内的气体，均发生等压变化，则＝，＝，可得
ΔVA＝V，ΔVB＝V，C 错误；
A、B 汽缸内的气体对外做功WA＝pA·ΔVA＝ΔT，WB＝pB·ΔVB＝ΔT
由于＝，因此WA＝WB，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q 可知，A、B 汽缸内的气体吸收的
热量相同，D 正确。
2．(2023·上海市黄浦区格致中学校考)下列说法中正确的是( )
A．热量是状态量，它是反映物体的内能多少的物理量
B．物体吸收热量，其温度不一定升高
C．凡是不违反能量守恒定律的过程都一定能实现
D．常温下一定质量的气体，内能增大，压强一定增大
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答案 B
解析 热量是过程量，它是反映传热过程中，内能转移多少的物理量，故A 错误；热量是
一种能量，根据能量守恒定律知物体吸收了热量(能量)，可能转化为其他能量储存或释放，
温度不一定升高，故B 正确；不违反能量守恒定律的物理过程不一定可以实现，物理过程
还要遵循热力学第二定律，故C 错误；常温下一定质量的气体，内能增大，温度升高，气
体体积可能增大，压强不一定增大，故D 错误。
3．(多选)(2023·山东卷·9)一定质量的理想气体，初始温度为300 K，压强为1×105 Pa。经
等容过程，该气体吸收400 J 的热量后温度上升100 K；若经等压过程，需要吸收600 J 的热
量才能使气体温度上升100 K。下列说法正确的是( )
A．初始状态下，气体的体积为6 L
B．等压过程中，气体对外做功400 J
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400 J
答案 AD
解析 设理想气体初始状态的压强、体积和温度分别为p1＝p0，V1＝V0，T1＝300 K，等容过
程为状态二p2＝？，V2＝V1＝V0，T2＝400 K，等压过程为状态三p3＝p0，V3＝？，T3＝400
K，由理想气体状态方程可得，＝＝，解得p2＝p0，V3＝V0，等压过程中，气体体积增加了
原体积的，C 错误；等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝400 J，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400 J，D 正确；等压过程内能
增加了400 J，吸收热量为600 J，由热力学第一定律可知气体对外做功为200 J，即做功的
大小为W＝p0(V0－V0)＝200 J，解得V0＝6 L，A 正确，B 错误。
4．(2023·江苏省苏州实验中学校考)一定质量的理想气体由状态A 经如图所示状态变化回到
原状态，下列说法正确的是( )
A．A→B 温度升高，压强变大
B．C→A 体积减小，压强不变
C．B→C 体积不变，气体从外界吸收热量
D．A→B 气体对外做功大于C→A 外界对气体做功
答案 D
解析 A→B 为等压线，A→B 温度升高，压强不变，即有pA＝pB，故A 错误；B→C 体积不
变，压强变小，有pB>pC，所以C→A 体积减小，压强变大，故B 错误；B→C 体积不变，温
度降低，内能减小，所以气体向外界放出热量，故C 错误；A→B 过程气体体积变化等于
C→A 过程气体体积变化，但A→B 过程气体平均压强大于C→A 过程气体平均压强，所以
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A→B 过程气体对外做功大于C→A 外界对气体做功，故D 正确。
5．(2023·江苏南京市第二十九中学校考)如图所示，一定质量的理想气体从状态A 开始，经
历两个状态变化过程，先后到达状态B 和C。两条虚线分别表示状态A 或C 的等温线。下列
说法正确的是( )
A．气体在状态A 的内能最大
B．气体在状态C 的分子平均速率最大
C．A 到B 过程中，气体对外界做功，吸收热量
D．B 到C 过程中，外界对气体做功，内能减小
答案 C
解析 根据图像可知，气体从状态A 到状态B 发生等压变化，且体积增大，根据＝C 可知
气体从A 到B 的温度升高，因此气体在状态B 的温度大于在状态A 的温度，而对于一定量
的气体而言，温度越高其内能越大，则可知气体在状态A 的内能不是最大，故A 错误；
气体从B 到C 发生等容变化，压强减小，则可知其温度降低，内能减小，而等温线离原点
越远表示温度越高，因此可知，状态C 的温度最低，气体分子的平均速率最小，故B 错误；
A 到B 过程中，气体发生等压变化，且体积变大，则可知气体对外做功，但B 状态的温度高
于A 状态的温度，即B 状态的内能大于A 状态的内能，从A 到B 内能增加，根据热力学第
一定律ΔU＝Q＋W 可知，气体从外界吸收热量，故C 正确；
B 到C 过程中，气体体积不变，气体既不对外做功，外界也不对气体做功，但该过程气体的
温度降低，内能减小，根据热力学第一定律可知，气体向外界放出热量，故D 错误。
6．(多选)(2023·宁夏中卫中学校考)对于理想气体，下列说法正确的是( )
A．绝热膨胀过程中，气体的内能减少
B．等压膨胀过程中，气体的内能减少
C．等容变化过程中，气体吸收的热量和内能的增加量相同
D．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能一定变大
答案 AC
解析 绝热膨胀过程，即Q＝0，W<0，由热力第一定律ΔU＝Q＋W，可得ΔU<0，即理想
气体的内能减少，故A 正确；等压膨胀过程中，由盖—吕萨克定律＝C，体积增大，可得温
度升高，则气体的内能增大，故B 错误；等容变化过程，有W＝0，由热力学第一定律ΔU
＝Q＋W，可得ΔU＝Q，即气体吸收的热量和内能的增加量相同，故C 正确；气体在被压缩
的过程，体积变小，即W>0，不能确定温度如何变化，则气体分子的平均动能不一定变大，
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故D 错误。
7. (2023·河北邯郸市统考)如图所示，带有加热装置(图中未画出)的绝热汽缸用轻杆固定在天
花板上。现用一个质量为m＝1 kg，面积为S＝100 cm2的绝热活塞将一定质量的理想气体封
闭在汽缸内。初始时缸内温度为300 K，活塞处于平衡状态，此时缸内气体处于状态A，体
积为VA＝600 cm3。现竖直向上缓慢将活塞推动1 cm，此时缸内气体处于状态B。然后将活
塞固定，同时启动汽缸内的加热装置，气体达到状态C，此时压强pC＝1.6×105 Pa。已知气
体从状态A 到状态C，内能增加25 J，从状态B 到状态C 吸收的热量为12 J。已知大气压p0
＝1.01×105 Pa，不计活塞与汽缸之间的摩擦。求：
(1)气体处于状态A 时的压强；
(2)气体在状态C 的温度TC(结果保留一位小数)；
(3)气体从状态A 到状态B 过程中外界对气体做的功。
答案 (1)1.0×105 Pa (2)400 K (3)13 J
解析 (1)由题知VC＝VB＝VA－Δh·S＝600 cm3－1×100 cm3＝500 cm3，气体处于状态A 时，
对活塞受力分析有mg＋pAS＝p0S，解得pA＝1.0×105Pa
(2)根据题意可知，在A→C 过程，根据理想气体状态方程有＝，解得TC＝400 K
(3)气体从状态A 到状态B，设外界对气体做功为W，气体内能增加量为ΔU1，则ΔU1＝W，
从状态B 到状态C 气体体积不变，吸收热量，内能增加ΔU2＝12 J，从状态A 到状态C 气体
内能增加ΔU＝25 J，可知气体从状态A 到状态B 外界对气体做功W＝ΔU1＝ΔU－ΔU2＝13
J。
8. 如图，某实验小组为测量一个葫芦的容积，在葫芦开口处竖直插入一根两端开口、内部
横截面积为0.1 cm2的均匀透明长塑料管，密封好接口，用氮气排空内部气体，并用一小段
水柱封闭氮气。外界温度为300 K 时，气柱长度l 为10 cm；当外界温度缓慢升高到310 K
时，气柱长度变为50 cm。已知外界大气压恒为1.0×105 Pa，水柱长度不计。
(1)求温度变化过程中氮气对外界做的功；
(2)求葫芦的容积；
(3)试估算被封闭氮气分子的个数(保留2 位有效数字)。已知 1 mol 氮气在1.0×105 Pa、273
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K 状态下的体积约为22.4 L，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol－1。
答案 (1)0.4 J (2)119 cm3 (3)2.9×1021
解析 (1)由于水柱的长度不计，故封闭气体的压强始终等于大气压强。设大气压强为p0，
塑料管的横截面积为S，初、末态气柱的长度分别为l1、l2，气体对外做的功为W，则有W
＝p0S(l2－l1)，解得W＝0.4 J
(2)设葫芦的容积为V，封闭气体的初、末态温度分别为T1、T2，体积分别为V1、V2，根据盖
—吕萨克定律有＝，V1＝V＋Sl1，V2＝V＋Sl2联立以上各式并代入题给数据得V＝119 cm3
(3)设在1.0×105 Pa、273 K 状态下，1 mol 氮气的体积为V0、温度为T0，封闭气体的体积为
V3，被封闭氮气的分子个数为n。根据盖—吕萨克定律有＝，其中n＝NA，
联立以上各式并代入题给数据得n≈2.9×1021 个。
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