《第一节 热力学第一定律》（同步训练）高中物理选择性必修 第三册-粤教版-2024-2025学年

《第一节热力学第一定律》同步训练（答案在后面）

一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）

1、一个理想气体系统经历了一个等容过程，在这个过程中它吸收r15。焦耳的热

量。如果该系统的内能增加了120焦耳，那么在这个过程中系统对外做了多少功？

A.30焦耳

B.120焦耳

C.150焦耳

D.0焦耳

2、假设有一个封闭系统，通过绝热壁与外界隔离。如果向该系统加入100焦耳的

机械能，下列哪个选项最准确地描述了该系统的内能变化？

A.内能减少100焦耳

B.内能增加100焦耳

C.内能保持不变

D.无法确定

3、题干：一个物体从高处自由下落，假设空气阻力可以忽略不计。在这个过程中,

物体的内能变化情况是：

A、内能增加

B、内能减少

C、内能不变

D、无法确定

4、题干：一个理想气体在等温条件下，从体积VI膨帐到体积V2,以下哪个说法

是正确的？

A、气体的温度会升高

B、气体的温度会降低

C、气体的内能会减少

D、气体的内能不变

5、一个封闭系统内含有一定量的理想气体，若气体内能增加了200焦耳，且系统

对外界做了75焦耳的功，则该系统从外界吸收了多焦耳的热量？

A、125焦耳

B、275焦耳

C、25焦耳

D、75焦耳

6、如果一个热机在一个循环过程中，从高温热源吸收了1000焦耳的热量，并对外

做了600焦耳的功，那么该热机的效率是多少？

A、0.3

B、0.6

C、0.4

D、0.7

7、下列关于热力学第一定律的描述中，正确的是（•

A、物体吸收一定热量，其内能一定增加

B、物体的内能与温度和体积都有关，当体积一定时，温度很高，物体内能一定大

C、物体对外做功的同时一定吸收热量

D、物体吸收热量时，其内能一定增加

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、关于热力学第一定律，以下说法正确的是：

A、热力学第一定律表明能量既不会凭空产生，也不会凭空消失。

B、热力学第一定律可以解释为什么气体在绝热过程中温度会升高。

C、热力学第一定律说明内能的变化只与热传递有关。

D、热力学第一定律指出，物体的内能变化等于物体吸收的热量与物体对外做的功

的和。

2、以下关于热力学第一定律的应用，正确的是：

A、一个物体在真空中从静止开始下落，其机械能守恒。

B、在等压过程中，如果气体的温度升高，那么气体的内能一定增加。

C、一个物体在等温过程中吸收了一定量的热量，其内能不会发生变化。

D、在一个热机中，如果二作物质吸收了100J的热量,并对外做了80J的功,那么

其内能减少了20J。

3、关于热力学第一定律的表述，下列说法正确的是（）

A.热量从高温物体传向低温物体

B.封闭系统在做功和吸然时，系统内部能量的变化量等于吸热与做功之和

C.内能和热量都是状态函数

D.内能是系统中的气体分子热运动动能的总和

题目：一个理想气体从初状态（夕产/.0x/0»a,（匕=4.。X心/（）经过

等温膨胀到（1々=20X//•＞（）然后等压压缩到（6=/.OX〃T3）m（3）。求：

（1）在整个过程中，气体对外做的功；

（2）气体在整个过程中吸收的热量；

（3）气体的温度变化。

《第一节热力学第一定律》同步训练及答案解析

一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）

1、一个理想气体系统经历了一个等容过程，在这个过程中它吸收了150焦耳的热

帚。如果该系统的内能增加了120焦耳，那么在这个过程中系统对外做了多少功？

A.30焦耳

B.120焦耳

C.150焦耳

D.0焦耳

•答案：D

•解析：根据热力学第一定律（4〃=0-防，其中（△，）表示系统内能的变化，（0

表示系统吸收的热量，（份表示系统对外做的功。题目中给出（44二，2幼，（。二

150J）,代入公式得到（720=150-解得（『=3劫。但是，由于这是一个等容

过程，体积不变意味着没有对外做功，因此实际（7:0力。故正确答案为D。

2、假设有一个封闭系统，通过绝热壁与外界隔离。如果向该系统加入100焦耳的

机械能，下列哪个选项最准确地描述了该系统的内能变化?

A.内能减少100焦耳

B.内能增加100焦耳

C.内能保持不变

D.无法确定

•答案：B

•解析：在绝热条件下，系统与外界没有热量交换，即根据热力学第一定

律（44二。-//）,此时系统内能的变化仅由外界对系统做的功决定。因为加入了

100焦耳的机械能，相当于外界时系统做了100焦巨的功，所以系统内能增加了

100焦耳。故正确答案为B。

3、题干：一个物体从高处自由下落，假设空气阻力可以忽略不计。在这个过程中,

物体的内能变化情况是：

A、内能增加

B、内能减少

C、内能不变

D、无法确定

答案：C

解析：在自由下落的过程中，物体的机械能（动能和势能的总和）转化为内能。由

于空气阻力忽略不计，系统的机械能守恒，因此物体的内能保持不变。故选C。

4、题干：一个理想气体在等温条件下，从体积VI膨张到体积V2,以下哪个说法

是正确的？

A、气体的温度会升高

B、气体的温度会降低

C、气体的内能会减少

D、气体的内能不变

答案：D

解析：在等温条件下，理想气体的温度保持不变。根据热力学第一定律，内能的变

化等于系统对外做功与吸收的热量之和。在等温膨胀过程中，气体对外做功，但吸收的

热量等于对外做的功，因此内能保持不变。故选D。

5、一个封闭系统内含有一定量的理想气体，若气体内能增加了200焦耳，且系统

对外界做了75焦耳的功，则该系统从外界吸收了多焦耳的热量？

A、125焦耳

B、275焦耳

C、25焦耳

D、75焦耳

答案：B

解析：根据热力学第一定律，AU=Q-W,其中AU是内能的增加量，Q是系统

吸收的热量，W是系统对外界做的功。题目中给出AU=200J,W=-75J（这里做

了负号表示系统对外做功）。根据公式可以求出Q：

[6'=4U+k200J+75J=275A

6、如果一个热机在一个循环过程中，从高温热源吸收了1000焦耳的热量，并对外

做了600焦耳的功，那么该热机的效率是多少？

A、0.3

B、0.6

C、0.4

D、0.7

答案：B

解析：效率n定义为热机在一个循环过程中对外做的功w与从高温热源吸收的

热量Q的比率，即n=w/Q。题目中给出W=600J,Q=1000J。则该热机的效

率为：

7、下列关于热力学第一定律的描述中，正确的是（）

A、物体吸收一定热量，其内能一定增加

B、物体的内能与温度和体积都有关，当体积一定时，温度很高，物体内能一定大

C、物体对外做功的同时一定吸收热量

D、物体吸收热量时，其内能一定增加

答案：B

解析：选项A错误，因为物体吸收热量的同时可能对外做功，导致内能不一定增加;

选项B正确，因为内能与物体的温度和体积都有关，当体积一定时，温度越高，内能越

大；选项C错误，因为物体对外做功不一定吸收热量，可能是减少自身内能导致的；选

项D错误，因为物体吸收热量的同时可能对外做功，使得内能不一定增加。因此，正确

答案为

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、关于热力学第一定律，以下说法正确的是：

A、热力学第一定律表明能量既不会凭空产生，也不会凭空消失。

B、热力学第一定律可以解释为什么气体在绝热过程中温度会升高。

C、热力学第一定律说明内能的变化只与热传递有关。

D、热力学第一定律指出，物体的内能变化等于物体吸收的热量与物体对外做的功

的和。

答案：A、B、D

解析•：选项A正确，因为热力学第一定律是能量守恒定律在热力学领域的体现。选

项B正确，因为绝热过程中没有热量交换，根据热力学第一定律，气体内能增加导致温

度升高。选项C错误，因为内能的变化不仅与热传递有关，还与做功有关。选项D正确，

因为热力学第一定律的数学表达式正是AU=Q-W,其中AU是内能变化，Q是热量，

V是功。因此，正确答案是A、B、Do

2、以下关于热力学第一定律的应用，正确的是：

A、一个物体在真空中从静止开始下落，其机械能守恒。

B、在等压过程中，如果气体的温度升高，那么气体的内能一定增加。

C、一个物体在等温过程中吸收了一定量的热量，其内能不会发生变化。

D、在一个热机中，如果工作物质吸收了100J的热量，并对外做了80J的功，那么

其内能减少了20J。

答案：B、D

解析：选项A错误，因为物体在真空中下落时，虽然机械能守恒，但题目涉及的是

热力学第一定律，与机械能守恒无关。选项B正确，因为等压过程中，气体温度升高意

味着内能增加，根据热力学第一定律，吸收的热量大于对外做的功。选项C错误，等温

过程中虽然温度不变，但吸收的热量可以用来对外做功，所以内能可以发生变化。选项

D正确，根据热力学第一定律，AU=Q-W,如果Q是100J,W是80J,那么AU=IOOJ

-80J=20J,表示内能减少了20J。因此，正确答案是B、D。

3、关十热力学第一定律的表述，下列说法止确的是（）

A.热量从高温物体传向低温物体

B.封闭系统在做功和吸热时，系统内部能量的变化量等于吸热与做功之和

C.内能和热量都是状态函数

D.内能是系统中的气体分子热运动动能的总和

答案：B

解析•：热力学第一定律实际上是能量守恒与转化定律在热现象中的表达形式，它表

明一个系统的内能变化（AU）等于该系统从外界吸收的热量（Q）和外界对系统做的功

（W）的和，即AU=Q+Wo因此，选项B正确。选项A描述的是热量传递的方向，

而不是热力学第一定律的内容；选项C错误，因为热量不是状态函数；选项D只描述

了一部分内能的内容，并不全面。

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）

第一题

已知一定质量的理想气体，其体积（/）随温度（7）的变化关系可以描述为：（k⑺,

（其中C为常数）

（1）求出该气体的状态方程；

（2）若初始时刻，该气体体积为（%）,温度为（％）,经过一段时间后，体积变为（2%）,

求气体的温度变化量AT。

答案：

（1）该气体的状态方程为：（外〃=常数）（即（勿7=常数），因为PV=nRT,其

中n和R为常数，所以PV/T为常数）

（2）由题意知：（I/二。巧

当初始时，体积为（%），温度为（%），贝IJ（%=67》，

经过一段时间后，体积变为（2%），则（2%=。7+47））

将第一个方程代入第二个方程中得：

（2*=[7+dT）5）

解得:△T=3,刖

解析：

（1）根据理想气体状态方程PV=nRT,可以得到该理想气体的状态方程：（P勿7=

常数）。

（2）通过分析，我们得到两个方程：（%二。7方和/7了）。联立这两个

方程，然后解出AT的值。即先通过（力二C7）得到（C二%/切，代入（2%二■7+A。7）

中，从而解得AT的值。

第二题

（1）求物体所受合外力所做的功肌

（2）求物体动能的变化最△Ek；

（3）求物体从开始受到力作用到速度降为0的过程中，摩擦力所做的功Wf。

答案：

（1）物体所受合外力所做的功W为：W=-F*s,其中s为物体在运动过程中移

动的距离。

解析：由于物体受到的合外力只有摩擦力f,且f=F,所以合外力所做的功等于摩

擦力所做的功。根据功的定义，功等于力与物体在力的方向上移动距离的乘积，因此W

=-F*So

(2)物体动能的变化量AEk为：AEk=1/2*m*v'2-1/2*m*v0'2,其

中v为物体在运动过程中的速度。

解析：动能的变化量等于物体初始动能与最终动能之差。由于物体最终速度为0,

所以最终动能为0。根据动能的定义，初始动能和最终动能分别为1/2*m*v(T2和

1/2*m*\「2,HiltAEk=1/2*m*\/2-1/2*m*v0'2o

(3)摩擦力所做的功Wf为：Wf=f*s,其中f为摩擦力，s为物体在运动过程

中移动的距离。

解析：摩擦力所做的功等于摩擦力与物体在摩擦力方向上移动距离的乘积。根据题

意，摩擦力f等于恒力F,所以Wf=f*so

注意：本题中，摩擦力I•等于恒力F,所以物体所受合外力所做的功等于摩擦力所

做的功，即W=Wf。

第三题

题目描述

某气体处于初始状态时，压强为(修=3.0XPa),体积为(1二0.30nr)温度

为(T/=300K)。该气体经过一个绝热过程，体积变化到(七二0.60nr/求该过程中气体

的末态压强(4)和温度(北)。

已知气体的摩尔质量为0:29X76r-?kg/mol),阿伏伽德罗常数(心=6.022X

1/3moL),

答案

要处理的问题属于绝热过程，绝热过程中没有热曷的交换，所以热力学第一定律简

化为:

[/f=△£]

对于理想气体，根据理想气体状态方程，有:

[PV=7]

其中（〃）为摩尔数，⑺为通用气体常数，这里取（8.3〃J/（mol•K））o

在绝热过程中，令（心乙,为初态，（七，七⑸为末态，则：

由于没有热量交换,所以（4〃二。-W）且（0二。。

最后，根据理想气体状态方程，我们还有：

竺「2V方

其中：

M0.29

将题目中给定值代入：

［誓制［3。/。二月罚,3000=^^\以…800006

现在需要通过（力U=呜小7）用初末态条件联立解：

因此：

^300O\n^?=1x8.314X{7>-3〃切][3000X0.693=20.785(T2-300)][2079=

20.785{T2-300)][2-300=-1^七w][7>^400K]

再代入(2%=1800000)得到(P》：

1800000

=4500"

400

因此，末态压强（2:45O0Pa）和温度（“=400K）。

解析

在这个题目中，绝热过程的原理是关键。在这个过程中，系统的内能变化只与外界

做的功有关。根据理想气体状态方程，我们可以推导出压强与体积的关系，进而求出末

态的其它参数。通过热力学第一定律，在没有热量交换的情况下，末态的内能变化与所

做的功相等。最后通过联立上述多个方程求解末态的压强和温度。

第四题

一质量为2kg的物体，从高处自由落下，当其下降高度为10m时，机械能减少了多

少？已知阻力大小为空气阻力，为物体重量的一半，旦重力加速度g=10m/s2。

答案：

物体下降过程中的机械能减少量E二物体质量mX重力加速度gX下降高度h+

阻力FX下降高度h

E=2kgX10m/s2X10m+(1/2X2kgX10m/s2)X10m

E=200J+100J

E=300J

解析：

1.根据题意，物体自由落下，初始时机械能为mgh(势能)。

初始机械能E_initial=mgh=2kgX10m/s2X13m

E_initial=200J

2.在下降过程中，物体受到重力和空气阻力，且阻力恒定为物体重量的一半。

阻力F=(1/2)Xmg=(1/2)X2kgX10m/s2

F=ION

3.由于物体下降的过程中，阻力做负功，导致机械能减少。

机械能减少量E二阻力FX下降高度h

E=IONX10m

E=100J

4.物体在下降过程中的机械能减少量还包括重力势能的减少，根据能量守恒定律：

机械能减少量E_total二重力做功减少的重力势能+阻力做功减少的动能

E_total=mgXh+FXh

E_total=2kgX10m/s2X10m+IONX10m