第1节 热力学第一定律
1.关于物体的内能以及变化，以下说法正确的是（ ）
A.物体的温度改变时，其内能必定改变
B.物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热量，其内能也不一定改变
C.物体对外做功，其内能必定改变，物体向外传出一定热量其内能必定改变
D.若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变
2.当把打足气的车胎内的气体迅速放出时，会发现气嘴处的温度明显降低，这是因为（ ）
A.气体对外做功，同时向外放出热量
B.气体对外做功，胎内气体温度降低，从外界吸热
C.外界对气体做功，胎内气体向外传递热量
D.外界对胎内气体做功，同时向胎内气体传递热量
3.第一类永动机是不可能制成的，这是因为第一类永动机（ ）
A.不符合机械能守恒定律 B.违背了热力学第一定律
C.无法解决机械摩擦问题 D.找不到合适的材料和合理的设计方案
4.一定质量的理想气体在某一过程中，气体对外界做功1.6×104 J，从外界吸收热量3.8×104 J，则该理想气体的（ ）
A.温度降低，密度减小 B.温度降低，密度增大
C.温度升高，密度减小 D.温度升高，密度增大
5.（多选）如图所示，导热的气缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个砂桶，砂桶装满砂子时，活塞恰好静止，现将砂桶底部钻一个小洞，让细砂慢慢漏出。气缸外部温度恒定不变，则（ ）
A.缸内的气体压强减小，内能减小
B.缸内的气体压强增大，内能减小
C.缸内的气体压强增大，内能不变
D.外界对气体做功，缸内的气体放热
6.（多选）如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，下列说法正确的有（ ）
A.外界对气体做功
B.气体对外界做功
C.气体向外界放热
D.气体从外界吸热
7.（2022·山东高考5题）如图所示，内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时气缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将气缸缓慢转动90°过程中，缸内气体（ ）
A.内能增加，外界对气体做正功
B.内能减小，所有分子热运动速率都减小
C.温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D.温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
8.一定质量的理想气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，问：
（1）气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？
（2）分子的平均动能是增加还是减少？
9.（多选）早些年农村的小孩子常用旧圆珠笔芯做一种玩具，铁丝的一端缠绕棉花，用水打湿后从一端塞入笔芯内，将笔芯的另一端用力在马铃薯上触一下拔出来，然后用力推铁丝，马铃薯小块高速飞出，能打出十几米远。下列说法正确的是（ ）
A.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内密封的气体的温度升高
B.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体对外做功
C.马铃薯小块高速飞出的动能来自于气体内能
D.马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功
10.给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体（ ）
A.从外界吸热
B.对外界做负功
C.分子平均动能减小
D.内能增加
11.（1）某同学做了一个小实验，先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图所示。这是因为烧瓶里的气体吸收了水的 ，温度 ，体积 。
（2）若只对一定质量的理想气体做1 500 J的功，可使其温度升高5 K。若改成只用热传递的方式，使气体温度同样升高5 K，那么气体吸收 J的热量。如果对该气体做了2 000 J的功，使其温度升高了5 K，表明在该过程中，气体还 （选填“吸收”或“放出”）热量 J。
12.如图所示，质量为M、内部高为H、底面积为S的绝热汽缸内部带有加热装置，汽缸顶部有挡板，用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，用绳将活塞悬挂在天花板上，开始时缸内气体温度为T0，活塞到汽缸底部的距离为0.5H。已知大气压强恒为p0，忽略活塞和汽缸壁的厚度，不计一切摩擦，重力加速度为g。
（1）求活塞刚碰到挡板时气体的温度；
（2）汽缸内气体的温度从T0升高到3T0的过程中，气体吸收的热量为Q，求气体内能的增加量。
第1节 热力学第一定律
1.B 一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定。物体的温度改变时，其内能不一定改变，所以A错误。做功和热传递是改变物体内能的两种方式。若物体对外做功为W，同时吸收的热量为Q，且若W＞Q，则物体的内能减少；若W＝Q，则物体的内能不变；若W＜Q，则物体的内能增加。所以B正确，C、D错误。
2.B 根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知因迅速放气，使胎内气体对外做功（W＜0），气体来不及和外界交换热量（Q＝0），内能减少（ΔU＜0），温度降低，所以会发现车胎气嘴处的温度明显降低；气体温度降低，从而会和外界进行热交换，从外界吸收热量。故A、C、D错误，B正确。
3.B 第一类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一定律。
4.C 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝2.2×104 J可知：气体内能增加，温度升高，气体对外界做功，体积膨胀，密度减小。故选C。
5.CD 对活塞分析，根据平衡条件有p0S＝pS＋mg，则当m减小时，活塞所受合力方向向上，气体体积变小，则外界对气体做功，W＞0，由于气体的温度不变，则ΔU＝0，气体的内能不变，根据热力学第一定律可知，气体放热，根据玻意耳定律可知pV＝C，体积变小，压强变大，故C、D正确，A、B错误。
6.BD 由图可看出从a到b气体体积增大，温度升高，内能增大，气体对外界做功，气体从外界吸收热量，故选项B、D正确。
7.C 初始时气体的压强p1＝p0＋，体积为V1，温度为T1；将气缸缓慢转过90°后，气体的压强为p2＝p0，体积为V2，温度为T2。易知V2＞V1，故气体对外界做功，因气缸和活塞都是绝热的，根据热力学第一定律可得ΔU＜0，由于理想气体内能只与气体温度有关，所以T1＞T2，A、D错误。内能减小，不是所有气体分子热运动速率都减小，但速率大的分子数占总分子数的比例减小，B错误，C正确。
8.（1）减少 1.8×105 J （2）减少
解析：（1）气体从外界吸热Q＝4.2×105 J
外界对气体做功W＝－6×105 J
由热力学第一定律得
ΔU＝W＋Q＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J
ΔU为负，说明气体的内能减少了。所以，气体内能减少了1.8×105 J。
（2）因为理想气体不计分子势能，内能减少，说明气体分子的平均动能一定减少了。
9.AC 在快速推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内密封的气体可看作是经历绝热压缩的过程，外界对气体做功，气体的内能增加，笔芯内密封的气体的温度升高，故A正确；在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体的体积被压缩，是外界对气体做功，故B错误；封闭气体经历绝热膨胀过程，推出马铃薯小块，使马铃薯小块高速飞出的动能来自于气体内能，气体对外做了功，故C正确，D错误。
10.A 根据p＝p0＋可知，当车的载重M减小时，胎内气体的压强p减小，而胎内气体温度不变，由于胎内的气体不计分子间的势能，故可视为理想气体。由一定质量的理想气体状态方程＝C可知，胎内气体的体积增大，胎内气体对外界做正功，B错误；由于胎内气体的温度不变，所以气体的平均分子动能不变，胎内气体的内能不变，C、D错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体从外界吸热，A正确。
11.（1）热量 升高 增大 （2）1 500 放出 500
解析：（1）烧瓶和烧瓶内的气体要从热水中吸收水的热量，温度升高，体积增大。（2）做功和热传递都可以改变物体的内能，且是等效的。Q＝W－ΔU＝2 000 J－1 500 J＝500 J。
12.（1）2T0 （2）Q－（p0S－Mg）
解析：（1）在活塞碰到挡板前，气体发生等压变化，根据盖—吕萨克定律，有＝
解得T1＝2T0。
（2）从T0升高到3T0的过程中，气体先做等压变化，活塞碰到挡板后气体做等容变化，在等压变化过程中，设气体的压强为p，对汽缸有
Mg＋pS＝p0S
此过程气体对外做功W＝－0.5pSH
根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋W
解得ΔU＝Q－（p0S－Mg）。
2 / 3第1节 热力学第一定律
核心素养目标 1.掌握内能、功、热量、温度四个物理量的区别与联系。 2.知道改变物体内能的两种方式。 3.理解和掌握热力学第一定律，并会进行有关分析和计算。 4.了解第一类永动机及其不可能制成的原因
知识点一 功、热量与内能
1.物体内能的改变
（1）如果物体与外界无热传递，若外界对物体做功，则物体的内能 ；若物体对外做功，物体的内能 。
（2）如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体吸收热量时，它的内能 ；物体放出热量时，它的内能 。
（3）改变内能有两种方式： 和 。
2.热力学第一定律
（1）内容：物体内能的改变量ΔU等于外界对物体 与物体从外界 之和。
（2）表达式：ΔU＝ 。
知识点二 第一类永动机
1.历史上，有人幻想，设计一种 而永远对外做功的机器，这类机器称为第一类永动机。
2.第一类永动机不能制成的原因：违背了 。
【情景思辨】
（1）热量、功和内能三者单位相同，物理意义相同。（ ）
（2）物体对外做功，内能一定减少。（ ）
（3）物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。（ ）
（4）做功和热传递在改变物体的内能效果上是等效的，所以做功过程和热传递过程是一样的。（ ）
（5）第一类永动机违反了热力学第一定律，故不能实现。（ ）
（6）“全自动”机械手表是一种永动机。（ ）
（7）随着科技的飞速发展，第一类永动机终会成为现实。（ ）
要点一 热力学第一定律的理解和应用
【探究】
打气筒是日常生活中的一种工具，当我们用打气筒给自行车打气的时候，就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中你试着去摸一下打气筒的外壳有什么感觉？这是怎么回事呢？
【归纳】
1.改变内能的两种方式
比较项目 做功 热传递
内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少
物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移
相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的
2.对热力学第一定律的理解和应用
（1）热力学第一定律的理解
对ΔU＝Q＋W的理解：热力学第一定律将单纯的做功过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的大小，Q表示外界与物体间传递的热量大小。
（2）与热力学第一定律相对应的符号法则
做功W 热量Q 内能的改变ΔU
取正值“＋” 外界对物体做功 物体从外界吸收热量 物体的内能增加
取负值“－” 物体对外界做功 物体向外界放出热量 物体的内能减少
【典例1】 一定量的气体内能增加了3×105 J。
（1）若吸收了2×105 J的热量，则是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少焦耳的功？
（2）若气体对外界做了4×105 J的功，则是气体放热还是从外界吸热？放出或吸收的热量是多少？
尝试解答
1.（2024·福建厦门高二期末）礼花喷射器原理如图。通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中，罐内气体（ ）
A.温度保持不变 B.内能减少
C.分子热运动加剧 D.通过传热方式改变自身的内能
2.气缸中一定质量的理想气体内能增加了180 J，下列说法中正确的是（ ）
A.一定是外界做了180 J的功 B.一定是气体吸收了180 J的热量
C.一定是气体分子总动能增加了180 J D.物体分子热运动的平均动能可能不变
3.密闭的气缸如图所示，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的（ ）
A.温度升高，内能增加600 J B.温度升高，内能减少200 J
C.温度降低，内能增加600 J D.温度降低，内能减少200 J
要点二 气体实验定律和热力学第一定律的结合
1.判断是否做功的方法
一般情况下外界对气体做功与否，需看气体的体积是否变化。
（1）若气体体积增大，表明气体对外界做功，W＜0；
（2）若气体体积减小，表明外界对气体做功，W＞0。
2.几种常见的气体变化过程
（1）绝热过程：过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对气体做的功等于气体内能的增加。
（2）等容变化过程：过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，气体吸收的热量等于气体内能的增加。
（3）等温变化过程：过程的始、末状态气体的内能不变，即ΔU＝0，则Q＋W＝0或W＝－Q。
（4）等压变化过程：可用W＝p·ΔV求解做功问题，ΔV为气体体积的变化。
【典例2】 绝热气缸倒扣在水平地面上，缸内装有一电热丝，缸内有一光滑的绝热活塞，封闭一定质量的理想气体，活塞下吊着一重力为G的重物，活塞重力为G0，活塞的横截面积为S，开始时封闭气柱的高为h，气体的温度为T1，大气压强为p0。现给电热丝缓慢加热，若气体吸收热量Q时，活塞下降了h，求：
（1）气体的温度升高多少；
（2）气体的内能增加多少。
尝试解答
1.如图所示，一定质量的理想气体经历A→B的等压过程，B→C的等容过程，则（ ）
A.A→B过程，气体吸收热量 B.A→B过程，气体内能不变
C.B→C过程，气体压强减小 D.B→C过程，外界对气体做功
2.如图所示，在一个配有活塞的厚壁有机玻璃筒底放置一小团硝化棉，迅速向下压活塞，筒内气体被压缩后可点燃硝化棉。在筒内封闭的气体被活塞压缩的过程中（ ）
A.气体对外界做正功，气体内能增加 B.外界对气体做正功，气体内能增加
C.气体的温度升高，压强不变 D.气体的体积减小，压强不变
3.一定质量的气体，在保持压强恒等于1.0×105 Pa的状况下，体积从20 L膨胀到30 L，这一过程中气体共从外界吸热4×103 J，求：
（1）气体对外界做了多少焦耳的功；
（2）气体的内能变化了多少。
1.密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气（不计分子势能）（ ）
A.内能减小，吸收热量
B.内能减小，外界对其做功
C.内能增大，放出热量
D.内能增大，对外界做功
2.一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式中正确的是（ ）
A.W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B.W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C.W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J
D.W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
3.（多选）压力保温瓶的结构简图，活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压a的过程中，瓶内气体（ ）
A.内能增大 B.体积增大
C.压强增大 D.温度升高
4.（多选）对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（ ）
A.在大气中绝热膨胀时，气体内能减少
B.在真空中绝热膨胀时，气体内能不变
C.气体吸收热量，气体的内能一定增加
D.外界对气体做功，气体内能一定增加
5.干瘪的乒乓球在室外温度为270 K时，体积为V，球内压强0.9p0。为了让乒乓球鼓起来，将其放入温度恒为330 K热水中，经过一段时间后鼓起来了，体积恢复原状V，此过程气体对外做功为W0，球内的气体视为理想气体且不漏气，若乒乓球内气体的内能满足U＝kT（k为常量且大于零），求：
（1）恢复原状的乒乓球内气体的压强；
（2）干瘪的乒乓球恢复原状的过程中，乒乓球内气体吸收的热量。
第1节 热力学第一定律
【基础知识·准落实】
知识点一
1.（1）增加 减少 （2）增加 减少 （3）做功 热传递
2.（1）做的功W 吸收的热量Q （2）Q＋W
知识点二
1.不消耗任何能量
2.热力学第一定律
情景思辨
（1）× （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）× （7）×
【核心要点·快突破】
要点一
知识精研
【探究】 提示：外壳温度升高，用手摸烫手。因为压缩气体做功，使系统内能增加，温度升高。
【典例1】 （1）外界对气体做功 1×105 J （2）气体从外界吸热 7×105 J
解析：（1）由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得W＝ΔU－Q＝3×105 J－2×105 J＝1×105 J
故外界对气体做功。
（2）由ΔU＝Q＋W得
Q＝ΔU－W＝3×105 J－（－4×105 J）＝7×105 J
故气体从外界吸热。
素养训练
1.B 高压气体膨胀对外做功，气体内能转化为礼花的机械能，气体内能减少，温度降低，分子热运动减慢，故A、C错误，B正确；气体对外做功，内能减少，这是通过做功的方式改变自身的内能，故D错误。
2.C 做功和热传递都可以改变物体的内能，气体的内能增加180 J，其改变方式是不确定的，故A、B两项错误。而理想气体的内能是所有分子动能的总和，总动能增加了，而分子数没变，平均动能一定增加，故D项错误，C项正确。
3.A 对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋（－200 J）＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600 J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确。
要点二
知识精研
【典例2】 （1）T1 （2）Q＋（G＋G0）h－p0Sh
解析：（1）气体温度为T1时，气体初状态的参量为V1＝hS
气体温度为T2时，气体末状态参量为V2＝2hS
气体发生等压变化，由盖—吕萨克定律得＝
解得T2＝2T1，故气体的温度升高ΔT＝T2－T1＝T1。
（2）封闭气体的压强为p＝p0－
加热过程气体对外做功为W＝pSh＝（p0S－G－G0）h
由热力学第一定律得ΔU＝－W＋Q＝Q＋（G＋G0）h－p0Sh。
素养训练
1.A 由题图知A→B过程，气体压强不变，体积膨胀，气体对外做功（W＜0），温度升高，内能增大（ΔU＞0），根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知该过程气体吸收热量（Q＞0），故A正确，B错误；由题图知B→C过程，气体体积不变，则外界对气体不做功，温度升高，根据查理定律可知，压强增大，故C、D错误。
2.B 压缩玻璃筒内的空气，气体的压强变大，活塞的机械能转化为筒内空气的内能，空气的内能增加，温度升高，当达到硝化棉的燃点后，硝化棉会燃烧，即外界对气体做正功，气体内能增加，故B正确，A、C、D错误。
3.（1）103 J （2）3×103 J
解析：（1）气体对外做功W1＝p（V2－V1）＝1.0×105×（30－20）×10－3 J＝103 J
（2）外界对气体做功W＝－W1＝－1×103 J
根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q
解得ΔU＝－1×103 J＋4×103 J＝3×103 J
即内能增加3×103 J。
【教学效果·勤检测】
1.B 因不计分子势能，所以瓶内空气内能由温度决定，内能随温度降低而减小。空气内能减小、外界对空气做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，空气向外界放热。故A、C、D错误，B正确。
2.B 因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，B选项正确。
3.ACD 当向下压活塞a时，压力对气体做功，气体与外界又没有热交换，由热力学第一定律得瓶内气体的内能增大，故A正确；向下压a的过程中，气体的体积减小，故B错误；一定质量的气体，内能增大，温度升高，体积减小，根据理想气体状态方程＝C知气体的压强增大，故C、D正确。
4.AB 当气体绝热时，有Q＝0，而膨胀时，有W＜0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可得ΔU＜0，即气体的内能减小，故A正确；气体在真空中膨胀时因没有对外做功的对象，有W＝0，而绝热过程Q＝0，由ΔU＝Q＋W，可知ΔU＝0，则气体的内能不变，故B正确；气体吸收热量时Q＞0，但不清楚做功情况，则无法判断内能的变化情况，故C错误；外界对气体做功W＞0，而不知道热传递的情况，则不清楚内能的变化情况，故D错误。
5.（1）p0 （2）60k－W0
解析：（1）乒乓球内气体视为理想气体，有＝
解得p＝p0。
（2）该过程气体内能变化量为ΔU＝330k－270k＝60k
由热力学第一定律有ΔU＝W0＋Q
解得Q＝60k－W0。
4 / 4(共65张PPT)
第1节 热力学第一定律
核心 素养 目标 1.掌握内能、功、热量、温度四个物理量的区别与联系。
2.知道改变物体内能的两种方式。
3.理解和掌握热力学第一定律，并会进行有关分析和计算。
4.了解第一类永动机及其不可能制成的原因
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
核心要点·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
知识点一 功、热量与内能
1. 物体内能的改变
（1）如果物体与外界无热传递，若外界对物体做功，则物体的内
能 ；若物体对外做功，物体的内能 。
（2）如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体吸收
热量时，它的内能 ；物体放出热量时，它的内
能 。
（3）改变内能有两种方式： 和 。
增加
减少
增加
减少
做功
热传递
2. 热力学第一定律
（1）内容：物体内能的改变量ΔU等于外界对物体 与
物体从外界 之和。
（2）表达式：ΔU＝ 。
做的功W
吸收的热量Q
Q＋W
知识点二 第一类永动机
1. 历史上，有人幻想，设计一种 而永远对外做功
的机器，这类机器称为第一类永动机。
2. 第一类永动机不能制成的原因：违背了 。
不消耗任何能量
热力学第一定律
【情景思辨】
（1）热量、功和内能三者单位相同，物理意义相同。 （ × ）
（2）物体对外做功，内能一定减少。 （ × ）
（3）物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。 （ √ ）
（4）做功和热传递在改变物体的内能效果上是等效的，所以做功过
程和热传递过程是一样的。 （ × ）
（5）第一类永动机违反了热力学第一定律，故不能实现。
（ √ ）
（6）“全自动”机械手表是一种永动机。 （ × ）
（7）随着科技的飞速发展，第一类永动机终会成为现实。
（ × ）
×
×
√
×
√
×
×
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一 热力学第一定律的理解和应用
【探究】
打气筒是日常生活中的一种工具，当我们用打气筒给自行车打气的时候，就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中你试着去摸一下打气筒的外壳有什么感觉？这是怎么回事呢？
提示：外壳温度升高，用手摸烫手。因为压缩气体做功，使系统内能
增加，温度升高。
【归纳】
1. 改变内能的两种方式
比较项目 做功 热传递
内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少
物理实质 其他形式的能与内能
之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移
相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的 2. 对热力学第一定律的理解和应用
（1）热力学第一定律的理解
对ΔU＝Q＋W的理解：热力学第一定律将单纯的做功过程和
单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况，
既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，
W表示做功的大小，Q表示外界与物体间传递的热量大小。
（2）与热力学第一定律相对应的符号法则
做功W 热量Q 内能的改变ΔU
取正值“＋” 外界对物体做功 物体从外界吸收
热量 物体的内能增加
取负值“－” 物体对外界做功 物体向外界放出
热量 物体的内能减少
【典例1】 一定量的气体内能增加了3×105 J。
（1）若吸收了2×105 J的热量，则是气体对外界做功，还是外界对气
体做功？做了多少焦耳的功？
答案：外界对气体做功 1×105 J
解析：由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得W＝ΔU－Q＝
3×105 J－2×105 J＝1×105 J
故外界对气体做功。
解析： 由ΔU＝Q＋W得
Q＝ΔU－W＝3×105 J－（－4×105 J）＝7×105 J
故气体从外界吸热。
（2）若气体对外界做了4×105 J的功，则是气体放热还是从外界吸
热？放出或吸收的热量是多少？
答案：气体从外界吸热 7×105 J
1. （2024·福建厦门高二期末）礼花喷射器原理如图。通过扭动气阀
可释放压缩气罐内气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷向高
处，营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中，罐内气体（ ）
A. 温度保持不变
B. 内能减少
C. 分子热运动加剧
D. 通过传热方式改变自身的内能
解析： 高压气体膨胀对外做功，气体内能转化为礼花的机械
能，气体内能减少，温度降低，分子热运动减慢，故A、C错误，
B正确；气体对外做功，内能减少，这是通过做功的方式改变自身
的内能，故D错误。
2. 气缸中一定质量的理想气体内能增加了180 J，下列说法中正确的
是（ ）
A. 一定是外界做了180 J的功
B. 一定是气体吸收了180 J的热量
C. 一定是气体分子总动能增加了180 J
D. 物体分子热运动的平均动能可能不变
解析： 做功和热传递都可以改变物体的内能，气体的内能增加
180 J，其改变方式是不确定的，故A、B两项错误。而理想气体的
内能是所有分子动能的总和，总动能增加了，而分子数没变，平均
动能一定增加，故D项错误，C项正确。
3. 密闭的气缸如图所示，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功
800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的（ ）
A. 温度升高，内能增加600 J
B. 温度升高，内能减少200 J
C. 温度降低，内能增加600 J
D. 温度降低，内能减少200 J
解析： 对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可
知，ΔU＝800 J＋（－200 J）＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600
J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分
子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选
项A正确。
要点二 气体实验定律和热力学第一定律的结合
1. 判断是否做功的方法
一般情况下外界对气体做功与否，需看气体的体积是否变化。
（1）若气体体积增大，表明气体对外界做功，W＜0；
（2）若气体体积减小，表明外界对气体做功，W＞0。
2. 几种常见的气体变化过程
（1）绝热过程：过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对气体做
的功等于气体内能的增加。
（2）等容变化过程：过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，气体吸
收的热量等于气体内能的增加。
（3）等温变化过程：过程的始、末状态气体的内能不变，即ΔU＝
0，则Q＋W＝0或W＝－Q。
（4）等压变化过程：可用W＝p·ΔV求解做功问题，ΔV为气体体积
的变化。
【典例2】 绝热气缸倒扣在水平地面上，缸内装有一电热丝，缸内
有一光滑的绝热活塞，封闭一定质量的理想气体，活塞下吊着一重力
为G的重物，活塞重力为G0，活塞的横截面积为S，开始时封闭气柱的
高为h，气体的温度为T1，大气压强为p0。现给
电热丝缓慢加热，若气体吸收热量Q时，活塞
下降了h，求：
（1）气体的温度升高多少；
答案：T1
解析： 气体温度为T1时，气体初状态的参量为V1＝hS
气体温度为T2时，气体末状态参量为V2＝2hS
气体发生等压变化，由盖—吕萨克定律得＝
解得T2＝2T1，故气体的温度升高ΔT＝T2－T1＝T1。
（2）气体的内能增加多少。
答案：Q＋（G＋G0）h－p0Sh
解析： 封闭气体的压强为p＝p0－
加热过程气体对外做功为W＝pSh＝（p0S－G－G0）h
由热力学第一定律得
ΔU＝－W＋Q＝Q＋（G＋G0）h－p0Sh。
1. 如图所示，一定质量的理想气体经历A→B的等压过程，B→C的等
容过程，则（ ）
A. A→B过程，气体吸收热量
B. A→B过程，气体内能不变
C. B→C过程，气体压强减小
D. B→C过程，外界对气体做功
解析： 由题图知A→B过程，气体压强不变，体积膨胀，气体对
外做功（W＜0），温度升高，内能增大（ΔU＞0），根据热力学
第一定律ΔU＝Q＋W，可知该过程气体吸收热量（Q＞0），故A正
确，B错误；由题图知B→C过程，气体体积不变，则外界对气体不
做功，温度升高，根据查理定律可知，压强增大，故C、D错误。
2. 如图所示，在一个配有活塞的厚壁有机玻璃筒底放置一小团硝化
棉，迅速向下压活塞，筒内气体被压缩后可点燃硝化棉。在筒内封
闭的气体被活塞压缩的过程中（ ）
A. 气体对外界做正功，气体内能增加
B. 外界对气体做正功，气体内能增加
C. 气体的温度升高，压强不变
D. 气体的体积减小，压强不变
解析： 压缩玻璃筒内的空气，气体的压强变大，活塞的机械能
转化为筒内空气的内能，空气的内能增加，温度升高，当达到硝化
棉的燃点后，硝化棉会燃烧，即外界对气体做正功，气体内能增
加，故B正确，A、C、D错误。
3. 一定质量的气体，在保持压强恒等于1.0×105 Pa的状况下，体积
从20 L膨胀到30 L，这一过程中气体共从外界吸热4×103 J，求：
（1）气体对外界做了多少焦耳的功；
答案： 103 J
解析：气体对外做功W1＝p（V2－V1）＝1.0×105×
（30－20）×10－3 J＝103 J
解析：外界对气体做功W＝－W1＝－1×103 J
根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q
解得ΔU＝－1×103 J＋4×103 J＝3×103 J
即内能增加3×103 J。
（2）气体的内能变化了多少。
答案： 3×103 J
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
03
1. 密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气（不计分
子势能）（ ）
A. 内能减小，吸收热量
B. 内能减小，外界对其做功
C. 内能增大，放出热量
D. 内能增大，对外界做功
解析：因不计分子势能，所以瓶内空气内能由温度决定，内能随温度降低而减小。空气内能减小、外界对空气做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，空气向外界放热。故A、C、D错误，B正确。
2. 一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体
的内能减少了1.2×105 J，则下列各式中正确的是（ ）
A. W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B. W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C. W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J
D. W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
解析： 因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；内能
减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU
＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，
B选项正确。
3. （多选）压力保温瓶的结构简图，活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压a的过程中，瓶内气体（ ）
A. 内能增大 B. 体积增大
C. 压强增大 D. 温度升高
解析：当向下压活塞a时，压力对气体做功，气体与外界又没有热交换，由热力学第一定律得瓶内气体的内能增大，故A正确；向下压a的过程中，气体的体积减小，故B错误；一定质量的气体，内能增大，温度升高，体积减小，根据理想气体状态方程＝C知气体的压强增大，故C、D正确。
4. （多选）对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（ ）
A. 在大气中绝热膨胀时，气体内能减少
B. 在真空中绝热膨胀时，气体内能不变
C. 气体吸收热量，气体的内能一定增加
D. 外界对气体做功，气体内能一定增加
解析： 当气体绝热时，有Q＝0，而膨胀时，有W＜0，由热力
学第一定律ΔU＝Q＋W，可得ΔU＜0，即气体的内能减小，故A正
确；气体在真空中膨胀时因没有对外做功的对象，有W＝0，而绝
热过程Q＝0，由ΔU＝Q＋W，可知ΔU＝0，则气体的内能不变，故
B正确；气体吸收热量时Q＞0，但不清楚做功情况，则无法判断内
能的变化情况，故C错误；外界对气体做功W＞0，而不知道热传递
的情况，则不清楚内能的变化情况，故D错误。
5. 干瘪的乒乓球在室外温度为270 K时，体积为V，球内压强
0.9p0。为了让乒乓球鼓起来，将其放入温度恒为330 K热水中，经
过一段时间后鼓起来了，体积恢复原状V，此过程气体对外做功为
W0，球内的气体视为理想气体且不漏气，若乒乓球内气体的内能
满足U＝kT（k为常量且大于零），求：
（1）恢复原状的乒乓球内气体的压强；
答案：p0
解析：乒乓球内气体视为理想气体，有＝
解得p＝p0。
（2）干瘪的乒乓球恢复原状的过程中，乒乓球内气体吸收的热量。
答案：60k－W0
解析：该过程气体内能变化量为ΔU＝330k－270k＝60k
由热力学第一定律有ΔU＝W0＋Q
解得Q＝60k－W0。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
1. 关于物体的内能以及变化，以下说法正确的是（ ）
A. 物体的温度改变时，其内能必定改变
B. 物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热量，其内能也
不一定改变
C. 物体对外做功，其内能必定改变，物体向外传出一定热量其内能
必定改变
D. 若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变
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解析： 一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定。物体
的温度改变时，其内能不一定改变，所以A错误。做功和热传递是
改变物体内能的两种方式。若物体对外做功为W，同时吸收的热量
为Q，且若W＞Q，则物体的内能减少；若W＝Q，则物体的内能不
变；若W＜Q，则物体的内能增加。所以B正确，C、D错误。
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2. 当把打足气的车胎内的气体迅速放出时，会发现气嘴处的温度明显
降低，这是因为（ ）
A. 气体对外做功，同时向外放出热量
B. 气体对外做功，胎内气体温度降低，从外界吸热
C. 外界对气体做功，胎内气体向外传递热量
D. 外界对胎内气体做功，同时向胎内气体传递热量
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解析： 根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知因迅速放气，使
胎内气体对外做功（W＜0），气体来不及和外界交换热量（Q＝
0），内能减少（ΔU＜0），温度降低，所以会发现车胎气嘴处的
温度明显降低；气体温度降低，从而会和外界进行热交换，从外界
吸收热量。故A、C、D错误，B正确。
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3. 第一类永动机是不可能制成的，这是因为第一类永动机（ ）
A. 不符合机械能守恒定律
B. 违背了热力学第一定律
C. 无法解决机械摩擦问题
D. 找不到合适的材料和合理的设计方案
解析： 第一类永动机不可能制成是因为违背了热力学第一
定律。
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4. 一定质量的理想气体在某一过程中，气体对外界做功1.6×104 J，
从外界吸收热量3.8×104 J，则该理想气体的（ ）
A. 温度降低，密度减小 B. 温度降低，密度增大
C. 温度升高，密度减小 D. 温度升高，密度增大
解析： 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝2.2×104 J可知：气体
内能增加，温度升高，气体对外界做功，体积膨胀，密度减小。故
选C。
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5. （多选）如图所示，导热的气缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质
量的理想气体，活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个砂桶，砂
桶装满砂子时，活塞恰好静止，现将砂桶底部钻一个小洞，让细砂
慢慢漏出。气缸外部温度恒定不变，则（ ）
A. 缸内的气体压强减小，内能减小
B. 缸内的气体压强增大，内能减小
C. 缸内的气体压强增大，内能不变
D. 外界对气体做功，缸内的气体放热
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解析： 对活塞分析，根据平衡条件有p0S＝pS＋mg，则当m减
小时，活塞所受合力方向向上，气体体积变小，则外界对气体做
功，W＞0，由于气体的温度不变，则ΔU＝0，气体的内能不变，
根据热力学第一定律可知，气体放热，根据玻意耳定律可知pV＝
C，体积变小，压强变大，故C、D正确，A、B错误。
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6. （多选）如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，下
列说法正确的有（ ）
A. 外界对气体做功
B. 气体对外界做功
C. 气体向外界放热
D. 气体从外界吸热
解析： 由图可看出从a到b气体体积增大，温度升高，内能增
大，气体对外界做功，气体从外界吸收热量，故选项B、D正确。
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7. （2022·山东高考5题）如图所示，内壁光滑的绝热气缸内用绝热活
塞封闭一定质量的理想气体，初始时气缸开口向上放置，活塞处于
静止状态，将气缸缓慢转动90°过程中，缸内气体（ ）
A. 内能增加，外界对气体做正功
B. 内能减小，所有分子热运动速率都减小
C. 温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D. 温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
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解析： 初始时气体的压强p1＝p0＋，体积为V1，温度为T1；
将气缸缓慢转过90°后，气体的压强为p2＝p0，体积为V2，温度为
T2。易知V2＞V1，故气体对外界做功，因气缸和活塞都是绝热的，
根据热力学第一定律可得ΔU＜0，由于理想气体内能只与气体温度
有关，所以T1＞T2，A、D错误。内能减小，不是所有气体分子热
运动速率都减小，但速率大的分子数占总分子数的比例减小，B错
误，C正确。
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8. 一定质量的理想气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对
外做了6×105 J的功，问：
（1）气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？
答案：减少 1.8×105 J
解析：气体从外界吸热Q＝4.2×105 J
外界对气体做功W＝－6×105 J
由热力学第一定律得
ΔU＝W＋Q＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J
ΔU为负，说明气体的内能减少了。所以，气体内能减少了
1.8×105 J。
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（2）分子的平均动能是增加还是减少？
答案：减少
解析：因为理想气体不计分子势能，内能减少，说明气体分子
的平均动能一定减少了。
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9. （多选）早些年农村的小孩子常用旧圆珠笔芯做一种玩具，铁丝的一端缠绕棉花，用水打湿后从一端塞入笔芯内，将笔芯的另一端用力在马铃薯上触一下拔出来，然后用力推铁丝，马铃薯小块高速飞出，能打出十几米远。下列说法正确的是（ ）
A. 在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程
中，笔芯内密封的气体的温度升高
B. 在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体对外做功
C. 马铃薯小块高速飞出的动能来自于气体内能
D. 马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功
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解析： 在快速推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内
密封的气体可看作是经历绝热压缩的过程，外界对气体做功，气体
的内能增加，笔芯内密封的气体的温度升高，故A正确；在推铁丝
而马铃薯小块未飞出的过程中，气体的体积被压缩，是外界对气体
做功，故B错误；封闭气体经历绝热膨胀过程，推出马铃薯小块，
使马铃薯小块高速飞出的动能来自于气体内能，气体对外做了功，
故C正确，D错误。
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10. 给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎
不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体
（ ）
A. 从外界吸热 B. 对外界做负功
C. 分子平均动能减小 D. 内能增加
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解析： 根据p＝p0＋可知，当车的载重M减小时，胎内气体
的压强p减小，而胎内气体温度不变，由于胎内的气体不计分子间
的势能，故可视为理想气体。由一定质量的理想气体状态方程
＝C可知，胎内气体的体积增大，胎内气体对外界做正功，B错
误；由于胎内气体的温度不变，所以气体的平均分子动能不变，
胎内气体的内能不变，C、D错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q
可知，气体从外界吸热，A正确。
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11.（1）某同学做了一个小实验，先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小
时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧
瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图所示。这
是因为烧瓶里的气体吸收了水的 ，温度 ，体
积 。
热量
升高
增大
解析：烧瓶和烧瓶内的气体要从热水中
吸收水的热量，温度升高，体积增大。
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（2）若只对一定质量的理想气体做1 500 J的功，可使其温度升高5
K。若改成只用热传递的方式，使气体温度同样升高5 K，那么
气体吸收 J的热量。如果对该气体做了2 000 J的功，使
其温度升高了5 K，表明在该过程中，气体还 （选填
“吸收”或“放出”）热量 J。
1 500
放出
500
解析：做功和热传递都可以改变物体的内能，且是等效的。Q＝W－ΔU＝2 000 J－1 500 J＝500 J。
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12. 如图所示，质量为M、内部高为H、底面积为S的绝热汽缸内部带
有加热装置，汽缸顶部有挡板，用绝热活塞封闭一定质量的理想
气体，用绳将活塞悬挂在天花板上，开始时缸内气体温度为T0，
活塞到汽缸底部的距离为0.5H。已知大气压强恒为p0，忽略活塞
和汽缸壁的厚度，不计一切摩擦，重力加速度为g。
（1）求活塞刚碰到挡板时气体的温度；
答案：2T0
解析：在活塞碰到挡板前，气体发生等压变化，
根据盖—吕萨克定律，有＝
解得T1＝2T0。
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（2）汽缸内气体的温度从T0升高到3T0的过程中，气体吸收的热量为Q，求气体内能的增加量。
答案：Q－（p0S－Mg）
解析： 从T0升高到3T0的过程中，气体先做等压
变化，活塞碰到挡板后气体做等容变化，在等压
变化过程中，设气体的压强为p，对汽缸有Mg＋pS＝p0S
此过程气体对外做功W＝－0.5pSH
根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋W
解得ΔU＝Q－（p0S－Mg）。
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