功、熱和內能的改變、熱力學第一定律【六大考點+六大題型】（原卷版）-2025-2026學年高二物理下學期（人教版選擇性必修第三冊）

功、熱和內能的改變、熱力學第一定律【六大考點+六大題型】

＞考點梳理

＞考點一：熱量、功和內能的概念和理解

＞考點二：內能的改變方式

＞考點三：理解熱力學第一定律

＞考點四：熱力學第一定律初步應用

＞考點五：熱力學定律在圖像中的應用

＞考點六：理想氣體方程與熱力學第一定律交匯計算問題

知識點01、焦耳的實驗

1.絕熱過程：系統不從外界吸熱,也不向外界放熱的過程.

2.代表性實驗

(1)重物下落時帶動口I片轉動，攪拌容相中的水，水由于摩擦而溫度qf」

(2)通過電流的熱效應給液體加熱.

3.實驗結論：在熱力學系統的絕熱過程中，外界對系統做的功僅由過程的始定兩個狀態決定，不依賴于做功的具

體過程和方式.

4.內能：只依賴于熱力學系統包量狀態的物理量.

知識點02、功與內能的改變

1.功與內能的改變

在熱力學系統的絕熱過程中，當系統從狀態1經過絕熱過程達到狀態2時,內能的變化量A。一”一兄等于外界對

系統所做的功優即△￡一￡：

2.理解

(1)廬的適用條件是維熱過程.

(2)在絕熱過程中：外界對系統做功，系統的內能增加；系統對外做功，系統的內能減少.

知識點03、熱與內能的改變

1.傳熱

(D條件：物體的溫度不同.

(2)傳熱：熱從高溫物體傳到了低溫物體.

2.熱和內能

(1)熱量：在單純的傳熱過程中系統匹能變化的量度.

(2)熱與內能的改變

當系統從狀態1經過單純的傳熱達到狀態2時，內能的變化量小〃="一，等于外界向系統傳遞的熱量Q,即△U=

且

（3）傳熱與做功在改變系統內能上的異同.

①做功利傳熱都能引起系統內建的改變.

②做功時，內能與其他形式的能發生笠化；傳熱只是不同物體（或一個物體的不同部分）之間內能的我迄

知識點4、熱力學第一定律

1.改變內能的兩種方式：做功與傳熱.兩者對改變系統的內能是等價的.

2.熱力學第一定律：一個熱力學系統的內能變化量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和.

技巧歸納

一：改變內能的兩種方式的比較

比較

做功熱傳遞

項目

內能外界對物體做功，物體的內能增加；物體物體吸收熱量，內能增加:物體放出熱量，

變化對外界做功，物體的內能減少內能減少

物理不同物體間或同一物體不同部分之間內

其他形式的能與內能之間的轉化

實質能的轉移

相互

做一定量的功和傳遞相同量的熱量在改變內能的效果上是相同的

聯系

二.對公式AU=Q+W符號的規定

符號中Q

體積減小，外界對熱力學系

十熱力學系統吸收熱量內能增加

統做功

體積增大，熱力學系統對外

—熱力學系統放出熱量內能減少

界做功

三.氣體狀態變化的幾種特殊情況

（1）絕熱過程：后0,MAU=//；系統內能的增加（或減少）量等于外界對系統（或物體對外界）做的功.

（2）等容過程：#三0,則八〃=。，物體內能的增加量（或減少量）等于系統從外界吸收（或系統向外界放出）的熱量.

（3）等溫過程：始末狀態一定質量理想氣體的內能不變，即bU=O,則“三一0（或g—#）,外界對系統做的功等于

系統放出的熱量（或系統吸收的熱量等于系統對外界做的功）.

四.判斷氣體是否做功的方法

一般情況下看氣體的體積是否變化.

①若氣體體積增大，表明氣體對外界做功，KO.②若氣體體積減小，表明外界對氣體做功，#>9.

〉舉一反三

題型一：熱量、功和內能的概念和理解

【典例1].（24-25高一下?浙江?月考）下列關于功、內能、熱量的描述正確的是（)

2

A.機械能為零的物體，內能也一定為零

B,熱量總是從內能大的物體向內能小的物體傳遞

C.做功和熱傳遞都能改變物體的內能

D.物體的內能增大，溫度一定升高

【變式1].（23-24高三上?寧夏中衛?月考）關于系統的內能及其變化，下列說法中正確的是（）

A.系統的溫度改變時，其內能必定改變

B.系統對外做功，其內能不一定改變；系統向外傳遞熱量，其內能不一定改變

C.對系統做功，系統內能必定改變；系統向外傳出一定熱量，其內能必定改變

D.若系統與外界不發生熱交換，則系統的內能必定不改變

【變式2].（22-23高二下?全國?課前預習）下列關于熱量、功和內能的說法中，錯誤的是（）

A.熱量、功都可以作為物體內能的量度B.熱量、功都可以作為物體內能變化的量度

C.熱量、功、內能的單位相同D.熱量和功是由過程決定的，而內能是由物體狀態決定的

【變式3].（24-25高二下?江蘇南通?期中）關于物體的內能，下列說法正確的是（）

A,熱水的內能不一定比冷水的大

B.當溫度等于（）。（2時，分子動能為零

C.絕熱密閉容器突然減速停止，容器里的氣體內能不會發生改變

D,溫度相等的水和冰，它們的內能一定相等

題型二：內能的改變方式

【典例2].（25-26高二下?全國?課后作業）如圖所示是古人鍛造鐵器的過程，關于改變物體內能的方式，下列說法

正確的是（）

A.加熱和鍛打屬于傳熱，淬火屬于做功

B.加熱屬于傳熱，鍛打和淬火屬于做功

C.加熱和淬火屬于傳熱，鍛打屬于做功

D.加熱和淬火屬于做功，鍛打屬于傳熱

【變式11（24-25高二下?全國?課后作業）做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，有下列物理過程：

①汽缸內霧化柴油的壓縮點燃②太陽灶煮飯③擦火柴④鉆木取火⑤進入大氣層的人造衛星被燒毀

下列判斷正確的是（）

A.屬于熱傳遞的只有①②⑤B.屬于熱傳遞的只有②

3

C.屬于做功過程的只有③④D.屬于做功過程的只有③④⑤

【變式2】.（2022高三?全國?專題練習）下列關于做功和傳熱的說法中，正確的是（）

A.做功和傳熱都能引起系統內能的改變

B.只要外界對物體做功，物體的內能就一定改變

C.傳熱的條件是物體間存在內能差

D.做功和傳熱改變物體內能的實質是?樣的

【變式3].（25-26高一上?北京?開學考試）如圖所示的四個實例中，用熱傳遞的方式來改變物體內能的是（）

題型三：理解熱力學第一定律

【典例3].（22-23高二下?福建莆田?課后作業）關于系統的內能及其變化，下列說法中正確的是（）

A.系統的溫度改變時，其內能必定改變

B.系統對外做功，其內能不一定改變；向系統傳遞熱量，其內能不一定改變

C.對系統做功，系統內能必定改變：系統向外傳出一定熱量，其內能必定改變

D.若系統與外界不發生熱交換，則系統的內能必定不改變

【變式1].（22?23高二下?貴州六盤水?期末）根據熱力學定律，下列說法正確的是（）

A.氣體被緩慢壓縮時，內能可能不變

B.對能源的過渡消耗使自然界的能量不斷減少，形成“能源危機”

C.一定質量的理想氣體，在壓強減小、體積增大時，一定從外界吸收熱量

D.一定質量的理想氣體，在溫度降低、體積增大時，一定從外界吸收熱量

【變式2].（24-25高二下?遼寧葫蘆島?期中）關于物體內能的改變，下列說法正確的是（）

A.外界對物體做功，物體的內能一定增加

B.物體吸收熱量，它的內能一定增加

C.物體放出熱量，它的內能一定減少

4

D.改變物體內能的物理過程有兩種：做功和熱傳遞

題型四：熱力學第一定律初步應用

【典例4].（25-26高二下?全國?課后作業）一定質量的理想氣體被活塞封閉在導熱的氣缸中，如圖所示。不計活塞

與氣缸司的摩擦，當用外力向上緩慢拉動活塞的過程中，環境溫度保持不變。下列判斷正確的是（）

A.拉力對氣體做正功，氣體內能增加，吸收熱量B.氣體對外做功，內能不變，吸收熱量

C.外界對氣體做功，內能不變，放出熱量D.氣體吸收的熱量大于氣體對活塞做的功

【變式1].（24-25高二下?云南?月考）如圖所示，固定汽缸內由輕質活塞封閉一定質量的理想氣體，開始時活塞處

于靜止狀態，用電熱絲對氣體加熱過程中，活塞向上緩慢移動，移動過程中活塞與汽缸的摩擦忽略不計，且氣體與

外界環境沒有熱交換。以下說法正確的是（）

A.氣體的溫度保持不變B.外界對氣體做正功

C.氣體的壓強大于外界氣體壓強D.氣體的內能增加

【變式2].（24-25高一下?江蘇淮安?期木）如圖所示，自動洗衣機的洗衣缸與細管連通，細管內封閉一定質量的氣

體。洗衣缸進水時氣體被壓縮，設細管內氣體溫度不變，則氣體（）

A.在該過程中吸收熱量B.分子平均動能變大

C.分子數密度變大D.分子與細管單位面積上的撞擊力變小

【變式3].（25-26高三上?河北唐山?月考）某種椅子的氣壓棒簡易結構如圖所示，M、N兩金屬筒間密閉了一定質

量的氣體，M可沿N的內壁上下滑動，若環境溫度保持不變，在M緩慢向上滑動的過程中（）

5

A.外界對氣體做功，氣體壓強減小B.外界對氣體做功，氣體壓強增大

C.氣體對外界做功，氣體壓強增大D.氣體對外界做功，氣體壓強減小

題型五：熱力學定律在圖像中的應用

【典例5].（25-26高三上?山東?開學考試）如圖所示，一定質量的理想氣體循環過程的2-/圖像。BTC為等壓

過程，。-＞力為等容過程，力和CT。為等溫過程。關于該循環過程，下列說法正確的是（）

A.過程氣體向外界放出熱量

B.ATB過程氣體向外界放出熱量大于外界對氣體做的功

C.過程氣體對外做功，氣體分子的平均動能減小

D.在8fC過程中，單位時間內與器壁單位面積碰撞的氣體分子數減少

【變式11（24-25高一下?福建廈門?階段練習）著名的“卡諾循環”是由卡諾于1824年提出的，它可用于分析熱機

的工作過程。如圖所示，一定質量的理想氣體經過“卡諾循環”，從狀態力經過程48、BC、CD、D4后又回到狀態

A,其中，過程48和。為等溫過程，過程8c和。4為絕熱過程，下列說法正確的是（）

A./〃過程中，氣體從外界吸熱并全部用來對外做功

B.8C過程中，因氣體既不吸熱也不放熱，故氣體的內能不變

C.CO過程中，因外界對氣體做功，故氣體的內能增大

D.D4過程中，氣體分子的平均動能減小

【變式2】.（2025?河北秦皇島?模擬預測）列車運行的平穩性與車廂的震動密切相關，車廂底部安裝的空氣彈簧可

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以有效減震?？諝鈴椈芍饕苫钊?、汽缸及汽缸內封閉的一定質量的氣體構成，乘客上下車及劇烈顛簸均能引起車

廂震動，從而引起缸內氣體的狀態變化。列車沿某路段行駛時，缸內氣體（視為理想氣體）從力狀態經夕狀態變化

到C狀態，圖像如圖所示，下列說法正確的是（）

A.氣體從力狀態變化到8狀態的過程中，缸內氣體內能減小

B.氣體從力狀態變化到8狀態的過程中，缸內氣體向外界釋放熱量

C.缸內氣體處于力狀態時的溫度大于處于C狀態時的溫度

D.氣體從彳狀態變化到。狀態的過程中，氣體對外做的功小于吸收的熱量

【變式3].（24-25高二下江蘇南通期中）一定質量的理想氣體由狀態。開始，經歷afb、Ie、二個過

程回到狀態其圖像如圖所示，其中A與縱軸平行。已知。、c兩狀態下氣體的溫度相同，Q->b的過程中

氣體向外界放出熱量大小為。，下列說法錯誤的是（）

A.8-c過程中氣體從外界吸收熱量，大小為。

B.。一8過程中氣體內能變化量的絕對值小于放出熱量的絕對值

C.4、C狀態下氣體的內能相等

3

D.。->8->。->。整個過程中氣體對外界做功，大小為520匕

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題型六：理想氣體方程與熱力學第一定律交匯計算問題

【典例6].(24-25高二下?浙江杭州?期中)如圖所示是用導熱性能良好的材料制成的空氣壓縮引火儀，活塞的橫截

面積S=1cm?;開始時封閉的空氣柱長度為24cm、溫度為300K、壓強為大氣壓強為=1x10$Pa；現在用豎直向下

的外力產壓縮氣體，使封閉空氣柱長度變為4cm,不計活塞的質量、活塞與器壁的摩擦以及漏氣c

4

(1)若用足夠長的時間緩慢壓縮氣體，求壓縮后氣體的壓強：

(2)若以較快的速度壓縮氣體，最終壓強達到6.6xl()5pa時，求空氣柱的溫度：

(3)第(2)壓縮氣體過程中最終人時活塞做功為100J,氣體向外散失的熱量為22.2J,求氣體的內能增加量。

【變式1].(25-26高二下?全國?課后，’乍業)如圖所示，一個質量為.，〃的形活塞在氣缸內封閉一定量的理想氣體,

活塞體積可忽略不計，距氣缸底部4處連接一U形細管(管內氣體的體枳忽略不計)。初始時，封閉氣體溫度為

I，活塞距離氣缸底部為1.84，兩邊水銀柱存在高度差。已知水銀密度為P，大氣壓強為P。，氣缸橫截面積為S,

活塞豎直部分高為12%,重力加速度為g,求：

(1)通過制冷裝置緩慢降低氣體溫度,當溫度為多少時兩邊水銀面恰好相平：

(2)從開始至兩水銀面恰好相平的過程中，若氣體放出的熱量為。，求氣體內能的變化量。

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【變式2】.(2026?海南?一模)小明看到同學設計的一款火警報警裝置，其原理如圖所示，固定在水平地面上的導

熱汽缸內，表面涂有導電物質的質量為〃?橫截面積為S的活塞密封一定質量的理想氣體，〃?=中，常態27c時,

2g

活塞距汽缸底部的高度為兒要求環境溫度127℃時報警，不計活塞與汽缸之間的摩擦。小明覺得若整個裝置以某

一加速度。加速下降時，這個裝置也會報警，求：

(1)剛好火災報警時，活塞比常態時上升的距離d與h的比值；

(2)若從常態到恰好火災報警時氣體內能增加了AU=15〃3,求此過程氣體吸收的熱量Q與NJ的比值。

【變式3].(25-26高二下?全國?隨堂練習)某充氣式座椅簡化模型如圖所示，導熱良好的兩個氣缸C、D通過活塞

分別封閉質量相等的兩部分同種理想氣體A、B,活塞通過輕彈簧相連，靜置在水平面上。已知兩個氣缸C、D的

質量均為M(氣缸壁的厚度不計)，初始環境溫度為封閉氣體的初始高度均為小輕彈簧的勁度系數為晨原長

為4,大氣壓強為/力,重力加速度為g,活塞的橫截面積均為S,活塞的質量和厚度不計，彈簧形變始終在彈性限

度內，活塞始終未脫離氣缸，不計活塞與氣缸之間的摩擦。

(1)若環境溫度緩慢降至0.87;“求穩定后活塞a離水平面的高度：

(2)若環境溫度緩慢升至1.27。，A、B氣體總內能增加AU,求A氣體從外界吸收的熱量。

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〉雙基達標

一、單選題

1.（25-26高二下?全國?課后作業）用酒精燈給試管中的水加熱，如圖所示，在軟木塞被沖出試管口的過程中，下列

說法正確的是（）

A.水蒸氣對軟木塞做功，水蒸氣的內能增大

B.水蒸氣的內能轉化為軟木塞的機械能

C.能量的轉化形式與熱機壓縮沖程能量轉化相同

D.軟木塞的機械能守恒

2.（2526高二下?全國?課后作業）物體的內能增加了20J,下列說法正確的是（）

A.一定是外界對物體做了20J的功B.一定是物體吸收了20J的熱量

C.一定是物體分子的平均動能增加了20JD.物體分子的平均動能可能不變

3.（24-25高二下?全國?課后作業）把浸有乙醛的一小塊棉花放在厚玻璃筒的底部，當快速下壓活塞時，由于被壓縮

的空氣探然變熱，溫度升高，達到了乙醛的燃點，使浸有乙處的棉花燃燒起來，此實驗的目的是要說明（）

A.做功可以升高物體的溫度B.做功可以改變物體的內能

C.做功一定可以增加物體的內能D.做功可以增加物體的熱量

4.（2526高二下?全國?課后作業）如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態為依次經過狀態8、。和。后再回到狀態

A.其中，力和Cf。為等溫過程，〃-＞。和。-＞力為絕熱過程（氣體與外界無熱量交換）。該循環過程中，

下列說法正確的是（）

A.4f8過程中，氣體的內能不變

B.C過程中，氣體分子的平均動能增大

C.CfQ過程中，氣體分子數密度增大，單位時間內碰撞單位面積器壁的分子數減少

D.。一力過程中，外界對氣體做的功小于氣體內能的增加量

10

5.（25-26高二下?全國?課后作業）擁有私家車的人越來越多，說明人們生活水平不斷提高。某汽車的發動機汽缸內

裝有汽油與空氣的混合氣體，如圖所示，要使該混合氣體達到其燃點，則（）

A.迅速向外拉活塞B.迅速向里推活塞

C.緩慢向里推活塞D.緩慢向外拉活塞

6.（24-25高二下?江蘇徐州?月考）一定量的理想氣體從狀態M可以經歷過程1或者過程2到達狀態M其p-P圖

像如圖所示。在過程1中，氣體始終與外界無熱量交換；在過程2中，氣體先經歷等容變化再經歷等壓變化，對于

這兩個過程，下列說法正確的是（）

A.氣體經歷過程1,其溫度降低B.氣體經歷過程1,其內能增大

C.氣體在過程2中一直對外放熱D.氣體在過程2中一直對外做功

7.（2025?河北保定?一模）如圖所示，一導熱汽缸豎直放置于恒溫的環境中，汽缸內有一水平活塞，將一定質量的

理想氣體密閉在汽缸內?；钊c汽缸壁間無摩擦，活塞上放置一個開口向上的玻璃瓶，整個裝置處于平衡狀態。若

向瓶中緩慢加水，則該過程中（）

A.外界對缸內氣體做功，所以氣體內能增加

B.缸內氣體對外界做功，同時吸熱，所以氣體內能不變

C.氣體分子數密度增大，而氣體分子的平均動能不變，所以汽缸內壁單位面積上受到氣體分子的撞擊力變大

D.山于氣體分子的總數口不變，氣體分子的平均動能也不變，故汽缸內壁單位面積上受到氣體分子的撞擊力

II

大小不變

8.（25-26高三上?湖北?月考）一定質量的理想氣體從狀態4開始，經歷4-C-4一次循環回到力狀態，其

壓強P版體積倒數上變化的圖像如圖所示，其中力〃的反向延長線過原點。,8。為雙曲線，CN與橫軸平行。下列說

A.力-4過程氣體內能不變，氣體從外界吸收熱量

B.8->C過程氣體分子平均動能不變

C.C-4過程氣體分子單位時間內對容器壁單位面枳的碰撞次數減少

D.478-C—4全過程氣體從外界吸收熱量

9.（2425高二下?云南昆明?月考）在豎直放置的圓柱形容器內用質最為〃?的活塞密封一定質鼠的氣體，活塞能無

摩擦地滑動，容器的橫截面積為S,將整個裝置放在大氣壓恒為的空氣中，開始時氣體的溫度為7°,活塞與容器

底的距離為加，當氣體從外界吸收熱量。后，活塞緩慢上升d后再次平衡。已知重力加速度為g,下列判斷正確的

是（）

A.外界對氣體做功"=p0Sd+〃3B.氣體的壓強始終為。=為一等

C.外界環境溫度為（=（1+軸D.氣體的內能改變量為從/=。-2科-〃3

10.（24-25高二下?河北石家莊?階段練習）一定質量的理想氣體，從狀態力經3、C變化到狀態。的變化過程

圖像如圖所示，48與橫軸平行，與縱軸平行，OQC在同一直線上.已知Z狀態溫度為400K,從力狀態至6狀

A.4狀態的溫度為600K

B.從C狀態到。狀態的過程中，氣體溫度不變

C.從/狀態到8狀態的過程中，氣體內能增加了240J

D.從力狀態至。狀態整個過程中，氣體對外做功I7.5J

二、多選題

11.（24-25高二下?吉林長春?期末）一定質量的密閉理想氣體先經一段等壓變化，再經一段等容變化，最后經一段

等溫變化回到初始狀態.這一過程的P-P圖像如圖所示，下列分析正確的是（）

A.人過程中氣體吸收的熱量大于氣體對外界做功

B.過程中氣體釋放的熱量等于氣體內能的減少量

C.過程中外界對氣體做功等于氣體釋放的熱量

D.cf。過程中外界對氣體做功大于氣體釋放的熱量

12.（25-26高二下?全國?課后作業）如圖所示，在固定的真空容器A內部固定著一個絕熱汽缸B,用質量為〃?的絕

熱活塞P將一部分理想氣體封閉在汽缸內。撤去閥門K,不計摩擦阻力，活塞將向右運動，該過程（）

A.氣體膨脹時對外不做功B.氣體膨脹時本外做功

C.氣體膨脹時是否對外做功無法確定D.活塞做加速運動，缸內氣體溫度降低

13.（21-22高二下?湖北襄陽?期末）一定質量的理想氣體分別經歷兩個過程從狀態M到達狀態N,其圖像如

圖所示，在過程1中，氣體始終與外界無熱量交換；在過程2中，氣體先經歷等容變化再經歷等壓變化。對于這兩

個過程，下列說法正確的是（）

A.氣體經歷過程1,溫度降低，內能一定減少

B.氣體經歷過程1,對外做功，內能不一定減少

C.氣體經歷過程2,先向外放熱后吸熱

13

D.氣體經歷過程2,內能不一定減少

14.（25-26高三上?青海西寧?開學考試）一定質量的理想氣體從狀態。開始，經cf”三個過程后回到初始

狀態叫其P-夕圖像如圖所示。狀態”氣體溫度為4，內能為。（），且內能與熱力學溫度成正比，以下分析正確的

A.氣體在4Tb過程做等溫變化，狀態b溫度為％

B.氣體在af過程中氣體內能增加量為24

C.氣體在〃->c過程中向外界放出熱量為2Uo+gp。％

D.氣體在atbicta過程中向外界放出熱量為p。%

15.（24-25高二卜??河南南陽?月考）一定質量的理想氣體用橫截面積為S的活塞封閉在汽缸內，汽缸內壁光滑。如

圖甲所示，用輕質細線系在活塞的正中央，然后將整個裝置懸掛在天花板上處于靜止狀態，此時缸內氣體的壓強為

0.8p°；如圖乙所示，用豎直桿固定在地面，讓汽缸開口向下，活塞放置在豎直桿上，整個裝置處于靜止狀態：如

圖丙所示，汽缸開口水平向右放置在水平面上，處于靜止狀態。已知大氣壓強為外,各狀態下，所用汽缸和活塞都

相同，且活塞與汽缸的質量相等，不計活塞及汽缸壁的厚度，且汽缸不漏氣，重力加速度為g,下列說法正確的是

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\

\

\

\

\

\

\

/\

\/

\/

wwwwwwwwwww

甲乙丙

0.1PQS

A.活塞與汽缸的質量均

g

B.圖乙中缸內氣體壓強為12%

C.若汽缸和活塞導熱性能良好，將圖丙汽缸緩慢逆時針轉90。，汽缸將吸收熱量

D.若汽缸和活塞均絕熱，將圖丙汽缸緩慢逆時針轉90。，汽缸溫度升高

14

16.（24-25高二下?貴州安順?階段練習）將一定質量的理想氣體封閉在容器中，該氣體由狀態力開始經狀態仄C

又問到狀態力，整個過程中氣體的壓強p隨氣體體積1/的變化規律如圖所示，其中與橫軸平行，力C與縱軸平行,

BC為等溫線e已知4狀態的壓強、體積、溫度分別為P'=3xlO'Pa、/=5L、TB=200K,狀態C的壓強為

Pc=lxlO'Pa,氣體由狀態力到狀態從氣體內能改變量的絕對值為4x10"。下列說法正確的是（）

A.氣體在狀態。的體積為15L

B.氣體在狀態力的溫度為600K