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(共55张PPT)
理想气体与热力学定律综合问题
2026届高考物理人教版一轮复习
一、热力学第一定律
1.改变物体内能的两种方式:______和______.
做功
传热
2.热力学第一定律
(1) 内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的______与外
界对它所做的功的和.
(2) 表达式： _______.
(3) 符号法则
热量
物理量
外界对物体做功 物体______热量 内能______
- 物体对外界做功 物体______热量 内能______
吸收
增加
放出
减少
3.能量守恒定律
(1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转
化为其他形式，或者从一个物体______到别的物体，在转化或______的过
程中，能量的总量保持不变.
(2)第一类永动机是不可能制成的.
转移
转移
二、热力学第二定律
1.热力学第二定律的两种表述
(1)克劳修斯表述：热量不能________从低温物体传到高温物体.
(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产
生其他影响.
2.用熵的概念表示热力学第二定律:在自发过程中，系统总是自发地向无序
方向发展，即一个孤立系统的熵值总是______的.
3.第二类永动机:从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不产生
其他影响的机器.因违背________________，不可能实现.
自发地
增加
热力学第二定律
【辨别明理】
1.外界压缩气体做功 ，气体的内能可能不变.( )
√
2.做功和传热的实质是相同的.( )
×
3.可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功.( )
√
4.在热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化.( )
×
5.第二类永动机违反了能量守恒定律.( )
×
考点一 热力学第一定律
1.如果研究对象是理想气体,因理想气体忽略分子势能,所以当它的内能变
化时,主要体现在分子平均动能的变化上,从宏观上看就是温度发生了变化.
2.从气体的体积变化情况判断做功:体积增大,气体对外做功, 为负;体积缩
小, 外界对气体做功, 为正.
注意：气体向真空自发扩散过程中,虽然气体体积增大，但气体对外界不做功.
例1 用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了 的功，同时汽缸向外散
热 ，汽缸里空气的内能( )
A.增加了 B.减少了 C.增加了 D.减少了
[解析] 由热力学第一定律，得 ，
即内能增加 ，C正确.
√
变式1 [2024·重庆卷] 某救生手环主要由高压气囊密闭.气囊内视为理想
气体.密闭气囊与人一起上浮的过程中.若气囊内气体温度不变，体积增大，
则( )
A.外界对气囊内气体做正功 B.气囊内气体压强增大
C.气囊内气体内能增大 D.气囊内气体从外界吸热
[解析] 气囊上浮过程，密闭气体温度不变，由玻意耳定律 可知，
体积变大，则压强变小，气体对外做功故A、B错误；气体温度不变，内
能不变，气体对外做功，，由热力学第一定律 ，则
，需要从外界吸热，故C错误，D正确.
√
考点二 热力学第二定律
在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的含义
(1)“自发地”指明了传热等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供
能量的帮助.
(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，
对周围环境不产生热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等.
例2 (多选)关于热力学第二定律，下列说法正确的是( )
A.空调既能制热又能制冷，说明传热不存在方向性
B.“第二类永动机”不可能制成是因为它违反了能量守恒定律
C.自然发生的传热过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
D.自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的
√
√
[解析] 空调既能制热又能制冷，是消耗了电能，不是自发进行的，选项A
错误.“第二类永动机”不可能制成是因为它违反了热力学第二定律，不违反
能量守恒定律，选项B错误；根据熵增原理，自然发生的传热过程是向着分
子热运动无序性增大的方向进行的，选项C正确；根据热力学第二定律，自
然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，选项D正确.
变式2 (多选)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离.如图所示，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，从端流出，边缘部位气流从
端流出.下列说法正确的是 ( )
A.端为冷端， 端为热端
B.端流出的气体分子热运动平均速率一定小于 端流出的
C.端流出的气体内能一定大于 端流出的
D.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
√
√
√
[解析] 由题意可知从 端流出的气体分子热运动速率
较小，温度较低，从 端流出的气体分子热运动速率
较大，温度较高，选项A、B正确；从 端流出的气体
温度低，从 端流出的气体的温度高，因为内能除了与温度有关外，还与
物质的量有关，所以无法判断从哪一端流出的气体内能较大，选项C错误；
该过程一定遵循能量守恒定律和热力学第二定律，这个过程中冷热气体的
分离并不是气体自发进行的，选项D正确.
考点三 热力学第一定律与图像的综合应用
1.气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程 分析.
2.气体的做功情况、内能变化及吸放热关系可由热力学第一定律分析.
(1)由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀(非自由膨胀)，气体对外做
功；气体被压缩，外界对气体做功.
(2)由温度变化判断理想气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度
降低，气体内能减小.
(3)由热力学第一定律 判断气体是吸热还是放热.
(4)在 图像中，图像与横轴所围面积表示对外或外界对气体整个过程
中所做的功.
例3 (多选)［2024· 新课标卷］ 如图所示，一定量理
想气体的循环由下面4个过程组成： 为绝热过程
(过程中气体不与外界交换热量)， 为等压过程，
为绝热过程， 为等容过程.上述四个过程
是四冲程柴油机工作循环的主要过程.下列说法正确
的是( )
A.过程中，气体内能增加 B. 过程中，气体向外放热
C.过程中，气体内能不变 D. 过程中，气体向外放热
√
√
[解析] 为绝热过程，则 ，由于气体体积
减小，则外界对气体做功，即 ，根据热力学第
一定律可知 ，即气体内能增加，
故A正确； 为等压过程，气体体积增大，根据
盖-吕萨克定律可知，气体温度升高，则气体内能增
大，即 ，由于气体体积增大，则气体对外界做
功，即，根据热力学第一定律 可
知，即气体从外界吸热，故B错误；
为绝热过程，则 ,由于气体体积增大，则
气体对外界做功，即，根据热力学第一定律
可知,即气体内能减小，故C错误；
为等容过程，压强减小,根据查理定律可知，气
体温度降低,则气体内能减小，即 , 由于体积不
变，则，根据热力学第一定律可知 ,
即气体向外放热，故D正确.
变式3 (多选)[2024·海南卷] 一定质量的理想气体从状态开始经、、三个过程回到原状态，已知垂直于 轴，延长线过 点，下列说法正确的是( )
A.过程外界对气体做功
B. 过程气体压强不变
C.过程气体放出热量
D. 过程气体内能减小
√
√
[解析] 由理想气体状态方程，化简可得 ，
图线中，各点与原点连线的斜率的倒数表示气体的压
强，则图线的斜率越大，压强越小，故， 过
程为等压变化，气体体积减小，外界对气体做功，故A正确；
由A选项可知，过程气体压强减小，故B错误； 过程为等温变化，故
气体内能不变，即 ，气体体积减小，外界对气体做功，故，
根据热力学第一定律 ，解得，故过程气体放出热量，
故C正确； 过程，气体温度升高，内能增大，故D错误.
变式4 [2024·河北石家庄模拟] 一定质量的理想气体经历
了如图所示的、、、 四个过程,其中
的延长线通过坐标原点,、、、 四个状态气体的压强
与温度如图所示,则( )
A.气体在过程中内能的增加量小于 过程中内能的减少量
B.气体在过程中吸收的热量大于 过程中放出的热量
C.气体在过程中体积的变化量小于 过程中体积的变化量
D.气体在过程中体积的变化量等于 过程中体积的变化量
√
[解析] 气体在、 过程温度变化量相同,则气体在
过程中内能的增加量等于 过程中内能的减少量,
故A错误;过程中体积不变,则, 过程中体
积减小,则,由热力学第一定律,则
过程中吸收的热量, 过程中放出的热量为
,其中,则 过程中吸收
的热量小于过程中放出的热量,故B错误;
气体在 过程是等温压缩,压强增大到状态的1.5倍,
则体积变为 状态的,过程是等温膨胀,压强变为
状态压强的 ,则体积变为状态体积的2倍,因、两状态
体积相等,设为, 则 状态体积为,状态体积为,故
, ,则气体在过程中体积的变
化量小于 过程中体积的变化量,故C正确,D错误.
考点四 热力学第一定律与气体实验定律的综合应用
求解气体实验定律与热力学定律的综合问题的一般思路
(1)气体实验定律的研究对象是一定质量的理想气体.
(2)解决具体问题时，分清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同
的变化，找出相关的气体状态参量，利用相关规律解决.
(3)对理想气体，只要体积变化，外界对气体(或气体对外界)就做功；只要
温度发生变化，其内能就发生变化.
(4)结合热力学第一定律 求解问题.
例4 [2024·浙江6月选考] 如图所示，测定一个形状不规则小块
固体体积，将此小块固体放入已知容积为 的导热效果良好的
容器中，开口处竖直插入两端开口的薄玻璃管，其横截面积为 ,
接口用蜡密封.容器内充入一定质量的理想气体，并用质量为
的活塞封闭，活塞能无摩擦滑动，稳定后测出气柱长度为 .将
此容器放入热水中，活塞缓慢竖直向上移动，再次稳定后气柱
长度为、温度为.已知, ,
,,, .大气压强
,环境温度，取 .
(1) 在此过程中器壁单位面积所受气体分子的平均作用力______
(选填“变大”“变小”或“不变”),气体分子的数密度______(选填“变大”
“变小” 或“不变”);
不变
变小
[解析] 温度升高时，活塞缓慢上升，受力不变，故封闭气体压强不变，由 知器壁单位面积所受气体分子的平均作用力不变；由于气体体积变大，所以气体分子的数密度变小.
例4 [2024·浙江6月选考] 如图所示，测定一个形状不规则小块固体体
积，将此小块固体放入已知容积为 的导热效果良好的容器中，开口
处竖直插入两端开口的薄玻璃管，其横截面积为 ,接口用蜡密封.容器
(2) 求此不规则小块固体的体积 ;
[答案]
内充入一定质量的理想气体，并用质量为 的活塞封闭，活塞能无摩
擦滑动，稳定后测出气柱长度为 .将此容器放入热水中，活塞缓慢竖
直向上移动，再次稳定后气柱长度为、温度为.已知 ,
,,,, .大气压
强,环境温度，取 .
[解析] 气体发生等压变化，有
解得
例4 [2024·浙江6月选考] 如图所示，测定一个形状不规则小块固体
体积，将此小块固体放入已知容积为 的导热效果良好的容器中，
开口处竖直插入两端开口的薄玻璃管，其横截面积为 ,接口用蜡密
封.容器内充入一定质量的理想气体，并用质量为 的活塞封闭，活
(3) 若此过程中气体内能增加,求吸收的热量 .
[答案]
塞能无摩擦滑动，稳定后测出气柱长度为 .将此容器放入热水中，
活塞缓慢竖直向上移动，再次稳定后气柱长度为、温度为 .已知
,,,, ,
.大气压强,环境温度， 取
.
[解析] 此过程中，外界对气体做功为
对活塞受力分析，有
由热力学第一定律得
其中
联立解得
变式5 [2024·湖北卷] 如图所示，在竖直放置、开口向上
的圆柱形容器内用质量为 的活塞密封一部分理想气体，活
塞横截面积为 ，能无摩擦地滑动.初始时容器内气体的温度
为，气柱的高度为 .当容器内气体从外界吸收一定热量后，
(1) 再次平衡时容器内气体的温度.
[答案]
活塞缓慢上升再次平衡.已知容器内气体内能变化量与温度变化量
的关系式为，为已知常数，大气压强恒为 ，重力加速度大小
为 ，所有温度都为热力学温度.求:
[解析] 容器内气体进行等压变化，则由盖-吕萨克定律得
即
解得
变式5 [2024·湖北卷] 如图所示，在竖直放置、开口向上的
圆柱形容器内用质量为 的活塞密封一部分理想气体，活塞
横截面积为 ，能无摩擦地滑动.初始时容器内气体的温度为
，气柱的高度为 .当容器内气体从外界吸收一定热量后，
(2) 此过程中容器内气体吸收的热量.
[答案]
活塞缓慢上升再次平衡.已知容器内气体内能变化量与温度变化量
的关系式为，为已知常数，大气压强恒为 ，重力加速度大小
为 ，所有温度都为热力学温度. 求:
[解析] 此过程中容器内气体内能增加量
容器内气体压强
气体体积增大，则气体对外做功，
根据热力学第一定律得
联立解得
热力学第一定律
1.一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功 ，气体
内能减少 ，则此过程( )
A.气体从外界吸收热量 B.气体向外界放出热量
C.气体从外界吸收热量 D.气体向外界放出热量
[解析] 由热力学第一定律 ，可得
，即气体向外界
放出热量 ，B正确.
√
2.夏天，从湖底形成的一个气泡在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂.若越
接近湖面，湖水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内的气体看作理
想气体，则气泡上升过程中，以下说法正确的是( )
A.气泡内气体的内能可能不变
B.气泡上升过程中可能会放热
C.气泡内气体的压强增大
D.气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力变小
√
[解析] 根据题意可知，气泡上升过程中，温度升高，则气泡内理想气体
的内能变大，故A错误.气泡上升过程中有,深度 减小，则气
泡内气体的压强减小，C错误；根据气体压强定义及其微观意义可知，气
泡内气体的压强减小，说明气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞
击力减小，故D正确；由于气泡内气体温度升高、压强减小，根据理想气
体状态方程 可知，气泡体积变大，外界对气体做负功，而气泡内气
体内能变大，根据,可知 ，即气泡吸热，故B错误.
热力学第二定律
3.下列说法正确的是( )
A.根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传递到高温物体
B.一定质量的理想气体如果从外界吸收了 的热量，内能就增加
C.一定质量的理想气体在绝热情况下向真空扩散，体积变大，内能不变
D.金刚石可以制成各种不同造型的首饰，说明它没有规则的几何形状，是
非晶体
√
[解析] 根据热力学第二定律可知，热量也能从低温物体传递到高温物体，
但是要引起其他的变化，选项A错误；一定质量的理想气体如果从外界吸
收了的热量，若气体对外做功，则内能增加量不等于 ，
选项B错误；一定质量的理想气体在绝热情况下向真空扩散，体积变大，
气体对外不做功，与外界也无热交换，则内能不变，选项C正确；金刚石
可以制成各种不同造型的首饰，但天然的金刚石有规则的几何形状，是晶
体，故D错误.
热力学第一定律与图像的综合应用
4.[2022·湖北卷] 一定质量的理想气体由状态 变为状
态，其过程如图中直线段所示，状态 对
应该线段的中点.下列说法正确的是( )
A. 是等温过程
B. 过程中气体吸热
C.过程中状态 的温度最低
D. 过程中外界对气体做正功
√
[解析] 对一定质量的理想气体，有，
过程、乘积增大，温度升高，过程、 乘积
减小，温度降低，选项A、C错误； 过程因温度
升高内能增大，体积增大对外做功，由 ，
可得气体吸热，选项B正确； 过程体积增大，气
体对外界做功，选项D错误.
5.(多选)一定质量的理想气体从状态开始，经、、 三
个过程后回到初始状态，其图像如图所示，已知状态 的气体温度
为 ，则( )
A.状态的气体温度为
B.在 过程中，气体分子的平均动能减小
C.在过程中，外界对气体做功
D.在 一个循环过程中，气体从外界吸收
热量
√
√
√
[解析] 为等容变化，由，解得状态 的气
体温度为，A正确；在 过程中，气体
温度升高，气体分子的平均动能增大，B错误；在
过程中，气体压强不变，体积减小，外界对气体
做功为，C正确； 过程中，气体对外做的功等于
图线与横坐标轴围成的面积，，
在 一个循环过程中，外界对气体做的功为
，气体内能不变，可知气体从外界吸收的热量为 ，
D正确.
6.(多选)一定质量的理想气体从状态开始，经历了四个过程：从到、
到、到、再回到状态，其体积和热力学温度 的关系图像如图所
示，和的延长线均过原点，和均垂直于轴，气体在状态
时的压强为 ，则下列说法正确的是( )
A.过程中外界对气体做功小于
B. 过程中气体分子在单位时间内对单位面积器
壁的碰撞次数不断增加
C.过程中气体的体积增加了
D.完成整个循环过程气体对外界放出的热量大于吸收
的热量
√
√
√
[解析] 过程中，气体做等温变化，气体内能保持
不变，作出此过程的 图像如图所示，因气体体积
减小，所以外界对气体做功， 图像与横轴所围面
积表示外界对气体做的功，对应梯形面积为 ，所
以外界对气体做功小于，选项A正确； 过程中，气体做等压变
化，温度降低，分子撞击器壁的平均作用力减小，而压强不变，所以气体
分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数不断增加，选项B正确；
过程，气体做等温变化，根据玻意耳定律可知，状态的体积为，
所以气体的体积增加了 ，选项C错误；
图像上的点与原点连线的斜率倒数反映压强大小， 过程中，理想气体的内能不变， 过程中，气体体积减小，外界对气体做功， 过程中，气体体积变大，气体对外界做功，而气体做功，因 过程气体平均压强较大，则 过程外界对气体做的功大于 过程气体对外界做
的功，根据热力学第一定律，完成整个循环过程气体
对外界放出的热量大于吸收的热量，选项D正确.
7.[2023·浙江6月选考] 如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积、质量 的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动.圆筒与温度 的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态 ，其体积.缓慢推动活塞使气体达到状态 ，此时体积
.固定活塞，升高热源温度，气体达到状态 ，此
时压强.已知从状态到状态 ，气体从外界
吸收热量；从状态到状态，气体内能增加
；大气压,取 .
热力学第一定律与气体实验定律的综合应用
(1) 气体从状态到状态 ，其分子平均动能______
(选填“增大”“减小”或 “不变”)，圆筒内壁单位面积受到的压
力______(选填“增大”“减小”或“不变”)；
不变
增大
[解析] 气体从状态到状态 ，由于圆筒导热良好，缓慢推
动活塞时，气体做等温变化，即温度不变,而温度是分子平均动能大小的标志，因此分子平均动能不变；气体温度不变，体积减小，由 可知，压强增大，即圆筒内壁单位面积受到的压力增大.
(2) 求气体在状态的温度 ；
[答案]
7.[2023·浙江6月选考] 如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积、质量 的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动.圆筒与温度 的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态 ，其体积.缓慢推动活塞使气体达到状态 ，此时体积
.固定活塞，升高热源温度，气体达到状态 ，此
时压强.已知从状态到状态 ，气体从外界
吸收热量；从状态到状态，气体内能增加
；大气压,取 .
[解析] 气体在状态 时，对活塞受力分析可得，封闭气体压
强为
从状态到状态 ，由理想气体状态方程可得
其中
代入数值得 .
(3) 求气体从状态到状态过程中外界对系统做的功 .
[答案]
7.[2023·浙江6月选考] 如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积、质量 的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动.圆筒与温度 的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态 ，其体积.缓慢推动活塞使气体达到状态 ，此时体积
.固定活塞，升高热源温度，气体达到状态 ，此
时压强.已知从状态到状态 ，气体从外界
吸收热量；从状态到状态，气体内能增加
；大气压,取 .
[解析] 气体从状态到状态 过程中,气体温度不变,内能不变，即
气体从状态到过程中,气体体积不变,没有做功,即
因此气体从到整个过程中,内能的变化情况与从到 过程相同，做功的
情况与从到 过程相同，根据热力学第一定律有 ,代入数值
得 .

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