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专题37　　热力学定律和能量守恒定律
题型 选择题 命题趋势和备考策略
高考考点 热力学第一定律、热力学第二定律、热力学定律与气体图像问题 【命题规律】近3年新高考卷对于本节内容考查共计29次，主要考查： （1）热力学第一定律的理解； （2）热力学第二定律的理解； （3）热力学定律与气体图像问题的综合应用； 【备考策略】理解并能正确判断热力学三大定律；掌握热力学定理与气体图像相结合的问题。 【命题预测】本节内容难度不大，主要考察热力学三大定律的理解与运用，结合理想气体考察图像问题。虽然难度不大，2024年的考生，本节内容是不能丢分的，务必引起重视。
新高考 2023 广东卷13题、天津卷2题、山东卷9题、浙江卷20题、山西卷8题、乙卷13题、甲卷13题、浙江春招卷19题、
2022 天津卷6题、福建卷10题、重庆卷15题、北京卷3题、江苏卷7题、海南卷15题、辽宁卷6题、湖北卷3题、广东卷15题、河北卷15题、湖南卷15题、山东卷5题、甲卷13题、乙卷13题、
2021 江苏卷13题、海南卷12题、天津卷6题、山东卷2题、全国乙卷13题、全国甲卷13题 、河北卷15题、
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知识梳理
一、热力学第一定律 2
二、能量守恒定律 2
三、热力学第二定律 2
考点突破
考点一　热力学第一定律与能量守恒定律 3
角度1：热力学第一定律的表述 3
角度2：能量变化 5
考点二　热力学第二定律 7
考点三　热力学定律与气体实验定律的综合 10
考点过关
【素质基础练】 13
【能力提高练】 20
【高考通关练】 29
一、热力学第一定律
1．改变物体内能的两种方式
(1)做功；(2)热传递．
2．热力学第一定律
(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和．
(2)表达式：ΔU＝Q＋W.
(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则：
物理量 意义 符号 W Q ΔU
＋ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加
－ 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少
二、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另一种形式，或者是从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．
2．条件性
能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的．
3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律．
三、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：热量不能自发地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．或表述为“第二类永动机是不可能制成的．”
2．用熵的概念表示热力学第二定律
在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．
3．热力学第二定律的微观意义
一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．
4．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律．
考点一　热力学第一定律与能量守恒定律
1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳．
2．三种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加；
(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加；
(3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．
角度1：热力学第一定律的表述
【典例1】（2023·天津·统考高考真题）如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体（　　）

A．对外做功 B．内能减小 C．吸收热量 D．压强不变
【答案】B
【详解】A．由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故A错误；
B．爬山过程中温度降低，则气体内能减小，故B正确；
C．根据热力学第一定律可知，
爬山过程中气体不做功，但内能见效，故可知气体放出热量，故C错误；
D．爬山过程中氧气瓶里的气体容积质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程有
可知气体压强减小，故D错误；
故选B。
【变式1】（2023·广东广州·广东实验中学校考模拟预测）火热的6月即将到来，高三的同学们也进入高考最后的冲刺，教室里的空调为同学们提供了舒爽的环境，空调的工作原理如图所示，以下表述正确的是（　　）
A．空调的工作原理对应的是热力学第一定律的开尔文表述制冷机
B．空调的工作原理反映了热传导的方向性
C．此原理图中的
D．此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体
【答案】B
【详解】A．空调的工作原理对应的是热力学第二定律的开尔文表述制冷机，A错误；
B．空调的工作原理反映了热传导的方向性，热量不能自发的从低温物体传导给高温物体，但在其他能力干预下，可以从低温物体传导给高温物体，B正确；
C．此原理图中的，C错误；
D．此原理图说明在外界干预下，热量能从低温物体传到高温物体，D错误。
故选B。
【变式2】（2023·河北衡水·河北枣强中学校考模拟预测）对分子动理论以及热力学定律的理解，下列说法正确的是（　　）
A．物体的内能与物体的温度以及物体的体积有关
B．给足球打气时，越来越费力的原因是分子斥力的作用
C．对于一定质量的理想气体，温度升高其内能可能不变
D．一定质量的理想气体，从外界吸收热量的同时体积增加，气体内能可能不变
【答案】AD
【详解】A．物体的内能是物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，分子的平均动能与温度有关、物体的分子势能与物体的体积有关，因此物体的内能与物体的温度以及物体的体积有关，故A正确；
B．给足球打气时，越来越费力，是因为足球内气体压强增大，故B错误；
C．理想气体温度升高，气体的内能一定增加，故C错误；
D．一定质量的理想气体从外界吸收热量的同时对外界做功，由热力学第一定律有
当，且时，气体的内能保持不变，故D正确。
故选AD。
角度2：能量变化
【典例2】（2023·山西·统考高考真题）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（　　）

A．h中的气体内能增加 B．f与g中的气体温度相等
C．f与h中的气体温度相等 D．f与h中的气体压强相等
【答案】AD
【详解】A．当电阻丝对f中的气体缓慢加热时，f中的气体内能增大，温度升高，根据理想气体状态方程可知f中的气体压强增大，会缓慢推动左边活塞，可知h的体积也被压缩压强变大，对活塞受力分析，根据平衡条件可知，弹簧弹力变大，则弹簧被压缩。与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用，缓慢向右推动左边活塞。故活塞对h中的气体做正功，且是绝热过程，由热力学第一定律可知，h中的气体内能增加，A正确；
B．未加热前，三部分中气体的温度、体积、压强均相等，当系统稳定时，活塞受力平衡，可知弹簧处于压缩状态，对左边活塞分析，
则
分别对f、g内的气体分析，根据理想气体状态方程有，
由题意可知，因弹簧被压缩，则，联立可得，，B错误；
C．在达到稳定过程中h中的气体体积变小，压强变大，f中的气体体积变大。由于稳定时弹簧保持平衡状态，故稳定时f、h中的气体压强相等，根据理想气体状态方程对h气体分析可知，
联立可得，C错误；
D．对弹簧、活塞及g中的气体组成的系统分析，根据平衡条件可知，f与h中的气体压强相等，D正确。
故选AD。
【变式1】（2024·山东·模拟预测）中医拔罐疗法在中国有着悠久的历史，早在成书于西汉时期的帛书《五十二病方》中就有类似于后世的火罐疗法。其方法是以罐为工具，将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上，造成局部瘀血，以达到通经活络、行气活血、消肿止痛、祛风散寒等作用的疗法。在将火罐压在皮肤上的很短时间内，以下说法正确的是（　　）
A．火罐“吸”在皮肤上的主要原因是火罐内的气体体积不变，温度降低，压强减小
B．火罐“吸”在皮肤上的主要原因是火罐内的气体体积不变，温度升高，压强增大
C．火罐内的气体吸收热量，内能增大
D．火罐内气体分子单位时间内撞击火罐底部的次数增加
【答案】A
【详解】AB．在刚开始的很短时间内，火罐内部气体体积不变，由于火罐导热性良好，所以火罐内气体温度迅速降低，根据可知，气体压强减小，在外界大气压的作用下火罐“吸”在皮肤上，故A正确，B错误；
C．因气体的体积不变，则，而温度迅速降低，则气体内能减小，根据热力学第一定律，，可得，即气体向外放热，故C错误；
D．因气体的体积不变，则单位体积内的分子数不变，而气体的温度降低，则分子的平均动能减小，每个分子的平均速率变小，则火罐内气体分子单位时间内撞击火罐底部的次数变少，故D错误。
故选A。
【变式2】（2023·河南·校联考模拟预测）一定质量的理想气体封闭在气缸中，气体由状态A经状态B、C最终变化到D，该过程中气体的V-T图像如图，O、A、D三点共线。下列说法正确的是（　　）
A．气体由A到B一定是从外界吸收热量
B．气体在状态A单位时间对单位面积器壁的冲量小于在状态B的冲量
C．气体由B到C从外界吸收热量
D．气体由C到D对外做的功大于从外界吸收的热量
E．气体在状态A与状态D的压强相等
【答案】CBE
【详解】A．气体由A到B体积减小，外界对气体做功，温度升高，气体的内能增加，由热力学第一定律可知，该过程气体不一定从外界吸收热量，故A错误；
B．根据理想气体状态方程可知，状态A的压强小于状态B，则状态A气体对单位面积压力更大，根据可知，状态A单位时间对单位面积器壁的冲量更小，故B正确；
C．气体由B到C，体积不变，气体不做功，温度升高，气体的内能增加，由热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，故C正确；
D．气体由C到D的过程，做等温变化，气体的内能不变，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体对外做的功等于从外界吸收的热量，故D错误；
E．由，得，因为O、A、D三点共线，气体在状态A、D的压强相等，故E正确。
故选CBE。
考点二　热力学第二定律
1．热力学第二定律的涵义
(1)“自发地”指明了热传递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”的涵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．在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．
2．热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．
3．热力学过程方向性实例
(1)高温物体低温物体．
(2)功热．
(3)气体体积V1气体体积V2(较大)．
(4)不同气体A和B混合气体AB.
4．热力学第一、第二定律的比较
热力学第一定律 热力学第二定律
定律揭示的问题 它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系 它指出自然界中出现的过程是有方向性的
机械能和内能的转化 当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能 内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能
表述形式 只有一种表述形式 有多种表述形式
两定律的关系 在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础
5.两类永动机的比较
第一类永动机 第二类永动机
设计要求 不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器
不可能制成的原因　 违背能量守恒定律 不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律
【典例3】（2023·浙江·统考高考真题）下列说法正确的是（ ）
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．液体的表面张力方向总是跟液面相切
C．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是不同的
D．当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
【答案】BD
【详解】A．根据热力学第二定律可知热量能不可能自发地从低温物体传到高温物体，故A错误；
B．液体的表面张力方向总是跟液面相切，故B正确；
C．由狭义相对论的两个基本假设可知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，故C错误；
D．根据多普勒效应可知当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率，故D正确。
故选BD。
【变式1】（2023·四川雅安·统考模拟预测）下列有关物质的性质以及热学现象的说法中正确的是（　　）
A．用吸盘、细线将洗净的玻璃板水平悬挂并贴在水面上，当缓慢地提起玻璃板脱离水面的一瞬间，拉力等于玻璃板的重力
B．非晶体的微观结构跟液体非常相似，严格来说，只有晶体才能叫做真正的固体
C．当物质分子间的分子力为零时，分子势能值最小
D．第二类永动机不违反热力学第二定律，只违反热力学第一定律
E．在散热的条件下被压缩的气体内能不一定增加
【答案】BCE
【详解】A．玻璃板脱离水面的一瞬间，除了受重力、拉力外，还受到水分子对它的引力。所以拉力大于玻璃板的重力，故A错误；
B．非晶体的微观结构跟液体非常相似，严格来说，只有晶体才能叫做真正的固体，故B正确；
C．当r>r0，分子力表现为引力，分子距离越大，分子势能越大；当rD．第二类永动机不违反热力学第一定律，却违反热力学第二定律，故D错误；
E．气体被压缩时外界对气体做功，同时在对外放出热量，由于不知功与热量的竖直，根据热力学第一定律可知，在散热的条件下被压缩的气体内能不一定增加，故E正确。
故选BCE。
【变式2】（2023·四川绵阳·统考模拟预测）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．一定质量的气体等温压缩过程中气体放出的热量等于外界对气体做的功
B．一定质量的气体等容降温过程中气体吸收热量
C．无论对蒸汽机怎样革新，也不能把蒸汽的内能通过做功全部转化成机械能
D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，可解决能源短缺的问题
E．电冰箱正常工作时把箱内低温物体的热量传递到箱外高温物体，不违背热力学定律
【答案】ACE
【详解】A．一定质量的气体等温压缩过程中，内能不变，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，且放出的热量等于外界对气体做的功，故A正确；
B．一定质量的气体等容降温过程中，内能减小，没有做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故B错误；
C．根据热力学第二定律可知，无论对蒸汽机怎样革新，也不能把蒸汽的内能通过做功全部转化成机械能，故C正确；
D．根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量并转化为功而不引起其他的变化，利用降低海水温度放出大量的热量来发电，降低海水温度的过程，消耗的能源更多，不能解决能源短缺的问题，故D错误；
E．电冰箱正常工作时把箱内低温物体的热量传递到箱外高温物体，不违背热力学定律，因为消耗了电能，故E正确。
故选ACE。
考点三　热力学定律与气体实验定律的综合
解决热力学定律与气体实验定律的综合问题的基本思路
【典例3】（2023·云南·统考一模）下列说法正确的是（ ）
A．射线、射线和射线是三种波长不同的电磁波
B．根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中电子的电势能和动能之和不守恒
C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先增大后减小
D．只要对物体进行不断的冷却，就可以把物体的温度降为绝对零度
【答案】B
【详解】A．射线、射线分别是高速氦原子核和高速电子流，射线是电磁波，A错误；
B．根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中有光子辐射（吸收），故电子的电势能和动能之和不守恒，B正确；
C．分子势能随着分子间距离的关系如图所示
故分子势能随着分子间距离的增大，不可能先增大后减小，C错误；
D．对物体进行不断的冷却，物体的温度可以接近绝对零度，但无法达到，D错误。
故选B。
【变式1】（2023·四川成都·统考三模）下列说法正确的是（　　）
A．当液体温度一定时，液体中悬浮的固体小颗粒越大，布朗运动越明显
B．当分子间表现为斥力时，分子势能总是随分子间距离的减小而增大
C．随着科技的进步，我们可以将气体的温度降到绝对零度
D．物体的温度越低，分子热运动的平均动能越小
E．一定质量的理想气体，如果在某个过程中温度升高，内能一定增加，气体可能对外做功
【答案】BDE
【详解】A．当液体温度一定时，液体中悬浮的固体小颗粒越小，布朗运动越明显，选项A错误；
B．当分子间表现为斥力时，分子距离减小时，分子力做负功，分子势能增加，即分子势能总是随分子间距离的减小而增大，选项B正确；
C．绝度零度是低温的极限，即使随着科技的进步，也永远不可能达到，选项C错误；
D．温度是分子平均动能的标志，物体的温度越低，分子热运动的平均动能越小，选项D正确；
E．一定质量的理想气体，如果在某个过程中温度升高，内能一定增加，气体体积可能增加，即可能对外做功，选项E正确。
故选BDE。
【变式2】（2023·天津·模拟预测）根据热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是（　　）
A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能
B．自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293℃
D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以被制造出来
【答案】AB
【详解】A．机械能可以全部转化为内能，而内能也可以全部转化为机械能，只是在这个过程中会引起其他变化，A正确；
B．根据热力学第二定律可知，自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，B正确；
C．根据热力学第三定律可知，制冷机也不能使温度降到－293℃（低于绝对零度），C错误；
D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能被制造出来，D错误。
故选AB。
【变式3】（2021·天津红桥·统考二模）下列说法正确的是（　　）
A．一定质量的零摄氏度的水结成同温度的冰，分子平均热运动动能不会改变
B．一定质量的气体体积变大一定对外做功
C．无论科技如何发达，降温技术有多么高明绝对零度都不可能真正达到
D．随着温度的升高，物质的每个分子热运动剧烈程度都在加剧
【答案】AC
【详解】A．一定质量的零摄氏度的水结成同温度的冰，温度不变，分子平均热运动动能不会改变，故A正确；
B．一定质量的气体若自由膨胀，体积增大，但是不对外做功，故B错误；
C．无论科技如何发达，降温技术有多么高明绝对零度都不可能真正达到，故C正确；
D．温度是分子无规则热运动激烈程度的反映，温度升高，分子热运动加剧，分子的平均动能增大，但这是一个统计规律，由于分子运动是杂乱无章的，不是每个分子的动能都增大，某个分子的动能可能减小，故D错误；
故选AC。
考点过关
【素质基础练】
1．（2020·天津东丽·统考模拟预测）下列说法正确的是（ ）
A．液体的温度越高，其分子热运动越剧烈，分子平均动能越大
B．某气体摩尔体积为V，阿伏伽德罗常数为NA则分子体积为
C．气体对外界做功，其内能一定减小
D．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等
【答案】A
【详解】A．温度是分子平均动能的标志，温度越高分子平均动能越大，分子运动越剧烈，故A正确；
B．某气体摩尔体积为V，阿伏伽德罗常数为NA，则每个气体分子平均所占据的空间体积为，分子的体积则小于，故B错误；
C．根据热力学第一定律，有U = Q＋W，可知气体对外界做功，其内能不一定减小，故C错误；
D．相互间达到热平衡的两物体的温度一定相等，分子平均动能相等，内能不一定相等，故D错误。
故选A。
2．（2023·山东济南·山东师范大学附中校考模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体的图像从1→2→3的过程中，下列说法正确的是（ ）

A．状态1的压强大于状态2的压强
B．1→2过程中气体内能的减少量大于2→3过程内能的增加量
C．1→2过程外界对气体做的功大于气体放出的热量
D．2→3过程中气体分子单位时间内在器壁单位面积上撞击的次数减小
【答案】D
【详解】A．根据理想气体状态方程
可得
由图像可知
可得状态1的压强与状态2的压强大小关系为
故A错误；
B．由图像可知，气体从1→2→3过程，气体温度先降低后升高，气体内能先减小后增大，由于状态1的温度等于状态3的温度，则状态1的气体内能等于状态3的气体内能，可知1→2过程中气体内能的减少量等于2→3过程内能的增加量，故B错误；
C．由图像可知，1→2过程气体体积减小，外界对气体做正功，气体温度降低，气体内能减少，根据热力学第一定理可知，外界对气体做的功小于气体放出的热量，故C错误；
D．由图像可知，2→3过程气体压强保持不变，气体温度升高，分子平均动能增大，根据压强微观意义可知，气体分子单位时间内在器壁单位面积上撞击的次数减小，故D正确。
故选D。
3．（2023·河北·校联考模拟预测）一定量的理想气体从状态经状态变化到状态，其图像如图所示，则气体（ ）

A．由状态a变化到状态b的过程，气体对外界做正功
B．由状态b变化到状态c的过程，气体温度升高
C．由状态a经状态b变化到状态c的过程，气体向外界放热
D．由状态a经状态b变化到状态c的过程，气体的内能先不变后增大
【答案】C
【详解】ABD．根据理想气体状态方程
可得
可知图像的斜率为温度，由状态变化到状态的过程为等温过程，气体体积减小，外界对气体做正功，温度不变则气体内能不变，由图可知状态到状态的过程的乘积在减小，气体温度降低，则内能减小，故ABD错误；
C．由状态经状态变化到状态的过程，外界对气体一直做正功，始、末状态相比气体内能减小，根据热力学第一定律
可知气体向外界放热，故C正确。
故选C。
4．（2023·河北·校联考三模）体育课中，小明用打气筒给篮球打气，整个打气过程缓慢进行，每次打气筒活塞都将压强为的一整筒空气压入篮球，无漏气，气体可视为理想气体。设篮球的体积为且不变，打气筒的体积为V，在打气过程中，气体的温度不变，下列说法中不正确的是（　　）

A．篮球内气体的分子数密度不断增大
B．篮球内气体的内能不断增大
C．每打一次气前后，篮球内气体压强变化量为
D．打气过程中气体从外界吸收热
【答案】D
【详解】A．篮球内气体分子数增加，总体积不变，分子数密度增大，故A正确；
B．篮球内分子数增加，内能增大，故B正确；
C．篮球的容积为，打气筒的体积为，打气前篮球内气体的压强为，打气后篮球内气体的压强为，根据玻意耳定律有
整理得
故C正确；
D．以篮球内原有气体和打入气体整体为研究对象，打气过程气体温度不变，内能不变，打气筒对气体做正功，由热力学第一定律
可知，气体向外界放出热量，D错误，
本题选错误的，故选D。
5．（2023·广东佛山·统考模拟预测）如图，小明把空的玻璃瓶开口向下缓慢压入恒温水中，瓶内空气无泄漏，在下降过程中（　　）

A．气体从外界吸热
B．单位面积单位时间气体分子撞击瓶壁次数增多
C．气体内能增大
D．气体对外做功
【答案】B
【详解】ACD．下压过程中，气体压强变大，温度不变，则体积减小，外界对气体做功，气体内能不变，气体向外放热，选项ACD错误；
B．气体压强变大，温度不变，则气体分子平均动能不变，气体体积减小，则气体的数密度变大，则单位面积单位时间气体分子撞击瓶壁次数增多，选项B正确。
故选B。
6．（多选）（2023·四川绵阳·统考模拟预测）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．一定质量的气体等温压缩过程中气体放出的热量等于外界对气体做的功
B．一定质量的气体等容降温过程中气体吸收热量
C．无论对蒸汽机怎样革新，也不能把蒸汽的内能通过做功全部转化成机械能
D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，可解决能源短缺的问题
E．电冰箱正常工作时把箱内低温物体的热量传递到箱外高温物体，不违背热力学定律
【答案】ACE
【详解】A．一定质量的气体等温压缩过程中，内能不变，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，且放出的热量等于外界对气体做的功，故A正确；
B．一定质量的气体等容降温过程中，内能减小，没有做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故B错误；
C．根据热力学第二定律可知，无论对蒸汽机怎样革新，也不能把蒸汽的内能通过做功全部转化成机械能，故C正确；
D．根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量并转化为功而不引起其他的变化，利用降低海水温度放出大量的热量来发电，降低海水温度的过程，消耗的能源更多，不能解决能源短缺的问题，故D错误；
E．电冰箱正常工作时把箱内低温物体的热量传递到箱外高温物体，不违背热力学定律，因为消耗了电能，故E正确。
故选ACE。
7．（多选）（2023·安徽六安·安徽省舒城中学校考模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历ab、bc、cd、de四个过程到达状态e，其中ba的延长线经过原点，bc连线与横轴平行，de连线与纵轴平行，下列说法正确的是（　　）

A．ab过程中气体分子热运动平均动能增加
B．bc过程中气体分子单位时间内击容器壁次数不变
C．cd过程中气体从外界吸热大于气体内能增量
D．de过程中气体对外放出热量，内能不变
【答案】AC
【详解】A．ab过程气体温度升高，分子平均动能增大，故A正确；
B．bc过程温度升高，气体分子平均动能增大，为保持压强不变，单位时间内气体分子与器壁碰撞次数应减少，故B错误；
C．cd过程压强减小，温度升高，气体体积增大，故对外做功，内能增大，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量且大于内能增量，故C正确；
D．de过程气体温度不变，压强减小，则体积增大，对外做功，内能不变，则气体从外界吸收热量，故D错误。
故选AC。
8．（2023·福建泉州·泉州五中校考一模）一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再从状态B变化到状态C，其压强随温度的变化关系如图所示，图线的横轴是摄氏温度t，已知热力学温度，则

（1）气体在状态A时的分子数密度 （选填“大于”“小于”或“等于”）气体在状态C时的分子数密度。
（2）气体从状态A经过状态B到状态C的全过程 （选填“吸收”或“放出”）热量。
【答案】 大于 吸收
【详解】（1）[1]由理想气体状态方程可得
A到B的图线为过绝对零度的倾斜直线，即气体发生等容变化，B到C的温度不变，随着压强减小，体积增大，分子数密度减小，故气体在状态A时的分子数密度大于气体在状态C时的分子数密度。
（2）[2]A到B温度升高，吸收热量，B到C温度不变内能不变，但由于体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故气体从状态A经过状态B到状态C的全过程吸收热量。
9．（2023·全国·校联考模拟预测）夏季炎热的正午，小李将充足气的自行车忘在室外，结果车胎爆胎。将车胎内的空气视为理想气体，爆胎前车胎内空气的体积及质量均不变，爆胎过程时间极短。爆胎前，随着气温的升高，车胎内空气的压强 （填“增大”或“减小”）；爆胎过程中，车胎内的空气对外界做 （填“正”或“负”）功，内能 （填“增大”或“减小”）。
【答案】 增大 正 减小
【详解】[1]爆胎前，车胎内空气的体积不变，根据查理定律可知，当温度升高时，车胎内空气的压强增大；
[2][3]因为爆胎过程时间极短，所以爆胎过程中车胎内的空气来不及与外界发生热交换，即Q=0，其体积膨胀对外界做正功，根据热力学第一定律
可知，该过程车胎内空气的内能减小。
10．（2023·河南开封·统考一模）如图1，气缸由两个横截面不同的圆筒连接而成，活塞A、B被轻质刚性细杆连接在一起，可无摩擦移动A、B的质量分别为，，横截面积分别为，，一定质量的理想气体被封闭在两活塞之间，活塞外侧大气压强，已知此时气体的体积，现使气缸从水平放置缓慢到竖直放置，保持温度不变，达到平衡后如图2所示，A未到达两气缸连接处，取重力加速度。求：
（1）与图1相比．活塞在气缸内移动的距离L；
（2）从图1到图2过程中气体放出热量。

【答案】（1）；（2）
【详解】（1）气缸处于图1位置时，设气缸内气体压强为，对于活塞和杆，由平衡条件得
代入数据解得，
气缸处于图2位置时，设气缸内气体压强为，对于活塞和杆，由平衡条件得
设为气缸处于图2位置时缸内气体的体积，由玻意耳定律可得
由几何关系可得
代入数据解得
（2）对于从图1到图2过程，设气体放出热量为Q，外界对气体做功为W，理想气体内能只和温度有关，保持温度不变。根据热力学第一定律有，
联立得，
【能力提高练】
一、单选题
1．（2023·北京西城·北京八中校考三模）一定质量的理想气体经过一系列变化过程，如图所示，下列说法中正确的是（　　）

A．a→b过程中，气体体积变大，放出热量
B．b→c过程中，气体温度不变，气体对外界做功
C．c→a过程中，气体体积变小，放出热量
D．c→a过程中，气体压强增大，外界对气体做功
【答案】B
【详解】A．a→b过程中，气体压强不变，温度降低，根据盖一吕萨克定律
得知，体积减小，根据热力学第一定律
温度降低，＜0，体积减小，W＞0，所以Q＜0，放出热量，故A错误；
B．b→c过程中气体的温度保持不变，压强减小，即气体发生等温变化，根据玻意耳定律
PV＝C
可知体积增大，气体对外界做功，故B正确；
CD．c→a过程中，P﹣T图像过坐标原点，P与T成正比，则气体发生等容变化，温度升高，所以＞0，体积不变，外界对气体做功W＝0，所以Q＞0，吸收热量，故CD错误。
故选B。
2．（2022·浙江·舟山中学校联考模拟预测）一定质量理想气体的状态变化如图所示，为圆弧，为半径相同的圆弧。气体从状态经状态、、，最终回到状态，则（ ）

A．从状态到状态是等温膨胀过程
B．从状态到状态，气体吸收热量，内能不变
C．处于状态时气体分子单位时间撞击单位面积的次数一定比状态少
D．从状态经、、回到状态，气体吸收热量
【答案】C
【详解】A．从状态到状态是体积减小。等温过程为双曲线，为圆弧，从状态到状态不是等温过程。故A错误；
B．从状态a到状态c，气体压强相等，体积增大，根据理想气体状态方程可知其温度必定升高，且对外界做功，根据热力学第一定律，有
气体吸收热量。故B错误；
C．根据上一选项分析，在状态c，气体体积较大，分子数密度较小，气体温度升高导致分子平均动能增加，在保持压强不变的情况下，单位时间撞击单位面积的次数一定较少。故C正确；
D．从状态a经b、c、d回到状态a，气体的温度不变，内能不变，外界对气体做功等于图形的面积，根据热力学第一定律，有
气体放出热量。故D错误。
故选C。
3．（2023·江西·校联考模拟预测）如图，一定质量的理想气体沿图示从状态a→b→c→a，其中ab的反向延长线通过坐标原点，bc和ca分别与横轴和纵轴平行。下列说法正确的是（　　）

A．从a→b，气体压强减小 B．从a→b，气体内能减小
C．从b→c，气体吸收热量 D．从c→a，气体分子的平均动能不变
【答案】D
【详解】AB．从a→b，气体发生等压变化，气体压强不变，温度升高，内能增大，故AB错误；
C．从b→c，气体发生等容变化，气体不做功，温度降低，内能减小，气体放出热量，故C错误；
D．从c→a，气体温度不变，气体分子的平均动能不变，故D正确。
故选D。
二、多选题
4．（2024·陕西宝鸡·校联考模拟预测）煤气罐是部分家庭的必需品，安全使用煤气罐是人们比较关注的话题.煤气罐密封性良好，将一定量的天然气封闭在罐中，假设罐内的气体为理想气体。当罐内气体温度升高时，则下列说法正确的是（ ）
A．罐内气体的压强增大，内能减小
B．罐内气体从外界吸收热量，内能增加
C．单位时间内撞击在单位面积煤气罐上的分子数增多
D．罐内气体对外界做功，气体的分子平均动能减小
E．气体的平均速率增大，但不能保证每个分子的运动速率都增大
【答案】BCE
【详解】A．温度升高，体积一定时，一定质量的气体压强增大，内能增加，A错误；
B．由热力学第一定律知，温度升高，体积一定，气体内能增加，做功为零，则必然吸热，B正确；
C．虽然体积不变，分子疏密度不变，但是由于温度升高，气体分子热运动剧烈程度增加，故单位时间内撞击在单位面积煤气罐上的分子数增多，C正确；
D．体积不变，罐内气体不对外做功，温度升高，气体分子平均动能增大，D错误；
E．气体分子平均速率增大，但不能保证每个分子的运动速率都增大，E正确。
故选BCE。
5．（2022·辽宁大连·大连八中校考模拟预测）如图所示，“奥托循环”由两条绝热线和两条等容线组成，其中，a→b和c→d为绝热过程，b→c和d→a为等容过程。下列说法正确的是（　　）
A．a→b过程中，气体对外界做功
B．d→a过程中，气体从外界吸收热量
C．b→c过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增多
D．c→d过程中，单位体积内气体分子数减少
【答案】CD
【详解】A．a→b过程为绝热压缩，外界对气体做功，温度升高，分子平均动增大，故A错误；
B．d→a过程为等容变化，压强减小，温度降低，故气体向外界放热，故B错误；
C．b→c过程为等容变化，由图可知压强增大，故单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增多，故C正确；
D．c→d过程为绝热膨胀，气体对外界做功，温度降低，体积增大，压强减小，故单位体积内气体分子数减少，故D正确。
故选CD。
6．（2024·云南大理·云南省下关第一中学校联考模拟预测）一定质量的理想气体，状态从的变化过程可用如图所示的图线描述，其中为等温线，气体在状态A时的温度为T=300K。下列说法正确的是（　　）

A．气体在状态C时的温度
B．从A到C过程外界对气体做了600J的功
C．气体从状态D变化到状态A，单位体积内的气体分子数减小，气体分子的平均动能不变
D．若气体从D到A过程中外界对气体做功为250J，则气体从（一次循环）过程中气体吸收的热量为250J
【答案】AD
【详解】A．由题可知为等温线，则
C到D过程由盖·吕萨克定律得
解得
故A正确；
B．A到B过程压强不变，则气体对外做功
B到C过程体积不变，则气体不做功，则A到C过程，气体对外做功600J，故B错误；
C．由于气体质量保持不变，气体从状态D变化到状态A，气体体积减小，单位体积内气体分子数增大，温度不变，气体分子的平均动能不变，故C错误；
D．气体从A到B过程体积增大，对外做功
气体从B到C过程体积不变，气体不做功，即
气体从C到D过程体积减小，外界对气体做功，即
一次循环内能不变，由热力学第一定律可得
由以上各式可即
则气体吸收的热量为250J，故D正确。
故选AD。
7．（2023·四川内江·四川省资中县第二中学校考模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体从A到B到C又回到A，其中有一个为绝热过程，有一个为等温过程，有一个为等容过程，则下列说法正确的是（　　）

A．A到B是等温过程
B．从B到C的过程，气体从外界吸收热量
C．全过程气体从外界吸收热量
D．C到A的过程，气体内能不变
E．A、B、C三状态相比，A状态气体分子单位时间对单位面积器壁的碰撞次数最多，B状态气体分子单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数最少
【答案】BDE
【详解】AD．根据题意，由图可知，从为等容过程，且压强增大，由查理定律有
可得
假设是等温过程，则为绝热过程，且有
由图可知，过程中，气体体积减小，外界对气体做功，气体的内能增加，温度升高，则有
与上述过程中温度情况不符，则假设不成立，即应该是是绝热过程，为等温过程，温度不变，气体内能不变，故A错误，D正确；
B．由A分析可知，从B到C的过程，气体温度升高，内能增加，气体体积不变，气体对外界不做功，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，故B正确；
C．全过程气体的内能不变，由过程，气体的体积增大，气体对外做功，由过程，气体体积减小，外界对气体做功，由图可知，过程气体的平均压强小于过程气体的平均压强，由于体积变化相等，则过程气体做功较多，即外界对气体做功大于气体对外做功，由热力学第一定律可知，全过程气体放出热量，故C错误；
E．根据上述分析，结合图像可知
则A状态气体分子单位时间对单位面积器壁的碰撞次数大于C状态气体分子单位时间对单位面积器壁的碰撞次数，又有
则C状态气体分子单位时间对单位面积器壁的碰撞次数大于B状态气体分子单位时间对单位面积器壁的碰撞次数，即A状态气体分子单位时间对单位面积器壁的碰撞次数最多，B状态气体分子单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数最少，故E正确。
故选BDE。
三、填空题
8．（2023·福建厦门·厦门一中校考一模）如图所示，一定质量的理想气体从状态A经过等压变化到状态B，再经过等容变化到状态C，最终经过等温变化回到初始状态A。已知从状态A到状态B的过程中，气体吸收了300J的热量，从A到B过程气体的内能变化 J，B到C过程中气体 （填“吸热”、“放热”或“不吸热不放热”），C到A过程中气体 （填“吸热”、“放热”或“不吸热不放热”）。

【答案】 220 放热 放热
【详解】[1]从状态A到状态B的过程中，气体对外做功
W=pΔV=80J
气体吸收了300J的热量，根据热力学第一定律可知
ΔU=Q W=220J
气体内能增加220J。
[2]理想气体从状态B变化到状态C，做等容变化由
得
TB>TC
B到C过程中气体放热。
[3]理想气体从状态C变化到状态A，因pV相等，则气体做等温变化，内能不变，体积减小，外界对气体做正功，右热力学第一定律可知气体放热。
四、解答题
9．（2023·广东东莞·东莞实验中学校考模拟预测）如图所示，长为0.5m、内壁光滑的汽缸固定在水平面上，汽缸内用横截面积为的活塞封闭有压强为、温度为27℃的理想气体，开始时活塞位于汽缸底30cm处。现对封闭的理想气体加热，使活塞缓慢向右移动。（已知大气压强为）
（1）试计算当温度升高到427℃时，缸内封闭气体的压强；
（2）若在此过程中封闭气体共吸收了800J的热量，试计算气体增加的内能。

【答案】①；②
【详解】（1）由题意可知，在活塞移动到汽缸口的过程中，气体发生的是等压变化。设活塞的横截面积为S，活塞未移动时封闭气体的温度为，当活塞恰好移动到汽缸口时，封闭气体的温度为，则由盖—吕萨克定律可知

又
解得
即227℃，因为227℃<427℃，所以气体接着发生等容变化，设当气体温度达到427℃时，封闭气体的压强为p，由查理定律可以得到
代入数据整理可以得到
（2）由题意可知，气体膨胀过程中活塞移动的距离，故大气压力对封闭气体所做的功为
代入数据解得
由热力学第一定律
得到
10．（2022·浙江湖州·统考一模）一定量的理想气体从状态A开始，经历A、B、C三个状态变化，其压强p与体积V的关系图像如图所示。已知状态A的温度为。
（1）求状态C的温度；
（2）类比直线运动中根据速度一时间图像求位移的方法，求过程，气体对外界做的功W；
（3）求过程中，气体从外界吸收的热量Q。

【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）A→C，由理想气体状态方程有
得
（2）由图像，，气体体积膨胀，气体对外做功气体对外做功
得
（3）由可得
即A、B两个状态温度相等，内能相等，由热力学第一定律有
可得，中，气体从外界吸收的热量为
【高考通关练】
1．（2023·天津·统考高考真题）如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体（　　）

A．对外做功 B．内能减小 C．吸收热量 D．压强不变
【答案】B
【详解】A．由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故A错误；
B．爬山过程中温度降低，则气体内能减小，故B正确；
C．根据热力学第一定律可知
爬山过程中气体不做功，但内能见效，故可知气体放出热量，故C错误；
D．爬山过程中氧气瓶里的气体容积质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程有
可知气体压强减小，故D错误；
故选B。
2．（多选）（2023·山西·统考高考真题）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（　　）

A．h中的气体内能增加 B．f与g中的气体温度相等
C．f与h中的气体温度相等 D．f与h中的气体压强相等
【答案】AD
【详解】A．当电阻丝对f中的气体缓慢加热时，f中的气体内能增大，温度升高，根据理想气体状态方程可知f中的气体压强增大，会缓慢推动左边活塞，可知h的体积也被压缩压强变大，对活塞受力分析，根据平衡条件可知，弹簧弹力变大，则弹簧被压缩。与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用，缓慢向右推动左边活塞。故活塞对h中的气体做正功，且是绝热过程，由热力学第一定律可知，h中的气体内能增加，A正确；
B．未加热前，三部分中气体的温度、体积、压强均相等，当系统稳定时，活塞受力平衡，可知弹簧处于压缩状态，对左边活塞分析
则
分别对f、g内的气体分析，根据理想气体状态方程有
由题意可知，因弹簧被压缩，则，联立可得
B错误；
C．在达到稳定过程中h中的气体体积变小，压强变大，f中的气体体积变大。由于稳定时弹簧保持平衡状态，故稳定时f、h中的气体压强相等，根据理想气体状态方程对h气体分析可知
联立可得
C错误；
D．对弹簧、活塞及g中的气体组成的系统分析，根据平衡条件可知，f与h中的气体压强相等，D正确。
故选AD。
3．（多选）（2023·全国·统考高考真题）对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是（　　）
A．等温增压后再等温膨胀 B．等压膨胀后再等温压缩
C．等容减压后再等压膨胀 D．等容增压后再等压压缩
E．等容增压后再等温膨胀
【答案】ACD
【详解】A．对于一定质量的理想气体内能由温度决定，故等温增压和等温膨胀过程温度均保持不变，内能不变，故A正确；
B．根据理想气体状态方程
可知等压膨胀后气体温度升高，内能增大，等温压缩温度不变，内能不变，故末状态与初始状态相比内能增加，故B错误；
C．根据理想气体状态方程可知等容减压过程温度降低，内能减小；等压膨胀过程温度升高，末状态的温度有可能和初状态的温度相等，内能相等，故C正确；
D．根据理想气体状态方程可知等容增压过程温度升高；等压压缩过程温度降低，末状态的温度有可能和初状态的温度相等，内能相等，故D正确；
E．根据理想气体状态方程可知等容增压过程温度升高；等温膨胀过程温度不变，故末状态的内能大于初状态的内能，故E错误。
故选ACD。
4．（2023·广东·统考高考真题）在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的图像，气泡内气体先从压强为、体积为、温度为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，然后从状态绝热收缩到体积为、压强为、温度为的状态到过程中外界对气体做功为．已知和．求：

（1）的表达式；
（2）的表达式；
（3）到过程，气泡内气体的内能变化了多少？
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）由题可知，根据玻意耳定律可得
解得
（2）根据理想气体状态方程可知
解得
（3）根据热力学第一定律可知
其中，故气体内能增加
5．（2023·浙江·统考高考真题）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300K的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态A，其体积。缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积。固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C，此时压强。已知从状态A到状态C，气体从外界吸收热量；从状态B到状态C，气体内能增加；大气压。
（1）气体从状态A到状态B，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”）；
（2）求气体在状态C的温度Tc；
（3）求气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W。
【答案】（1）不变；增大；（2）350K；（3）11J
【详解】（1）圆筒导热良好，则气体从状态A缓慢推动活塞到状态B，气体温度不变，则气体分子平均动能不变；气体体积减小，则压强变大，圆筒内壁单位面积受到的压力增大；
（2）状态A时的压强
温度TA=300K；体积VA=600cm3；
C态压强；体积VC=500cm3；
根据
解得
TC=350K
（3）从B到C气体进行等容变化，则WBC=0，因从B到C气体内能增加25J可知，气体从外界吸热25J，而气体从A到C从外界吸热14J，可知气体从A到B气体放热11J，从A到B气体内能不变，可知从A到B外界对气体做功11J。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)专题37　　热力学定律和能量守恒定律
题型 选择题 命题趋势和备考策略
高考考点 热力学第一定律、热力学第二定律、热力学定律与气体图像问题 【命题规律】近3年新高考卷对于本节内容考查共计29次，主要考查： （1）热力学第一定律的理解； （2）热力学第二定律的理解； （3）热力学定律与气体图像问题的综合应用； 【备考策略】理解并能正确判断热力学三大定律；掌握热力学定理与气体图像相结合的问题。 【命题预测】本节内容难度不大，主要考察热力学三大定律的理解与运用，结合理想气体考察图像问题。虽然难度不大，2024年的考生，本节内容是不能丢分的，务必引起重视。
新高考 2023 广东卷13题、天津卷2题、山东卷9题、浙江卷20题、山西卷8题、乙卷13题、甲卷13题、浙江春招卷19题、
2022 天津卷6题、福建卷10题、重庆卷15题、北京卷3题、江苏卷7题、海南卷15题、辽宁卷6题、湖北卷3题、广东卷15题、河北卷15题、湖南卷15题、山东卷5题、甲卷13题、乙卷13题、
2021 江苏卷13题、海南卷12题、天津卷6题、山东卷2题、全国乙卷13题、全国甲卷13题 、河北卷15题、
【导航窗口】
知识梳理
一、热力学第一定律 2
二、能量守恒定律 2
三、热力学第二定律 2
考点突破
考点一　热力学第一定律与能量守恒定律 3
角度1：热力学第一定律的表述 3
角度2：能量变化 5
考点二　热力学第二定律 7
考点三　热力学定律与气体实验定律的综合 10
考点过关
【素质基础练】 13
【能力提高练】 20
【高考通关练】 29
一、热力学第一定律
1．改变物体内能的两种方式
(1)做功；(2)热传递．
2．热力学第一定律
(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和．
(2)表达式：ΔU＝Q＋W.
(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则：
物理量 意义 符号 W Q ΔU
＋ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加
－ 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少
二、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另一种形式，或者是从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．
2．条件性
能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的．
3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律．
三、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：热量不能自发地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．或表述为“第二类永动机是不可能制成的．”
2．用熵的概念表示热力学第二定律
在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．
3．热力学第二定律的微观意义
一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．
4．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律．
考点一　热力学第一定律与能量守恒定律
1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳．
2．三种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加；
(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加；
(3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．
角度1：热力学第一定律的表述
【典例1】（2023·天津·统考高考真题）如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体（　　）

A．对外做功 B．内能减小 C．吸收热量 D．压强不变
【变式1】（2023·广东广州·广东实验中学校考模拟预测）火热的6月即将到来，高三的同学们也进入高考最后的冲刺，教室里的空调为同学们提供了舒爽的环境，空调的工作原理如图所示，以下表述正确的是（　　）
A．空调的工作原理对应的是热力学第一定律的开尔文表述制冷机
B．空调的工作原理反映了热传导的方向性
C．此原理图中的
D．此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体
【变式2】（2023·河北衡水·河北枣强中学校考模拟预测）对分子动理论以及热力学定律的理解，下列说法正确的是（　　）
A．物体的内能与物体的温度以及物体的体积有关
B．给足球打气时，越来越费力的原因是分子斥力的作用
C．对于一定质量的理想气体，温度升高其内能可能不变
D．一定质量的理想气体，从外界吸收热量的同时体积增加，气体内能可能不变
角度2：能量变化
【典例2】（2023·山西·统考高考真题）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（　　）

A．h中的气体内能增加 B．f与g中的气体温度相等
C．f与h中的气体温度相等 D．f与h中的气体压强相等
【变式1】（2024·山东·模拟预测）中医拔罐疗法在中国有着悠久的历史，早在成书于西汉时期的帛书《五十二病方》中就有类似于后世的火罐疗法。其方法是以罐为工具，将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上，造成局部瘀血，以达到通经活络、行气活血、消肿止痛、祛风散寒等作用的疗法。在将火罐压在皮肤上的很短时间内，以下说法正确的是（　　）
A．火罐“吸”在皮肤上的主要原因是火罐内的气体体积不变，温度降低，压强减小
B．火罐“吸”在皮肤上的主要原因是火罐内的气体体积不变，温度升高，压强增大
C．火罐内的气体吸收热量，内能增大
D．火罐内气体分子单位时间内撞击火罐底部的次数增加
【变式2】（2023·河南·校联考模拟预测）一定质量的理想气体封闭在气缸中，气体由状态A经状态B、C最终变化到D，该过程中气体的V-T图像如图，O、A、D三点共线。下列说法正确的是（　　）
A．气体由A到B一定是从外界吸收热量
B．气体在状态A单位时间对单位面积器壁的冲量小于在状态B的冲量
C．气体由B到C从外界吸收热量
D．气体由C到D对外做的功大于从外界吸收的热量
E．气体在状态A与状态D的压强相等
考点二　热力学第二定律
1．热力学第二定律的涵义
(1)“自发地”指明了热传递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”的涵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．在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．
2．热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．
3．热力学过程方向性实例
(1)高温物体低温物体．
(2)功热．
(3)气体体积V1气体体积V2(较大)．
(4)不同气体A和B混合气体AB.
4．热力学第一、第二定律的比较
热力学第一定律 热力学第二定律
定律揭示的问题 它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系 它指出自然界中出现的过程是有方向性的
机械能和内能的转化 当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能 内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能
表述形式 只有一种表述形式 有多种表述形式
两定律的关系 在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础
5.两类永动机的比较
第一类永动机 第二类永动机
设计要求 不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器
不可能制成的原因　 违背能量守恒定律 不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律
【典例3】（2023·浙江·统考高考真题）下列说法正确的是（ ）
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．液体的表面张力方向总是跟液面相切
C．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是不同的
D．当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
【变式1】（2023·四川雅安·统考模拟预测）下列有关物质的性质以及热学现象的说法中正确的是（　　）
A．用吸盘、细线将洗净的玻璃板水平悬挂并贴在水面上，当缓慢地提起玻璃板脱离水面的一瞬间，拉力等于玻璃板的重力
B．非晶体的微观结构跟液体非常相似，严格来说，只有晶体才能叫做真正的固体
C．当物质分子间的分子力为零时，分子势能值最小
D．第二类永动机不违反热力学第二定律，只违反热力学第一定律
E．在散热的条件下被压缩的气体内能不一定增加
【变式2】（2023·四川绵阳·统考模拟预测）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．一定质量的气体等温压缩过程中气体放出的热量等于外界对气体做的功
B．一定质量的气体等容降温过程中气体吸收热量
C．无论对蒸汽机怎样革新，也不能把蒸汽的内能通过做功全部转化成机械能
D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，可解决能源短缺的问题
E．电冰箱正常工作时把箱内低温物体的热量传递到箱外高温物体，不违背热力学定律
考点三　热力学定律与气体实验定律的综合
解决热力学定律与气体实验定律的综合问题的基本思路
【典例3】（2023·云南·统考一模）下列说法正确的是（ ）
A．射线、射线和射线是三种波长不同的电磁波
B．根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中电子的电势能和动能之和不守恒
C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先增大后减小
D．只要对物体进行不断的冷却，就可以把物体的温度降为绝对零度
【变式1】（2023·四川成都·统考三模）下列说法正确的是（　　）
A．当液体温度一定时，液体中悬浮的固体小颗粒越大，布朗运动越明显
B．当分子间表现为斥力时，分子势能总是随分子间距离的减小而增大
C．随着科技的进步，我们可以将气体的温度降到绝对零度
D．物体的温度越低，分子热运动的平均动能越小
E．一定质量的理想气体，如果在某个过程中温度升高，内能一定增加，气体可能对外做功
【变式2】（2023·天津·模拟预测）根据热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是（　　）
A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能
B．自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293℃
D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以被制造出来
【变式3】（2021·天津红桥·统考二模）下列说法正确的是（　　）
A．一定质量的零摄氏度的水结成同温度的冰，分子平均热运动动能不会改变
B．一定质量的气体体积变大一定对外做功
C．无论科技如何发达，降温技术有多么高明绝对零度都不可能真正达到
D．随着温度的升高，物质的每个分子热运动剧烈程度都在加剧
考点过关
【素质基础练】
1．（2020·天津东丽·统考模拟预测）下列说法正确的是（ ）
A．液体的温度越高，其分子热运动越剧烈，分子平均动能越大
B．某气体摩尔体积为V，阿伏伽德罗常数为NA则分子体积为
C．气体对外界做功，其内能一定减小
D．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等
2．（2023·山东济南·山东师范大学附中校考模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体的图像从1→2→3的过程中，下列说法正确的是（ ）

A．状态1的压强大于状态2的压强
B．1→2过程中气体内能的减少量大于2→3过程内能的增加量
C．1→2过程外界对气体做的功大于气体放出的热量
D．2→3过程中气体分子单位时间内在器壁单位面积上撞击的次数减小
3．（2023·河北·校联考模拟预测）一定量的理想气体从状态经状态变化到状态，其图像如图所示，则气体（ ）

A．由状态a变化到状态b的过程，气体对外界做正功
B．由状态b变化到状态c的过程，气体温度升高
C．由状态a经状态b变化到状态c的过程，气体向外界放热
D．由状态a经状态b变化到状态c的过程，气体的内能先不变后增大
4．（2023·河北·校联考三模）体育课中，小明用打气筒给篮球打气，整个打气过程缓慢进行，每次打气筒活塞都将压强为的一整筒空气压入篮球，无漏气，气体可视为理想气体。设篮球的体积为且不变，打气筒的体积为V，在打气过程中，气体的温度不变，下列说法中不正确的是（　　）

A．篮球内气体的分子数密度不断增大
B．篮球内气体的内能不断增大
C．每打一次气前后，篮球内气体压强变化量为
D．打气过程中气体从外界吸收热
5．（2023·广东佛山·统考模拟预测）如图，小明把空的玻璃瓶开口向下缓慢压入恒温水中，瓶内空气无泄漏，在下降过程中（　　）

A．气体从外界吸热
B．单位面积单位时间气体分子撞击瓶壁次数增多
C．气体内能增大
D．气体对外做功
6．（多选）（2023·四川绵阳·统考模拟预测）关于热力学定律，下列说法正确的是（　　）
A．一定质量的气体等温压缩过程中气体放出的热量等于外界对气体做的功
B．一定质量的气体等容降温过程中气体吸收热量
C．无论对蒸汽机怎样革新，也不能把蒸汽的内能通过做功全部转化成机械能
D．利用降低海水温度放出大量的热量来发电，可解决能源短缺的问题
E．电冰箱正常工作时把箱内低温物体的热量传递到箱外高温物体，不违背热力学定律
7．（多选）（2023·安徽六安·安徽省舒城中学校考模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历ab、bc、cd、de四个过程到达状态e，其中ba的延长线经过原点，bc连线与横轴平行，de连线与纵轴平行，下列说法正确的是（　　）

A．ab过程中气体分子热运动平均动能增加
B．bc过程中气体分子单位时间内击容器壁次数不变
C．cd过程中气体从外界吸热大于气体内能增量
D．de过程中气体对外放出热量，内能不变
8．（2023·福建泉州·泉州五中校考一模）一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再从状态B变化到状态C，其压强随温度的变化关系如图所示，图线的横轴是摄氏温度t，已知热力学温度，则

（1）气体在状态A时的分子数密度 （选填“大于”“小于”或“等于”）气体在状态C时的分子数密度。
（2）气体从状态A经过状态B到状态C的全过程 （选填“吸收”或“放出”）热量。
9．（2023·全国·校联考模拟预测）夏季炎热的正午，小李将充足气的自行车忘在室外，结果车胎爆胎。将车胎内的空气视为理想气体，爆胎前车胎内空气的体积及质量均不变，爆胎过程时间极短。爆胎前，随着气温的升高，车胎内空气的压强 （填“增大”或“减小”）；爆胎过程中，车胎内的空气对外界做 （填“正”或“负”）功，内能 （填“增大”或“减小”）。
10．（2023·河南开封·统考一模）如图1，气缸由两个横截面不同的圆筒连接而成，活塞A、B被轻质刚性细杆连接在一起，可无摩擦移动A、B的质量分别为，，横截面积分别为，，一定质量的理想气体被封闭在两活塞之间，活塞外侧大气压强，已知此时气体的体积，现使气缸从水平放置缓慢到竖直放置，保持温度不变，达到平衡后如图2所示，A未到达两气缸连接处，取重力加速度。求：
（1）与图1相比．活塞在气缸内移动的距离L；
（2）从图1到图2过程中气体放出热量。

【能力提高练】
一、单选题
1．（2023·北京西城·北京八中校考三模）一定质量的理想气体经过一系列变化过程，如图所示，下列说法中正确的是（　　）

A．a→b过程中，气体体积变大，放出热量
B．b→c过程中，气体温度不变，气体对外界做功
C．c→a过程中，气体体积变小，放出热量
D．c→a过程中，气体压强增大，外界对气体做功
2．（2022·浙江·舟山中学校联考模拟预测）一定质量理想气体的状态变化如图所示，为圆弧，为半径相同的圆弧。气体从状态经状态、、，最终回到状态，则（ ）

A．从状态到状态是等温膨胀过程
B．从状态到状态，气体吸收热量，内能不变
C．处于状态时气体分子单位时间撞击单位面积的次数一定比状态少
D．从状态经、、回到状态，气体吸收热量
3．（2023·江西·校联考模拟预测）如图，一定质量的理想气体沿图示从状态a→b→c→a，其中ab的反向延长线通过坐标原点，bc和ca分别与横轴和纵轴平行。下列说法正确的是（　　）

A．从a→b，气体压强减小 B．从a→b，气体内能减小
C．从b→c，气体吸收热量 D．从c→a，气体分子的平均动能不变
二、多选题
4．（2024·陕西宝鸡·校联考模拟预测）煤气罐是部分家庭的必需品，安全使用煤气罐是人们比较关注的话题.煤气罐密封性良好，将一定量的天然气封闭在罐中，假设罐内的气体为理想气体。当罐内气体温度升高时，则下列说法正确的是（ ）
A．罐内气体的压强增大，内能减小
B．罐内气体从外界吸收热量，内能增加
C．单位时间内撞击在单位面积煤气罐上的分子数增多
D．罐内气体对外界做功，气体的分子平均动能减小
E．气体的平均速率增大，但不能保证每个分子的运动速率都增大
5．（2022·辽宁大连·大连八中校考模拟预测）如图所示，“奥托循环”由两条绝热线和两条等容线组成，其中，a→b和c→d为绝热过程，b→c和d→a为等容过程。下列说法正确的是（　　）
A．a→b过程中，气体对外界做功
B．d→a过程中，气体从外界吸收热量
C．b→c过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增多
D．c→d过程中，单位体积内气体分子数减少
6．（2024·云南大理·云南省下关第一中学校联考模拟预测）一定质量的理想气体，状态从的变化过程可用如图所示的图线描述，其中为等温线，气体在状态A时的温度为T=300K。下列说法正确的是（　　）

A．气体在状态C时的温度
B．从A到C过程外界对气体做了600J的功
C．气体从状态D变化到状态A，单位体积内的气体分子数减小，气体分子的平均动能不变
D．若气体从D到A过程中外界对气体做功为250J，则气体从（一次循环）过程中气体吸收的热量为250J
7．（2023·四川内江·四川省资中县第二中学校考模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体从A到B到C又回到A，其中有一个为绝热过程，有一个为等温过程，有一个为等容过程，则下列说法正确的是（　　）

A．A到B是等温过程
B．从B到C的过程，气体从外界吸收热量
C．全过程气体从外界吸收热量
D．C到A的过程，气体内能不变
E．A、B、C三状态相比，A状态气体分子单位时间对单位面积器壁的碰撞次数最多，B状态气体分子单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数最少
三、填空题
8．（2023·福建厦门·厦门一中校考一模）如图所示，一定质量的理想气体从状态A经过等压变化到状态B，再经过等容变化到状态C，最终经过等温变化回到初始状态A。已知从状态A到状态B的过程中，气体吸收了300J的热量，从A到B过程气体的内能变化 J，B到C过程中气体 （填“吸热”、“放热”或“不吸热不放热”），C到A过程中气体 （填“吸热”、“放热”或“不吸热不放热”）。

四、解答题
9．（2023·广东东莞·东莞实验中学校考模拟预测）如图所示，长为0.5m、内壁光滑的汽缸固定在水平面上，汽缸内用横截面积为的活塞封闭有压强为、温度为27℃的理想气体，开始时活塞位于汽缸底30cm处。现对封闭的理想气体加热，使活塞缓慢向右移动。（已知大气压强为）
（1）试计算当温度升高到427℃时，缸内封闭气体的压强；
（2）若在此过程中封闭气体共吸收了800J的热量，试计算气体增加的内能。

10．（2022·浙江湖州·统考一模）一定量的理想气体从状态A开始，经历A、B、C三个状态变化，其压强p与体积V的关系图像如图所示。已知状态A的温度为。
（1）求状态C的温度；
（2）类比直线运动中根据速度一时间图像求位移的方法，求过程，气体对外界做的功W；
（3）求过程中，气体从外界吸收的热量Q。

【高考通关练】
1．（2023·天津·统考高考真题）如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体（　　）

A．对外做功 B．内能减小 C．吸收热量 D．压强不变
2．（多选）（2023·山西·统考高考真题）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（　　）

A．h中的气体内能增加 B．f与g中的气体温度相等
C．f与h中的气体温度相等 D．f与h中的气体压强相等
3．（多选）（2023·全国·统考高考真题）对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是（　　）
A．等温增压后再等温膨胀 B．等压膨胀后再等温压缩
C．等容减压后再等压膨胀 D．等容增压后再等压压缩
E．等容增压后再等温膨胀
4．（2023·广东·统考高考真题）在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的图像，气泡内气体先从压强为、体积为、温度为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，然后从状态绝热收缩到体积为、压强为、温度为的状态到过程中外界对气体做功为．已知和．求：

（1）的表达式；
（2）的表达式；
（3）到过程，气泡内气体的内能变化了多少？
5．（2023·浙江·统考高考真题）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300K的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态A，其体积。缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积。固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C，此时压强。已知从状态A到状态C，气体从外界吸收热量；从状态B到状态C，气体内能增加；大气压。
（1）气体从状态A到状态B，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”）；
（2）求气体在状态C的温度Tc；
（3）求气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W。
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