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高考物理总复习课件
第十四章 　热学
第3节 热力学定律 能量守恒
一、热力学第一定律 能量守恒定律
1.改变物体内能的两种方式.
做功
做功
(1)________是其他形式的能与内能的相互转化过程，内能的
改变量可用________的数值来量度.
(2)________是物体间内能的转移过程，内能转移量用_______
来量度.
热传递
热量
2.热力学第一定律.
传递的热量
做的功
(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它_________
与外界对它所__________的和.
(2)表达式：__________________.
ΔU＝W＋Q
3.能量守恒定律.
(1)内容：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从
一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体.
在转化或转移的过程中其总量__________.这就是能量的转化和守
恒定律.
保持不变
不消耗能量
(2)任何违背能量守恒定律的过程都是不可能的，___________
而对外做功的第一类永动机是不可能制成的.
二、热力学第二定律
1.两种表述.
自发
不产生其他影响
(1)克劳修斯表述：热量不能________地从低温物体传到高温
物体(表述了热传递的方向性).
(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成
有用功而____________________(表述了机械能与内能转化过程的
方向性).
2.第二类永动机是指设想只从单一热库吸收热量，使之完全变
为有用的功而不引起其他变化的热机.这类永动机不可能制成的原
因是违反了________________.
热力学第二定律
3.热力学第二定律的意义：揭示了有大量分子参与的宏观过程
的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律.
4.热力学第二定律的微观解释.
(1)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.这是热力学第二定律的微观意义.
(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个
孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表
着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度________的方向
发展.
更大
【基础自测】
1.判断下列题目的正误.
(1)做功和热传递的实质是相同的.(
)
(2)绝热过程中，外界压缩气体做功 20 J，气体的内能一定减
少.(
)
(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变.(
)
(4)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律.
(
化.(
)
(5)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变
)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×
2.在绝热过程中，外界压缩气体做功 20 J，下列说法正确的是
(
)
A.气体内能一定增加 20 J
B.气体内能增加必定小于 20 J
C.气体内能增加可能小于 20 J
D.气体内能可能不变
答案：A
3.(2021 年北京综测)北京春秋两季的昼夜温差较大，细心的司
机发现从早晨到中午，车胎的体积和胎内气体的压强都会变大.若
这段时间胎内气体质量不变，且可将其视为理想气体，那么从早
)
晨到中午这段时间内，车胎内的气体(
A.对外界做功，内能减小
B.对外界做功，内能不变
C.吸收热量，内能不变
D.吸收的热量大于对外所做的功
答案：D
4.如图 14-3-1 所示的汽缸内盛有定量的理想气体，汽缸壁是
导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但
不漏气.现将活塞杆与外界连接，使其缓慢地向右移动，这样气体
将等温膨胀并通过杆对外做功.若已知理想气体的内能只与温度有
关，则下列说法正确的是(
)
图 14-3-1
A.气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违
反热力学第二定律
B.气体从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过
程不违反热力学第二定律
C.气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违
反热力学第二定律
D.ABC 三种说法都不对
答案：C
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
热点 1 热力学第一定律
[热点归纳]
1.对公式ΔU＝Q＋W 符号的确定.
项目 做功 热传递
区
别 内能变
化情况 在绝热过程中，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 在单纯的热传递过程中，物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少
从运动
形式看 做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化 热传递是通过分子之间的相互作用，使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化
2.改变内能的两种方式的比较.
项目 做功 热传递
区
别 从能量
角度看 做功是其他形式的能与内能相互转化的过程，能的性质发生了变化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移，能的性质不变
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
(续表)
3.三种特殊情况.
(1)若过程是绝热的，则 Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等
于物体内能的增加量.
(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量.
(3)若过程的始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.
4.应用热力学第一定律的三点注意.
(1)做功看体积：体积增大，气体对外做功，W 为负；体积缩
小，外界对气体做功，W 为正.气体在真空中自由膨胀，对外界不
做功，W＝0.
(2)与外界绝热，则不发生热传递，此时 Q＝0.
(3)由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主
要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化.
考向 1 利用热力学第一定律进行定性分析
【典题 1】(2023 年天津卷)如图 14-3-2 是爬山所带氧气瓶，
氧气瓶里的气体容积和质量不变.爬高过程中，温度减小，则气体
(
)
图 14-3-2
A.对外做功
B.内能减小
C.吸收热量
D.压强不变
解析：由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，
A 错误.爬山过程中温度降低，则气体内能减小，B 正确.根据热力
学第一定律可知ΔU＝W＋Q，爬山过程中气体不做功，但内能减
小，故可知气体放出热量，C 错误.爬山过程中氧气瓶里的气体容
PV
T
＝C 可
积和质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程
知，气体压强减小，D 错误.
答案：B
考向 2 利用热力学第一定律进行定量计算
【典题 2】(2022 年广东深圳模拟)一定质量的理想气体从状态
a 开始，经历三个过程 ab、bc 和 ca 回到原状态，其 p-T 图像如图
14-3-3 所示，气体在状态______(填“a”“b”或
“c”)的分子平均动能最小，在 bc 过程中气体体
积_______(填“变大”“变小”或“不变”)，在
ab 过程中，气体对外界做功________(填“大于”
“小于”或“等于”)气体吸收的热量.
图 14-3-3
解析：气体在状态 a 时的温度最低，则分子平均动能最小.在
bc 过程中气体温度不变，压强变大，则体积变小.在 ab 过程中，
压强不变，温度升高，内能变大，ΔU＞0.体积变大，则气体对外
界做功，则 W＜0，则根据ΔU＝W＋Q 可知，Q＞0，即气体对外
界做功小于气体吸收的热量.
答案：a 变小 小于
思路导引
平均动能的大小取决于温度，bc 过程体积的变化
根据玻意耳定律判断，此过程为等温过程，在 ab 过程中，内能变
大，结合热力学第一定律比较气体对外做功的数值与吸收热量的
多少.
热点 2 热力学第二定律
[热点归纳]
1.对热力学第二定律关键词的理解.
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.
2.热力学第二定律的实质.
自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.如：
(1)高温物体低温物体
(2)功热
(3)气体体积 V1 气体体积 V2(V2>V1)
(4)不同气体 A 和 B 混合气体 AB
【典题 3】空调的工作原理如图 14-3-4 所示，下列表述正确
的是(
)
图 14-3-4
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
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 Q1＝Q2
D.此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体
解析：空调的工作原理对应的是热力学第二定律的开尔文表
述，A 错误.空调的工作原理反映了热传导的方向性，热量不能自
发地从低温物体传导给高温物体，但在外界干预下，可以从低温
物体传导给高温物体，B正确，D错误.此原理图中的 Q1＝Q2＋W，
C 错误.
答案：B
项目 热力学第一定律 热力学第二定律
定律揭示
的问题 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 指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的
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
方法技巧 热力学第一、第二定律的比较
热点 3 热力学定律与气体实验定律综合问题
[热点归纳]
气体实验定律与热力学第一定律综合问题的四种题型：
(1)等压变化：气体膨胀对外界做功 W，应用热力学第一定律
代入－W；气体压缩外界对气体做功 W，应用热力学第一定律代
入＋W.
(2)等容变化：气体体积不变，气体和外界之间互不做功，即
W＝0，则ΔU＝Q.气体从外界吸收的热量等于内能的增加量，气体
向外界放出的热量等于内能的减少量.
(3)等温变化：气体内能不变，即ΔU＝0，Q＋W＝0.气体吸热
后体积增大时，膨胀对外做的功等于从外界吸收的热量；反之气
体被压缩时，外界对气体所做的功等于气体向外释放的热量.
(4)绝热过程，即 Q＝0，则 W＝ΔU.气体体积变化导致内能变
化，气体体积增大时，膨胀对外做的功等于气体内能的减少量；
反之气体被压缩时，外界对气体所做的功等于气体内能的增加量.
【典题 4】(2022 年湖北卷)一定质量的理想气体由状态 a 变为
状态 c，其过程如图 14-3-5 中 p-V 图像中 a→c 直线段所示，状态
)
b 对应该线段的中点.下列说法正确的是(
A.a→b 是等温过程
B.a→b 过程中气体吸热
C.a→c 过程中状态 b 的温度最低
D.a→c 过程中外界对气体做正功
图 14-3-5
高，内能增加，且体积增大气体对外界做功，则 W＜0，由热力学
第一定律ΔU＝W＋Q 可知 a→b 过程中气体吸热，A 错误、B 正确.
映温度，a 状态和 c 状态的坐标值的乘积相等，而中间状态的坐标
值乘积更大，a→c 过程的温度先升高后降低，且状态 b 的温度最
高，C 错误.a→c 过程气体体积增大，外界对气体做负功，D 错误.
答案：B
【迁移拓展】(2023 年浙江卷)某探究小组设计了一个报警装
置，其原理如图 14-3-6 所示.在竖直放置的圆柱形容器内用面积
S＝100 cm2、质量 m＝1 kg 的活塞密封一定质量的理想气体，活塞
能无摩擦滑动.开始时气体处于温度 TA＝300 K、活塞与容器底的
距离 h0＝30 cm 的状态 A.环境温度升高时容器内气体被加热，活
塞缓慢上升 d＝3 cm 恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状
态 B.活塞保持不动，气体被继续加热至温度 Tc＝363 K 的状态 C
时触动报警器.从状态 A 到状态 C 的过程中气体内能增加了ΔU＝
158 J.取大气压 p0＝0.99×105 Pa，求气体：
(1)在状态 B 的温度.
(2)在状态 C 的压强.
(3)由状态 A 到状态 C 过程中从外界吸收的热量 Q.
图 14-3-6
解：(1)根据题意可知，气体由状态 A 变化到状态 B 的过程中，
解得 TB＝330 K.
(2)从状态 A 到状态 B 的过程中，活塞缓慢上升，则
pBS＝p0S＋mg
解得 pB＝1×105 Pa
根据题意可知，气体由状态 B 变化到状态 C 的过程中，气体
解得 pC＝1.1×105 Pa.
(3)根据题意可知，从状态 A 到状态 C 的过程中气体对外做功
为 W＝pBSd＝30 J
由热力学第一定律有ΔU＝Q－W
解得 Q＝ΔU＋W＝188 J.
谢谢
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