资源简介

第3讲　热力学定律与能量守恒定律
[复习目标]
1．理解热力学第一定律，能用热力学第一定律解决相关问题。　2.理解热力学第二定律，知道热现象的方向性。
3．能够综合应用热力学第一定律和气体实验定律解决热学问题。
一、热力学第一定律
1．功、热和内能的改变
(1)绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。
(2)功与内能的改变：在绝热过程中，系统内能的变化量ΔU等于外界对系统所做的功W。
(3)热与内能的改变：在单纯的传热过程中，系统内能的变化量ΔU等于外界向系统传递的热量Q。
(4)做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生转化，而传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。
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热量与外界对它所做的功的和。
(2)表达式：ΔU＝Q＋W。
(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则。
物理量 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
1．(1)做功和传热的实质是相同的。(　　)
(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20 J。(　　)
(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。(　　)
提示：(1)×　(2)×　(3)√
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其他形式，或者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．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。
2．(1)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。(　　)
(2)热机中，燃气的内能可以全部变成机械能而不引起其他变化。(　　)
(3)热量不可能从低温物体传给高温物体。(　　)
(4)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。(　　)
(5)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。(　　)
提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
考点一　热力学第一定律
1．对热力学第一定律的理解
(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。
(2)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，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。
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)若过程的初、末状态物体的内能不变(即ΔU＝0)，则W＋Q＝0，外界对物体做的功等于物体放出的热量(即W＝－Q)或物体对外界做的功等于物体吸收的热量(即－W＝Q)。
(2025·北京卷，T1)
我国古代发明的一种点火器如图所示，推杆插入套筒封闭空气，推杆前端粘着易燃艾绒。猛推推杆压缩筒内气体，艾绒即可点燃。在压缩过程中，筒内气体(　　)
A．压强变小 B．对外界不做功
C．内能保持不变 D．分子平均动能增大
[解析]　猛推推杆压缩筒内气体，则气体未来得及与外界发生热交换，即Q＝0，气体被压缩，体积减小，则外界对气体做正功，即气体对外界做负功，W>0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体内能增大，故其温度升高，则分子平均动能增大，故B、C错误，D正确；根据理想气体状态方程＝C，可知气体压强增大，故A错误。
[答案]　D
(2025·安徽卷，T3)在恒温容器内的水中，让一个导热良好的气球缓慢上升。若气球无漏气，球内气体(可视为理想气体)温度不变，则气球上升过程中，球内气体(　　)
A．对外做功，内能不变
B．向外放热，内能减少
C．分子的平均动能变小
D．吸收的热量等于内能的增加量
[解析]　由于该容器为恒温容器，气球上升过程中球内气体温度不变，内能不变，分子平均动能不变，B、C、D错误；随着气球上升，水对气球的压强逐渐减小，球内气体压强也逐渐减小，气体温度不变，根据玻意耳定律可知气体体积逐渐增大，气体对外做功，A正确。
[答案]　A
考点二　热力学第二定律
1．热力学第二定律的理解
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”指明了传热等热力学宏观现象的方向性，不需要外界提供能量。
(2)“不产生其他影响”是说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：热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，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)功内能
(3)气体体积V1(较小)气体体积V2(较大)
(4)不同气体A和BA、B的混合气体
4．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。
(2026·江苏宿迁市模拟)“覆水难收”意指泼出去的水不能自发回到原来的状态，其蕴含的物理规律是(　　)
A．热平衡定律 B．热力学第一定律
C．热力学第二定律 D．机械能守恒定律
[解析]　“覆水难收”蕴含的物理规律是熵增加原理，即热力学第二定律。
[答案]　C
(2026·广东深圳市模拟)根据热力学定律，下列说法正确的是(　　)
A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
B．功转变为热的实际宏观过程是可逆过程
C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
D．对能源过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机
[解析]　电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，故A正确；根据热力学第二定律，功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程，故B错误；根据热力学第二定律可知，从单一热源吸收热量，全部用来对外做功而不引起其他变化是不可能的，故C错误；自然界的能量不会减少，形成“能源危机”的原因是能源的品质下降，可利用的能源不断减少，故D错误。
[答案]　A
考点三　热力学第一定律与图像的结合
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＝C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。
3．在p－V图像中，图像与横轴所围面积表示气体对外界或外界对气体在整个过程中所做的功。
(多选)(2025·甘肃卷，T9)如图，一定量的理想气体从状态A经等容过程到达状态B，然后经等温过程到达状态C。已知质量一定的某种理想气体的内能只与温度有关，且随温度升高而增大。下列说法正确的是(　　)
A．A→B过程为吸热过程
B．B→C过程为吸热过程
C．状态A的压强比状态B的小
D．状态A的内能比状态C的小
[解析]　A→B过程，体积不变，则W＝0，温度升高，则ΔU>0，根据热力学第一定律，可知Q>0，即该过程吸热，A正确；B→C过程，温度不变，则ΔU＝0，体积减小，则W>0，根据热力学第一定律，可知Q<0，即该过程为放热过程，B错误；A→B过程，体积不变，温度升高，根据＝C，可知，压强变大，即状态A的压强比状态B的压强小，C正确；状态A的温度低于状态C的温度，可知状态A的内能比状态C的小，D正确。
[答案]　ACD
(多选)(2024·新课标卷，T21)如图，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量)，2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1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．1→2过程中，气体内能增加
B．2→3过程中，气体向外放热
C．3→4过程中，气体内能不变
D．4→1过程中，气体向外放热
[解析]　1→2为绝热过程，根据ΔU＝Q＋W可知此过程气体体积减小，外界对气体做功，气体内能增加，故A正确；2→3为等压过程，根据盖-吕萨克定律可知气体体积增大时温度升高，内能增大，此过程气体对外界做功，W<0，故气体吸收热量，故B错误；3→4为绝热过程，此过程气体体积增大，气体对外界做功，W<0，气体内能减小，故C错误；4→1为等容过程，根据查理定律可知压强减小时温度降低，故内能减小，由于体积不变，W＝0，故可知气体向外放热，故D正确。
[答案]　AD
(多选)(2026·广西柳州市模拟)如图所示，一定质量的理想气体经历了a→b→c→a的循环过程，气体在a、b、c状态下的体积分别为Va、Vb、Vc，下列说法正确的是(　　)
A.a→b过程气体对外做功
B．b→c过程气体内能不变
C．c→a过程气体从外界吸热
D．Va＝Vb[解析]　a→b过程，压强与热力学温度成正比，根据查理定律可知，气体体积不变，则气体对外不做功，故A错误；b→c过程，理想气体温度不变，则气体内能不变，故B正确；c→a过程，理想气体压强一定，温度降低，则气体内能减小，根据盖-吕萨克定律可知，气体体积减小，则外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，c→a过程气体向外界放热，故C错误；结合上述可知，a→b过程，气体体积不变，b→c过程理想气体温度不变，根据玻意耳定律可知，气体压强减小，则气体体积增大，则有Va＝Vb[答案]　BD
考点四　热力学第一定律与气体实验定律的结合
1．做功情况看体积
体积V减小→外界对气体做功→W>0；体积V增大→气体对外界做功→W<0；无阻碍地自由膨胀→W＝0。
2．内能变化看温度：温度T升高→内能增加→ΔU>0；温度T降低→内能减少→ΔU<0。
3．吸热和放热：吸热还是放热，一般题目中会告知，或由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，知道W和ΔU后确定Q。
(2025·重庆卷，T2)易碎物品运输中常采用缓冲气袋减小运输中冲击。若某次撞击过程中，气袋被压缩(无破损)，不计袋内气体与外界的热交换，则该过程中袋内气体(视为理想气体)(　　)
A．分子热运动的平均动能增加
B．内能减小
C．压强减小
D．对外界做正功
[解析]　气袋被压缩且绝热(无热交换)，袋内气体视为理想气体，绝热压缩时外界对气体做正功，内能增加，温度升高，分子平均动能由温度决定，分子热运动的平均动能增加，故A正确，B、D错误；根据理想气体状态方程＝C，体积减小，温度升高，可知压强增大，故C错误。
[答案]　A
(2025·陕晋青宁卷，T13)某种卡车轮胎的标准胎压范围为2.8×105～3.5×105 Pa。卡车行驶过程中，一般胎内气体的温度会升高，体积及压强也会增大。若某一行驶过程中胎内气体压强p随体积V线性变化如图所示，温度T1为300 K时，体积V1和压强p1分别为0.528 m3、3.0×105 Pa；当胎内气体温度升高到T2为350 K时，体积增大到V2为0.560 m3，气体可视为理想气体。
(1)求此时胎内气体的压强p2。
(2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为7.608×104 J，求胎内气体的内能增加量ΔU。
[解析]　(1)根据理想气体状态方程有
＝
代入数据解得p2＝3.3×105 Pa。
(2)p－V图线与V轴围成的面积代表气体做功的大小，该过程气体体积增大，则外界对气体做负功，可得W＝－×(3.0×105＋3.3×105)×(0.560－0.528) J＝－1.008×104 J
由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W
代入数据可得ΔU＝6.6×104 J。
[答案]　(1)3.3×105 Pa　(2)6.6×104 J
(2024·湖北卷，T13)
如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为T0，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升h再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为ΔU＝
CΔT，C为已知常量，大气压强恒为p0，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求：
(1)再次平衡时容器内气体的温度；
(2)此过程中容器内气体吸收的热量。
[解析]　(1)气体进行等压变化，则由盖-吕萨克定律得＝，即＝
解得T1＝T0。
(2)此过程中气体内能增加
ΔU＝CΔT＝CT0
气体对外做的功W＝pSΔh＝h(p0S＋mg)
此过程中容器内气体吸收的热量
Q＝ΔU＋W＝h(p0S＋mg)＋CT0。
[答案]　(1)T0　(2)h(p0S＋mg)＋CT01.(多选)(2026·河南安阳市一模)如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成A、B两部分，A内充满气体，B内为真空。现抽开隔板，让A中气体进入B并最终达到平衡状态，则(　　)
A．气体的内能始终不变
B．气体的压强始终不变
C．气体分子的平均动能将减小
D．B中气体不可能自发地再全部回到A中
解析：选AD。由于B内为真空，抽走隔板后，A部分气体自由膨胀，膨胀过程中没有对外做功，容器又是绝热容器，所以气体也不可能与外界发生热交换，由热力学第一定律可知气体的内能始终不变，故气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，故A正确，C错误；由于气体发生的是等温膨胀，由玻意耳定律可知，气体的压强将减小，故B错误；由热力学第二定律可知，B中气体不可能再自发地全部回到A部分，故D正确。
2．(2026·广东汕头市模拟)某个冬天早晨，小红打开家里的制暖空调，为使制暖效果更佳，她关闭门窗，一段时间后房间内升高至25 ℃并保持恒温。房间内的气体可视为质量不变的理想气体，若将一杯装有花粉的10 ℃水置于该房间内，则下列说法正确的是(　　)
A．制暖空调机工作时，热量从低温物体传递给高温物体
B．制暖空调机开始工作后，房间内气体的内能始终保持不变
C．待空调稳定后，花粉的运动激烈程度会减弱
D．花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了花粉分子在不停地做无规则运动
解析：选A。制暖空调机工作时，因为电机工作电流做功，热量从低温物体传到高温物体，故A正确；制暖空调机开始工作后，房间内气体温度升高，内能增大，故B错误；待空调稳定后，房间内温度升高，装花粉的水温度升高，花粉做布朗运动的激烈程度会增加，故C错误；花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了水分子在不停地做无规则运动，故D错误。
3.
(2026·天津西青区期末)健身球是一种内部充气的健身辅助器材，如图所示，球内的气体可视为理想气体，当球内气体被快速挤压时来不及与外界热交换，而缓慢变化时可认为能发生充分的热交换，则下列说法正确的是(　　)
A．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体对外放热
B．人体缓慢离开健身球过程中，球内表面单位时间单位面积上撞击的分子数不变
C．人体快速挤压健身球过程中，球内气体压强减小
D．人体快速挤压健身球过程中，球内气体分子热运动的平均动能增大
解析：选D。人体缓慢离开健身球过程中，球内气体能与外界发生充分的热交换，则球内气体的温度不变，体积变大，压强变小，气体分子数密度减小，而分子的平均速率不变，则球内表面单位时间单位面积上撞击的分子数减少，气体对外做功，内能不变，根据热力学第一定律可知，球内气体从外界吸热，故A、B错误；人体快速挤压健身球过程中，来不及与外界热交换，球内气体体积减小，外部对气体做功，气体温度升高，则压强变大，球内气体分子热运动的平均动能增大，故C错误，D正确。
4.(2026·江苏泰州市模拟)取一个透明塑料瓶，向瓶内注入少量的水。将橡胶塞打孔，安装上气门嘴，再用橡胶塞把瓶口塞紧，并向瓶内打气，橡胶塞迅速跳出，瓶内出现白雾。橡胶塞跳出过程中(　　)
A．瓶内气体对外界做负功
B．瓶内气体向外界放热
C．瓶内气体温度迅速下降
D．气体分子单位时间对瓶壁单位面积碰撞的个数增大
解析：选C。橡胶塞迅速跳出，瓶内气体膨胀，推动橡胶塞运动，瓶内气体对外界做正功，在这个过程中时间很短，可近似认为没有热传递，即Q＝0，并不是向外界放热，故A、B错误；根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，由于Q＝0，气体对外做功，W<0，所以气体内能ΔU<0，内能减小，温度迅速下降，故C正确；瓶内气体温度下降，分子平均动能减小，同时气体体积膨胀，分子数密度减小，所以气体分子单位时间对瓶壁单位面积碰撞的个数减小，故D错误。
5．(2026·江苏海门中学调研)如图所示，在内壁光滑汽缸内封闭着一定质量的理想气体，用电热丝加热，使其温度升高T，若活塞固定，吸收热量为Q1；若活塞不固定，吸收热量为Q2，则Q1与Q2的大小关系(　　)
A．Q1>Q2 B．Q1C．Q1＝Q2 D．均有可能
解析：选B。一定量的气体内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相同，气体内能变化量相等，即ΔU1＝ΔU2＝ΔU，第一种情况，汽缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功，W1＝0，由ΔU＝W＋Q，可知Q1＝ΔU1－W1＝ΔU，第二种情况，活塞自由移动，气体受热膨胀，体积增大，气体对外做功，W2<0，故Q2＝ΔU2－W2＝ΔU－W2>ΔU＝Q1。
6.(多选)(2026·甘肃省模拟)一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中压强p随体积V变化的p－V图像如图所示，从状态1到状态2的过程中，下列说法正确的是(　　)
A．气体对外界做功 B．气体的温度降低
C．气体的内能增大 D．气体向外界放热
解析：选AC。由题图可知，气体从状态1到状态2为等压变化，根据盖-吕萨克定律＝C可知，此过程气体的体积增大，温度升高，气体对外做功，故A正确，B错误；理想气体的内能只跟温度有关，温度升高，内能增大，故C正确；根据热力学第一定律可知Q＝ΔU－W，结合上述分析可知ΔU>0，W<0，故Q>0，即气体从外界吸收热量，故D错误。
7．(多选)(2026·河北唐山市期末)一定质量的理想气体由状态A变为状态B的V－T图像如图所示，已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。根据上述信息，下列说法正确的是(　　)
A.气体在状态A时的温度是200 K
B．气体在状态B时的压强是2.25×105 Pa
C．气体由状态A到状态B的过程中从外界吸收热量
D．气体由状态A到状态B过程中向外界放出热量
解析：选AC。从A到B过程中，气体的体积与热力学温度成正比，所以气体发生等压变化，即pB＝pA＝1.5×105 Pa，根据盖-吕萨克定律有＝，代入数据解得TA＝200 K，故A正确，B错误；从状态A到状态B的过程中，压强不变，温度升高，内能变大，体积变大，气体对外做功，根据ΔU＝W＋Q，可知气体从外界吸收热量，故C正确，D错误。
8.(2026·江苏苏锡常镇一模)如图所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，ab的延长线过原点，dc平行于纵轴，以下说法错误的是(　　)
A．从状态d到c，气体对外做功，气体吸热
B．从状态c到b，外界对气体做功，气体放热
C．从状态b到a，气体对外做功，气体吸热
D．从状态a到d，气体对外做功，气体吸热
解析：选C。从状态d到c，气体发生等温变化，根据＝C，知压强减小，因此体积变大，气体对外做功，根据ΔU＝W＋Q可知，内能不变，因此气体吸收热量，故A正确，不符合题意；在p－T图像中，斜率倒数表示体积的大小，从状态c到b斜率增加表示体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，可得气体一定对外放热，故B正确，不符合题意；从状态b到a，气体等容变化，气体对外界不做功，但温度升高，内能增大，故吸收热量，故C错误，符合题意；从状态a到d，气体发生等压变化，根据＝C，可得温度升高，体积变大，故气体对外做功，内能增大，气体吸热，故D正确，不符合题意。
9．(8分)(2026·江苏南通市统考)一定质量的理想气体，状态从A→B→C的变化过程可用如图所示的p－V图线描述，气体在状态A时温度为TA＝300 K。
(1)求气体在状态B时温度TB和状态C时的温度TC。(4分)
(2)若气体在B→C过程中气体内能减少了200 J，求在B→C过程吸收或放出的热量。(4分)
解析：(1)A到B过程中由查理定律有＝代入数据得TB＝1 200 K
B到C过程中由盖-吕萨克定律有＝得TC＝600 K。
(2)B到C过程中外界对气体做的功W＝pΔV
得W＝800 J
由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，内能减少200 J即ΔU＝－200 J
得Q＝－1 000 J
则放热1 000 J。
答案：(1)1 200 K　600 K　(2)1 000 J
10．(10分)(2026·江西鹰潭市模拟)绝热的活塞与汽缸之间封闭一定质量的理想气体，汽缸开口向上置于水平面上，活塞与汽缸壁之间无摩擦，缸内气体的内能UP＝72 J，如图甲所示。已知活塞面积S＝5×10－4 m2，其质量m＝2 kg，大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。如果通过电热丝给封闭气体缓慢加热，活塞由原来的P位置移动到Q位置，此过程封闭气体的V－T图像如图乙所示，且知气体内能与热力学温度成正比。求：
(1)封闭气体最后的体积；(3分)
(2)封闭气体吸收的热量。(7分)
解析：(1)以气体为研究对象，根据盖-吕萨克定律有＝
解得VQ＝6×10－4 m3。
(2)依题意可知，气体的内能与热力学温度成正比，有＝
解得UQ＝108 J
活塞从P位置缓慢移到Q位置，活塞受力平衡，气体做等压变化，以活塞为研究对象有
pS＝p0S＋mg
解得p＝1.4×105 Pa
气体膨胀，外界对气体做的功
W＝－p(VQ－VP)＝－28 J
由热力学第一定律，有UQ－UP＝Q＋W
得气体变化过程吸收的总热量Q＝64 J。
答案：(1)6×10－4 m3　(2)64 J
11.(10分)(2026·江西赣州市一模)如图所示，内壁光滑的导热汽缸竖直放置在水平桌面上，汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞质量m＝5 kg，活塞横截面积S＝10 cm2。活塞初始状态离汽缸底部的高度h1＝6 cm。假设外界空气温度恒为T1＝300 K，大气压强p0＝1×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。
(1)若用外力F将活塞缓慢提升3 cm，求此时汽缸内气体的压强。(5分)
(2)若对汽缸内气体缓慢加热，当温度升到T2＝360 K时，气体吸收了15 J的热量，求此过程中气体内能的增加量。(5分)
解析：(1)初始时，封闭气体的压强p1＝p0＋＝(1×105＋) Pa＝1.5×105 Pa
活塞缓慢上升过程中，气体做等温变化，根据玻意耳定律可得
p1Sh1＝p2Sh2，h2＝h1＋Δh＝9 cm
代入数据解得p2＝1.0×105 Pa。
(2)对汽缸内气体缓慢加热，气体做等压变化，根据盖-吕萨克定律可得＝
代入数据解得Δh′＝1.2 cm
气体对外界做的功W＝p1SΔh′＝1.8 J
根据热力学第一定律可得ΔU＝Q－W＝13.2 J。
答案：(1)1.0×105 Pa　(2)13.2 J(共45张PPT)
第3讲　热力学定律与
能量守恒定律
[复习目标]
1．理解热力学第一定律，能用热力学第一定律解决相关问题。　2.理解热力学第二定律，知道热现象的方向性。
3．能够综合应用热力学第一定律和气体实验定律解决热学问题。
基础自主梳理
第一部分
一、热力学第一定律
1．功、热和内能的改变
(1)绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。
(2)功与内能的改变：在______过程中，系统内能的变化量ΔU等于外界对系统所做的功W。
(3)热与内能的改变：在单纯的______过程中，系统内能的变化量ΔU等于外界向系统传递的热量Q。
绝热
传热
(4)做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生______，而传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的______。
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____。
(2)表达式：ΔU＝________。
(3)ΔU＝__________中正、负号法则。
转化
转移
热量
和
Q＋W
Q＋W
物理量 W Q ΔU
＋ 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
1．(1)做功和传热的实质是相同的。(　　)
(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20 J。(　　)
(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。(　　)
深化辨析
×
×
√
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．条件性
能量守恒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______________。
转移
转移
能量守恒定律
三、热力学第二定律
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。
自发地
2．(1)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。(　　)
(2)热机中，燃气的内能可以全部变成机械能而不引起其他变化。(　　)
(3)热量不可能从低温物体传给高温物体。(　　)
(4)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。(　　)
(5)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。(　　)
深化辨析
×
×
√
×
√
考点一　热力学第一定律
第二部分
1．对热力学第一定律的理解
(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。
(2)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，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。
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)若过程的初、末状态物体的内能不变(即ΔU＝0)，则W＋Q＝0，外界对物体做的功等于物体放出的热量(即W＝－Q)或物体对外界做的功等于物体吸收的热量(即－W＝Q)。
例1 (2025·北京卷，T1)我国古代发明的一种点火器如图所示，推杆插入套筒封闭空气，推杆前端粘着易燃艾绒。猛推推杆压缩筒内气体，艾绒即可点燃。在压缩过程中，筒内气体(　　)
A．压强变小 B．对外界不做功
C．内能保持不变 D．分子平均动能增大
D
例2 (2025·安徽卷，T3)在恒温容器内的水中，让一个导热良好的气球缓慢上升。若气球无漏气，球内气体(可视为理想气体)温度不变，则气球上升过程中，球内气体(　　)
A．对外做功，内能不变
B．向外放热，内能减少
C．分子的平均动能变小
D．吸收的热量等于内能的增加量
A
[解析]　由于该容器为恒温容器，气球上升过程中球内气体温度不变，内能不变，分子平均动能不变，B、C、D错误；
随着气球上升，水对气球的压强逐渐减小，球内气体压强也逐渐减小，气体温度不变，根据玻意耳定律可知气体体积逐渐增大，气体对外做功，A正确。
第三部分
考点二　热力学第二定律
1．热力学第二定律的理解
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”指明了传热等热力学宏观现象的方向性，不需要外界提供能量。
(2)“不产生其他影响”是说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：热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，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。
4．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。
例3 (2026·江苏宿迁市模拟)“覆水难收”意指泼出去的水不能自发回到原来的状态，其蕴含的物理规律是(　　)
A．热平衡定律 B．热力学第一定律
C．热力学第二定律 D．机械能守恒定律
[解析]　“覆水难收”蕴含的物理规律是熵增加原理，即热力学第二定律。
C
例4 (2026·广东深圳市模拟)根据热力学定律，下列说法正确的是(　　)
A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
B．功转变为热的实际宏观过程是可逆过程
C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
D．对能源过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机
A
[解析]　电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，故A正确；
根据热力学第二定律，功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程，故B错误；
根据热力学第二定律可知，从单一热源吸收热量，全部用来对外做功而不引起其他变化是不可能的，故C错误；
自然界的能量不会减少，形成“能源危机”的原因是能源的品质下降，可利用的能源不断减少，故D错误。
第四部分
考点三　热力学第一定律与图像的结合
例5 (多选)(2025·甘肃卷，T9)如图，一定量的理想气体从状态A经等容过程到达状态B，然后经等温过程到达状态C。已知质量一定的某种理想气体的内能只与温度有关，且随温度升高而增大。下列说法正确的是(　　)
A．A→B过程为吸热过程
B．B→C过程为吸热过程
C．状态A的压强比状态B的小
D．状态A的内能比状态C的小
ACD
[解析]　A→B过程，体积不变，则W＝0，温度升高，则ΔU>0，根据热力学第一定律，可知Q>0，即该过程吸热，A正确；
B→C过程，温度不变，则ΔU＝0，体积减小，则W>0，根据热力学第一定律，可知Q<0，即该过程为放热过程，B错误；
状态A的温度低于状态C的温度，可知状态A的内能比状态C的小，D正确。
例6 (多选)(2024·新课标卷，T21)如图，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量)，2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1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．1→2过程中，气体内能增加
B．2→3过程中，气体向外放热
C．3→4过程中，气体内能不变
D．4→1过程中，气体向外放热
AD
[解析]　1→2为绝热过程，根据ΔU＝Q＋W可知此过程气体体积减小，外界对气体做功，气体内能增加，故A正确；
2→3为等压过程，根据盖-吕萨克定律可知气体体积增大时温度升高，内能增大，此过程气体对外界做功，W<0，故气体吸收热量，故B错误；
3→4为绝热过程，此过程气体体积增大，气体对外界做功，W<0，气体内能减小，故C错误；
4→1为等容过程，根据查理定律可知压强减小时温度降低，故内能减小，由于体积不变，W＝0，故可知气体向外放热，故D正确。
例7 (多选)(2026·广西柳州市模拟)如图所示，一定质量的理想气体经历了a→b→c→a的循环过程，气体在a、b、c状态下的体积分别为Va、Vb、Vc，下列说法正确的是(　　)
A.a→b过程气体对外做功
B．b→c过程气体内能不变
C．c→a过程气体从外界吸热
D．Va＝VbBD
[解析]　a→b过程，压强与热力学温度成正比，根据查理定律可知，气体体积不变，则气体对外不做功，故A错误；
b→c过程，理想气体温度不变，则气体内能不变，故B正确；
c→a过程，理想气体压强一定，温度降低，则气体内能减小，根据盖-吕萨克定律可知，气体体积减小，则外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，c→a过程气体向外界放热，故C错误；
结合上述可知，a→b过程，气体体积不变，b→c过程理想气体温度不变，根据玻意耳定律可知，气体压强减小，则气体体积增大，则有Va＝Vb考点四　热力学第一定律与气体实验定律的结合
第五部分
1．做功情况看体积
体积V减小→外界对气体做功→W>0；体积V增大→气体对外界做功→W<0；无阻碍地自由膨胀→W＝0。
2．内能变化看温度：温度T升高→内能增加→ΔU>0；温度T降低→内能减少→ΔU<0。
3．吸热和放热：吸热还是放热，一般题目中会告知，或由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，知道W和ΔU后确定Q。
例8 (2025·重庆卷，T2)易碎物品运输中常采用缓冲气袋减小运输中冲击。若某次撞击过程中，气袋被压缩(无破损)，不计袋内气体与外界的热交换，则该过程中袋内气体(视为理想气体)(　　)
A．分子热运动的平均动能增加
B．内能减小
C．压强减小
D．对外界做正功
A
[解析]　气袋被压缩且绝热(无热交换)，袋内气体视为理想气体，绝热压缩时外界对气体做正功，内能增加，温度升高，分子平均动能由温度决定，分子热运动的平均动能增加，故A正确，B、D错误；
例9 (2025·陕晋青宁卷，T13)某种卡车轮胎的标准胎压范围为2.8×105～3.5×105 Pa。卡车行驶过程中，一般胎内气体的温度会升高，体积及压强也会增大。若某一行驶过程中胎内气体压强p随体积V线性变化如图所示，温度T1为300 K时，体积V1和压强p1分别为0.528 m3、3.0×105 Pa；当胎内气体温度升高到T2为350 K时，体积增大到V2为0.560 m3，气体可视为理想气体。
(1)求此时胎内气体的压强p2。
[答案]　3.3×105 Pa　
(2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为7.608×104 J，求胎内气体的内能增加量ΔU。
[答案]　6.6×104 J
(1)再次平衡时容器内气体的温度；
(2)此过程中容器内气体吸收的热量。(共29张PPT)
演练知能提升
1.(多选)(2026·河南安阳市一模)如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成A、B两部分，A内充满气体，B内为真空。现抽开隔板，让A中气体进入B并最终达到平衡状态，则(　　)
A．气体的内能始终不变
B．气体的压强始终不变
C．气体分子的平均动能将减小
D．B中气体不可能自发地再全部回到A中
AD
解析：由于B内为真空，抽走隔板后，A部分气体自由膨胀，膨胀过程中没有对外做功，容器又是绝热容器，所以气体也不可能与外界发生热交换，由热力学第一定律可知气体的内能始终不变，故气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，故A正确，C错误；
由于气体发生的是等温膨胀，由玻意耳定律可知，气体的压强将减小，故B错误；
由热力学第二定律可知，B中气体不可能再自发地全部回到A部分，故D正确。
2．(2026·广东汕头市模拟)某个冬天早晨，小红打开家里的制暖空调，为使制暖效果更佳，她关闭门窗，一段时间后房间内升高至25 ℃并保持恒温。房间内的气体可视为质量不变的理想气体，若将一杯装有花粉的10 ℃水置于该房间内，则下列说法正确的是(　　)
A．制暖空调机工作时，热量从低温物体传递给高温物体
B．制暖空调机开始工作后，房间内气体的内能始终保持不变
C．待空调稳定后，花粉的运动激烈程度会减弱
D．花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了花粉分子在不停地做无规则运动
A
解析：制暖空调机工作时，因为电机工作电流做功，热量从低温物体传到高温物体，故A正确；
制暖空调机开始工作后，房间内气体温度升高，内能增大，故B错误；
待空调稳定后，房间内温度升高，装花粉的水温度升高，花粉做布朗运动的激烈程度会增加，故C错误；
花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了水分子在不停地做无规则运动，故D错误。
3.(2026·天津西青区期末)健身球是一种内部充气的健身辅助器材，如图所示，球内的气体可视为理想气体，当球内气体被快速挤压时来不及与外界热交换，而缓慢变化时可认为能发生充分的热交换，则下列说法正确的是(　　)
A．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体对外放热
B．人体缓慢离开健身球过程中，球内表面单位时间
单位面积上撞击的分子数不变
C．人体快速挤压健身球过程中，球内气体压强减小
D．人体快速挤压健身球过程中，球内气体分子热运动的平均动能增大
D
解析：人体缓慢离开健身球过程中，球内气体能与外界发生充分的热交换，则球内气体的温度不变，体积变大，压强变小，气体分子数密度减小，而分子的平均速率不变，则球内表面单位时间单位面积上撞击的分子数减少，气体对外做功，内能不变，根据热力学第一定律可知，球内气体从外界吸热，故A、B错误；
人体快速挤压健身球过程中，来不及与外界热交换，球内气体体积减小，外部对气体做功，气体温度升高，则压强变大，球内气体分子热运动的平均动能增大，故C错误，D正确。
4.(2026·江苏泰州市模拟)取一个透明塑料瓶，向瓶内注入少量的水。将橡胶塞打孔，安装上气门嘴，再用橡胶塞把瓶口塞紧，并向瓶内打气，橡胶塞迅速跳出，瓶内出现白雾。橡胶塞跳出过程中(　　)
A．瓶内气体对外界做负功
B．瓶内气体向外界放热
C．瓶内气体温度迅速下降
D．气体分子单位时间对瓶壁单位面积碰撞的个数增大
C
解析：橡胶塞迅速跳出，瓶内气体膨胀，推动橡胶塞运动，瓶内气体对外界做正功，在这个过程中时间很短，可近似认为没有热传递，即Q＝0，并不是向外界放热，故A、B错误；
根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，由于Q＝0，气体对外做功，W<0，所以气体内能ΔU<0，内能减小，温度迅速下降，故C正确；
瓶内气体温度下降，分子平均动能减小，同时气体体积膨胀，分子数密度减小，所以气体分子单位时间对瓶壁单位面积碰撞的个数减小，故D错误。
5．(2026·江苏海门中学调研)如图所示，在内壁光滑汽缸内封闭着一定质量的理想气体，用电热丝加热，使其温度升高T，若活塞固定，吸收热量为Q1；若活塞不固定，吸收热量为Q2，则Q1与Q2的大小关系(　　)

A．Q1>Q2 B．Q1C．Q1＝Q2 D．均有可能
B
解析：一定量的气体内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相同，气体内能变化量相等，即ΔU1＝ΔU2＝ΔU，第一种情况，汽缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功，W1＝0，由ΔU＝W＋Q，可知Q1＝ΔU1－W1＝ΔU，第二种情况，活塞自由移动，气体受热膨胀，体积增大，气体对外做功，W2<0，故Q2＝ΔU2－W2＝ΔU－W2>ΔU＝Q1。
6.(多选)(2026·甘肃省模拟)一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中压强p随体积V变化的p－V图像如图所示，从状态1到状态2的过程中，下列说法正确的是(　　)


A．气体对外界做功 B．气体的温度降低
C．气体的内能增大 D．气体向外界放热
AC
理想气体的内能只跟温度有关，温度升高，内能增大，故C正确；
根据热力学第一定律可知Q＝ΔU－W，结合上述分析可知ΔU>0，W<0，故Q>0，即气体从外界吸收热量，故D错误。
7．(多选)(2026·河北唐山市期末)一定质量的理想气体由状态A变为状态B的V－T图像如图所示，已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。根据上述信息，下列说法正确的是(　　)
A.气体在状态A时的温度是200 K
B．气体在状态B时的压强是2.25×105 Pa
C．气体由状态A到状态B的过程中从外界吸收热量
D．气体由状态A到状态B过程中向外界放出热量
AC
从状态A到状态B的过程中，压强不变，温度升高，内能变大，体积变大，气体对外做功，根据ΔU＝W＋Q，可知气体从外界吸收热量，故C正确，D错误。
8.(2026·江苏苏锡常镇一模)如图所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，ab的延长线过原点，dc平行于纵轴，以下说法错误的是(　　)
A．从状态d到c，气体对外做功，气体吸热
B．从状态c到b，外界对气体做功，气体放热
C．从状态b到a，气体对外做功，气体吸热
D．从状态a到d，气体对外做功，气体吸热
C
在p－T图像中，斜率倒数表示体积的大小，从状态c到b斜率增加表示体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，可得气体一定对外放热，故B正确，不符合题意；
从状态b到a，气体等容变化，气体对外界不做功，但温度升高，内能增大，故吸收热量，故C错误，符合题意；
9．(8分)(2026·江苏南通市统考)一定质量的理想气体，状态从A→B→C的变化过程可用如图所示的p－V图线描述，气体在状态A时温度为TA＝300 K。
答案：1 200 K　600 K　
(1)求气体在状态B时温度TB和状态C时的温度TC。(4分)
(2)若气体在B→C过程中气体内能减少了200 J，求在B→C过程吸收或放出的热量。(4分)
解析：B到C过程中外界对气体做的功W＝pΔV
得W＝800 J
由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，内能减少200 J即ΔU＝－200 J
得Q＝－1 000 J
则放热1 000 J。
答案：1 000 J
10．(10分)(2026·江西鹰潭市模拟)绝热的活塞与汽缸之间封闭一定质量的理想气体，汽缸开口向上置于水平面上，活塞与汽缸壁之间无摩擦，缸内气体的内能UP＝72 J，如图甲所示。已知活塞面积S＝5×10－4 m2，其质量m＝2 kg，大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。如果通过电热丝给封闭气体缓慢加热，活塞由原来的P位置移动到Q位置，此过程封闭气体的V－T图像如图乙所示，且知气体内能与热力学温度成正比。求：
(1)封闭气体最后的体积；(3分)
答案：6×10－4 m3
(2)封闭气体吸收的热量。(7分)
解得p＝1.4×105 Pa
气体膨胀，外界对气体做的功
W＝－p(VQ－VP)＝－28 J
由热力学第一定律，有UQ－UP＝Q＋W
得气体变化过程吸收的总热量Q＝64 J。
答案：64 J
11.(10分)(2026·江西赣州市一模)如图所示，内壁光滑的导热汽缸竖直放置在水平桌面上，汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞质量m＝5 kg，活塞横截面积S＝10 cm2。活塞初始状态离汽缸底部的高度h1＝6 cm。假设外界空气温度恒为T1＝300 K，大气压强p0＝1×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。
(1)若用外力F将活塞缓慢提升3 cm，求此时汽缸内气体的压强。(5分)
答案：1.0×105 Pa　
(2)若对汽缸内气体缓慢加热，当温度升到T2＝360 K时，气体吸收了15 J的热量，求此过程中气体内能的增加量。(5分)
答案：13.2 J

展开更多......

收起↑