第十五章熱學第3講熱力學定律和能量守恒定律單擊此處添加正文，文字是您思想的提煉，請盡量言簡意賅的闡述觀點。考點1熱力學第一定律及能量

守恒定律考點2熱力學第二定律考點3熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用練習幫練透好題精準分層目錄Contents單擊此處添加標題01單擊此處添加標題02課標要求1.知道熱力學第一定律.通過有關史實，了解熱力學第一定律和能量守恒定律的發

現過程，體會科學探索中的挫折和失敗對科學發現的意義.2.理解能量守恒定律，能用能量守恒的觀點解釋自然現象.體會能量守恒定律是最

基本、最普遍的自然規律之一.3.通過自然界中宏觀過程的方向性，了解熱力學第二定律.核心考點五年考情熱力學第一定律及能量守恒

定律2023：天津T2，全國甲T33(1)；2022：山東T5；2021：山東T2，天津T6；2019：全國ⅠT33(1)熱力學第二定律2020：全國ⅡT33(1)熱力學第一定律與氣體實驗

定律的綜合應用2023：山東T9，廣東T13；2022：遼寧T6，北京T3，全國乙T33(1)核心素養對接1.物理觀念：掌握熱力學第一定律的應用，進一步促進相互作用觀念及能量觀念的

形成.2.科學思維：用綜合分析的方法推導出熱力學第一定律，并用來解釋和計算能量轉

化和轉移問題；了解歸納熱力學第二定律的過程和方法，用來解釋常見的不可逆

過程.3.科學態度與責任：基于對熱力學定律的認識，討論合理開發和利用能源的問題，

培養可持續發展觀念，提升社會責任感.命題分析預測熱力學定律單獨考查時側重考查對熱力學定律的理解，也常

與氣體實驗定律、圖像等結合考查，主要為選擇題形式，難

度中等偏易.預計2025年高考可能會結合圖像考查熱力學定

律，要充分理解圖像中各個拐點表示的意義，學會從圖像中

獲取信息，提升科學思維.

考點1熱力學第一定律及能量守恒定律

1.改變物體內能的兩種方式(1)[1]

；(2)熱傳遞.做功2.熱力學第一定律(1)內容：一個熱力學系統的內能變化量等于外界向它傳遞的[2]

?與外界對它

所做的功的和.(2)表達式：ΔU＝[3]

?.(3)表達式中的正、負號法則：物理量＋－W外界對物體做功物體對外界做功Q物體吸收熱量物體放出熱量ΔU內能[4]

?內能[5]

?熱量Q＋W

增加減少3.能量守恒定律(1)內容：能量既不會憑空[6]

?，也不會憑空消失，它只能從一種形式

[7]

為其他形式，或者從一個物體[8]

?到別的物體，在轉化或轉移的

過程中，能量的總量[9]

?.

能量守恒定律是自然界的普遍規律，某一種形式的能是否守恒是有條件的.(2)第一類永動機是不可能制成的，它違背了[10]

?.產生轉化轉移保持不變能量守恒定律

1.依據下面情境，判斷下列說法對錯.如圖所示為第一類永動機的設計圖，它違背了

能量守恒定律.第二類永動機違背了熱力學第二定律，即從單一熱源吸收的熱量不可

能完全變成功而不產生其他影響.(1)物體吸收熱量，同時對外做功，內能可能不變.

(

√

)(2)做功改變物體內能的過程是內能與其他形式的能相互轉化的過程.

(

√

)(3)自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，說明能量正在消失.

(?)√√?(4)熱機中，燃氣的內能可以全部變為機械能而不引起其他變化.

(?)?1.[2022山東]如圖所示，內壁光滑的絕熱汽缸內用絕熱活塞封閉一定質量的理想氣

體，初始時汽缸開口向上放置，活塞處于靜止狀態，將汽缸緩慢轉動90°過程中，缸

內氣體(

C

)A.內能增加，外界對氣體做正功B.內能減小，所有分子熱運動速率都減小C.溫度降低，速率大的分子數占總分子數比例減少D.溫度升高，速率大的分子數占總分子數比例增加C

方法點撥熱力學第一定律的三種特殊情況特殊情況結論分析過程是絕熱的Q＝0，W＝ΔU外界對物體做的功等于物

體內能的增加量過程中不做功W＝0，Q＝ΔU物體吸收的熱量等于物體

內能的增加量過程的始、末狀態物體的

內能不變W＋Q＝0即物體吸收的熱量全部用

來對外做功，或外界對物

體做的功等于物體放出的

熱量考點2熱力學第二定律

克勞修斯表述熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體開爾文表述不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響.或

表述為“第二類永動機是不可能制成的”熱現象的宏觀過程都具有方向性說明：熱量不可能自發

地從低溫物體傳到高溫

物體，但在有外界影響

的條件下，熱量可以從

低溫物體傳到高溫物體

2.[多選]如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖.壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內

外的管道中不斷循環.在蒸發器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量，經過冷凝器時制冷

劑液化，放出熱量到箱體外.下列說法正確的是(

BC

)A.熱量可以自發地從冰箱內傳到冰箱外B.電冰箱的制冷系統能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能C.電冰箱的工作原理不違反熱力學第一定律D.電冰箱的工作原理違反熱力學第二定律BC2.[多選]對于熱力學第一定律和熱力學第二定律的理解，下列說法正確的是

(

CD

)A.某新型熱機工作時將從高溫熱源吸收的熱量全部轉化為功，而不產生其他影響B.凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳

遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體C.第二類永動機違反了熱力學第二定律，沒有違反熱力學第一定律D.熱現象過程中不可避免地出現能量耗散現象，能量耗散符合熱力學第二定律CD[解析]某新型熱機工作時將從高溫熱源吸收的熱量全部轉化為功，必然產生其他

影響，否則違背熱力學第二定律，選項A錯誤；通過做功的方式可以讓熱量從低溫

物體傳遞給高溫物體，如電冰箱，選項B錯誤；第二類永動機沒有違反能量守恒定

律，熱力學第一定律是能量守恒定律在熱學中的反映，因此第二類永動機沒有違反

熱力學第一定律，不能制成是因為它違反了熱力學第二定律，故選項C正確；能量

耗散過程體現了宏觀自然過程的方向性，符合熱力學第二定律，選項D正確.考點3熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用

命題點1與理想氣體狀態方程綜合3.[2022遼寧]一定質量的理想氣體從狀態a變化到狀態b，其體積V和熱力學溫度T的

關系圖像如圖所示，此過程中該系統(

A

)A.對外界做正功B.壓強保持不變C.向外界放熱D.內能減少A

命題點2與查理定律綜合4.如圖所示是某氣壓式柱形保溫瓶的結構示意簡圖，現倒入熱水，封閉活塞a，其

與液面間封閉一定質量的理想氣體，此時瓶內氣體溫度為T1，壓強為p0，經過一段

時間溫度降為T2，忽略這一過程中氣體體積的變化.(1)求溫度降為T2時瓶內氣體的壓強p；

(2)封閉氣體溫度由T1降為T2過程中，其傳遞的熱量為Q，則氣體的內能如何變化？

求此變化量的大小ΔU.

[答案]內能減少ΔU＝Q[解析]封閉氣體溫度由T1下降到T2過程為等容變化過程，W＝0，溫度降低，則氣體內能減少，由熱力學第一定律得W＋Q＝ΔU，解得ΔU＝Q.

命題點3與玻意耳定律綜合5.某民航客機在一萬米左右高空飛行時，需利用空氣壓縮機來保持機艙內外氣體壓

強之比為4∶1.機艙內有一導熱汽缸，活塞質量m＝2kg、橫截面積S＝10cm2，活塞

與汽缸壁之間密封良好且無摩擦.客機在地面靜止時，汽缸如圖(a)所示豎直放置，平

衡時活塞與缸底相距l1＝8cm；客機在高度h處勻速飛行時，汽缸如圖(b)所示水平放

置，平衡時活塞與缸底相距l2＝10cm.汽缸內氣體可視為理想氣體，機艙內溫度可認

為不變.已知大氣壓強隨高度的變化規律如圖(c)所示，地面大氣壓強p0＝1.0×105

Pa，地面重力加速度g＝10m/s2.圖(a)

圖(b)圖(c)(1)判斷汽缸內氣體由圖(a)狀態到圖(b)狀態的過程是吸熱還是放熱，并說明原因；[答案]吸熱理由見解析[解析]根據熱力學第一定律有ΔU＝W＋Q，由于氣體體積膨脹，對外做功，而

溫度不變，則內能保持不變，因此氣體由圖(a)狀態到圖(b)狀態吸熱.

(2)求高度h處的大氣壓強，并根據圖(c)估測出此時客機的飛行高度.[答案]

0.24×105Pa

1×104m

1.[查理定律＋熱力學第一定律/2023天津]如圖是爬山所帶的氧氣瓶，爬高過程

中，氧氣瓶里的氣體體積和質量均不變，溫度降低，則氣體(

B

)A.對外做功B.內能減少C.吸收熱量D.壓強不變[解析]爬高過程中，氣體的體積保持不變，則氣體對外不做功，A錯誤；爬高過程

中，氣體溫度降低，則氣體的內能減少，B正確；根據熱力學第一定律可知ΔU＝W

＋Q，又W＝0，ΔU＜0，則Q＜0，即氣體放出熱量，C錯誤；爬高過程中，氣體的

體積不變，溫度降低，根據查理定律p＝CT可知氣體的壓強減小，D錯誤.B12342.[T－V圖像、理想氣體狀態方程、熱力學第一定律/2022全國乙/多選]一定量的理

想氣體從狀態a經狀態b變化到狀態c，其過程如T－V圖上的兩條線段所示，則氣體

在(

ABD

)A.狀態a處的壓強大于狀態c處的壓強B.由a變化到b的過程中，氣體對外做功C.由b變化到c的過程中，氣體的壓強不變D.由a變化到b的過程中，氣體從外界吸熱ABDE.由a變化到b的過程中，從外界吸收的熱量等于其增加的內能1234

12343.[熱力學定律＋氣體實驗定律/2021海南/多選]如圖，一定質量的理想氣體從狀態

a出發，經過等容過程到達狀態b，再經過等溫過程到達狀態c，直線ac過原點.則氣

體(

AC

)A.在狀態c的壓強等于在狀態a的壓強B.在狀態b的壓強小于在狀態c的壓強C.在b→c的過程中內能保持不變D.在a→b的過程中對外做功AC1234

12344.[氣體實驗定律＋熱力學定律/2023浙江6月]如圖所示，導熱良好的固定直立圓筒

內用面積S＝100cm2、質量m＝1kg的活塞封閉一定質量的理想氣體，活塞能無摩擦

滑動.圓筒與溫度300K的熱源接觸，平衡時圓筒內氣體處于狀態A，其體積VA＝600

cm3.緩慢推動活塞使氣體達到狀態B，此時體積VB＝500cm3.固定活塞，升高熱源溫

度，氣體達到狀態C，此時壓強pC＝1.4×105Pa.已知從狀態A到狀態C，氣體從外界

吸收熱量Q＝14J；從狀態B到狀態C，氣體內能增加ΔU＝25J；大氣壓p0＝

1.01×105Pa.(1)氣體從狀態A到狀態B，其分子平均動能

(選填“增大”“減小”或“不變”)，圓筒內壁單位面積受到的壓力

(選填“增大”“

減小”或“不變”)；不變增大[解析]氣體從狀態A到狀態B發生等溫壓縮變化，其氣體內能不變，分子平均動

能不變，體積減小，壓強增大，圓筒內壁單位面積受到的壓力增大1234[解析]氣體處于狀態A時，對活塞受力分析，有pAS＋mg＝p0S解得pA＝1×105Pa氣體從狀態A到狀態B發生等溫壓縮變化，由玻意耳定律有pAVA＝

pBVB

解得TC＝350K(2)求氣體在狀態C的溫度TC；[答案]

350K

1234(3)求氣體從狀態A到狀態B過程中外界對系統做的功W.

[答案]

11J[解析]

氣體從狀態B到狀態C，外界對氣體不做功，所以W等于氣體從狀態A到狀態C外界對氣體做的功，由(1)問分析可知，從A到C內能的變化量等于從B到C內能的變化

量，從A到C由熱力學第一定律有ΔU＝W＋Q解得W＝11J.1234123456789101.關于能量的轉化，下列說法正確的是(

A

)A.摩擦生熱的過程在任何情況下都是不可逆的B.空調既能制熱又能制冷說明熱傳遞不存在方向性C.第二類永動機不存在的原因是違背了能量守恒定律D.由于能量的轉化過程符合守恒定律，所以不會發生能源危機A[解析]根據熱力學第二定律可知，摩擦生熱的過程在任何情況下都是不可逆的，A

正確；空調既能制熱又能制冷，但是消耗電能，說明在不自發的條件下熱傳遞方向

可以逆向，不違背熱力學第二定律，B錯誤；第二類永動機不存在的原因是違背了

熱力學第二定律，C錯誤；由于能量轉移或轉化是有方向性的，雖然能量守恒，但

是還會產生能源危機，D錯誤.123456789102.[2024福建寧德一中模擬]根據熱力學定律，下列說法正確的是(

D

)A.熱量既能自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，也能自發地從低溫物體傳遞到高溫

物體B.一定質量的理想氣體吸收了熱量，則溫度一定升高C.一定質量的理想氣體，如果體積增大，就會對外做功，所以內能一定減少D.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功D12345678910[解析]根據熱力學第二定律，熱量能夠自發地從高溫物體傳遞到低溫物體，但不

能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體，故A錯誤；根據熱力學第一定律ΔU＝W＋

Q，可知物體內能的改變是外界對物體做功與物體吸收的熱量的和，所以氣體吸收

熱量，又對外做功時，氣體的內能可能減少，溫度不一定升高，故B錯誤；一定質

量的理想氣體，如果壓強不變，體積增大對外做功，根據理想氣體狀態方程可知，

溫度一定升高，內能增加，故C錯誤；根據熱力學第二定律可知，物體不可能從單

一熱源吸收熱量全部用于做功而不產生其他影響，也就是說在引起其他變化的情況

下，物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功，故D正確.123456789103.[情境創新/2024湖北武漢部分學校調研]車輛減震裝置中的囊式空氣彈簧由橡膠

氣囊和密閉在其中的壓縮空氣組成，當車輛劇烈顛簸時，氣囊內的氣體體積快速變

化，以降低車輛的振動幅度.若上述過程可視為絕熱過程，氣囊內的氣體可視為理想

氣體，在壓縮氣體的過程中，下列說法正確的是(

D

)A.氣體溫度保持不變B.每個氣體分子的動能都增大C.氣體分子對單位面積器壁的壓力減小D.單位時間內單位面積上氣體分子碰撞器壁的次數增多D12345678910[解析]由題意可知此過程為理想氣體的絕熱壓縮過程，則Q＝0，W＞0，由熱力學

第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU＞0，氣體的溫度升高，A錯誤；由于溫度是分子平均

動能的標志，所以此過程中氣體分子的平均動能增大，但并不是每個氣體分子的動

能都增大，B錯誤；由于氣體分子的平均動能增大，氣體體積減小，所以單位時間

內單位面積上氣體分子碰撞器壁的次數增多，氣體分子對單位面積器壁的壓力增

大，C錯誤，D正確.123456789104.[2022北京]如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態a開始，沿圖示路徑先后到達

狀態b和c.下列說法正確的是(

D

)A.從a到b，氣體溫度保持不變B.從a到b，氣體對外界做功C.從b到c，氣體內能減少D.從b到c，氣體從外界吸熱[解析]

D123456789105.[2023湖南長沙摸底考試]如圖所示，導熱性能良好的汽缸內用活塞封閉著一定質

量的理想氣體，汽缸固定不動.一條細線一端連接在活塞上，另一端跨過光滑的定滑

輪后連接在一個小桶上，開始時活塞靜止.現不斷向小桶中添加細砂，使活塞緩慢向

右移動(活塞始終未被拉出，汽缸周圍環境溫度不變).則在活塞移動的過程中，下列

說法正確的是(

C

)A.汽缸內氣體分子的平均動能變大B.汽缸內氣體的內能變小C.汽缸內氣體的壓強變小D.汽缸內氣體向外界放熱C12345678910[解析]

123456789106.[2024遼寧錦州模擬]一定質量的理想氣體從狀態A經過狀態B變化到狀態C，其V

－T圖像如圖所示.下列說法正確的是(

B

)A.A→B的過程中，氣體對外界做功B.A→B的過程中，氣體放出熱量C.B→C的過程中，氣體壓強變小D.A→B→C的過程中，氣體內能增加[解析]由圖可知，A→B的過程中，氣體的溫度不變，內能不變，體積減小，外界

對氣體做功，由熱力學第一定律可知，氣體放出熱量，故A錯誤，B正確；B→C的

過程中，V－T圖線的延長線過原點，則為等壓變化，氣體壓強不變，故C錯誤；

A→B→C的過程中，氣體溫度先不變后降低，內能先不變后減少，故D錯誤.B12345678910

7.[2023山東/多選]一定質量的理想氣體，初始溫度為300K，壓強為1×105Pa.經等

容過程，該氣體吸收400J的熱量后溫度上升100K；若經等壓過程，需要吸收600J

的熱量才能使氣體溫度上升100K.下列說法正確的是(

AD

)A.初始狀態下，氣體的體積為6LB.等壓過程中，氣體對外做功400JD.兩個過程中，氣體的內能增加量都為400JAD12345678910

123456789108.[2023廣東]在駐波聲場的作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強會發生周期性變

化，使小氣泡周期性膨脹和收縮，氣泡內的氣體可視為質量不變的理想氣體，其膨

脹和收縮過程可簡化為如圖所示的p－V圖像，氣泡內氣體先從壓強為p0、體積為

V0、溫度為T0的狀態A等溫膨脹到體積為5V0、壓強為pB的狀態B，然后從狀態B絕熱

收縮到體積為V0、壓強為1.9p0、溫度為TC的狀態C，B到C的過程外界對氣體做功為

W.

已知p0、V0、T0和W.

求：(1)pB的表達式；

[解析]由題意可知從狀態A到狀態B，氣體發生等溫變化，由玻意耳定律有p0V0＝pB·5V0

12345678910(2)TC的表達式；[答案]

TC＝1.9T0

解得TC＝1.9T012345678910(3)B到C的過程，氣泡內氣體內能的變化.[答案]內能增加了W[解析]

由題意可知從狀態B到狀態C，氣體發生絕熱收縮，Q＝0根據熱力學第一定律有ΔU＝Q＋W＝W故B到C的過程，氣泡內氣體的內能增加了W.

123456789109.某探究小組設計了一個報警裝置，其原理如圖所示.在豎直放置的圓柱形容器內用

面積S＝100cm2、質量m＝1kg的活塞密封一定質量的理想氣體，活塞能無摩擦滑

動.開始時氣體處于溫度TA＝300K、活塞與容器底的距離h0＝30cm的狀態A.

環境溫

度升高時容器內氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3cm恰好到達容器內的卡口處，此

時氣體到達狀態B.

活塞保持不動，氣體被繼續加熱至溫度TC＝363K的狀態C時觸動

報警器.從狀態A到狀態C的過程中氣體內能增加了ΔU＝158J.取大氣壓p0＝0.99×105

Pa，重力加速度g＝10m/s2，求氣體(1)在狀態B的溫度；12345678910[