2026届高考物理一轮复习讲义：热力学定律与能量守恒

该高中物理高考复习教案围绕热力学定律与能量守恒专题，整合热力学第一定律（改变内能方式、表达式及符号法则）、热力学第二定律（两种表述及方向性）及与气体实验定律、图像的综合应用，按“基础概念-定律理解-综合应用”逻辑架构知识点。通过考点梳理、方法指导（如图像问题分析思路）、真题训练（2024年各省高考及模拟题）等环节，帮助学生构建知识网络，突破综合应用难点。 资料注重科学思维与物理观念培养，如通过理想气体四个热学过程比较表建构物理模型，结合p-V图像面积分析做功培养科学推理能力。设置基础巩固、能力提升分层练习与即时反馈，确保高效突破考点，助力学生形成能量观念和问题解决能力，为教师精准把控复习节奏提供系统支持。

第三讲 热力学定律与能量守恒 [人教版选择性必修第三册] 1．阅读教材第三章第1节的内容，改变物体内能的方式有哪些？它们的本质是否一样？ 提示：（1）做功；（2）热传递。不一样。虽然做功和传热都能引起系统内能的改变，但是它们还是有区别的。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．阅读教材第三章第2节，理解热力学第一定律。 提示：（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的功的和。（2）表达式：ΔU＝Q＋W。 3．阅读教材第三章第3节，理解能量守恒定律的表述。 提示：能量守恒定律可以表述为：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。 4．阅读第三章第4节“热力学第二定律”这一部分内容，理解热力学第二定律的表述。 提示：常见的两种表述： （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。 考点一　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的功的和。 （2）表达式：ΔU＝Q＋W。 （3）符号法则 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 （多选）在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是（ ） A．气体的体积不变，温度升高 B．气体的体积减小，温度降低 C．气体的体积减小，温度升高 D．气体的体积增大，温度不变 ABD 气体的体积不变温度升高，则气体的内能升高，体积不变气体做功为零，因此气体吸收热量，A正确；气体的体积减小温度降低，则气体的内能降低，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知气体对外放热，B正确；气体的体积减小温度升高，则气体的内能升高，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，C错误；气体的体积增大温度不变则气体的内能不变，体积增大气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＞0，即气体吸收热量，D正确。故选ABD。 （2024·安徽省·模拟题）如图所示，“凸”形绝热汽缸被a、b两轻质绝热活塞分成A、B、C三部分，a、b两活塞用轻杆连接，活塞稳定时A、B、C三个部分内的气体温度均相同。现设法使C中的气体温度缓慢升高，则在两活塞缓慢下降的过程中，下列说法正确的是（ ） A．A中气体温度升高 B．A中气体压强增大 C．B中气体压强增大 D．C中气体所有分子的动能均增大 C ABC．以C中气体为研究对象，体积不变根据，可知C中气体温度升高，压强增大；以活塞和连杆整体为研究对象，受到向上和向下气体的压力和，因为，则有可知活塞和连杆合力向下，竖直向下运动，A中气体体积增大，压强减小，对外做功，根据ΔU＝W＋Q，气缸绝热Q＝0，内能减小，温度降低；B中气体体积变小，压强增大，C正确，AB错误； D．C中气体温度升高，分子的平均动能增大，D错误。 故选C。 1．对热力学第一定律的理解 （1）做功和热传递在改变系统内能上是等效的。 （2）做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能的相互转化。 （3）热传递过程是系统与外界之间内能的转移。 （4）如果研究对象是理想气体，由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，体现为分子平均动能的变化，从宏观上看就是温度发生了变化。 2．三种特殊情况 过程 含义 内能变化 物理意义 绝热 Q＝0 ΔU＝W 外界对物体做的功等于物体内能的增加 等容 W＝0 ΔU＝Q 物体吸收的热量等于物体内能的增加 等温 ΔU＝0 W＝－Q 外界对物体做的功等于物体放出的热量 1．某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度__________（填“高于”“低于”或“等于”）外界温度，容器中空气的密度__________（填“大于”“小于”或“等于”）外界空气的密度。 低于；大于 活塞光滑、容器绝热，容器内空气体积增大，对外做功，由ΔU＝W＋Q知，气体内能减少，温度降低。气体的压强与温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的温度低于外界温度，但压强相同，则容器中空气的密度大于外界空气的密度。 2．（多选）（2021·湖南卷·15（1）改编）如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为S1和S2）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m。在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　） A．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变 B．整个过程，理想气体的内能增大 C．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于(p0S1h＋mgh) D．左端活塞到达B位置时，外力F等于 ACD 根据汽缸导热且环境温度没有变，可知汽缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，内能不变，A正确，B错误；由内能不变可知理想气体向外界释放的热量等于外界对理想气体做的功：Q＝W＜p0S1h＋mgh，C正确；左端活塞到达B位置时，根据压强相等可得：p0＋＝p0＋，即F＝，D正确。 考点二　热力学第一定律与图像的综合应用 1．常见的基本类型 （1）理想气体状态参量图像问题，即p－V图像、p－图像、p－T图像、V－T图像等的理解与应用。 （2）热力学第一定律的认识理解：包括对ΔU＝Q＋W中各参量的物理含义及正负值得认知理解。 （3）有时也会综合应用W＝pΔV求恒压情况下气体对外做功的大小，或者借助p－V图像曲线与横轴围成的面积表示W求做功。 2．理想气体的四个热学过程比较 项目 压强p 体积V 温度T 内能U 外界对气体做功W 热量Q 等温 过程 增大 减小 不变 不变 ＋ 放热 减小 增大 － 吸热 等容 过程 增大 不变 升高 增大 0 吸热 减小 降低 减小 放热 等压 过程 不变 增大 升高 增大 － 吸热 减小 降低 减小 ＋ 放热 绝热 过程 增大 减小 升高 增大 ＋ 0 减小 增大 降低 减小 － （2024·山东省·历年真题）一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是（ ） A．a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 B．b→c过程，气体对外做功，内能增加 C．a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 D．a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量 C A．a→b过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做功，由盖－吕萨克定律可知，即内能增大，，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知a→b过程，气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内能，A错误； B．b→c过程中气体与外界无热量交换，即＝0，又由气体体积增大可知，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知气体内能减少，B错误； C．c→a过程为等温过程，可知，＝0，根据热力学第一定律可知a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，C正确； D．根据热力学第一定律结合上述解析可知：a→b→c→a一整个热力学循环过程ΔU＝0，整个过程气体对外做功，因此热力学第一定律可得ΔU＝，故a→b过程气体从外界吸收的热量不等于c→a过程放出的热量，D错误。 （多选）（2022·山东省临沂市期末）现有一定质量的理想气体，让其从状态a开始，经历过程ab、bc、cd、da回到原状态a，其V－T图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列说法正确的是（　　） A．气体从a到b再到c的过程中压强先增大后减小 B．状态a与状态c相比较，气体分子在单位时间内撞击器壁单位面积上的次数相等 C．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 D．在过程cd中，气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 AC 由题图可知，从a到b过程气体温度不变而体积减小，由玻意耳定律可知，气体压强增大，从b到c过程气体体积不变而温度降低，由查理定律可知，气体压强减小，因此从a到b再到c过程气体的压强先增大后减小，故A正确；由理想气体的状态方程＝C可知，V＝，从a到c，气体的V与T成正比，则气体的压强不变，状态a的温度比状态c的温度高，状态a气体分子平均动能大于状态c气体分子平均动能，状态a单个分子撞击器壁的作用力较大，由于a、c两状态压强相等，因此状态a与状态c相比较，气体分子在状态a单位时间内撞击器壁单位面积上的次数较少，故B错误；一定质量的理想气体内能由温度决定，状态a气体的温度比状态c的温度高，因此气体在状态a时的内能大于在状态c时的内能，故C正确；cd过程气体的温度不变，气体内能不变，气体体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律可知，cd过程气体从外界吸收的热量等于气体对外做的功，故D错误。 （2023高考·广东卷）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p－V图像，气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为pB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C，B到C过程中外界对气体做功为W。已知p0、V0、T0和W。求： （1）pB的表达式； （2）TC的表达式； （3）B到C过程，气泡内气体的内能变化了多少？ （1）；（2）；（3）W （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ΔU＝W＋Q 其中Q＝0，故气体内能增加ΔU＝W 处理热力学第一定律与气体图像的综合问题的思路 1．根据气体图像的特点判断气体的温度、体积的变化情况，从而判断气体与外界的吸、放热关系及做功关系。 2．在p－V图像中，图线与V轴围成的面积表示气体对外界或外界对气体做的功。 3．结合热力学第一定律判断有关问题。 1．（2022·江苏高考）如图所示，一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程，其中a→b为等温过程，状态b、c的体积相同，则（　　） A．状态a的内能大于状态b B．状态a的温度高于状态c C．a→c过程中气体吸收热量 D．a→c过程中外界对气体做正功 C 由题意知a→b为等温过程，即状态a和状态b的温度相同，一定质量理想气体的内能只与温度有关，则状态a的内能等于状态b，故A错误；由于状态b、c的体积相同， 且pb＜pc，根据查理定律有，可知Tb＜Tc，又因为Ta＝Tb，故Ta＜Tc，即状态a的温度低于状态c，故B错误；因为a→c过程中气体体积增大，可知外界对气体做负功，由B项分析知a→c过程中气体温度升高，则内能增加，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知气体吸收热量，故C正确，D错误。 2．一定量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图像如图所示。下列说法正确的是（ ） A．A→B的过程中，气体对外界做功，气体内能增加 B．A→B的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量 C．B→C的过程中，气体体积增大，对外做功 D．B→C的过程中，气体对外界放热，内能减小 B 从A到B的过程，是等容升温过程，气体不对外做功，气体从外界吸收热量，使得气体内能增加，故A错误，B正确；从B到C的过程是等温压缩过程，压强增大，体积减小，外界对气体做功，气体放出热量，内能不变，故C、D错误。 3．如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0×105 Pa，经历A→B→C→A的过程，整个过程中对外界放出61.4 J热 量。求该气体在A→B过程中对外界所做的功。 138.6 J 整个过程中，外界对气体做功W＝WAB＋WCA， 且WCA＝pA(VC－VA) 由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得WAB＝－(Q＋WCA) 代入数据得WAB＝－138.6 J， 即气体对外界做的功为138.6 J。 考点三　热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的处理方法 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）做功W＝pΔV；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ΔU＝W＋Q求解问题。 （2024·重庆市·历年真题）某救生手环主要由高压气罐密闭。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 B AB．气囊上浮过程，密闭气体温度不变，由玻意耳定律pV＝C可知，体积变大，则压强变小，气体对外做功，故AB错误； CD．气体温度不变，内能不变，气体对外做功，W＜0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，则Q＞0，需要从外界吸热，故C错误，D正确。 （2021·山东卷）如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体（　　） A．内能减少 B．对外界做正功 C．增加的内能大于吸收的热量 D．增加的内能等于吸收的热量 B 由于越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小瓶上浮的过程中，小瓶内气体温度升高，内能增加，A错误；在小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度逐渐升高，压强逐渐减小，根据理想气体状态方程＝C，可知气体体积膨胀，对外界做正功，B正确；由A、B分析，可知小瓶上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知由于气体对外做功，因此吸收的热量大于增加的内能，C、D错误。 （2024·全国·历年真题）理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝5∶1，原线圈接在电压峰值为Um的正弦交变电源上，副线圈的回路中接有阻值为R的电热丝，电热丝密封在绝热容器内，容器内封闭有一定质量的理想气体，接通电路开始加热，加热前气体温度为T0。 （1）求变压器的输出功率P； （2）已知该容器内的气体吸收的热量Q与其温度变化量ΔT成正比，即Q＝CΔT，其中C已知。若电热丝产生的热量全部被气体吸收，要使容器内的气体压强达到加热前的2倍，求电热丝的通电时间t。 （1）；（2） （1）由原线圈正弦交流电的峰值可知变压器输入电压有效值为 设变压器副线圈的输出电压为，根据理想变压器的电压与匝数之间的关系有 联立解得 理想变压器的输出功率等于R的功率，即 （2）设加热前容器内气体的压强为，则加热后气体的压强为，温度为，容器内的气体做等容变化，则有 由Q＝CΔT知气体吸收的热量 根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q 气体的体积不变，所以W＝0，容器是绝热容器，则ΔU＝Q＝Pt＝ 即 解得 解答此类问题的基本流程 1．肺活量测量仪模型如图所示，一导热性能良好、内壁光滑的汽缸内有两个轻活塞A、B，活塞B紧靠固定阀门K，活塞A、B间封闭有一定质量的理想气体，气体体积V1＝6.0×103 mL，压强为一个标准大气压p0，用力推活塞A使其缓慢向右移动，当阀门K与活塞B间的气体体积V2＝3.5×103 mL时，测得气体的压强为1.2p0，忽略气体温度变化。 （1）气体的压强为1.2p0时，求阀门K与活塞A间气体的体积V； （2）此过程中，活塞A对活塞A、B间气体做的功为504 J，活塞A、B间气体对活塞B做的功为395 J，求活塞A、B间气体放出的热量Q。 （1）1.5×103 mL；（2）109 J （1）气体做等温变化，初态为V1＝6.0×103 mL，p1＝p0 末态V2＝3.5×103 mL＋V，p2＝1.2p0 由玻意耳定律得p0V1＝1.2p0V2 解得V＝1.5×103 mL。 （2）由热力学第一定律，即ΔU＝Q＋W 因温度没有变化，所以内能没有变化，即ΔU＝0，故0＝504 J－395 J－Q 解得Q＝109 J。 2．（2024·浙江省·历年真题）如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为＝750 cm3的左右两部分。面积为S＝100 cm2的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度＝300 K、压强＝2.04×105 Pa的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度＝350 K的状态3，气体内能增加ΔU＝63.8 J。已知大气压强＝1.01×105 Pa，隔板厚度不计。 （1）气体从状态1到状态2是_________（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能_________（选填“增大”、“减小”或“不变”）； （2）求水平恒力F的大小； （3）求电阻丝C放出的热量Q。 （1）不可逆 不变；（2）10 N；（3）89.3 J （1）根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板A的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不做功，又没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，分子平均动能不变。 （2）气体从状态1到状态2发生等温变化，则有 解得状态2气体的压强为＝1.02×105 Pa 解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为对象，根据受力平衡可得 解得 （3）当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度＝350 K的状态3，可知气体做等压变化，则有 可得状态3气体的体积为 该过程气体对外做功为 根据热力学第一定律可得ΔU＝－W＋Q′ 解得气体吸收的热量为Q′＝ΔU＋W＝63.8 J＋25.5 J＝89.3 J 可知电阻丝C放出的热量为Q＝Q′＝89.3 J 3．（2023·河南郑州市第二次预测）如图所示，圆柱形绝热汽缸固定在倾角为θ的斜面上，汽缸深度为H，汽缸口有固定卡槽。汽缸内用质量为m、横截面积为S的绝热活塞封闭了一定质量的理想气体，此时活塞到汽缸底部的距离为，汽缸内气体温度为T0。现缓慢对气体加热，一直到气体温度升高到3T0，加热过程中电热丝产生热量Q。若电热丝产生的热量全部被气体吸收，大气压强恒为p0，不计活塞及固定卡槽的厚度，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气。重力加速度为g，求： （1）气体温度升高到3T0时的压强； （2）气体温度从T0升高到3T0的过程中增加的内能。 （1）；（2）Q－ （1）初始时活塞受力平衡，有p1S＝p0S＋mgsin θ，解得p1＝p0＋ 活塞达到卡槽前压强恒为p1，由盖­吕萨克定律得 解得T1＝2T0 活塞达到卡槽后体积不变，由查理定律得 解得p2＝。 （2）电热丝产生的热量为Q，气体对外做功W＝ 由热力学第一定律ΔU＝Q－W知，气体增加的内能ΔU＝Q－。 考点四　热力学第二定律 热力学第二定律 1．常见的两种表述： （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。 （3）热机工作过程示意图　　制冷机工作过程示意图 2．热力学第二定律的理解 （1）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”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（较小）气体体积（较大） ④不同气体A和B 混合气体AB （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。 3．第二类永动机：违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机。这类永动机不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律，也是不可能制成的。 4．热力学第二定律的“熵”描述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。 （2022·高考广东卷）利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过程___________（选填“是”或“不是”）自发过程。该过程空调消耗了电能，空调排放到室外环境的热量_______（选填“大于”“等于”或“小于”）从室内吸收的热量。 不是；大于 利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，通过压缩机做功，消耗了能量，因此这个过程不是自发过程；根据热力学第二定律，不可能从单一热源取热，使之完全转化为有用的功，而不产生其他影响，因此空调把热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外需要消耗电能，即空调排放到室外环境的热量大于从室内吸收的热量。 （多选）下列说法正确的是（　　） A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律 B．自发的热传导是不可逆的 C．可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响 D．气体向真空膨胀具有方向性 BD 有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，仍遵循热力学第二定律，A错误；由热力学第二定律可知，自发的热传导是不可逆的，B正确；不可能通过给物体加热而使它运动起来但不产生其他影响，这违背了热力学第二定律，C错误；气体可自发地向真空容器膨胀，具有方向性，D正确。 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 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 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 热量的传递 热量可以从高温物体自发传向低温物体 热量不能自发地从低温物体传向高温物体 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 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 1．（2022·高考湖南卷，T15改编）（多选）利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，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A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（ ） A．A端为冷端，B端为热端 B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的 C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的 D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律 AB 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，从B端流出，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，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A 端流出，根据温度是分子平均动能的标志可知，B端为热端，A端为冷端，A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的，A、B正确；理想气体的内能只与温度和质量有关，根据题述，不知两端流出气体的质量关系，所以不能判断出两端流出气体的内能关系，C错误；该装置将冷热不均的气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功实现，并非自发进行，不违背热力学第二定律，D错误。 2．关于能量的转化，下列说法中正确的是（　　） A．摩擦生热的过程在任何情况下都是不可逆的 B．空调既能制热又能制冷说明传热不存在方向性 C．永动机不存在的原因是能量在某些特殊情况下是不守恒的 D．由于能量的转化过程符合守恒定律，所以不会发生能源危机 A 摩擦生热的过程在任何情况下都是不可逆的，故A正确；空调既能制热又能制冷，说明在非自发条件下传热方向可以逆向，不违背热力学第二定律，故B错误；第一类永动机不存在的原因是违背了能量守恒定律，第二类永动机不存在的原因是违背了热力学第二定律，故C错误；由于能量转移或转化是有方向性的，虽然能量守恒，但是能量的品质会逐渐下降，能源会逐渐减少，仍会产生能源危机，故D错误。 3．（多选）如图所示，为电冰箱的工作原理示意图；压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（　　） A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理违背热力学第一定律 D．电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外，工作过程中所产生的其他一切影响，无论用任何办法都不可能加以消除 BD 根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，A错误，B正确；热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C错误；压缩机工作时会发热，将一部分电能转化为内能消耗掉，这种影响没法消除，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$