第61讲 热力学定律与能量守恒定律（复习讲义）（黑吉辽蒙专用）2026年高考物理一轮复习讲练测

第61讲 热力学定律与能量守恒定律 目录 01考情解码·命题预警 2 02体系构建·思维可视 3 03核心突破·靶向攻坚 4 考点一 热力学定律与能量守恒定律 4 知识点1 热力学第一定律 4 知识点2 热力学第二定律 4 考向1 热力学第一定律 5 考向2 热力学第二定律 7 考点二 热力学第一定律综合应用 8 知识点1 热力学第一定律与气体状态变化图像的综合 8 知识点2 热力学第一定律与气体实验定律的综合 8 考向1 热力学第一定律与图像 10 考向2 热力学第一定律与气体实验定律 11 04真题溯源·考向感知 16 常考考点 真题举例 热力学第一定律 2024·辽宁·高考真题 2022·新课标卷·高考真题 热力学第二定律 ———————— 热力学第一定律与图像的综合 2021·全国乙卷·高考真题 2022·全国乙卷·高考真题 2022·辽宁·高考真题 考情分析： 1.通常以非选择题形式出现，在江苏高考物理试卷中占一定分值，是考查的重点内容之一，常结合受力分析，能量等知识综合考查。 2．从命题思路上看，考查方向为 基本知识考查：理想气体状态方程，如玻意耳定律、查理定律等，以及热力学第一定律； 常见模型考查：气缸、活塞、液柱等； 3．从命题思路上看，试题情景为 生活实践类：以瓶塞跳出、容器移动； 学习探究类：汽车缓冲问题。 复习目标： 目标一：熟练掌握理想气体状态方程（玻意耳、查理、盖 - 吕萨克定律）及热力学第一定律，明确公式适用条件与符号规则。 目标二：能快速拆解气缸、液柱等模型的多状态变化过程，结合受力分析联立方程，准确计算压强、体积、内能变化等物理量。 目标三：可将热学规律迁移到实际场景（如热机、容器移动），通过图像（p-V、p-T 图）提取信息，解决综合类问题。 考点一 热力学定律与能量守恒定律 知识点1 热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式：　做功　和传热。 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　 3.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　。 知识点2 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。 2.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.用熵的概念表示热力学第二定律 在自发过程中，系统总是自发地向　无序　方向发展，即一个孤立系统的熵值总是　不减少　的。（熵增加原理） 4.第二类永动机 从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不产生其他影响的机器。 它违背了　热力学第二定律　，不可能实现。 5.能源是有限的 （1）每天我们使用的能源最后都转化成了内能，能源消耗使得周围环境升温。根据热力学第二定律，分散在环境中的内能不能自动聚集起来驱动机器做功了。这样的转化过程叫作“　能量耗散　”。 （2）所谓能源，其实是指具有高品质的容易利用的　储能物质　，例如石油、天然气、煤等。能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的　品质　下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。 考向1 热力学第一定律 例1（2025·内蒙古赤峰·三模）如图水平固定且导热性能良好的汽缸内封闭着一定质量的理想气体，外界温度恒定。 通过细线将活塞与装满细沙的小桶连接， 在细沙缓缓漏出过程中， 活塞缓慢向左移动。对于汽缸内气体，下列说法正确的是（　　） A．气体放出热量，内能减小 B．气体吸收热量， 内能增大 C．外界对气体做功， 内能增大 D．外界对气体做功， 内能不变 【答案】D 【详解】题意可知气体温度不变，故内能不变（）， 活塞缓慢向左移动，气体体积减小，外界对气体做功（W>0），根据热力学第一定律可知 可知Q<0，即气体对外放热量。 故选D。 【变式训练1·变考法】（2025·辽宁朝阳·三模）小明同学制作了一个简易气温计：在一个饮料瓶中插入一根透明吸管，将接口处用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略），将饮料瓶水平放置，如图所示。已知吸管内部粗细均匀，该饮料瓶内密封气体的体积为，吸管横截面积为，吸管的有效长度为，温度计能测出的最低温度为。 (1)求温度计能测出的最高温度； (2)假设油柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中，密封气体从外界吸收热量，则在这一过程中该气体的内能如何变化，变化了多少（已知大气压强）？ 【答案】(1) (2)内能增加了，增加了2.2J。 【详解】（1）温度最低时油柱在接口处，温度最高时油柱在细管最右端，封闭气体的变化过程为等压变化过程，由盖-吕萨克定律有 解得 （2）题意可知该过程气体对外做功，则 因为 则 故气体内能增加了，增加了2.2J。 【逻辑思维与科学建模】【变式训练2】（多选）（2025·辽宁·二模）冬天烧碳取暖容易引发一氧化碳中毒事故，高压氧舱是治疗一氧化碳中毒的有效措施。某物理兴趣小组通过放在水平地面上的汽缸来研究高压氧舱内的环境，如图所示，导热汽缸内的活塞离汽缸底部的高度为h，活塞的横截面积为S，环境温度保持不变。汽缸内气体的压强为，该小组分别通过向汽缸内充气和向下压活塞的方式使汽缸内气体的压强增大到．已知大气压强为，汽缸内气体可视为理想气体，活塞与汽缸密封良好，不计活塞与汽缸间的摩擦，重力加速度为g．下列说法中正确的是（　　） A．活塞的质量为 B．若活塞不动，仅将外部环境中体积为0.5Sh、压强为的气体缓慢充入汽缸，可使汽缸内气体的压强增至 C．仅将活塞缓慢下移，可以将汽缸内气体的压强增至 D．仅将活塞缓慢下移的过程中，气体向外界放出的热量大于 【答案】ACD 【详解】A．根据平衡条件 可知，活塞的质量 A正确； B．由于气体温度保持不变，可知 可得气体的压强为 B错误； C．仅将活塞缓慢下移，气体发生等温变化，因此 解得汽缸内气体的压强 C正确； D．活塞向下移动的过程中，假设气体压强不变，则外界气体做功 而向下移动的过程中，气体压强增大，外界对气体做功大于，气体温度保持不变，根据热力学第一定律，可知放出的热量大于，D正确。 故选ACD。 考向2 热力学第二定律 例1．（2024·辽宁·一模）根据热学中的有关知识，下列说法中正确的是（　　） A．一切符合能量守恒定律的宏观过程都能发生 B．空调的工作过程表明，热量可以自发地由低温物体向高温物体传递 C．第二类永动机不违背能量守恒定律，当人类科技水平足够先进时，第二类永动机可以被制造出来 D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 【答案】D 【详解】AD．热运动的宏观过程会有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观过程并不能都真的发生，根据热力学第二定律，不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，故A错误，D正确； B．空调的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其它变化，故B错误； C．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，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，故C错误。 故选D。 【变式训练1·变考法】（2023·辽宁·模拟预测）水火箭是同学们喜爱的动手动脑科普玩具，发射最高世界记录为。如图所示，被压缩的高压空气膨胀使水从水火箭尾部的喷嘴向下高速喷出，饮料瓶受到反作用力而快速上升，短时间内不考虑热传递。在此过程中（　　） A．外界对气体做功 B．气体的内能全部转化为机械能 C．气体的温度降低，每一个气体分子的速率都将减小 D．单位时间内容器内壁单位面积受到气体分子的撞击次数将减小 【答案】D 【详解】A．水火箭的原理被压缩的高压空气膨胀使水从水火箭尾部的喷嘴向下高速喷出，可知此过程中气体对外做功，故A错误； B．根据热力学第二定律可知，能量的转化率不可能达到百分之百，故B错误； C．根据热力学第一定律可知，短时间内在不考虑热传递的情况下，气体对外做功，则气体的内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，即平均速率减小，而单个气体分子的速率有可能增大，也有可能不变，甚至有可能更小，故C错误； D．气体对外做功，体积增大，单位体积内的分子数减小，而温度降低又使得气体分子的平均速率减小，气体压强减小，因此单位时间内容器内壁单位面积受到气体分子的撞击次数将减小，故D正确。 故选D。 【变式训练2】（2022·辽宁沈阳·三模）2022年4月16号上午，神舟13号飞船在内蒙古东风着陆场顺利降落。气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置。如图所示，座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满一定质量的空气（可视为理想气体），气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换。下列说法正确的是（　　） A．气闸舱B中的气体可能自发的全部回到A中 B．气体对外做功，平衡后气体内能减小 C．气体对外不做功，平衡后气体温度降低 D．气体体积变大，平衡后压强变小 【答案】D 【详解】A．根据熵增加原理可知，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。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，所以气闸舱B中的气体不可能自发的全部回到A中，故A错误； BC．该过程为自由扩散，没有对外做功，又因整个系统与外界没有热交换，则根据热力学第一定律 可知，平衡后气体内能不变，温度不变，故BC错误； D．根据理想气体状态方程 可知气体温度不变，体积增大，则压强减小，故D正确。 故选D。 考点二 热力学第一定律综合应用 知识点1 热力学第一定律与气体状态变化图像的综合 1.在某一过程中，气体的p、V、T的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。 (1)由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功。 (2)由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小。 (3)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断气体是吸热还是放热。 (4)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整个过程中所做的功。 知识点2 热力学第一定律与气体实验定律的综合 求解气体实验定律与热力学第一定律的综合问题的一般思路 考向1 热力学第一定律与图像 例1（2025·内蒙古乌兰察布·二模）密闭容器中封闭一定质量的理想气体，气体从状态1到状态2，一次经过过程A，一次经过过程B，其P-V图像如图所示。则对比A、B过程，下列说法正确的是（　　） A．系统增加的内能A过程大于B过程 B．系统升高的温度A过程小于B过程 C．系统吸收的热量A过程大于B过程 D．系统对外做的功A过程等于B过程 【答案】C 【详解】AB．设状态1的温度为，状态2的温度为；气体从状态1到状态2，由题图可知，，，根据理想气体状态方程，可得；可知A过程和B过程系统升高的温度相等，均为 对于一定质量的理想气体，内能只跟温度有关，所以A过程和B过程系统增加的内能相等，故AB错误； CD．根据图像与横轴围成的面积表示做功的大小，由题图可知，系统对外做的功A过程大于B过程；根据热力学第一定律可得 由于A过程和B过程系统增加的内能相等，可知系统吸收的热量A过程大于B过程，故C正确，D错误。 故选C。 【变式训练1·变考法】（2025·辽宁沈阳·模拟预测）如图为一定质量的理想气体的p-V图像，气体分别经历A→B→D和A→C→D两个变化过程。A→B→D过程，气体对外做功大小为W1，从外界吸收的热量为Q1；A→C→D过程，气体对外做功大小为W2，从外界吸收的热量为Q2。关于理想气体的上述两过程中说法正确的是（　　） A．A→B→D过程中，气体温度一直不变 B．W1>W2 C．Q1<Q2 D． 【答案】B 【详解】A．p−V图中等温变化为双曲线的一支，而A→B→D为直线，一定不是等温变化，故A错误； B．p−V图像中，图线所包围的面积为气体对外所做的功，所以W1>W2 故B正确； CD．根据理想气体方程可知，两过程的初、末状态温度相同，则两过程的内能变化量，根据热力学第一定律 因为两过程气体膨胀对外做功，且均吸热，则 结合 所以吸收的热量 故CD错误。 故选B。 【变式训练2·变考法】（2024·辽宁本溪·一模）一定质量的理想气体经历了a→b→c→a循环，其图像如图所示，气体在各状态时的温度、压强和体积部分已标出。已知该气体在状态a时的压强为，下列说法正确的是（　　） A．气体在状态c的温度是 B．气体由状态c到状态a的过程中单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少 C．气体由状态a到状态b，外界对气体做功为 D．气体经历了a→b→c→a循环的过程中，吸收的热量小于释放的热量 【答案】D 【详解】A．由图像中ca连线过原点，可知气体由状态c到状态a，发生等压降温的过程，气体的体积减小，由 解得 故A错误； B．气体由状态c到状态a的过程中，气体体积减小，分子的数密度增大，温度降低，分子的平均动能减小，压强保持不变，则单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增大。故B错误； C．气体由状态a到状态b，气体体积增大，对外界做功。故C错误； D．气体经历了a→b→c→a循环的过程中，由状态a到状态b，气体体积增大，对外界做功 由状态b到状态c，气体体积不变，对外界不做功，由状态c到状态a，气体体积减小，外界对气体做功 由 可知 可得 又 由热力学第一定律 可知 说明气体经历了a→b→c→a循环的过程中，吸收的热量小于释放的热量。故D正确。 故选D。 【变式训练3·变考法】（多选）（2023·吉林白山·三模）一定质量的理想气体从状态A缓慢经过B、C、D再回到状态A，其热力学温度T和体积V的关系图像如图所示，BA和CD的延长线均过原点O，气体在状态A时的压强为，下列说法正确的是（　　） A．过程中气体从外界吸热 B．过程中气体从外界吸收的热量小于 C．过程中气体分子在单位时间内对单位容器壁的碰撞次数不断减少 D．过程中气体的温度升高了 【答案】AB 【详解】A．过程中气体的温度升高，体积增大，气体从外界吸热，选项A正确； B．过程中气体做等温变化，气体内能保持不变，作出此过程的图像如图所示，图像与横轴所围面积表示气体对外界做的功，对应梯形面积为，选项B正确； C．过程中气体的温度降低，分子撞击器壁的平均力度减小，气体体积减小而压强不变，所以气体分子在单位时间内对单位容器壁的碰撞次数不断增加，选项C错误； D．由题图中几何关系知，过程中气体的温度升高了 选项D错误。 故选AB。 考向2 热力学第一定律与气体实验定律 例1（2023·内蒙古赤峰·模拟预测）如图所示，导热良好的汽缸刚好浸没于恒温大水池中，轻活塞位于最上端，汽缸内封闭一定质量的理想气体，汽缸内部高度为h=20cm。热平衡后，将汽缸竖直向下缓慢下移，当下移H1=15cm时，活塞在水压作用下向汽缸内移动了Δh=5cm，当活塞在水面下的深度为H=40cm时停止下移汽缸，整个过程中气体放出100J的热量。活塞与汽缸壁之间的摩擦不计： （1）求外界对气体做的功； （2）求汽缸停止下移时其内部的高度。 【答案】（1）；（2）12cm 【详解】（1）气体等温压缩，内能不变 气体放出热量，根据热力学第一定律 解得 （2）设刚开始活塞对气体的压强为，当下移时，活塞在水中增加的深度 设此时活塞对气体的压强增加了p，由玻意耳定律得 解得 当汽缸停止下移时，活塞在水中增加的深度 则此时活塞对气体的压强增加了2p，由玻意耳定律得 解得 【变式训练1】（2023·内蒙古包头·一模）如图，内壁光滑且高为L的导热汽缸固定在水平面上，汽缸内用横截面积为S，质量为m的绝热活塞封闭一定量的理想气体。开始时，活塞被一根轻绳吊住，恰好位于卡口处且不与卡口挤压。现剪断轻绳，活塞再度平衡时汽缸内气体的长度变为。已知汽缸外界为恒温环境，大气压强为，重力加速度为g。求 （1）剪断轻绳前，绳子上的拉力为多大？ （2）若给汽缸涂上绝热材料后用电热丝对封闭的理想气体加热，使活塞缓慢上升，若电热丝的电阻为R，加热时电流为I，经t时间活塞恰好回到卡口处，假设电阻的产热全部传给气体，则内能的变化量是多少？ 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）设绳子剪断前气体压强为，体积为，绳子剪断后气体压强为，体积为，根据玻意耳定律 绳子剪断后，对活塞由平衡条件 联立解得 绳子剪断前，对活塞根据平衡条件 解得 （2）根据热力学第一定律 根据焦耳定律，可得气体吸收的热量 气体对外界做的功 联立解得 1．（2022·辽宁·高考真题）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统（   ） A．对外界做正功 B．压强保持不变 C．向外界放热 D．内能减少 【答案】A 【详解】A．理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，理想气体对外界做正功，A正确； B．由题图可知 V = V0 + kT 根据理想气体的状态方程有 联立有 可看出T增大，p增大，B错误； D．理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，D错误； C．理想气体从状态a变化到状态b，由选项AD可知，理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知气体向外界吸收热量，C错误。 故选A。 2．（2025·四川·高考真题）如图1所示，用活塞将一定质量的理想气体密封在导热汽缸内，活塞稳定在a处。将汽缸置于恒温冷水中，如图2所示，活塞自发从a处缓慢下降并停在b处，然后保持汽缸不动，用外力将活塞缓慢提升回a处。不计活塞与汽缸壁之间的摩擦。则（    ） A．活塞从a到b的过程中，汽缸内气体压强升高 B．活塞从a到b的过程中，汽缸内气体内能不变 C．活塞从b到a的过程中，汽缸内气体压强升高 D．活塞从b到a的过程中，汽缸内气体内能不变 【答案】D 【详解】AB．根据题意可知活塞从a到b的过程中，汽缸内气体，温度降低，则内能减小，体积减小，压强不变，故AB错误； CD．根据题意可知活塞从b到a的过程中汽缸内气体温度不变，则内能不变，体积增大，根据玻意耳定律可知压强减小，故C错误，D正确。 故选D。 3．（2025·重庆·高考真题）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 【答案】A 【详解】气袋被压缩且绝热（无热交换），视为理想气体。 AB．绝热压缩时外界对气体做功，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错误； C．根据理想气体状态方程，体积减小，温度升高，可知压强增大，故C错误； D．气体体积减小，外界对气体做功，气体对外界做负功，故D错误。 故选A。 4．（2025·江苏·高考真题）如图所示，取装有少量水的烧瓶，用装有导管的橡胶塞塞紧瓶口，并向瓶内打气。当橡胶塞跳出时，瓶内出现白雾。橡胶塞跳出后，瓶内气体（   ） A．内能迅速增大 B．温度迅速升高 C．压强迅速增大 D．体积迅速膨胀 【答案】D 【详解】瓶塞跳出的过程中瓶内的气体对外做功，气体体积迅速膨胀，由于该过程的时间比较短，可知气体来不及吸收热量，根据热力学第一定律可知，气体的内能减小，则温度降低，由理想气体状态方程可知，气体压强减小。 故选D。 5．（2025·山东·高考真题）如图所示，上端开口，下端封闭的足够长玻璃管竖直固定于调温装置内。玻璃管导热性能良好，管内横截面积为S，用轻质活塞封闭一定质量的理想气体。大气压强为，活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小恒为，等于最大静摩擦力。用调温装置对封闭气体缓慢加热，时，气柱高度为，活塞开始缓慢上升；继续缓慢加热至时停止加热，活塞不再上升；再缓慢降低气体温度，活塞位置保持不变，直到降温至时，活塞才开始缓慢下降；温度缓慢降至时，保持温度不变，活塞不再下降。求： (1)时，气柱高度； (2)从状态到状态的过程中，封闭气体吸收的净热量Q（扣除放热后净吸收的热量）。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）活塞开始缓慢上升，由受力平衡 可得封闭的理想气体压强 升温过程中，等压膨胀，由盖-吕萨克定律 解得 （2）升温过程中，等压膨胀，外界对气体做功 降温过程中，等容变化，外界对气体做功 活塞受力平衡有 解得封闭的理想气体压强 降温过程中，等压压缩，由盖-吕萨克定律 解得 外界对气体做功 全程中外界对气体做功 因为，故封闭的理想气体总内能变化 利用热力学第一定律 解得 故封闭气体吸收的净热量。 6．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）某种卡车轮胎的标准胎压范围为。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，温度为时，体积和压强分别为、；当胎内气体温度升高到为时，体积增大到为，气体可视为理想气体。 (1)求此时胎内气体的压强； (2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为，求胎内气体的内能增加量。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）气体可视为理想气体，根据理想气体状态方程 整理代入数据得 （2）p-V图线与y轴围成的面积代表做功的大小，该过程气体体积增大，则气体对外做功，可得外界对气体做功为 由热力学第一定律 代入数据可得 7．（2024·湖北·高考真题）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，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，C为已知常数，大气压强恒为，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。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）气体进行等压变化，则由盖吕萨克定律得 即 解得 （2）此过程中气体内能增加 气体对外做功大小为 由热力学第一定律可得此过程中容器内气体吸收的热量 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第61讲 热力学定律与能量守恒定律 目录 01考情解码·命题预警 2 02体系构建·思维可视 3 03核心突破·靶向攻坚 4 考点一 热力学定律与能量守恒定律 4 知识点1 热力学第一定律 4 知识点2 热力学第二定律 4 考向1 热力学第一定律 5 考向2 热力学第二定律 6 考点二 热力学第一定律综合应用 8 知识点1 热力学第一定律与气体状态变化图像的综合 8 知识点2 热力学第一定律与气体实验定律的综合 8 考向1 热力学第一定律与图像 8 考向2 热力学第一定律与气体实验定律 11 04真题溯源·考向感知 11 常考考点 真题举例 热力学第一定律 2024·辽宁·高考真题 2022·新课标卷·高考真题 热力学第二定律 ———————— 热力学第一定律与图像的综合 2021·全国乙卷·高考真题 2022·全国乙卷·高考真题 2022·辽宁·高考真题 考情分析： 1.通常以非选择题形式出现，在江苏高考物理试卷中占一定分值，是考查的重点内容之一，常结合受力分析，能量等知识综合考查。 2．从命题思路上看，考查方向为 基本知识考查：理想气体状态方程，如玻意耳定律、查理定律等，以及热力学第一定律； 常见模型考查：气缸、活塞、液柱等； 3．从命题思路上看，试题情景为 生活实践类：以瓶塞跳出、容器移动； 学习探究类：汽车缓冲问题。 复习目标： 目标一：熟练掌握理想气体状态方程（玻意耳、查理、盖 - 吕萨克定律）及热力学第一定律，明确公式适用条件与符号规则。 目标二：能快速拆解气缸、液柱等模型的多状态变化过程，结合受力分析联立方程，准确计算压强、体积、内能变化等物理量。 目标三：可将热学规律迁移到实际场景（如热机、容器移动），通过图像（p-V、p-T 图）提取信息，解决综合类问题。 考点一 热力学定律与能量守恒定律 知识点1 热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式：　做功　和传热。 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　 3.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　。 知识点2 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。 2.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.用熵的概念表示热力学第二定律 在自发过程中，系统总是自发地向　无序　方向发展，即一个孤立系统的熵值总是　不减少　的。（熵增加原理） 4.第二类永动机 从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不产生其他影响的机器。 它违背了　热力学第二定律　，不可能实现。 5.能源是有限的 （1）每天我们使用的能源最后都转化成了内能，能源消耗使得周围环境升温。根据热力学第二定律，分散在环境中的内能不能自动聚集起来驱动机器做功了。这样的转化过程叫作“　能量耗散　”。 （2）所谓能源，其实是指具有高品质的容易利用的　储能物质　，例如石油、天然气、煤等。能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的　品质　下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。 考向1 热力学第一定律 例1（2025·内蒙古赤峰·三模）如图水平固定且导热性能良好的汽缸内封闭着一定质量的理想气体，外界温度恒定。 通过细线将活塞与装满细沙的小桶连接， 在细沙缓缓漏出过程中， 活塞缓慢向左移动。对于汽缸内气体，下列说法正确的是（　　） A．气体放出热量，内能减小 B．气体吸收热量， 内能增大 C．外界对气体做功， 内能增大 D．外界对气体做功， 内能不变 【变式训练1·变考法】（2025·辽宁朝阳·三模）小明同学制作了一个简易气温计：在一个饮料瓶中插入一根透明吸管，将接口处用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略），将饮料瓶水平放置，如图所示。已知吸管内部粗细均匀，该饮料瓶内密封气体的体积为，吸管横截面积为，吸管的有效长度为，温度计能测出的最低温度为。 (1)求温度计能测出的最高温度； (2)假设油柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中，密封气体从外界吸收热量，则在这一过程中该气体的内能如何变化，变化了多少（已知大气压强）？ 【逻辑思维与科学建模】【变式训练2】（多选）（2025·辽宁·二模）冬天烧碳取暖容易引发一氧化碳中毒事故，高压氧舱是治疗一氧化碳中毒的有效措施。某物理兴趣小组通过放在水平地面上的汽缸来研究高压氧舱内的环境，如图所示，导热汽缸内的活塞离汽缸底部的高度为h，活塞的横截面积为S，环境温度保持不变。汽缸内气体的压强为，该小组分别通过向汽缸内充气和向下压活塞的方式使汽缸内气体的压强增大到．已知大气压强为，汽缸内气体可视为理想气体，活塞与汽缸密封良好，不计活塞与汽缸间的摩擦，重力加速度为g．下列说法中正确的是（　　） A．活塞的质量为 B．若活塞不动，仅将外部环境中体积为0.5Sh、压强为的气体缓慢充入汽缸，可使汽缸内气体的压强增至 C．仅将活塞缓慢下移，可以将汽缸内气体的压强增至 D．仅将活塞缓慢下移的过程中，气体向外界放出的热量大于 考向2 热力学第二定律 例1．（2024·辽宁·一模）根据热学中的有关知识，下列说法中正确的是（　　） A．一切符合能量守恒定律的宏观过程都能发生 B．空调的工作过程表明，热量可以自发地由低温物体向高温物体传递 C．第二类永动机不违背能量守恒定律，当人类科技水平足够先进时，第二类永动机可以被制造出来 D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 【变式训练1·变考法】（2023·辽宁·模拟预测）水火箭是同学们喜爱的动手动脑科普玩具，发射最高世界记录为。如图所示，被压缩的高压空气膨胀使水从水火箭尾部的喷嘴向下高速喷出，饮料瓶受到反作用力而快速上升，短时间内不考虑热传递。在此过程中（　　） A．外界对气体做功 B．气体的内能全部转化为机械能 C．气体的温度降低，每一个气体分子的速率都将减小 D．单位时间内容器内壁单位面积受到气体分子的撞击次数将减小 【变式训练2】（2022·辽宁沈阳·三模）2022年4月16号上午，神舟13号飞船在内蒙古东风着陆场顺利降落。气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置。如图所示，座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满一定质量的空气（可视为理想气体），气闸舱B内为真空。航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换。下列说法正确的是（　　） A．气闸舱B中的气体可能自发的全部回到A中 B．气体对外做功，平衡后气体内能减小 C．气体对外不做功，平衡后气体温度降低 D．气体体积变大，平衡后压强变小 考点二 热力学第一定律综合应用 知识点1 热力学第一定律与气体状态变化图像的综合 1.在某一过程中，气体的p、V、T的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。 (1)由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功。 (2)由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小。 (3)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断气体是吸热还是放热。 (4)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整个过程中所做的功。 知识点2 热力学第一定律与气体实验定律的综合 求解气体实验定律与热力学第一定律的综合问题的一般思路 考向1 热力学第一定律与图像 例1（2025·内蒙古乌兰察布·二模）密闭容器中封闭一定质量的理想气体，气体从状态1到状态2，一次经过过程A，一次经过过程B，其P-V图像如图所示。则对比A、B过程，下列说法正确的是（　　） A．系统增加的内能A过程大于B过程 B．系统升高的温度A过程小于B过程 C．系统吸收的热量A过程大于B过程 D．系统对外做的功A过程等于B过程 【变式训练1·变考法】（2025·辽宁沈阳·模拟预测）如图为一定质量的理想气体的p-V图像，气体分别经历A→B→D和A→C→D两个变化过程。A→B→D过程，气体对外做功大小为W1，从外界吸收的热量为Q1；A→C→D过程，气体对外做功大小为W2，从外界吸收的热量为Q2。关于理想气体的上述两过程中说法正确的是（　　） A．A→B→D过程中，气体温度一直不变 B．W1>W2 C．Q1<Q2 D． 【变式训练2·变考法】（2024·辽宁本溪·一模）一定质量的理想气体经历了a→b→c→a循环，其图像如图所示，气体在各状态时的温度、压强和体积部分已标出。已知该气体在状态a时的压强为，下列说法正确的是（　　） A．气体在状态c的温度是 B．气体由状态c到状态a的过程中单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少 C．气体由状态a到状态b，外界对气体做功为 D．气体经历了a→b→c→a循环的过程中，吸收的热量小于释放的热量 【变式训练3·变考法】（多选）（2023·吉林白山·三模）一定质量的理想气体从状态A缓慢经过B、C、D再回到状态A，其热力学温度T和体积V的关系图像如图所示，BA和CD的延长线均过原点O，气体在状态A时的压强为，下列说法正确的是（　　） A．过程中气体从外界吸热 B．过程中气体从外界吸收的热量小于 C．过程中气体分子在单位时间内对单位容器壁的碰撞次数不断减少 D．过程中气体的温度升高了 考向2 热力学第一定律与气体实验定律 例1（2023·内蒙古赤峰·模拟预测）如图所示，导热良好的汽缸刚好浸没于恒温大水池中，轻活塞位于最上端，汽缸内封闭一定质量的理想气体，汽缸内部高度为h=20cm。热平衡后，将汽缸竖直向下缓慢下移，当下移H1=15cm时，活塞在水压作用下向汽缸内移动了Δh=5cm，当活塞在水面下的深度为H=40cm时停止下移汽缸，整个过程中气体放出100J的热量。活塞与汽缸壁之间的摩擦不计： （1）求外界对气体做的功； （2）求汽缸停止下移时其内部的高度。 【变式训练1】（2023·内蒙古包头·一模）如图，内壁光滑且高为L的导热汽缸固定在水平面上，汽缸内用横截面积为S，质量为m的绝热活塞封闭一定量的理想气体。开始时，活塞被一根轻绳吊住，恰好位于卡口处且不与卡口挤压。现剪断轻绳，活塞再度平衡时汽缸内气体的长度变为。已知汽缸外界为恒温环境，大气压强为，重力加速度为g。求 （1）剪断轻绳前，绳子上的拉力为多大？ （2）若给汽缸涂上绝热材料后用电热丝对封闭的理想气体加热，使活塞缓慢上升，若电热丝的电阻为R，加热时电流为I，经t时间活塞恰好回到卡口处，假设电阻的产热全部传给气体，则内能的变化量是多少？ 1．（2022·辽宁·高考真题）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统（   ） A．对外界做正功 B．压强保持不变 C．向外界放热 D．内能减少 2．（2025·四川·高考真题）如图1所示，用活塞将一定质量的理想气体密封在导热汽缸内，活塞稳定在a处。将汽缸置于恒温冷水中，如图2所示，活塞自发从a处缓慢下降并停在b处，然后保持汽缸不动，用外力将活塞缓慢提升回a处。不计活塞与汽缸壁之间的摩擦。则（    ） A．活塞从a到b的过程中，汽缸内气体压强升高 B．活塞从a到b的过程中，汽缸内气体内能不变 C．活塞从b到a的过程中，汽缸内气体压强升高 D．活塞从b到a的过程中，汽缸内气体内能不变 3．（2025·重庆·高考真题）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 4．（2025·江苏·高考真题）如图所示，取装有少量水的烧瓶，用装有导管的橡胶塞塞紧瓶口，并向瓶内打气。当橡胶塞跳出时，瓶内出现白雾。橡胶塞跳出后，瓶内气体（   ） A．内能迅速增大 B．温度迅速升高 C．压强迅速增大 D．体积迅速膨胀 5．（2025·山东·高考真题）如图所示，上端开口，下端封闭的足够长玻璃管竖直固定于调温装置内。玻璃管导热性能良好，管内横截面积为S，用轻质活塞封闭一定质量的理想气体。大气压强为，活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小恒为，等于最大静摩擦力。用调温装置对封闭气体缓慢加热，时，气柱高度为，活塞开始缓慢上升；继续缓慢加热至时停止加热，活塞不再上升；再缓慢降低气体温度，活塞位置保持不变，直到降温至时，活塞才开始缓慢下降；温度缓慢降至时，保持温度不变，活塞不再下降。求： (1)时，气柱高度； (2)从状态到状态的过程中，封闭气体吸收的净热量Q（扣除放热后净吸收的热量）。 6．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）某种卡车轮胎的标准胎压范围为。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，温度为时，体积和压强分别为、；当胎内气体温度升高到为时，体积增大到为，气体可视为理想气体。 (1)求此时胎内气体的压强； (2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为，求胎内气体的内能增加量。 7．（2024·湖北·高考真题）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，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，C为已知常数，大气压强恒为，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。 1 / 2 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