热力学定律 复习讲义-2027届高考物理一轮复习

该高中物理复习讲义聚焦热力学定律高考核心考点，涵盖内能、热力学第一定律计算、气体过程分析、两类永动机判断等内容，以微观本质到宏观规律的逻辑构建知识闭环。通过超细拆解、公式推导、模型固化及分层刷题，帮助学生突破W/Q/ΔU符号混淆等难点，体现系统性复习设计。 资料突出高考实战导向，整合十大必考结论与高频易错点，采用科学思维中的模型建构方法，如热力学第一定律解题标准步骤训练，配合基础巩固到综合应用的分层练习。助力学生快速建立热学分析框架，提升应考能力，为教师把控复习节奏提供清晰路径。

第三章： 热力学定律全套超精细复习讲义 前言：本讲义为高中物理选择性必修第三册第三章热力学定律专属终极完整版复习资料，本章是热学体系的收官核心、高考综合压轴核心，承接前两章分子动理论、气体固体液体规律，完成热现象微观本质→宏观规律→能量守恒与过程方向的完整闭环。高考高频考查：选择概念辨析、热力学第一定律计算、气体过程综合分析、两类永动机判断、热现象方向性多选题、热学压轴计算题。本章最大难点：W/Q/ΔU符号混淆、过程做功吸放热判断失误、第一第二定律适用场景混淆、可逆与不可逆过程模糊。本讲义通过超细逐层拆解、公式全推导、模型固化、易错点清零、分层梯度刷题，彻底解决热学过程分析难题，实现热学板块满分通关。 第一部分 核心基础知识点 知识点1 功、热与内能的改变 1 内能的核心属性 内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和，属于状态量，仅由物体的温度、体积、物态、物质的量决定，与变化过程无关。 理想气体内能专属结论：无分子势能、无分子作用力，内能只由温度和质量决定，温度不变，内能一定不变。 2 改变内能的两种方式（等效但本质不同） 做功、热传递是改变物体内能的两种唯一方式，效果等效、本质不同。 （1）做功改变内能 本质：其他形式能与内能的相互转化（机械能、电能→内能）。 特点：过程剧烈、可量化、能改变物体宏观机械能状态。 常见场景：压缩气体升温、摩擦生热、电流热效应。 （2）热传递改变内能 本质：内能在物体间的转移，无能量形式转化。 条件：物体间或物体不同部分存在温度差。 三种形式：热传导、热对流、热辐射。 特点：仅转移内能，不改变能量形式。 3 热量的核心定义 热量是过程量，仅在热传递过程中存在。只能描述“吸收/放出热量”，绝对不能说“物体含有热量、物体具有热量”。 对应：内能是状态量，可描述“物体具有内能”。 4 绝热过程 定义：系统与外界无热交换（）的热力学过程。 过程规律：内能变化仅由做功决定，。 常见场景：快速压缩/膨胀气体、保温容器内过程。 例题精练 1.下列关于内能与热量说法正确的是（） A. 高温物体含有的热量更多 B. 做功和热传递改变内能效果等效 C. 热量可以自发从低温传向高温 D. 内能变化必须伴随做功 知识点2 热力学第一定律 1 定律内容与通用公式 (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)表达式中的正、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 热力学第一定律定量描述系统内能变化与做功、吸放热的关系：系统内能的增量等于外界对系统做的功与系统吸收的热量之和。 核心万能公式： 2 高考标准符号法则 （1）W（做功）：外界对系统做功 → ；系统对外界做功 → ； （2）Q（热量）：系统吸热 → ；系统放热 → ； （3）ΔU（内能变化）：内能增加 → ；内能减少 → 。 3 三大特殊过程模型 （1）绝热过程：，，做功直接改变内能； （2）纯热传递过程：，，吸放热直接改变内能； （3）等温过程（理想气体）：，，吸热必对外做功、外界做功必放热。 4 气体体积变化与做功的精准关系 气体体积压缩（V减小）→外界对气体做功→； 气体体积膨胀（V增大）→气体对外做功→。 5 解题标准步骤（满分流程） （1）判定过程：确定等温/等容/等压/绝热； （2）判断正负：依据符号法则确定W、Q正负； （3）代入公式：计算ΔU，判断内能增减； （4）联动分析：结合理想气体温度、压强变化综合判定。 例题精练 1.一定质量理想气体，外界对气体做功200J，气体同时放热50J，则气体内能变化为（） A. 增加150J B. 减少150J C. 增加250J D. 减少250J 知识点3 能量守恒定律 1 定律核心内容 (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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 (2)条件性 能量守恒定律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. 2 第一类永动机 定义：不消耗任何能量，却可以源源不断对外做功的机器。 结论：第一类永动机不可能制成，违背能量守恒定律（热力学第一定律）。 3 热学能量转化核心规律 所有热力学过程、机械热转化过程，总能量永远守恒；内能与其他形式能可双向转化，但伴随过程方向性限制。 技巧点拨 1.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)做功情况看气体的体积：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. (3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0. (4)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； (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； (3)若过程的初、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. 例题精练 1.第一类永动机无法制成的根本原因是（） A. 违背热力学第二定律 B. 违背能量守恒定律 C. 摩擦力损耗能量 D. 技术水平不足 2.(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是(　　) A.气体吸热后温度一定升高 B.对气体做功可以改变其内能 C.理想气体等压膨胀过程一定放热 D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 3.如图是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩理想气体，对缸内气体做功200 J，同时气体向外界放热100 J，缸内气体的(　　) 图 A.温度升高，内能增加100 J B.温度升高，内能减少200 J C.温度降低，内能增加100 J D.温度降低，内能减少200 J 4.水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意图如图.从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口.扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出.若水在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体(　　) 图 A.压强变大 B.对外界做功 C.对外界放热 D.分子平均动能变大 知识点4 热力学第二定律 1 定律两大经典表述 （1）克劳修斯表述（热传递方向） 热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 关键：“自发”——无外界做功、无外界干预的自然过程。外界做功可实现低温→高温传热（如冰箱、空调）。 （2）开尔文表述（功热转化方向） 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。 关键：“不产生其他影响”——热量可以完全变功，但必须伴随其他变化（如气体等温膨胀吸热完全变功，但体积改变，产生了其他影响）。 2 第二类永动机 定义：可以从单一热库吸热，全部转化为功，且不产生其他影响的机器（效率100%的热机）。 结论：第二类永动机不可能制成，违背热力学第二定律，不违背能量守恒定律。 3 热过程方向性终极总结 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，具有固定方向性： （1）热量自发：高温→低温（不可逆）； （2）机械能可自发完全转化为内能，内能不能自发完全转化为机械能； （3）气体自由膨胀不可逆、扩散过程不可逆。 技巧点拨 1.热力学第二定律的含义 (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.在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程. 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的宏观过程的方向性，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.热力学过程的方向性实例 (1)高温物体低温物体. (2)功热. (3)气体体积V1气体体积V2(较大). 例题精练 1.下列说法符合热力学第二定律的是（） A. 热量不可能从低温物体传到高温物体 B. 第二类永动机违背能量守恒定律 C. 宏观热过程具有方向性 D. 内能可以自发全部转化为机械能 知识点5热力学第一定律与图象的综合应用 1.气体的状态变化可由图象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. 例题精练 1.(多选)一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p－T图象如图所示，下列判断正确的是(　　) 图 A.过程bc中气体既不吸热也不放热 B.过程ab中气体一定吸热 C.过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热 D.a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小 E.b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同 2.(多选)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p－T图象如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是(　　) 图 A.气体在a、c两状态的体积相等 B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功 3.一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其p－图像如图5所示，求该过程中气体吸收的热量Q. 图5 知识点6热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 解决热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的思维流程 例题精练 1.如图所示，竖直放置、上端开口的绝热汽缸底部固定一电热丝(图中末画出)，面积为S的绝热活塞位于汽缸内(质量不计)，下端封闭一定质量的某种理想气体，绝热活塞上放置一质量为M的重物并保持平衡，此时汽缸内理想气体的温度为T0，活塞距汽缸底部的高度为h，现用电热丝缓慢给汽缸内的理想气体加热，活塞上升了，封闭理想气体吸收的热量为Q.已知大气压强为p0，重力加速度为g.求： 图 (1)活塞上升了时，理想气体的温度是多少； (2)理想气体内能的变化量. 知识点7 熵与熵增原理 1 熵的物理意义 熵是描述系统混乱程度（无序程度）的物理量。系统越无序，熵值越大；系统越有序，熵值越小。 有序→无序：熵增；无序→有序：熵减。 2 熵增原理 孤立系统的自发过程总是向着熵增大的方向进行，即自发过程总是从有序走向无序。 有限开放系统可通过外界输入能量实现熵减（有序化），但整个宇宙总熵永远增加。 3 常见熵变场景 气体自由膨胀、扩散、熔化、汽化、摩擦生热→熵增； 凝固、液化、有序结晶→开放系统熵减。 例题精练 1.自发的宏观热过程，孤立系统的熵变化为（） A. 一定增大 B. 一定减小 C. 保持不变 D. 可增可减 知识点8两大热力学定律终极对比 对比维度 热力学第一定律 热力学第二定律 核心作用 限定能量转化数量，能量守恒 限定热过程进行方向与限度 解决问题 能不能发生（能量是否足够） 自发向哪个方向发生 永动机类型 否定第一类永动机 否定第二类永动机 适用范围 一切热力学过程 一切宏观热现象过程 第二部分 本章高考必考二级秒杀结论 1. 理想气体内能只看温度，与体积、压强、做功无关； 2. 热力学第一定律符号秒杀：压胀W定正负，吸放Q定正负，温变ΔU定正负； 3. 等温理想气体：ΔU=0，W=-Q，做功与吸热放热完全抵消； 4. 绝热过程Q=0，ΔU=W，压缩升温、膨胀降温； 5. 等容过程W=0，ΔU=Q，吸热升温、放热降温； 6. 第一永动机违能量守恒，第二永动机违过程方向性； 7. 低温传高温、内能完全转功，均可实现，但必须产生其他影响； 8. 所有宏观自然热过程不可逆，具有单向性； 9. 孤立系统自发过程熵必增，有序自发变无序； 10. 做功是能量转化，传热是能量转移，二者改变内能等效不同质。 第三部分 全章节高频易错终极汇总 1. 易错：温度不变，内能一定不变（正解：仅理想气体成立，固液体物态变化温度不变内能可变）； 2. 易错：热量可以自发从低温到高温（正解：自发不可行，外界做功可行）； 3. 易错：热量完全转化为功不可能（正解：可完全转化，必须伴随其他影响）； 4. 易错：第二类永动机违背能量守恒（正解：不违背，违背热力学第二定律）； 5. 易错：物体温度越高，含热量越多（正解：热量是过程量，物体不含热量）； 6. 易错：气体膨胀一定吸热、压缩一定放热（正解：结合温度变化与ΔU综合判断）； 7. 易错：熵增代表能量增多（正解：熵是混乱度，与能量多少无关）； 8. 易错：微观过程可逆、宏观热过程也可逆（正解：宏观自发热过程全部不可逆）； 9. 易错：W为气体对外做功为正（正解：高考统一标准，外界对系统做功W为正）； 10. 易错：内能改变必须同时做功和传热（正解：单一方式即可改变内能）。 第四部分 分层专项练习题 1下列说法正确的是（） A. 温度高的物体热量多 B. 内能是状态量 C. 热量可以自发低温传高温 D. 内能只由温度决定 2绝热容器内理想气体被压缩，外界做功100J，则内能变化为（） A. 增加100J B. 减少100J C. 不变 D. 无法判断 3关于两类永动机，下列正确的是（） A. 第一类永动机违背热力学第二定律 B. 第二类永动机违背能量守恒 C. 两类永动机均不可能制成 D. 技术进步可实现第二类永动机 4孤立系统自发过程的熵变化趋势是（） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 随机变化 5一定质量理想气体等温膨胀，该过程正确的是（） A. 内能增大 B. 内能减小 C. 吸热、对外做功 D. 放热、外界做功 6下列现象符合宏观热过程方向性的是（） A. 摩擦生热自发逆转 B. 气体自由膨胀自发收缩 C. 热量自发从高温传低温 D. 内能自发全部转为机械能 7密闭固定容器内理想气体缓慢升温，过程判断正确的是（） A. W=0、Q>0、ΔU>0 B. W>0、Q=0、ΔU>0 C. W<0、Q>0、ΔU=0 D. W=0、Q<0、ΔU<0 8（多选）一定质量理想气体经历先绝热压缩、再等温膨胀的过程，下列说法正确的是（） A. 绝热压缩阶段内能增大、温度升高 B. 绝热压缩阶段外界对气体做功 C. 等温膨胀阶段内能不变 D. 全过程内能一定增加 9（多选）关于热力学两大定律，下列说法正确的是（） A. 第一定律限定能量守恒，第二定律限定过程方向 B. 热量可以在外界做功下从低温传向高温 C. 单一热源吸热完全做功不可能实现 D. 宏观热过程不可逆，微观过程可逆 10（多选）下列关于熵与热力学过程说法正确的是（） A. 气体自由膨胀过程熵增 B. 晶体自发结晶过程孤立系统熵减 C. 扩散现象是熵增过程 D. 一切自发宏观过程总熵增 11.一定质量气体，吸热300J，同时对外做功100J，求内能变化量。 12.一定质量理想气体初始状态温度300K，体积10L，先等压升温至400K，再绝热膨胀恢复原温。已知等压过程气体吸热400J，求：（1）等压过程气体做功与内能变化；（2）绝热过程内能与做功关系。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三章： 热力学定律全套超精细复习讲义 前言：本讲义为高中物理选择性必修第三册第三章热力学定律专属终极完整版复习资料，本章是热学体系的收官核心、高考综合压轴核心，承接前两章分子动理论、气体固体液体规律，完成热现象微观本质→宏观规律→能量守恒与过程方向的完整闭环。高考高频考查：选择概念辨析、热力学第一定律计算、气体过程综合分析、两类永动机判断、热现象方向性多选题、热学压轴计算题。本章最大难点：W/Q/ΔU符号混淆、过程做功吸放热判断失误、第一第二定律适用场景混淆、可逆与不可逆过程模糊。本讲义通过超细逐层拆解、公式全推导、模型固化、易错点清零、分层梯度刷题，彻底解决热学过程分析难题，实现热学板块满分通关。 第一部分 核心基础知识点 知识点1 功、热与内能的改变 1 内能的核心属性 内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和，属于状态量，仅由物体的温度、体积、物态、物质的量决定，与变化过程无关。 理想气体内能专属结论：无分子势能、无分子作用力，内能只由温度和质量决定，温度不变，内能一定不变。 2 改变内能的两种方式（等效但本质不同） 做功、热传递是改变物体内能的两种唯一方式，效果等效、本质不同。 （1）做功改变内能 本质：其他形式能与内能的相互转化（机械能、电能→内能）。 特点：过程剧烈、可量化、能改变物体宏观机械能状态。 常见场景：压缩气体升温、摩擦生热、电流热效应。 （2）热传递改变内能 本质：内能在物体间的转移，无能量形式转化。 条件：物体间或物体不同部分存在温度差。 三种形式：热传导、热对流、热辐射。 特点：仅转移内能，不改变能量形式。 3 热量的核心定义 热量是过程量，仅在热传递过程中存在。只能描述“吸收/放出热量”，绝对不能说“物体含有热量、物体具有热量”。 对应：内能是状态量，可描述“物体具有内能”。 4 绝热过程 定义：系统与外界无热交换（）的热力学过程。 过程规律：内能变化仅由做功决定，。 常见场景：快速压缩/膨胀气体、保温容器内过程。 例题精练 1.下列关于内能与热量说法正确的是（） A. 高温物体含有的热量更多 B. 做功和热传递改变内能效果等效 C. 热量可以自发从低温传向高温 D. 内能变化必须伴随做功 答案：B 解析：热量是过程量，不能说含有，A错；热量自发只能高温到低温，C错；内能可仅通过热传递改变，D错；做功与热传递改变内能等效，B正确。 知识点2 热力学第一定律 1 定律内容与通用公式 (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)表达式中的正、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 热力学第一定律定量描述系统内能变化与做功、吸放热的关系：系统内能的增量等于外界对系统做的功与系统吸收的热量之和。 核心万能公式： 2 高考标准符号法则 （1）W（做功）：外界对系统做功 → ；系统对外界做功 → ； （2）Q（热量）：系统吸热 → ；系统放热 → ； （3）ΔU（内能变化）：内能增加 → ；内能减少 → 。 3 三大特殊过程模型 （1）绝热过程：，，做功直接改变内能； （2）纯热传递过程：，，吸放热直接改变内能； （3）等温过程（理想气体）：，，吸热必对外做功、外界做功必放热。 4 气体体积变化与做功的精准关系 气体体积压缩（V减小）→外界对气体做功→； 气体体积膨胀（V增大）→气体对外做功→。 5 解题标准步骤（满分流程） （1）判定过程：确定等温/等容/等压/绝热； （2）判断正负：依据符号法则确定W、Q正负； （3）代入公式：计算ΔU，判断内能增减； （4）联动分析：结合理想气体温度、压强变化综合判定。 例题精练 1.一定质量理想气体，外界对气体做功200J，气体同时放热50J，则气体内能变化为（） A. 增加150J B. 减少150J C. 增加250J D. 减少250J 答案：A 解析：由符号法则：，，代入公式，内能增加150J。 知识点3 能量守恒定律 1 定律核心内容 (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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 (2)条件性 能量守恒定律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. 2 第一类永动机 定义：不消耗任何能量，却可以源源不断对外做功的机器。 结论：第一类永动机不可能制成，违背能量守恒定律（热力学第一定律）。 3 热学能量转化核心规律 所有热力学过程、机械热转化过程，总能量永远守恒；内能与其他形式能可双向转化，但伴随过程方向性限制。 技巧点拨 1.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)做功情况看气体的体积：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. (3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0. (4)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； (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； (3)若过程的初、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. 例题精练 1.第一类永动机无法制成的根本原因是（） A. 违背热力学第二定律 B. 违背能量守恒定律 C. 摩擦力损耗能量 D. 技术水平不足 答案：B 解析：第一类永动机无能量输入却持续输出能量，直接违背能量守恒定律。 2.(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是(　　) A.气体吸热后温度一定升高 B.对气体做功可以改变其内能 C.理想气体等压膨胀过程一定放热 D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 答案　BD 3.如图是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩理想气体，对缸内气体做功200 J，同时气体向外界放热100 J，缸内气体的(　　) 图 A.温度升高，内能增加100 J B.温度升高，内能减少200 J C.温度降低，内能增加100 J D.温度降低，内能减少200 J 答案　A 解析　外界对气体做功，W＝200 J；气体向外界放热，则Q＝－100 J，根据热力学第一定律得，气体内能的增量ΔU＝W＋Q＝200 J－100 J＝100 J，即内能增加100 J.对于一定质量的理想气体，内能增加，温度必然升高，故A正确. 4.水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意图如图.从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口.扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出.若水在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体(　　) 图 A.压强变大 B.对外界做功 C.对外界放热 D.分子平均动能变大 答案　B 解析　储水罐中封闭的气体可看作理想气体，温度不变，体积增大，由pV＝C可知，压强变小，故A错误；气体体积增大，对外界做功，故B正确；由于一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，温度不变，故内能也不变，即ΔU＝0，由于气体对外界做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q>0，因此气体从外界吸热，故C错误；温度不变，分子平均动能不变，故D错误. 知识点4 热力学第二定律 1 定律两大经典表述 （1）克劳修斯表述（热传递方向） 热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 关键：“自发”——无外界做功、无外界干预的自然过程。外界做功可实现低温→高温传热（如冰箱、空调）。 （2）开尔文表述（功热转化方向） 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。 关键：“不产生其他影响”——热量可以完全变功，但必须伴随其他变化（如气体等温膨胀吸热完全变功，但体积改变，产生了其他影响）。 2 第二类永动机 定义：可以从单一热库吸热，全部转化为功，且不产生其他影响的机器（效率100%的热机）。 结论：第二类永动机不可能制成，违背热力学第二定律，不违背能量守恒定律。 3 热过程方向性终极总结 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，具有固定方向性： （1）热量自发：高温→低温（不可逆）； （2）机械能可自发完全转化为内能，内能不能自发完全转化为机械能； （3）气体自由膨胀不可逆、扩散过程不可逆。 技巧点拨 1.热力学第二定律的含义 (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.在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程. 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的宏观过程的方向性，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.热力学过程的方向性实例 (1)高温物体低温物体. (2)功热. (3)气体体积V1气体体积V2(较大). 例题精练 1.下列说法符合热力学第二定律的是（） A. 热量不可能从低温物体传到高温物体 B. 第二类永动机违背能量守恒定律 C. 宏观热过程具有方向性 D. 内能可以自发全部转化为机械能 答案：C 解析：外界做功可实现低温到高温传热，A错；第二类永动机不违背能量守恒，B错；内能不能自发全部转化为机械能，D错。 知识点5热力学第一定律与图象的综合应用 1.气体的状态变化可由图象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. 例题精练 1.(多选)一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p－T图象如图所示，下列判断正确的是(　　) 图 A.过程bc中气体既不吸热也不放热 B.过程ab中气体一定吸热 C.过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热 D.a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小 E.b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同 答案　BDE 解析　由题图可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体吸热，故A错误；由题图可知，ab过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体吸收热量，故B正确；由题图可知，ca过程气体压强不变，温度降低，由盖—吕萨克定律可知其体积减小，外界对气体做功，W>0，气体温度降低，内能减少，ΔU<0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知，气体要放出热量，且外界对气体所做的功小于气体所放热量，故C错误；由题图可知，a、b和c三个状态中，a状态温度最低，分子平均动能最小，故D正确；由题图可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，b、c状态气体的分子数密度不同，则b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，故E正确. 2.(多选)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p－T图象如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是(　　) 图 A.气体在a、c两状态的体积相等 B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功 答案　ABE 解析　由理想气体状态方程＝C得，p＝T，由图象可知，Va＝Vc，选项A正确；理想气体的内能只由温度决定，而Ta>Tc，故气体在状态a时的内能大于在状态c时的内能，选项B正确；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，cd过程温度不变，内能不变，则Q＝－W，选项C错误；da过程温度升高，即内能增大，则吸收的热量大于对外界做的功，选项D错误；由理想气体状态方程知：＝＝＝＝C，即paVa＝CTa，pbVb＝CTb，pcVc＝CTc，pdVd＝CTd.设过程bc中压强为p0＝pb＝pc，过程da中压强为p0′＝pd＝pa.由外界对气体做功W＝p·ΔV知，过程bc中外界对气体做的功Wbc＝p0(Vb－Vc)＝C(Tb－Tc)，过程da中气体对外界做的功Wda＝p0′(Va－Vd)＝C(Ta－Td)，Ta＝Tb，Tc＝Td，故Wbc＝Wda，选项E正确. 3.一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其p－图像如图5所示，求该过程中气体吸收的热量Q. 图5 答案　2×105 J 解析　气体由A→B为等压变化过程，则外界对气体做的功W1＝p(VA－VB) 气体由B→C为等容变化过程，则W2＝0 根据热力学第一定律得ΔU＝(W1＋W2)＋Q A和C的温度相等ΔU＝0 代入数据解得Q＝2×105 J. 知识点6热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 解决热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的思维流程 例题精练 1.如图所示，竖直放置、上端开口的绝热汽缸底部固定一电热丝(图中末画出)，面积为S的绝热活塞位于汽缸内(质量不计)，下端封闭一定质量的某种理想气体，绝热活塞上放置一质量为M的重物并保持平衡，此时汽缸内理想气体的温度为T0，活塞距汽缸底部的高度为h，现用电热丝缓慢给汽缸内的理想气体加热，活塞上升了，封闭理想气体吸收的热量为Q.已知大气压强为p0，重力加速度为g.求： 图 (1)活塞上升了时，理想气体的温度是多少； (2)理想气体内能的变化量. 答案　(1)T0　(2)Q－(p0S＋Mg)h 解析　(1)封闭理想气体初始状态：V1＝Sh，T1＝T0 末状态：V2＝S(h＋h)＝Sh， 用电热丝缓慢给汽缸内的理想气体加热，理想气体发生等压变化，设末状态的温度为T2， 由盖—吕萨克定律得＝， 可得T2＝T0. (2)设封闭气体压强为p1，理想气体发生等压变化，对活塞，根据受力平衡可得p1S＝p0S＋Mg， 理想气体对外做功为W＝p1S·h， 由热力学第一定律可知ΔU＝Q－W， 联立解得ΔU＝Q－(p0S＋Mg)h. 知识点7 熵与熵增原理 1 熵的物理意义 熵是描述系统混乱程度（无序程度）的物理量。系统越无序，熵值越大；系统越有序，熵值越小。 有序→无序：熵增；无序→有序：熵减。 2 熵增原理 孤立系统的自发过程总是向着熵增大的方向进行，即自发过程总是从有序走向无序。 有限开放系统可通过外界输入能量实现熵减（有序化），但整个宇宙总熵永远增加。 3 常见熵变场景 气体自由膨胀、扩散、熔化、汽化、摩擦生热→熵增； 凝固、液化、有序结晶→开放系统熵减。 例题精练 1.自发的宏观热过程，孤立系统的熵变化为（） A. 一定增大 B. 一定减小 C. 保持不变 D. 可增可减 答案：A 解析：熵增原理：孤立系统自发过程熵一定增大，无序度增加。 知识点8两大热力学定律终极对比 对比维度 热力学第一定律 热力学第二定律 核心作用 限定能量转化数量，能量守恒 限定热过程进行方向与限度 解决问题 能不能发生（能量是否足够） 自发向哪个方向发生 永动机类型 否定第一类永动机 否定第二类永动机 适用范围 一切热力学过程 一切宏观热现象过程 第二部分 本章高考必考二级秒杀结论 1. 理想气体内能只看温度，与体积、压强、做功无关； 2. 热力学第一定律符号秒杀：压胀W定正负，吸放Q定正负，温变ΔU定正负； 3. 等温理想气体：ΔU=0，W=-Q，做功与吸热放热完全抵消； 4. 绝热过程Q=0，ΔU=W，压缩升温、膨胀降温； 5. 等容过程W=0，ΔU=Q，吸热升温、放热降温； 6. 第一永动机违能量守恒，第二永动机违过程方向性； 7. 低温传高温、内能完全转功，均可实现，但必须产生其他影响； 8. 所有宏观自然热过程不可逆，具有单向性； 9. 孤立系统自发过程熵必增，有序自发变无序； 10. 做功是能量转化，传热是能量转移，二者改变内能等效不同质。 第三部分 全章节高频易错终极汇总 1. 易错：温度不变，内能一定不变（正解：仅理想气体成立，固液体物态变化温度不变内能可变）； 2. 易错：热量可以自发从低温到高温（正解：自发不可行，外界做功可行）； 3. 易错：热量完全转化为功不可能（正解：可完全转化，必须伴随其他影响）； 4. 易错：第二类永动机违背能量守恒（正解：不违背，违背热力学第二定律）； 5. 易错：物体温度越高，含热量越多（正解：热量是过程量，物体不含热量）； 6. 易错：气体膨胀一定吸热、压缩一定放热（正解：结合温度变化与ΔU综合判断）； 7. 易错：熵增代表能量增多（正解：熵是混乱度，与能量多少无关）； 8. 易错：微观过程可逆、宏观热过程也可逆（正解：宏观自发热过程全部不可逆）； 9. 易错：W为气体对外做功为正（正解：高考统一标准，外界对系统做功W为正）； 10. 易错：内能改变必须同时做功和传热（正解：单一方式即可改变内能）。 第四部分 分层专项练习题 1下列说法正确的是（） A. 温度高的物体热量多 B. 内能是状态量 C. 热量可以自发低温传高温 D. 内能只由温度决定 答案：B 解析：热量为过程量，AD错；自发传热只能高温到低温，C错；内能是状态量，B正确。 2绝热容器内理想气体被压缩，外界做功100J，则内能变化为（） A. 增加100J B. 减少100J C. 不变 D. 无法判断 答案：A 解析：绝热Q=0，ΔU=W=100J，内能增加。 3关于两类永动机，下列正确的是（） A. 第一类永动机违背热力学第二定律 B. 第二类永动机违背能量守恒 C. 两类永动机均不可能制成 D. 技术进步可实现第二类永动机 答案：C 解析：第一类违能量守恒，第二类违热二定律，均无法实现。 4孤立系统自发过程的熵变化趋势是（） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 随机变化 答案：A 解析：熵增原理，孤立系统自发过程无序度增加，熵增大。 5一定质量理想气体等温膨胀，该过程正确的是（） A. 内能增大 B. 内能减小 C. 吸热、对外做功 D. 放热、外界做功 答案：C 解析：等温ΔU=0，膨胀对外做功W<0，由ΔU=W+Q得Q>0，气体吸热。 6下列现象符合宏观热过程方向性的是（） A. 摩擦生热自发逆转 B. 气体自由膨胀自发收缩 C. 热量自发从高温传低温 D. 内能自发全部转为机械能 答案：C 解析：所有自发宏观热过程不可逆，仅高温向低温传热为自然自发过程。 7密闭固定容器内理想气体缓慢升温，过程判断正确的是（） A. W=0、Q>0、ΔU>0 B. W>0、Q=0、ΔU>0 C. W<0、Q>0、ΔU=0 D. W=0、Q<0、ΔU<0 答案：A 解析：等容体积不变W=0，升温内能增加ΔU>0，故必须吸热Q>0。 8（多选）一定质量理想气体经历先绝热压缩、再等温膨胀的过程，下列说法正确的是（） A. 绝热压缩阶段内能增大、温度升高 B. 绝热压缩阶段外界对气体做功 C. 等温膨胀阶段内能不变 D. 全过程内能一定增加 答案：ABC 详细解析：绝热压缩W>0、Q=0，ΔU>0、升温；等温膨胀ΔU=0；全过程最终内能变化取决于两阶段做功吸放热差值，不一定增加，D错误。 9（多选）关于热力学两大定律，下列说法正确的是（） A. 第一定律限定能量守恒，第二定律限定过程方向 B. 热量可以在外界做功下从低温传向高温 C. 单一热源吸热完全做功不可能实现 D. 宏观热过程不可逆，微观过程可逆 答案：ABD 详细解析：单一热源吸热可完全做功，只要产生其他影响（如等温膨胀），C错误；其余选项均为核心定律结论。 10（多选）下列关于熵与热力学过程说法正确的是（） A. 气体自由膨胀过程熵增 B. 晶体自发结晶过程孤立系统熵减 C. 扩散现象是熵增过程 D. 一切自发宏观过程总熵增 答案：ACD 详细解析：孤立系统自发过程只能熵增，晶体结晶需要外界做功，开放系统才可熵减，孤立系统无法自发结晶熵减，B错误。 11.一定质量气体，吸热300J，同时对外做功100J，求内能变化量。 解析解答 符号判定：，气体对外做功 ，内能增加200J。 12.一定质量理想气体初始状态温度300K，体积10L，先等压升温至400K，再绝热膨胀恢复原温。已知等压过程气体吸热400J，求：（1）等压过程气体做功与内能变化；（2）绝热过程内能与做功关系。 解析解答 步骤1：等压变化由盖-吕萨克定律 ，气体膨胀对外做功 步骤2：理想气体升温内能增加， 步骤3：绝热过程，温度回落原温，总内能变化为0，，故绝热过程气体对外做功等于内能减少量。 核心结论：等压升温吸热，一部分用于对外做功，一部分增加内能；绝热膨胀降温，内能全部用于对外做功。 学科网（北京）股份有限公司 $