15.9 热力学定律 能量守恒定律 讲义 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习讲义聚焦热力学定律与能量守恒定律核心考点，按内能变化（做功、热传递）、热力学第一定律、能量守恒、热力学第二定律及熵增原理的逻辑层次构建知识体系，通过考点梳理、方法指导（如p-V图像面积求功）、真题训练（2024山东卷等典型例题）等环节，帮助学生突破概念辨析与综合应用难点。 讲义突出科学思维培养，如通过例3卡车轮胎气体状态变化问题，引导学生运用理想气体状态方程与热力学第一定律推理计算，强化模型建构与科学论证能力。设置分层作业（选择、计算）配合真题讲解，确保学生高效掌握考点，为教师把控复习节奏、提升学生应考能力提供有力支持。

§15.9 热力学定律 能量守恒定律 (一)物体内能的变化 1.做功可以改变物体的内能 （1)绝热做功与内能的改变 ①做功正负与内能增减的关系：外界对物体做功，物体内能增大；物体对外界做功，物体内能减小 (对比实验：压燃实验与膨胀致冷实验) ②数量关系：只有做功改变内能时，△U=W(对比实验：焦耳实验与电流做功实验) (2)有关做功改变内能的两点说明 ①等压变化：W=pW;卫V图像：图线与V轴所夹面积表示功 ②气体向真空膨胀不做功 2.热传递可以改变物体的内能 (1)无功传热与内能的改变 ①吸放热与内能增减的关系：物体吸热，内能增大；物体放热，内能减小 ②数量关系：只有热传递改变内能时，△=Q （2)热传递四知识 ①自发热传递方向：高温物体→低温物体②热传递方式：传导、对流、辐射 ③热平衡条件：两物体温度相同 ④热平衡方程：2吸=Q放 （3)关于热量 ①热量是过程量，只有在内能发生传递的过程中才能讲热量，不能讲物体含有（或具有）多少热量。 【例1】将物体A与B相接触，发现A放出热量B吸收热量，则下述说法正确的是（ A.A的温度一定比B的温度高 B.A的内能一定比B的内能大 C.A的热量一定比B的热量多 D.A的比热一定比B的比热大 【答案】A 【解析】 A:两个相接触的物体是否发生热传递，以及热传递的方向，只由两物体的温度决定 自发热传递的方向，是从高温物体传给低温物体，选项A对 B:内能与物质的多少也有关，温度高的物体内能不一定大，比如20℃2kg的水，可能比50℃1kg的水内能更大，B错 C:热量是一个过程量，只有在传热的过程中才能讲传递了多少热量，不能讲一个物体的热量比另一个物体多，C错 D:比热大的物体温度不一定高，选项D错 ②热量和内能的区别：热量是热传递过程中物体内能的改变。内能则是物体内所有分子的动能与分 子势能的总和。热量是过程量，内能是状态量。热量与物体的内能多少、温度高低无关。 3.改变内能的两种方式：做功和热传递 (1)区分动能定理中的功与改变内能的功 【例2】在光滑水平面上运动的物体，受到一个与速度同方向的推力F,物体的温度始终与环境温度相同且保持不变， 在这过程中，以物体为研究对象() A.力F对物体做正功，物体的内能增大 B.力F对物体做正功，但这个功不改变物体的内能 C.力F对物体做正功，物体的动能增大 D.力F做功产生的热量完全散失掉了，所以物体温度不变 【答案】BC 【解析】 F 光滑 力F对物体做正功，这个功只增大物体的动能，不改变物体的内能，不生热 m 力F做功，用来改变物 选项B与C正确 体动能，而不改变内能 1 (2)做功和热传递在改变物体内能的方式上存在着本质区别 ①做功是其他形式的能和内能间的转化（能量类型改变） ②热传递是物体间（或物体不同部分间）内能的转移（能量类型不变） (二)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 W Q △U 它传递的热量与外界对它所做的功的和。 正外界对物体做功 物体吸热物体内能增加 2.表达式：△U=Q十W(符号法则如右表所示) 负物体对外界做功物体放热物体内能减少 【例3】(2025年陕晋青宁卷)某种卡车轮胎的标准胎压范围为2.8×105Pa~3.5×105Pα。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卫随体积V线性变化如图所示，温度为 300K时，体积和压强p1分别为0.528m3、3.0×105Pa;当胎内气体温度升高到T3为350K时，体积增大到乃为0.560m3, 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2为7.608×104J,求胎内气体的内能增加量△U. 【答案】(1)3.3×103Pa;(2)6.6x104J p/(x10Pa) 【解析】 (1)=3.0X10Pa,=0.528m,T1=300K;=?=0.560m,T=350K 3.0 根据里想气体状态方程将义D,火→八， p1=3.3×105Pa VT 00.528 0.560ym3 (2)卫一V图线与V轴围成的面积表示做功的大小 该过程中气体体积增大，外界对气体做负功，即W=-乃十卫2（亿，-V)=-1.008×104J 2 气体吸热，Q=7.608×104J,由热力学第一定律得△U=W+Q=6.6×104J 【例4】飞船在太空中飞行时，航天员出舱前先要“减压”，从太空返回进入航天器后又要“升压”。为此需要，飞船 上专门设计制造了一个“气闸舱”，其原理图如图所示，两个相通的舱A、B间装有隔离门K,指令舱A中充满空气（视 为理想气体)，气闸舱B内为真空，B再通过隔离门与外太空相通，整个舱内系统与外 2222222 界没有热交换。打开隔离门1后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则( B A.气体体积膨胀，对外做功 B.气体分子势能减少，内能增加 K C.气体体积膨胀，温度降低 D.B中气体不可能自发地退回到A中 【答案】D 【解析】 ABC:没有热交换，Q=0 向真空膨胀，没有推动其他物体做功，W=0 由U=Q+W知4U=0,内能不变，温度不变，ABC均错 D:与热现象相关的过程具有方向性，气体能向真空自由膨胀，但不能自动收缩使一边变成真空，D对 【例5】(2024年山东卷)一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，αb过程是等压 P 过程，bc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.Q一b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 B.b→沁过程，气体对外做功，内能增加 C.αbc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→过程放出的热量 2 【答案】C 【解析】 A:a一→b为等压膨胀过程，气体对外做功，W<0 V。<,据a= →T.<T,即内能增大，△U>0 Ta To 根据热力学第一定律△U=W+Q→Q=△U-W=△U+（W) 可知→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，选项A错误 B: 方法一：一c过程中气体与外界无热量交换，则Qe=0 而气体体积增大，则形<0，则内能的变化△U=W+Q<0,即气体内能减少 方法二：据题意知T。=Ta,选项A中已得Ta<T,则T<T 所以b到©过程气体的内能减少，选项B错误 C:据题意知T。=Ta,则c→a过程△Uc=0 根据热力学第一定律可知a→b一→℃过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，选项C正确 D:p一V图线与V轴所夹图形面积表示功 P个 →b→c→a整个热力学循环过程，最终回到初始状态，总的内能变化量△U=0 2 而图线所夹面积表示总功，W点<0（如右图所示） 总 <0 根据热力学第一定律，△U=W点+2他-Q.a=0→2ab=2.a-W点≠2ca 选项D错误 (三)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别的形式，或者是从一 个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中能的总量保持不变。 【例6】如图所示容器中装水，底部由阀门飞隔开，上为空气，大气压强恒定，整个 装置与外界绝热。原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后 达到水面相平。在这个过程中，下面说法正确的是( ) A.大气压力对水做功，水的内能增加B.水克服大气压力做功，水的内能减少 C.大气压力对水不做功，水的内能不变D.大气压力对水不做功，水的内能增加 【答案】D 【解析】 打开阀门K后，A中水面下降，B中水面上升 因水的总体积不变，则A中水减小的体积△V4等于B中水增大的体积△V 大气对A中的水面做正功W4=P△VA,对B中的水面做负功WB=一P△VB 则大气对水做的总功W=W4+WB=P△VA-P△'=P(AVA-△VB)=0 最后两边水面相平，相当于将A中上面的一部分水移到B中，这部分水高度下降，重力做正功，重力势能减小 根据总能量守恒可知，水的内能增大（重力势能转化为内能），选项D正确 3 2.无条件性：总的能量守恒是无条件的，能量守恒是自然界的普遍规律 具体的某一种形式的能量守恒是有条件的。例如：只有重力（弹簧弹力）做功时机械能才守恒。 3。第一类永动机：不消耗任何能量而能够不断地对外做功（输出能量）的装置 第一类永动机不可能制成（原因：违背了能量守恒定律） 任何一种机械，都只能实现能量的转化，而不能创造能量 (四)热力学第二定律 ▲揭示的本质：一切与热现象相关的宏观自然过程都具有方向性，都不可逆 1.热力学过程的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的（即一个过程可以进行， 而它的逆过程不能自发地进行)。 如：热量能从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体；气体体积膨胀后不 能自发地收缩；扩散开去的物质微粒不能自动地复原；己经混和了的水和酒精不能再自动分开；… 【例7】对热力学第二定律，下列理解正确的是( A.自然界进行的一切宏观过程都是可逆的B.自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的 C.热量不可能由低温物体传递到高温物体D.第二类永动机违背了能量守恒定律，因此不可能制成 【答案】B 【解析】 AB:自然界中进行的宏观过程，有些是可逆的，但与热现象相关的过程都是不可逆的，选项A错误，B正确 C:热量是可以从低温物体传递到高温物体的，比如冰箱制冷，冰箱内的温度已经低于冰箱外的温度了，但仍然可以通过 压缩机工作将冰箱内的热量转移到冰箱外，使冰箱内继续降温 看清楚：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但通过其他手段干涉，热量是可以从低温物体传到高温物体的 选项项C错误 D:第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，所以第二类永动机也不可制成，选项D错误 2.热力学第二定律（用来反映与热现象相关的宏观自然过程具有方向性的定律) （1)表述一（克劳修斯表述)：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（热传递的方向性） (2)表述二（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。 【例8】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 蒸发器 的管道中不断循环，使冰箱内的温度低于冰箱外的温度。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内 干燥 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( 过滤器 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 冷 凝 C.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 D.电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 压缩机 【答案】B 【解析】 AB:热量可以从冰箱内传到冰箱外，但不是自发进行的，需要通过压缩机工作等措施，选项A错误，B正确 CD:违背任何物理规律的设备都是不可能制成的，电冰箱不违背热力学第一、第二定律，选项C错误，D错误 【例9】(2026年湖南卷)如图所示，一块高功率芯片上方紧贴着一个均热板散热器。均热板是一个完全密封的扁平 纯铜空腔，空腔内部注有微量的水。在正常工作过程中，水从高温芯片处吸收热量汽化，水蒸气在低温冷凝端放出热量变 回液态水，并回流到底部。下列说法正确的是() 冷凝端 A.空腔内高温处所有水分子的运动速率都比低温处水分子的运动速率大 B.一定量的水吸收热量变成相同温度的水蒸气，内能变大 个个个空腔 C. 该均热板可以从高温物体吸热，向低温物体放热，不对外界做功 D.该均热板可以从低温物体吸热，向高温物体放热，而不产生其他影响 芯片 4 【答案】BC 【解析】 A:温度是分子平均动能的标志，温度高处分子的平均动能大（平均速率也大） 但分子运动是杂乱无章的，高温处也有低速率分子，低温处也有高速率分子 且同一分子因为分子力及分子碰撞等原因，其速率也是时刻改变的，并非高温处所有分子运动速率都大，选项A错误 B:两条思路： 思路1：能量守恒思路 水吸热变成水蒸气，吸收的热量变成内能，所以水的内能变大，选项B正确 思路2：内能组成思路 内能是所有分子动能与势能之和 水吸热变成同温度的水蒸气，分子的总动能不变 水变成水蒸气，分子间的距离必然变为”>，分子力表现为引力 在分子间距离增大的过程中，分子力做负功，分子势能增大 综上所述，水的总内能增大，选项B正确 C:该过程中，均热板从高温的芯片吸热，向低温的冷凝端放热 整个过程循环进行，均热板自身状态复原，不需要对外界做功，仅依靠水传递热量，符合物理规律，选项C正确 D:根据热力学第二定律，不可能从低温物体吸热、向高温物体放热，同时不产生其他影响，该描述违反热力学第二定律， 故D错误。 3.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，而不引起其他变化的机器 第二类永动机不能制成（原因：不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律） (五)能量耗散与熵增原理 1,能量耗散：能量在使用过程中，总会有一部分以内能形式散发到周围环境中去而不能再收集利用 2.能量守恒，但能源有限，需节约能源 3.熵增原理 (1)熵：用来描述一个系统混乱程度的物理量。一个系统越混乱（即：越无序），熵就越大 (2)熵增加原理：在一个孤立系统中，任何自发过程，总是朝着熵增加的方向进行（有序→无序） 【作业】 班次 座次 姓名 1.我们说“能够改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递”，对这句话理解正确的有() A.没有热传递时，做功一定能够改变物体的内能B.没有热传递时，对物体做正功，物体的内能却不一定增大 C.没有做功时，物体吸收热量，其内能一定增大D.既不做功，又没有热传递，物体的内能也可能发生变化 【答案】BC 【解析】 AB:如图所示，在没有热传递的情况下，用水平力F推着物体在光滑水平面上做加速度运动， 力F对物体做了功，但物体的内能却不改变，A错B对 C:W=0,吸收热量Q>0,则内能增量U=Q十W>0,内能增大，C对 D:W=0,Q=0,则dU=Q十W/=0,内能不变，D错 2,如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成α、b两部分。已知a内有一定量的理想气体， b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b,最终达到平衡状态。在此过程中() A.气体对外界做功，内能减少 B.气体不做功，内能不变 C.气体压强变小，温度降低 D.气体压强变小，温度不变 【答案】BD 【解析】 AB:。中的气体向真空膨胀，没有推动其他物体移动，不做功，即W=0 绝热容器，“中的气体不与外界发生热交换，即Q=0 则中气体的内能变化△U=W+Q=0,即内能不变，选项A错误，B正确 C:理想气体的内能只由温度决定，内能不变，则温度不变，选项C错误 D,根指里整气体状态方腿咒C,T不夜，r大则压童D减小，选质D正确 毛细管 3.如图所示为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中 不断循环。那么，下列说法中正确的是() A.在冰箱内的管道中，致冷剂迅速膨胀并从冰箱内吸收热量 B.在冰箱外的管道中，致冷剂迅速膨胀并向外放出热量 C.在冰箱内的管道中，致冷剂被剧烈压缩并从冰箱内吸收热量 D.在冰箱外的管道中，致冷剂被剧烈压缩并向外放出热量 冰箱内 【答案】AD 4.在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将( A.降低 B.升高 C.不变 D.无法确定 【答案】B 【解析】 取房间内的空气作为分析对象，因为不断地有电能输进房间内，而房间内并未向外界传递能量 所以房间内的总内能将逐渐增大，温度升高，选项B正确 【辨析】 正常情况下，空调能够制冷给房间内降温，是因为空调是分立式的，其吸热器位于室内，而散热器位于室外 吸热器温度低从室内吸收热量，热量转移到散热器，散热器温度高再把热量散发到室外 这样就可以连续给室内降温 但冰箱吸热散热都在室内，从室内吸收热量，又散发在室内，所以不能给室内降温 相反，电流使压缩机等部件工作也会产生热量，从外界输进来的电能转化为热能，反而使室内升温 5.下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是( A.能量耗散过程中能量不守恒 B.第二类永动机违背了热力学第一定律，不可能制成 C.因为能量守恒，无需节约能源 D.一切自发过程总是沿着分子无序性增大的方向进行 【答案】D 【解析】 A:能量耗散是能量散失到周围环境中去了，包括散失的能量，总能量还是守恒的，选项A错 B:第二类永动机不可能制成，是因为违背了热力学第二定律，选项B错 C:能量守恒，但可利用的能源不守恒 比如煤、石油这些能源，用完后就没有了，我们应时刻注意节约能源，选项C错 D:根据熵原理，一切自发过程总是沿着分子无序性增大的方向进行，选项D对 6 6.(2025年甘肃卷)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。己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压强比状态B的小 D.状态A内能比状态C的小 【答案】ACD 【解析】 A:A一→B过程，体积V不变，则功W=0;温度T升高，则内能变化△U>0 根据热力学第一定律△U=W+Q→Q=△U-W=△U>0 即该过程吸热，选项A正确 B:B-→C过程，温度T不变，则内能变化△U=0:体积V减小，则功W>0 根据热力学第一定律△U=W+Q→Q=△U-W=-W<0 即该过程为放热过程，选项B错误 C1B过程，体积V不变，温度T升高，根据D 一=C可知压强p增大，即P4<PB,选项C正确 D: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，选项D正确。 7,(2025年天津卷)如图所示，一定质量的理想气体可经三个不同的过程从状态A PA 变化到状态C,则(） B A.AC和ADC过程，外界对气体做功相同 B.ABC和ADC过程，气体放出的热量相同 P C.在状态A时和在状态C时，气体的内能相同 D.在状态B时和在状态D时，气体分子热运动的平均动能相同 3 【答案】C 【解析】 A:气体体积变化时做的功W=卫·△V,即卫-V图线与V轴所夹面积表示功 则由图像可知，W4C>WADC,选项A错误 BC:由图像可得：P4=P,V4=3V:Pc=3P,Vc=V 根据D4=卫得T4=,则内能A=U。选项C正确 U4=Uc,则ABC过程与ADC过程内能变化均为△U=0 同选项A的分析可知，WABC>WADC 根据热力学第一定律△U=W+2→=△U-W=-W,则巳4s>巳D,选项B错误 D:根据理想气体状态方程火-C一T<pP→a=P_3P·3_9 Top'。p1 状态B与状态D温度不同，分子热运动的平均动能也不同，选项D错误 7 8.(2026年黑吉辽蒙卷)一定质量的理想气体由状态a经状态b、c P 变化到状态d,p-V图像如图所示，则() 3p0 A.状态a的温度比状态b的高 2po B.状态b的内能比状态c的大 Po C.b→c、c一d过程气体对外做的功相等 D.c→d过程气体对外做的功小于从外界吸收的热量 %2%3%4 【答案】BD 【解析】 A由图像可知，一b过程气体等压影张，据P”=C可知温度升高，即了，<了，选项A错误 T B过超，据业=→1，=止T.=3p2业7=27远 p'.-。3W T,>TC,则状态b的内能比状态c的大，选项B正确 C:根据图像用面积法求得 -过程气体对外做的功所=(+3n3,-2)=2 c一d过程气体对外做的功W,=P(4W,-3V,)=P' W>W,选项C错误 D:由图像可知，c→过程气体等压膨胀，功W<O 据P -=C可知温度升高，即内能变化△U>0 T 根据热力学第一定律△U=W+Q→Q=△U+（-W) 即气体吸收的热量，一部分用来对外做功，另一部分用来增大内能 所以，对外做的功小于从外界吸收的热量，选项D正确 9.某偏远山区为了实现供电，自己修建了小型水利发电站。如图所示，若该 上水库 发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为786m3,发电过程中上下水库平均 水位差为64m。则下列说法正确的是（) A.若每天发电40kWh,则能源利用效率约为35% 发电机 B.发电时下水库出水口的水流速度可达到36ms 可逆式水轮机 C.蓄水池中水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约139kW2 下水库 D.平均每天所发电能可供10户居民同时用电（每户电功率为1.4kW)约10h 【答案】C 【解析】 A:蓄水池中能用于发电的水的重力势能为E,=gh1=pVgh=1.0×103k786×10×64=5.0×10(J） 40kW.h 四能源利用微率3010子02540×10×3600/ -×100%≈28.8%，故A错 5.0×103J B:若没有任何阻力，由机械能守恒得gh=一mv2→V=√2gh=√2×10×64≈36(/s) 由题知，水流下的过程中受到阻力，所以发电时流入下水库的水流速度小于36s,故B错 8 C:蓄水池中能用于发电的水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约 5.0×103 E2= ≈139kW.h),故C对 3.6×105 139kW.h D:若重力势能全部转化为电能，平均每天所发电能可供10户居民同时用电时间t= ≈10h 1.4kW×10 由于效率不可能达到100%，可供给10户居民用电时间小于10，故D错 10.一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度视为不变，上升到湖面后气泡并未破裂。己知气泡在湖底的体积为2mL, 压强为1.5×105Pa,在湖面的压强为1.0×105Pa。若气泡内的气体视为理想气体，求： (1)气泡在湖面时的体积： (2)若气泡在上升过程中对外做功01J,则气泡吸收热量还是放出热量？吸收或放出多少热量？ 【答案】(1)3L；(2)吸收01J的热量 【解析】 (1)在湖底时：=2ml,1=1.5×10Pm;在湖面时：=？=1.0×10Pa BY=p,W→，=By=3mL (2)温度不变，则dU=0,又已知W=-0.1J 则U=Q+W→Q=U-W=0.1J,即吸收0.1U的热量 11.(2026年浙江卷)如图所示，导热良好的瓶内，用一质量为m1、横截面积为S的活塞封闭一定质量的理想气体， 活塞能无摩擦滑动，在活塞上方有质量为m2的液体。初始时，瓶内气体处于状态A,体积为。将一根质量不计的细管 插入液体，液体在细管中上升到一定高度后保持静止，随后通过细管缓慢吸走全部液体，此时瓶内气体处于状态B。环境 温度保持不变，从状态A到状态B过程中，气体吸收热量Q=2.05J。已知m1=0.4g,m2=2kg,S=40cm2,V4=400cm3, 大气压强po=0.99×105Pa,g=10m2。 (1)图中液体一（选填“浸润”或“不浸润"”）管壁，若细管仅内径变小，与原细管相比，管内液面将」 (选填“升高”、“不变”或“降低”)； (2)求气体在状态B时的体积V; (3)求气体从状态A到状态B过程中对外做的功WB。 【答案】(1)浸润，升高：(2)420cr;(3)2.05J 【解析】 (1)管内液面上升且液面呈现凹形，说明液体浸润管壁 细管内径变小，毛细现象更明显，与原来相比，管内液面升高 2)初态被封闭气体压强A=P,++足=1.05×105Pa S 木态吸走液体后气体的压强P,=P,+"%3-1.00×105Pa S 根据玻意耳定律有p'a=p,'2→a=ByA=420c P2 (3)从状态A到状态B过程中气体温度不变，内能变化△U=0 则根据热力学第一定律△U=Q+W→W=△U-Q=-Q=-2.05J 即气体对外做功2.05J 9 §15.9 热力学定律 能量守恒定律 （一）物体内能的变化 1．做功可以改变物体的内能 （1）绝热做功与内能的改变 ①做功正负与内能增减的关系：外界对物体做功，物体内能增大；物体对外界做功，物体内能减小 ②数量关系：只有做功改变内能时，△U＝W （2）有关做功改变内能的两点说明 ①等压变化：W＝p·ΔV；p−V图像：图线与V轴所夹面积表示功 ②气体向真空膨胀不做功 2．热传递可以改变物体的内能 （1）无功传热与内能的改变 ①吸放热与内能增减的关系：物体吸热，内能增大；物体放热，内能减小 ②数量关系：只有热传递改变内能时，△U＝Q （2）热传递四知识 ①自发热传递方向：高温物体→低温物体 ②热传递方式：传导、对流、辐射 ③热平衡条件：两物体温度相同 ④热平衡方程：Q吸＝Q放 （3）关于热量 ①热量是过程量，只有在内能发生传递的过程中才能讲热量，不能讲物体含有（或具有）多少热量。 【例1】将物体A与B相接触，发现A放出热量B吸收热量，则下述说法正确的是（ ） A．A的温度一定比B的温度高 B．A的内能一定比B的内能大 C．A的热量一定比B的热量多 D．A的比热一定比B的比热大 ②热量和内能的区别：热量是热传递过程中物体内能的改变。内能则是物体内所有分子的动能与分子势能的总和。热量是过程量，内能是状态量。热量与物体的内能多少、温度高低无关。 3．改变内能的两种方式：做功和热传递 （1）区分动能定理中的功与改变内能的功 【例2】在光滑水平面上运动的物体，受到一个与速度同方向的推力F，物体的温度始终与环境温度相同且保持不变，在这过程中，以物体为研究对象（ ） A．力F对物体做正功，物体的内能增大 B．力F对物体做正功，但这个功不改变物体的内能 C．力F对物体做正功，物体的动能增大 D．力F做功产生的热量完全散失掉了，所以物体温度不变 （2）做功和热传递在改变物体内能的方式上存在着本质区别 ①做功是其他形式的能和内能间的转化（能量类型改变） ②热传递是物体间（或物体不同部分间）内能的转移（能量类型不变） （二）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（符号法则如右表所示） 【例3】（2025年陕晋青宁卷）某种卡车轮胎的标准胎压范围为2.8×105Pa～3.5×105Pa。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300K时，体积V1和压强p1分别为0.528m3、3.0×105Pa；当胎内气体温度升高到T2为350K时，体积增大到V2为0.560m3，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7.608×104J，求胎内气体的内能增加量ΔU。 ( A B K 1 K 2 )【例4】飞船在太空中飞行时，航天员出舱前先要“减压”，从太空返回进入航天器后又要“升压”。为此需要，飞船上专门设计制造了一个“气闸舱”，其原理图如图所示，两个相通的舱A、B间装有隔离门K1，指令舱A中充满空气（视为理想气体），气闸舱B内为真空，B再通过隔离门K2与外太空相通，整个舱内系统与外 界没有热交换。打开隔离门K1后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则（ ） A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子势能减少，内能增加 C．气体体积膨胀，温度降低 D．B中气体不可能自发地退回到A中 【例5】（2024年山东卷）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 （三）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别的形式，或者是从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中能的总量保持不变。 ( A B K )【例6】如图所示容器中装水，底部由阀门K隔开，上为空气，大气压强恒定，整个 装置与外界绝热。原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后 达到水面相平。在这个过程中，下面说法正确的是（ ） A．大气压力对水做功，水的内能增加 B．水克服大气压力做功，水的内能减少 C．大气压力对水不做功，水的内能不变 D．大气压力对水不做功，水的内能增加 2．无条件性：总的能量守恒是无条件的，能量守恒是自然界的普遍规律 具体的某一种形式的能量守恒是有条件的。例如：只有重力（弹簧弹力）做功时机械能才守恒。 3．第一类永动机：不消耗任何能量而能够不断地对外做功（输出能量）的装置 第一类永动机不可能制成（原因：违背了能量守恒定律） 任何一种机械，都只能实现能量的转化，而不能创造能量 （四）热力学第二定律 ▲揭示的本质：一切与热现象相关的宏观自然过程都具有方向性，都不可逆 1．热力学过程的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的（即一个过程可以进行，而它的逆过程不能自发地进行）。 如：热量能从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体；气体体积膨胀后不能自发地收缩；扩散开去的物质微粒不能自动地复原；已经混和了的水和酒精不能再自动分开；…… 【例7】对热力学第二定律，下列理解正确的是（ ） A．自然界进行的一切宏观过程都是可逆的 B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的 C．热量不可能由低温物体传递到高温物体 D．第二类永动机违背了能量守恒定律，因此不可能制成 2．热力学第二定律（用来反映与热现象相关的宏观自然过程具有方向性的定律） （1）表述一（克劳修斯表述）：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（热传递的方向性） （2）表述二（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。 【例8】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，使冰箱内的温度低于冰箱外的温度。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反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 【例9】（2026年湖南卷）如图所示，一块高功率芯片上方紧贴着一个均热板散热器。均热板是一个完全密封的扁平纯铜空腔，空腔内部注有微量的水。在正常工作过程中，水从高温芯片处吸收热量汽化，水蒸气在低温冷凝端放出热量变回液态水，并回流到底部。下列说法正确的是（ ） A．空腔内高温处所有水分子的运动速率都比低温处水分子的运动速率大 B．一定量的水吸收热量变成相同温度的水蒸气，内能变大 C．该均热板可以从高温物体吸热，向低温物体放热，不对外界做功 D．该均热板可以从低温物体吸热，向高温物体放热，而不产生其他影响 3．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，而不引起其他变化的机器 第二类永动机不能制成（原因：不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律） （五）能量耗散与熵增原理 1．能量耗散：能量在使用过程中，总会有一部分以内能形式散发到周围环境中去而不能再收集利用 2．能量守恒，但能源有限，需节约能源 3．熵增原理 （1）熵：用来描述一个系统混乱程度的物理量。一个系统越混乱（即：越无序），熵就越大 （2）熵增加原理：在一个孤立系统中，任何自发过程，总是朝着熵增加的方向进行（有序→无序） 【作业】 班次 座次 姓名 1．我们说“能够改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递”，对这句话理解正确的有（ ） A．没有热传递时，做功一定能够改变物体的内能 B．没有热传递时，对物体做正功，物体的内能却不一定增大 ( a b K )C．没有做功时，物体吸收热量，其内能一定增大 D．既不做功，又没有热传递，物体的内能也可能发生变化 2．如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分。已知a内有一定量的理想气体， b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中（ ） A．气体对外界做功，内能减少 B．气体不做功，内能不变 ( 制冷剂 冰箱内 )C．气体压强变小，温度降低 D．气体压强变小，温度不变 3．如图所示为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中 不断循环。那么，下列说法中正确的是（ ） A．在冰箱内的管道中，致冷剂迅速膨胀并从冰箱内吸收热量 B．在冰箱外的管道中，致冷剂迅速膨胀并向外放出热量 C．在冰箱内的管道中，致冷剂被剧烈压缩并从冰箱内吸收热量 D．在冰箱外的管道中，致冷剂被剧烈压缩并向外放出热量 4．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将（ ） A．降低 B．升高 C．不变 D．无法确定 5．下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是（ ） A．能量耗散过程中能量不守恒 B．第二类永动机违背了热力学第一定律，不可能制成 C．因为能量守恒，无需节约能源 D．一切自发过程总是沿着分子无序性增大的方向进行 6．（2025年甘肃卷）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压强比状态B的小 D．状态A内能比状态C的小 7．（2025年天津卷）如图所示，一定质量的理想气体可经三个不同的过程从状态A 变化到状态C，则（ ） A．AC和ADC过程，外界对气体做功相同 B．ABC和ADC过程，气体放出的热量相同 C．在状态A时和在状态C时，气体的内能相同 D．在状态B时和在状态D时，气体分子热运动的平均动能相同 8．（2026年黑吉辽蒙卷）一定质量的理想气体由状态a经状态b、c 变化到状态d，p―V图像如图所示，则（ ） A．状态a的温度比状态b的高 B．状态b的内能比状态c的大 C．b→c、c→d过程气体对外做的功相等 D．c→d过程气体对外做的功小于从外界吸收的热量 9．某偏远山区为了实现供电，自己修建了小型水利发电站。如图所示，若该 发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为786m3，发电过程中上下水库平均 水位差为64m。则下列说法正确的是（ ） A．若每天发电40kW·h，则能源利用效率约为35% B．发电时下水库出水口的水流速度可达到36m/s C．蓄水池中水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约139kW·h D．平均每天所发电能可供10户居民同时用电（每户电功率为1.4kW）约10h 10．一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度视为不变，上升到湖面后气泡并未破裂。已知气泡在湖底的体积为2mL，压强为1.5×105Pa，在湖面的压强为1.0×105Pa。若气泡内的气体视为理想气体，求： （1）气泡在湖面时的体积； （2）若气泡在上升过程中对外做功0.1J，则气泡吸收热量还是放出热量？吸收或放出多少热量？ 11．（2026年浙江卷）如图所示，导热良好的瓶内，用一质量为m1、横截面积为S的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，在活塞上方有质量为m2的液体。初始时，瓶内气体处于状态A，体积为VA。将一根质量不计的细管插入液体，液体在细管中上升到一定高度后保持静止，随后通过细管缓慢吸走全部液体，此时瓶内气体处于状态B。环境温度保持不变，从状态A到状态B过程中，气体吸收热量Q＝2.05J。已知m1＝0.4kg，m2＝2kg，S＝40cm2，VA＝400cm3，大气压强p0＝0.99×105Pa，g＝10m/s2。 （1）图中液体________（选填“浸润”或“不浸润”）管壁，若细管仅内径变小，与原细管相比，管内液面将________（选填“升高”、“不变”或“降低”）； （2）求气体在状态B时的体积VB； （3）求气体从状态A到状态B过程中对外做的功WAB。 1 学科网（北京）股份有限公司 $§15.9 热力学定律 能量守恒定律 (一)物体内能的变化 1.做功可以改变物体的内能 （1)绝热做功与内能的改变 ①做功正负与内能增减的关系：外界对物体做功，物体内能增大；物体对外界做功，物体内能减小 ②数量关系：只有做功改变内能时，△U=W (2)有关做功改变内能的两点说明 ①等压变化：W=卫V:pV图像：图线与V轴所夹面积表示功 ②气体向真空膨胀不做功 2.热传递可以改变物体的内能 (1)无功传热与内能的改变 ①吸放热与内能增减的关系：物体吸热，内能增大；物体放热，内能减小 ②数量关系：只有热传递改变内能时，△U=Q （2)热传递四知识 ①自发热传递方向：高温物体→低温物体 ②热传递方式：传导、对流、辐射 ③热平衡条件：两物体温度相同 ④热平衡方程：Q吸=Q放 (3)关于热量 ①热量是过程量，只有在内能发生传递的过程中才能讲热量，不能讲物体含有（或具有）多少热量。 【例1】将物体A与B相接触，发现A放出热量B吸收热量，则下述说法正确的是() A.A的温度一定比B的温度高 B.A的内能一定比B的内能大 C.A的热量一定比B的热量多 D.A的比热一定比B的比热大 ②热量和内能的区别：热量是热传递过程中物体内能的改变。内能则是物体内所有分子的动能与分 子势能的总和。热量是过程量，内能是状态量。热量与物体的内能多少、温度高低无关。 3.改变内能的两种方式：做功和热传递 (1)区分动能定理中的功与改变内能的功 【例2】在光滑水平面上运动的物体，受到一个与速度同方向的推力F,物体的温度始终与环境温度相同且保持不变， 在这过程中，以物体为研究对象（) A.力F对物体做正功，物体的内能增大 B.力F对物体做正功，但这个功不改变物体的内能 C.力F对物体做正功，物体的动能增大 D.力F做功产生的热量完全散失掉了，所以物体温度不变 (2)做功和热传递在改变物体内能的方式上存在着本质区别 ①做功是其他形式的能和内能间的转化（能量类型改变） ②热传递是物体间（或物体不同部分间）内能的转移（能量类型不变） (二)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 W Q △U 它传递的热量与外界对它所做的功的和。 正外界对物体做功 物体吸热 物体内能增加 2.表达式：△U=Q+W(符号法则如右表所示) 负物体对外界做功物体放热物体内能减少 【例3】(2025年陕晋青宁卷)某种卡车轮胎的标准胎压范围为2.8×105Pa~3.5×10Pa。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 300K时，体积乃和压强p1分别为0.528m3、3.0×105Pa;当胎内气体温度升高到I3为350K时，体积增大到乃为0.560m3, 气体可视为理想气体。 (1)求此时胎内气体的压强P2: p/(×10'Pa) (2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为7.608×104J,求胎内气体的内能增加量△U。 3.0 00.528 0.560V1m3 1 【例4】飞船在太空中飞行时，航天员出舱前先要“减压”，从太空返回进入航天器后又要“升压”。为此需要，飞船 上专门设计制造了一个“气闸舱”，其原理图如图所示，两个相通的舱A、B间装有隔离门K,指令舱A中充满空气（视 为理想气体)，气闸舱B内为真空，B再通过隔离门与外太空相通，整个舱内系统与外 界没有热交换。打开隔离门1后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则() B A.气体体积膨胀，对外做功 B.气体分子势能减少，内能增加 C.气体体积膨胀，温度降低 D.B中气体不可能自发地退回到A中 A 【例5】(2024年山东卷)一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，α→b过程是等压 P 过程，b沁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.αb过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 B.b过程，气体对外做功，内能增加 C.αbc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ca过程放出的热量 (三)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别的形式，或者是从一 个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中能的总量保持不变。 【例6】如图所示容器中装水，底部由阀门K隔开，上为空气，大气压强恒定，整个 装置与外界绝热。原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后 达到水面相平。在这个过程中，下面说法正确的是( A.大气压力对水做功，水的内能增加B.水克服大气压力做功，水的内能减少 C.大气压力对水不做功，水的内能不变D.大气压力对水不做功，水的内能增加 2.无条件性：总的能量守恒是无条件的，能量守恒是自然界的普遍规律 具体的某一种形式的能量守恒是有条件的。例如：只有重力（弹簧弹力）做功时机械能才守恒。 3.第一类永动机：不消耗任何能量而能够不断地对外做功（输出能量）的装置 第一类永动机不可能成（原因：违背了能量守恒定律） 任何一种机械，都只能实现能量的转化，而不能创造能量 (四)热力学第二定律 ▲揭示的本质：一切与热现象相关的宏观自然过程都具有方向性，都不可逆 1.热力学过程的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的（即一个过程可以进行， 而它的逆过程不能自发地进行)。 如：热量能从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体；气体体积膨胀后不 能自发地收缩；扩散开去的物质微粒不能自动地复原；已经混和了的水和酒精不能再自动分开；… 【例7】对热力学第二定律，下列理解正确的是() A.自然界进行的一切宏观过程都是可逆的B.自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的 C.热量不可能由低温物体传递到高温物体D.第二类永动机违背了能量守恒定律，因此不可能制成 2.热力学第二定律（用来反映与热现象相关的宏观自然过程具有方向性的定律） (1)表述一（克劳修斯表述）：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（热传递的方向性） (2)表述二（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。 【例8】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 蒸发器 的管道中不断循环，使冰箱内的温度低于冰箱外的温度。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内 干燥 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( ) 过滤器 A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 冷 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反热力学第一定律 器 D.电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 压缩机 2 【例9】(2026年湖南卷)如图所示，一块高功率芯片上方紧贴着一个均热板散热器。均热板是一个完全密封的扁平 纯铜空腔，空腔内部注有微量的水。在正常工作过程中，水从高温芯片处吸收热量汽化，水蒸气在低温冷凝端放出热量变 回液态水，并回流到底部。下列说法正确的是() 冷凝端 A.空腔内高温处所有水分子的运动速率都比低温处水分子的运动速率大 B.一定量的水吸收热量变成相同温度的水蒸气，内能变大 个个个空腔 C.该均热板可以从高温物体吸热，向低温物体放热，不对外界做功 D.该均热板可以从低温物体吸热，向高温物体放热，而不产生其他影响 芯片 3.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，而不引起其他变化的机器 第二类永动机不能制成（原因：不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律） (五)能量耗散与熵增原理 1.能量耗散：能量在使用过程中，总会有一部分以内能形式散发到周围环境中去而不能再收集利用 2.能量守恒，但能源有限，需节约能源 3.熵增原理 (1)熵：用来描述一个系统混乱程度的物理量。一个系统越混乱（即：越无序），熵就越大 (2)熵增加原理：在一个孤立系统中，任何自发过程，总是朝着熵增加的方向进行（有序→无序） 【作业】 班次座次 姓名 1.我们说“能够改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递”，对这句话理解正确的有() A。没有热传递时，做功一定能够改变物体的内能B。没有热传递时，对物体做正功，物体的内能却不一定增大 C.没有做功时，物体吸收热量，其内能一定增大D.既不做功，又没有热传递，物体的内能也可能发生变化 2.如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成α、b两部分。已知a内有一定量的理想气体， b内为真空。抽开隔板飞后，a内气体进入b,最终达到平衡状态。在此过程中( ) A.气体对外界做功，内能减少 B.气体不做功，内能不变 C.气体压强变小，温度降低 D.气体压强变小，温度不变 3.如图所示为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中 不断循环。那么，下列说法中正确的是() A.在冰箱内的管道中，致冷剂迅速膨胀并从冰箱内吸收热量 B.在冰箱外的管道中，致冷剂迅速膨胀并向外放出热量 剂 C.在冰箱内的管道中，致冷剂被剧烈压缩并从冰箱内吸收热量 冰箱内 D.在冰箱外的管道中，致冷剂被剧烈压缩并向外放出热量 4.在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将( A.降低 B.升高 C.不变 D.无法确定 5.下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是( ) A.能量耗散过程中能量不守恒 B.第二类永动机违背了热力学第一定律，不可能制成 C.因为能量守恒，无需节约能源 D.一切自发过程总是沿着分子无序性增大的方向进行 6.(2025年甘肃卷)如图，一定量的理想气体从状态A经等容过程到达状态B, V 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 A 温度升高而增大。下列说法正确的是( A.A一→B过程为吸热过程 B.BC过程为吸热过程 C.状态A压强比状态B的小 D.状态A内能比状态C的小 7.(2025年天津卷)如图所示，一定质量的理想气体可经三个不同的过程从状态A 0 PA 变化到状态C,则( ) A.AC和ADC过程，外界对气体做功相同 B.ABC和ADC过程，气体放出的热量相同 C.在状态A时和在状态C时，气体的内能相同 D.在状态B时和在状态D时，气体分子热运动的平均动能相同 3 8.(2026年黑吉辽蒙卷)一定质量的理想气体由状态a经状态b、c 变化到状态d,p-V图像如图所示，则() 3po A.状态a的温度比状态b的高 2p四 B.状态b的内能比状态c的大 Po C.b→c、c一d过程气体对外做的功相等 0%2%3K4。V D.c→d过程气体对外做的功小于从外界吸收的热量 9.某偏远山区为了实现供电，自己修建了小型水利发电站。如图所示，若该 上水库 发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为7863，发电过程中上下水库平均 水位差为64m。则下列说法正确的是() A.若每天发电40Wh,则能源利用效率约为35% 发电机 B.发电时下水库出水口的水流速度可达到36ms 可逆式水轮机 C.蓄水池中水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约139kW 个水库图 D.平均每天所发电能可供10户居民同时用电（每户电功率为1.4kW)约10h 10.一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度视为不变，上升到湖面后气泡并未破裂。已知气泡在湖底的体积为2， 压强为1.5×105Pa,在湖面的压强为1.0×105Pa。若气泡内的气体视为理想气体，求： (1)气泡在湖面时的体积： (2)若气泡在上升过程中对外做功01J,则气泡吸收热量还是放出热量？吸收或放出多少热量？ 11.(2026年浙江卷)如图所示，导热良好的瓶内，用一质量为m1、横截面积为S的活塞封闭一定质量的理想气体， 活塞能无摩擦滑动，在活塞上方有质量为m2的液体。初始时，瓶内气体处于状态A,体积为。将一根质量不计的细管 插入液体，液体在细管中上升到一定高度后保持静止，随后通过细管缓慢吸走全部液体，此时瓶内气体处于状态B。环境 温度保持不变，从状态A到状态B过程中，气体吸收热量Q=2.05J。己知m1=0.4g,m2=2g,S=40cm2,a=400cm3, 大气压强p=0.99×105Pa,g=10m2。 (1)图中液体（选填“浸润”或“不浸润”）管壁，若细管仅内径变小，与原细管相比，管内液面将 (选填“升高”、“不变”或“降低”)； (2)求气体在状态B时的体积Va: (3)求气体从状态A到状态B过程中对外做的功W。 4 §15.9 热力学定律 能量守恒定律 （一）物体内能的变化 1．做功可以改变物体的内能 （1）绝热做功与内能的改变 ①做功正负与内能增减的关系：外界对物体做功，物体内能增大；物体对外界做功，物体内能减小（对比实验：压燃实验与膨胀致冷实验） ②数量关系：只有做功改变内能时，△U＝W（对比实验：焦耳实验与电流做功实验） （2）有关做功改变内能的两点说明 ①等压变化：W＝p·ΔV；p−V图像：图线与V轴所夹面积表示功 ②气体向真空膨胀不做功 2．热传递可以改变物体的内能 （1）无功传热与内能的改变 ①吸放热与内能增减的关系：物体吸热，内能增大；物体放热，内能减小 ②数量关系：只有热传递改变内能时，△U＝Q （2）热传递四知识 ①自发热传递方向：高温物体→低温物体 ②热传递方式：传导、对流、辐射 ③热平衡条件：两物体温度相同 ④热平衡方程：Q吸＝Q放 （3）关于热量 ①热量是过程量，只有在内能发生传递的过程中才能讲热量，不能讲物体含有（或具有）多少热量。 【例1】将物体A与B相接触，发现A放出热量B吸收热量，则下述说法正确的是（ ） A．A的温度一定比B的温度高 B．A的内能一定比B的内能大 C．A的热量一定比B的热量多 D．A的比热一定比B的比热大 【答案】A 【解析】 A：两个相接触的物体是否发生热传递，以及热传递的方向，只由两物体的温度决定 自发热传递的方向，是从高温物体传给低温物体，选项A对 B：内能与物质的多少也有关，温度高的物体内能不一定大，比如20℃2kg的水，可能比50℃1kg的水内能更大，B错 C：热量是一个过程量，只有在传热的过程中才能讲传递了多少热量，不能讲一个物体的热量比另一个物体多，C错 D：比热大的物体温度不一定高，选项D错 ②热量和内能的区别：热量是热传递过程中物体内能的改变。内能则是物体内所有分子的动能与分子势能的总和。热量是过程量，内能是状态量。热量与物体的内能多少、温度高低无关。 3．改变内能的两种方式：做功和热传递 （1）区分动能定理中的功与改变内能的功 【例2】在光滑水平面上运动的物体，受到一个与速度同方向的推力F，物体的温度始终与环境温度相同且保持不变，在这过程中，以物体为研究对象（ ） A．力F对物体做正功，物体的内能增大 B．力F对物体做正功，但这个功不改变物体的内能 C．力F对物体做正功，物体的动能增大 D．力F做功产生的热量完全散失掉了，所以物体温度不变 ( F 力 F 做功，用来改变物体动能，而不改变内能 光滑 v )【答案】BC 【解析】 力F对物体做正功，这个功只增大物体的动能，不改变物体的内能，不生热 选项B与C正确 （2）做功和热传递在改变物体内能的方式上存在着本质区别 ①做功是其他形式的能和内能间的转化（能量类型改变） ②热传递是物体间（或物体不同部分间）内能的转移（能量类型不变） （二）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（符号法则如右表所示） 【例3】（2025年陕晋青宁卷）某种卡车轮胎的标准胎压范围为2.8×105Pa～3.5×105Pa。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300K时，体积V1和压强p1分别为0.528m3、3.0×105Pa；当胎内气体温度升高到T2为350K时，体积增大到V2为0.560m3，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7.608×104J，求胎内气体的内能增加量ΔU。 【答案】（1）；（2） 【解析】 （1）p1＝3.0×105Pa，V1＝0.528m3，T1＝300K；p2＝？V2＝0.560m3，T2＝350K 根据理想气体状态方程得 （2）p―V图线与V轴围成的面积表示做功的大小 该过程中气体体积增大，外界对气体做负功，即 气体吸热，Q＝7.608×104J，由热力学第一定律得 ( A B K 1 K 2 )【例4】飞船在太空中飞行时，航天员出舱前先要“减压”，从太空返回进入航天器后又要“升压”。为此需要，飞船上专门设计制造了一个“气闸舱”，其原理图如图所示，两个相通的舱A、B间装有隔离门K1，指令舱A中充满空气（视为理想气体），气闸舱B内为真空，B再通过隔离门K2与外太空相通，整个舱内系统与外 界没有热交换。打开隔离门K1后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则（ ） A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子势能减少，内能增加 C．气体体积膨胀，温度降低 D．B中气体不可能自发地退回到A中 【答案】D 【解析】 ABC：没有热交换，Q＝0 向真空膨胀，没有推动其他物体做功，W＝0 由知ΔU＝0，内能不变，温度不变，ABC均错 D：与热现象相关的过程具有方向性，气体能向真空自由膨胀，但不能自动收缩使一边变成真空，D对 【例5】（2024年山东卷）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 【答案】C 【解析】 A：a→b为等压膨胀过程，气体对外做功，Wab＜0 ，据，即内能增大， 根据热力学第一定律 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，选项A错误 B： 方法一：b→c过程中气体与外界无热量交换，则Qbc＝0 而气体体积增大，则Wbc＜0，则内能的变化，即气体内能减少 方法二：据题意知，选项A中已得，则 所以b到c过程气体的内能减少，选项B错误 C：据题意知，则c→a过程 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，选项C正确 ( W 总 ＜ 0 )D：p―V图线与V轴所夹图形面积表示功 a→b→c→a整个热力学循环过程，最终回到初始状态，总的内能变化量 而图线所夹面积表示总功，（如右图所示） 根据热力学第一定律， 选项D错误 （三）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别的形式，或者是从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中能的总量保持不变。 ( A B K )【例6】如图所示容器中装水，底部由阀门K隔开，上为空气，大气压强恒定，整个 装置与外界绝热。原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后 达到水面相平。在这个过程中，下面说法正确的是（ ） A．大气压力对水做功，水的内能增加 B．水克服大气压力做功，水的内能减少 C．大气压力对水不做功，水的内能不变 D．大气压力对水不做功，水的内能增加 【答案】D 【解析】 打开阀门K后，A中水面下降，B中水面上升 因水的总体积不变，则A中水减小的体积等于B中水增大的体积 大气对A中的水面做正功，对B中的水面做负功 则大气对水做的总功 最后两边水面相平，相当于将A中上面的一部分水移到B中，这部分水高度下降，重力做正功，重力势能减小 根据总能量守恒可知，水的内能增大（重力势能转化为内能），选项D正确 2．无条件性：总的能量守恒是无条件的，能量守恒是自然界的普遍规律 具体的某一种形式的能量守恒是有条件的。例如：只有重力（弹簧弹力）做功时机械能才守恒。 3．第一类永动机：不消耗任何能量而能够不断地对外做功（输出能量）的装置 第一类永动机不可能制成（原因：违背了能量守恒定律） 任何一种机械，都只能实现能量的转化，而不能创造能量 （四）热力学第二定律 ▲揭示的本质：一切与热现象相关的宏观自然过程都具有方向性，都不可逆 1．热力学过程的方向性：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的（即一个过程可以进行，而它的逆过程不能自发地进行）。 如：热量能从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体；气体体积膨胀后不能自发地收缩；扩散开去的物质微粒不能自动地复原；已经混和了的水和酒精不能再自动分开；…… 【例7】对热力学第二定律，下列理解正确的是（ ） A．自然界进行的一切宏观过程都是可逆的 B．自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的 C．热量不可能由低温物体传递到高温物体 D．第二类永动机违背了能量守恒定律，因此不可能制成 【答案】B 【解析】 AB：自然界中进行的宏观过程，有些是可逆的，但与热现象相关的过程都是不可逆的，选项A错误，B正确 C：热量是可以从低温物体传递到高温物体的，比如冰箱制冷，冰箱内的温度已经低于冰箱外的温度了，但仍然可以通过压缩机工作将冰箱内的热量转移到冰箱外，使冰箱内继续降温 看清楚：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，但通过其他手段干涉，热量是可以从低温物体传到高温物体的 选项项C错误 D：第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，所以第二类永动机也不可制成，选项D错误 2．热力学第二定律（用来反映与热现象相关的宏观自然过程具有方向性的定律） （1）表述一（克劳修斯表述）：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。（热传递的方向性） （2）表述二（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。 【例8】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，使冰箱内的温度低于冰箱外的温度。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反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 【答案】B 【解析】 AB：热量可以从冰箱内传到冰箱外，但不是自发进行的，需要通过压缩机工作等措施，选项A错误，B正确 CD：违背任何物理规律的设备都是不可能制成的，电冰箱不违背热力学第一、第二定律，选项C错误，D错误 【例9】（2026年湖南卷）如图所示，一块高功率芯片上方紧贴着一个均热板散热器。均热板是一个完全密封的扁平纯铜空腔，空腔内部注有微量的水。在正常工作过程中，水从高温芯片处吸收热量汽化，水蒸气在低温冷凝端放出热量变回液态水，并回流到底部。下列说法正确的是（ ） A．空腔内高温处所有水分子的运动速率都比低温处水分子的运动速率大 B．一定量的水吸收热量变成相同温度的水蒸气，内能变大 C．该均热板可以从高温物体吸热，向低温物体放热，不对外界做功 D．该均热板可以从低温物体吸热，向高温物体放热，而不产生其他影响 【答案】BC 【解析】 A：温度是分子平均动能的标志，温度高处分子的平均动能大（平均速率也大） 但分子运动是杂乱无章的，高温处也有低速率分子，低温处也有高速率分子 且同一分子因为分子力及分子碰撞等原因，其速率也是时刻改变的，并非高温处所有分子运动速率都大，选项A错误 B：两条思路： 思路1：能量守恒思路 水吸热变成水蒸气，吸收的热量变成内能，所以水的内能变大，选项B正确 思路2：内能组成思路 内能是所有分子动能与势能之和 水吸热变成同温度的水蒸气，分子的总动能不变 水变成水蒸气，分子间的距离必然变为，分子力表现为引力 在分子间距离增大的过程中，分子力做负功，分子势能增大 综上所述，水的总内能增大，选项B正确 C：该过程中，均热板从高温的芯片吸热，向低温的冷凝端放热 整个过程循环进行，均热板自身状态复原，不需要对外界做功，仅依靠水传递热量，符合物理规律，选项C正确 D：根据热力学第二定律，不可能从低温物体吸热、向高温物体放热，同时不产生其他影响，该描述违反热力学第二定律，故D错误。 3．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，而不引起其他变化的机器 第二类永动机不能制成（原因：不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律） （五）能量耗散与熵增原理 1．能量耗散：能量在使用过程中，总会有一部分以内能形式散发到周围环境中去而不能再收集利用 2．能量守恒，但能源有限，需节约能源 3．熵增原理 （1）熵：用来描述一个系统混乱程度的物理量。一个系统越混乱（即：越无序），熵就越大 （2）熵增加原理：在一个孤立系统中，任何自发过程，总是朝着熵增加的方向进行（有序→无序） 【作业】 班次 座次 姓名 1．我们说“能够改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递”，对这句话理解正确的有（ ） A．没有热传递时，做功一定能够改变物体的内能 B．没有热传递时，对物体做正功，物体的内能却不一定增大 C．没有做功时，物体吸收热量，其内能一定增大 D．既不做功，又没有热传递，物体的内能也可能发生变化 【答案】BC 【解析】 AB：如图所示，在没有热传递的情况下，用水平力F推着物体在光滑水平面上做加速度运动， 力F对物体做了功，但物体的内能却不改变，A错B对 C：W＝0，吸收热量Q＞0，则内能增量ΔU＝Q＋W＞0，内能增大，C对 D：W＝0，Q＝0，则ΔU＝Q＋W＝0，内能不变，D错 ( a b K ) 2．如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分。已知a内有一定量的理想气体， b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中（ ） A．气体对外界做功，内能减少 B．气体不做功，内能不变 C．气体压强变小，温度降低 D．气体压强变小，温度不变 【答案】BD 【解析】 AB：a中的气体向真空膨胀，没有推动其他物体移动，不做功，即 绝热容器，a中的气体不与外界发生热交换，即 则a中气体的内能变化，即内能不变，选项A错误，B正确 C：理想气体的内能只由温度决定，内能不变，则温度不变，选项C错误 D：根据理想气体状态方程，不变，增大，则压强减小，选项D正确 ( 制冷剂 冰箱内 )3．如图所示为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中 不断循环。那么，下列说法中正确的是（ ） A．在冰箱内的管道中，致冷剂迅速膨胀并从冰箱内吸收热量 B．在冰箱外的管道中，致冷剂迅速膨胀并向外放出热量 C．在冰箱内的管道中，致冷剂被剧烈压缩并从冰箱内吸收热量 D．在冰箱外的管道中，致冷剂被剧烈压缩并向外放出热量 【答案】AD 4．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将（ ） A．降低 B．升高 C．不变 D．无法确定 【答案】B 【解析】 取房间内的空气作为分析对象，因为不断地有电能输进房间内，而房间内并未向外界传递能量 所以房间内的总内能将逐渐增大，温度升高，选项B正确 【辨析】 正常情况下，空调能够制冷给房间内降温，是因为空调是分立式的，其吸热器位于室内，而散热器位于室外 吸热器温度低从室内吸收热量，热量转移到散热器，散热器温度高再把热量散发到室外 这样就可以连续给室内降温 但冰箱吸热散热都在室内，从室内吸收热量，又散发在室内，所以不能给室内降温 相反，电流使压缩机等部件工作也会产生热量，从外界输进来的电能转化为热能，反而使室内升温 5．下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是（ ） A．能量耗散过程中能量不守恒 B．第二类永动机违背了热力学第一定律，不可能制成 C．因为能量守恒，无需节约能源 D．一切自发过程总是沿着分子无序性增大的方向进行 【答案】D 【解析】 A：能量耗散是能量散失到周围环境中去了，包括散失的能量，总能量还是守恒的，选项A错 B：第二类永动机不可能制成，是因为违背了热力学第二定律，选项B错 C：能量守恒，但可利用的能源不守恒 比如煤、石油这些能源，用完后就没有了，我们应时刻注意节约能源，选项C错 D：根据熵原理，一切自发过程总是沿着分子无序性增大的方向进行，选项D对 6．（2025年甘肃卷）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压强比状态B的小 D．状态A内能比状态C的小 【答案】ACD 【解析】 A：A→B过程，体积V不变，则功；温度T升高，则内能变化 根据热力学第一定律 即该过程吸热，选项A正确 B：B→C过程，温度T不变，则内能变化；体积V减小，则功 根据热力学第一定律 即该过程为放热过程，选项B错误 C：A→B过程，体积V不变，温度T升高，根据可知压强p增大，即，选项C正确 D：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，选项D正确。 7．（2025年天津卷）如图所示，一定质量的理想气体可经三个不同的过程从状态A 变化到状态C，则（ ） A．AC和ADC过程，外界对气体做功相同 B．ABC和ADC过程，气体放出的热量相同 C．在状态A时和在状态C时，气体的内能相同 D．在状态B时和在状态D时，气体分子热运动的平均动能相同 【答案】C 【解析】 A：气体体积变化时做的功，即图线与轴所夹面积表示功 则由图像可知，，选项A错误 BC：由图像可得：，；， 根据得，则内能，选项C正确 ，则ABC过程与ADC过程内能变化均为 同选项A的分析可知， 根据热力学第一定律，则，选项B错误 D：根据理想气体状态方程 状态B与状态D温度不同，分子热运动的平均动能也不同，选项D错误 8．（2026年黑吉辽蒙卷）一定质量的理想气体由状态a经状态b、c 变化到状态d，p―V图像如图所示，则（ ） A．状态a的温度比状态b的高 B．状态b的内能比状态c的大 C．b→c、c→d过程气体对外做的功相等 D．c→d过程气体对外做的功小于从外界吸收的热量 【答案】BD 【解析】 A：由图像可知，a→b过程气体等压膨胀，据可知温度升高，即，选项A错误 B：b→c过程，据 ，则状态b的内能比状态c的大，选项B正确 C：根据图像用面积法求得 b→c过程气体对外做的功 c→d过程气体对外做的功 ，选项C错误 D：由图像可知，c→d过程气体等压膨胀，功 据可知温度升高，即内能变化 根据热力学第一定律 即气体吸收的热量，一部分用来对外做功，另一部分用来增大内能 所以，对外做的功小于从外界吸收的热量，选项D正确 9．某偏远山区为了实现供电，自己修建了小型水利发电站。如图所示，若该 发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为786m3，发电过程中上下水库平均 水位差为64m。则下列说法正确的是（ ） A．若每天发电40kW·h，则能源利用效率约为35% B．发电时下水库出水口的水流速度可达到36m/s C．蓄水池中水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约139kW·h D．平均每天所发电能可供10户居民同时用电（每户电功率为1.4kW）约10h 【答案】C 【解析】 A：蓄水池中能用于发电的水的重力势能为 则能源利用效率，故A错 B：若没有任何阻力，由机械能守恒得 由题知，水流下的过程中受到阻力，所以发电时流入下水库的水流速度小于36m/s，故B错 C：蓄水池中能用于发电的水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约 ，故C对 D：若重力势能全部转化为电能，平均每天所发电能可供10户居民同时用电时间 由于效率不可能达到100%，可供给10户居民用电时间小于10h，故D错 10．一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度视为不变，上升到湖面后气泡并未破裂。已知气泡在湖底的体积为2mL，压强为1.5×105Pa，在湖面的压强为1.0×105Pa。若气泡内的气体视为理想气体，求： （1）气泡在湖面时的体积； （2）若气泡在上升过程中对外做功0.1J，则气泡吸收热量还是放出热量？吸收或放出多少热量？ 【答案】（1）3mL；（2）吸收0.1J的热量 【解析】 （1）在湖底时：V1＝2mL，p1＝1.5×105Pa；在湖面时：V2＝？p2＝1.0×105Pa （2）温度不变，则ΔU＝0，又已知W＝−0.1J 则，即吸收0.1J的热量 11．（2026年浙江卷）如图所示，导热良好的瓶内，用一质量为m1、横截面积为S的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，在活塞上方有质量为m2的液体。初始时，瓶内气体处于状态 A，体积为VA。将一根质量不计的细管插入液体，液体在细管中上升到一定高度后保持静止，随后通过细管缓慢吸走全部液体，此时瓶内气体处于状态B。环境温度保持不变，从状态A到状态 B 过程中，气体吸收热量Q＝2.05J。已知m1＝0.4kg，m2＝2kg，S＝40cm2，VA＝400cm3，大气压强p0＝0.99×105Pa，g＝10m/s2。 （1）图中液体________（选填“浸润”或“不浸润”）管壁，若细管仅内径变小，与原细管相比，管内液面将________（选填“升高”、“不变”或“降低”）； （2）求气体在状态B时的体积VB； （3）求气体从状态A到状态B过程中对外做的功WAB。 【答案】（1）浸润，升高；（2）420cm3；（3）2.05J 【解析】 （1）管内液面上升且液面呈现凹形，说明液体浸润管壁 细管内径变小，毛细现象更明显，与原来相比，管内液面升高 （2）初态被封闭气体压强 末态吸走液体后气体的压强 根据玻意耳定律有 （3）从状态A到状态B过程中气体温度不变，内能变化 则根据热力学第一定律 即气体对外做功2.05J 1 学科网（北京）股份有限公司 $