第3讲　热力学定律与能量守恒 2026年高考物理第一轮总复习

第十四章热学第3讲热力学定律与能量守恒知识点一

热力学第一定律1.

改变内能的两种方式（1）

⁠.（2）

⁠.做功热传递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

⁠

与外界对它所做的功的和.（2）表达式：ΔU＝

⁠.（3）ΔU＝Q＋W中正、负号法则符号WQΔU＋外界对物体做功物体

⁠热量内能

⁠－物体对外界做功物体

⁠热量内能

⁠热量

Q＋W

吸收增加放出减少知识点二

热力学第二定律1.

热力学第二定律的三种表述（1）克劳修斯表述：不可能使热量

⁠而

不引起其他变化.（2）开尔文表述：不可能从单一热源

，使之完全变成

功，而不产生

.或表述为“第二类永动机不可能制成”.（3）用熵的概念表述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总

熵

（热力学第二定律又叫作熵增加原理）.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

的方向进行.从低温物体传到高温物体吸收热量其他影响不会减小增大知识点三

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

⁠

为另一种形式，或者从一个物体

到别的物体，在转化或转移

的过程中，能量的

保持不变.2.

能源的利用（1）存在能量耗散和

⁠.（2）重视利用能源时对

的影响.（3）要开发新能源（如

、生物质能、风能、水能等）.转化转移总值品质降低环境太阳能

（1）物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变.（

√

）（2）做功改变物体内能的过程是内能与其他形式的能相互转化的过

程.

（

√

）（3）自由摆动的秋千摆幅度越来越小，说明能量正在消失.

（

✕

）（4）热量不可能从低温物体传到高温物体.

（

✕

）（5）热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引其他变化.

（

✕

）（6）一定质量的理想气体向真空中自由膨胀，体积增大，对外做

功，熵增加.

（

✕

）√√✕✕✕✕

考点1

对热力学第一定律的理解考向1

对内能的理解[典例1]

（2024·广州二模）如图所示，某同学将空的玻璃瓶开口向

下缓缓压入水中，设水温均匀且恒定，瓶内空气无遗漏，不计气体分

子间的相互作用，则被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体（

B

）BA.

内能增加B.

向外界放热C.

对外界做正功D.

分子平均动能减小解析：被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体温度不变，压强变

大，可知气体体积减小，外界对气体做正功；由于气体温度不变，气

体分子平均动能不变，气体内能不变，根据热力学第一定律可知，气

体向外界放热.考向2

对热力学第一定律的理解[典例2]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（

B

）BA.

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解析：距瓶口越近水的温度越高，上浮过程中，小瓶内气体温度升

高，内能增加，A错误；上浮过程中，小瓶内气体体积增加，对外界

做正功，B正确；根据热力学第一定律可知，增加的内能小于吸收的

热量，C、D错误.[变式1]

（2024·青岛一模）如图所示，某汽车机舱盖的支撑杆由气

缸和活塞组成.打开机舱盖时，气缸内密闭压缩气体膨胀，将机舱盖

顶起.在此过程中，气缸内气体可视为理想气体，忽略缸内气体与外

界的热交换.对于气缸内的气体，下列说法正确的是（

D

）DA.

对外做正功，内能增大B.

对外做负功，内能减小C.

对外做正功，分子平均动能增大D.

对外做正功，分子平均动能减小考向3

热力学第一定律的计算[典例3]如图所示p－V图像中，一定质量的理想气体由状态A经过

ACB过程至状态B，气体对外做功280

J，放出热量410

J；气体又从状

态B经BDA过程回到状态A，这一过程中外界对气体做功200

J.

（1）ACB过程中气体的内能如何变化？变化了多少？答案：（1）减少了690

J

解析：（1）ACB过程中W1＝－280

J，Q1＝－410

J由热力学第一定律UB－UA＝W1＋Q1＝－690

J气体内能的减少量为690

J.

（2）BDA过程中气体吸收还是放出多少热量？答案：（2）吸收490

J解析：（2）因为一定质量理想气体的内能只是温度的函数，BDA过

程中气体内能变化量UA－UB＝690

J由题知W2＝200

J由热力学第一定律UA－UB＝W2＋Q2解得Q2＝490

J，即气体吸收热量490

J.

对于ΔU＝W＋Q中正、负号的把握，有如下规律：能使系统

内能增加的过程取正，如吸热或外界对系统做功；会使系统内能

减少的过程则取负，如放热或系统对外做功；内能增加时ΔU为

正，反之则为负.考点2

对热力学第二定律的理解考向1

对热力学第二定律的理解[典例4]根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中错误的是

（

B

）A.

机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机

械能B.

凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性.在热传递中，热量只能

从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体C.

尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100％D.

制冷机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量B解析：机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以

全部转化为机械能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向

性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能

从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B错误；尽管

科技不断进步，热机的效率仍不能达到100％，C正确；由能量守恒

知，制冷过程中，从室内吸收的热量与压缩机做的功之和等于向室外

放出的热量，故D正确.考向2

热力学定律的综合应用[典例5]

（双选）下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是

（

AD

）A.

第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律B.

能量耗散过程中能量不守恒C.

电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了

热力学第二定律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AD解析：第一类永动机既不消耗能量又能源源不断对外做功，违背了能

量守恒定律，所以不可能制成，故A正确；能量耗散过程中能量也守

恒，故B错误；电冰箱的致冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外

界，是由于压缩机做功，并不违背热力学第二定律，故C错误；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

D正确.

热力学第二定律的进一步理解对于热力学第二定律，重点应抓住两种表述的等效性，抓住定律

的实质，即自然界中进行的涉及热现象的宏观过程均具有方向性，同

时要明确，根据热力学第二定律，即使符合能量守恒定律的过程，也

未必都能发生，如扩散、热传递、摩擦生热等过程均有不可逆性，这

里的不可逆性是指要返回到初始状态，必须借助外界的帮助.考点3

热力学定律与气体图像的综合应用[典例6]

（双选）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图像如图所示，其中对角线

ac的延长线过原点O.

下列判断正确的是（

AB

）ABA.

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

[变式2]

（2024·泉州模拟）如图为一定质量的理想气体的体积V与热

力学温度T的关系图像，该气体的状态经历A→B→C→A的变化过程.

气体状态由C→A过程中，气体压强

（填“增大”“减小”

或“不变”）；若整个过程中气体放出的热量为Q，则整个过程外界

对气体所做的功为