热力学定律【六大题型】（原卷版）-2025-2026学年高二物理下学期（人教版选择性必修第三册）

热力学定律【六大题型】

【题型归纳】

>题型一：功、热和内能的改变

>题型二：热力学定律的理解

>题型三：计算系统内能问题

>题型四：永动机问题

>题型五：热力学中的图像问题

>题型六：热力学和理想气体方程的综合问题

【题型通关】

题型一：功、热和内能的改变

【典例1].（25-26高二下•全国•课后作业）下列关于热现象的描述正确的是（）

A.做功和传热都是通过能量转化的方式改变系统内能的

D.温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同

C.物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规则的

D.空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学

第二定律

【变式1].（24-25高一下•浙江•月考）下列关于功、内能、热量的描述正确的是（）

A.机械能为零的物体，内能也一定为零

B.热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递

C.做功和热传递都能改变物体的内能

D.物体的内能增大，温度一定升高

【变式2].（23-24高二下•四川成都・期末）如图所示，玻璃瓶A、B中装有质量相等、温度分别为60。（2的热水和

（TC的冷水，下列说法不正确的是（）

A.因质量相等，故A瓶中水的内能比B瓶中水的内能大

B.A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离小

C.若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起，则A、B瓶内水的内能都将发生改变，这种改变内能的方式叫热传递

D.若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起，它们的状态都会发生变化，直到二者温度相同时，两系统便达到了热平

衡，达到热平衡的两个系统都处于平衡态

【变式3】.（2024•全国•模拟预测）孔明灯俗称许愿灯，祈天灯，古代多用于军事通讯，而现代人多用于祈福。在

灯底部的支架上绑上一块沾有煤油的粗布，点燃后灯内的热空气膨胀，放手后，整个灯冉冉升空，当底部的煤油烧

完后又会自动下降。关于孔明灯，下列说法正确的是（）

A.点燃后，孔明灯所受浮力增大从而升空

B.点燃后，灯内气体的温度升高，内能增大

C.点燃后升空过程中，灯内气体分子间的平均撞击力增大

D.点燃后升空过程中，灯内气体的压强不变

题型二：热力学定律的理解

【典例2].（25-26高二下•全国•课后作业）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.对气体做功是改变其内能的唯一方式

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

【变式1].（25-26高二下•全国•课后作业）关于热力学定律，下列说法正确的是（）

A.对某物体做功，必定会使该物体的内能增加

B,质量一定的某种理想气体吸收热量后温度一定升高

C.不可能使热量从低温物体传向高温物体

D.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程

[变式2].（24-25高一下•黑龙江绥化•期末）关于热现象、热力学定律,下列说法不正确的是（）

A.一定质量的理想气体的温度升高其内能一定增加

B.扩散现象和布朗运动都表明分子在不停地做无规则运动

C.气体压强是气体分子间斥力的宏观表现

D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

【变式3].（23-24高二下•河北邢台・期末）关于热力学定律，下列说法正确的是（)

2

A.物体的温度可以达到零下30（H2

B.第二类永动机违背了能量守恒定律

C.做功和热传递对改变物体的内能是等效的

D.利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，可将海水的内能全部转化为机械能

题型三：计算系统内能问题

【典例3].（2025•广东•模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的气缸内，活塞可沿气缸

壁无摩擦地滑动。活塞的面积S=1.0x1"m2,质量加=2kg,气缸竖直放置，气缸内气体温度为77久，活塞相对于气

缸底部的高度4=0.7m,现将气缸置于室温为27（的环境中，已知大气压强p°=L0xIO,Pa,重力加速度大小

g=10m/s2o

（1）求重新平衡时活塞离气缸底部的距离：

（2）活塞重新平衡的过程中气缸内气体释放的热量为16.8J,求气体内能的变化量。

【变式11（25-26高二下•全国•课后作业）如图所示，一定质量的理想气体从状态力经等压过程到状态8。此过程

中，气体压强〃=LOxlO$Pa,吸收的热量0=7.0x10打，求此过程中气体内能的增加量。

-17(103m3)

TG―4.0r/(102K)

【变式2]（24-25高二下•江苏淮安•期末）如图所示为一定质量的某种理想气体从状态力到状态〃的体积/随热力

3

学温度7的变化关系图像。已知气体在状态力时的压强p/=4xlO4Pa,体积匕=2xl（T3m=温度〃=200K；在状

态8时的温度〃=400K。

（1）求气体在状态8时的体积七；

（2）若上述过程气体吸收的热量为280J,求该过程中气体内能的变化量AUo

【变式3].（25-26高三上•广东•月考）如图所示，右侧有挡板的导热汽缸固定在水平地面上，轻质薄活塞横截面积

为10cn?,给活塞施加一向左的水平恒力产=20N,活塞处于平衡状态时封闭的气柱长度为10cm,大气压强为

1.0x10'Pa,不计摩擦。

（1）求施加恒力〃前汽缸内气柱的长度4（此时活塞与挡板没有接触）;

（2）判断活塞从开始压缩到处于平衡状态的过程中，缸内气体是吸热还是放热，并求恒力对活塞做的功力。

题型四：永动机问题

【典例4].（25-26高二下•全国•课堂例题）永动机是不可能制成的，这是因为（）

4

A.不符合机械能守恒定律

B.做功产生的热量不符合热功当量

C.违背了热力学第一定律

D.找不到合适的材料和合理的设计方案

【变式1】.（2022高三・全国•专题练习）关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是（）

A.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律

B.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律

C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变

内能

D.由热力学第二定律可知从单•热源吸收热量，完全变成功是可能的

【变式2].（25-26高二下•全国•课后作业）下列关于第二类永动机的说法，正确的是（）

A.第二类永动机不可能制成，因为违反了能量守恒定律

B.第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性

C.第二类永动机不可能制成，因为同时违反了能量守恒定律和热力学第二定律

D.第二类永动机不可能制成，因为没有足够精细的制作工艺

【变式3].（24-25高二下•全国•课后作业）能源是当今社会快速发展面临的一大难题。由此，人们想到了永动机,

关于第二类永动机，甲、乙、丙、丁4名同学争论不休。

甲：第二类永动机不违反能最守恒定律，应该可以制造成功。

乙：虽然内能不可能全部转化为机械能，但在转化过程中可以不引起其他变化。

丙：摩擦、漏气等因素导致能量损失，第二类永动机也因此才不能制成。

T：内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因。

你认为以上说法正确的是（）

A.甲B.乙C.丙D.T

题型五：热力学中的图像问题

【典例5].（25-26高三上•湖北・月考）一定质量的理想气体从状态,4开始，经历力4一次循环I可到彳

5

]

状态，其压强P随体积倒数方变化的图像如图所示，其中48的反向延长线过原点QBC为双曲线，。与横轴平行。

下列说法正确的是（）

A.4TA过程气体内能不变，与体从外界吸收热量

B.8fC过程气体分子平均动能不变

C.C->/过程气体分子单位时间内对容器壁单位面积的碰撞次数减少

D.4-8-C7A全过程气体从外界吸收热量

【变式11（24-25高二下•福建厦门•阶段练习）著名的“卡诺循环”是由卡诺于1824年提出的，它可用于分析热机

的工作过程。如图所示，一定质量的理想气体经过“卡诺循环”，从状态力经过程力仄BC、CD,。力后又回到状态

A,其中，过程力3和为等温过程，过程4C和。片为绝热过程，下列说怙正确的是（）

A.44过程中，气体从外界吸热并全部用来对外做功

B.8c过程中，因气体既不吸热也不放热，故气体的内能不变

C.C。过程中，因外界对气体做功，故气体的内能增大

D.。力过程中，气体分子的平均动能减小

【变式2】.（2025•河北秦皇岛•模拟预测）列车运行的平稳性与车厢的震动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可

以有效减震。空气弹簧主要由活塞、汽缸及汽缸内封闭的一定质量的气体构成，乘客上下车及剧烈颠簸均能引起车

厢震动，从而引起缸内气体的状态变化。列车沿某路段行驶时，缸内气体（视为理想气体）从力状态经4状态变化

到。状态，图像如图所示，下列说法正确的是（）

6

PE

A.气体从力状态变化到8状态的过程中，缸内气体内能减小

B.气体从/状态变化到8状态的过程中，缸内气体向外界释放热量

C.缸内气体处于A状态时的温度大于处于C状态时的温度

D.气体从力状态变化到C状态的过程中，气体对外做的功小于吸收的热量

【变式3].（24-25高二下•江苏南通•期中）一定质量的理想气体由状态。开始，经历aib、bfc、cf。三个过

程回到状态。，其P-P图像如图所示，其中从与纵轴平行。已知。、c两状态下气体的温度相同，的过程中

气体向外界放出热量大小为0,下列说法错误的是（）

A.〃一。过程中气体从外界吸收热量，大小为。

B.Q-/）过程中气体内能变化量的绝对值小于放出热量的绝对值

C.a、c状态下气体的内能相等

3

D.a-b-cfa整个过程中气体对外界做功，大小为，〃。匕

题型六：热力学和理想气体方程的综合问题

【典例6].（25-26高二下•全国•课后作业）如图所示，一个质量为〃的“T”形活塞在气缸内封闭一定量的理想气体,

活塞体积可忽略不计，距气缸底部小处连接一U形细管（管内气体的体积忽略不计）。初始时，封闭气体温度为

八,活塞距离气缸底部为1.8分。，两边水银柱存在高度差。已知水银密度为大气压强为外，气缸横截面积为S,

7

活塞竖直部分高为L2%o,重力加速度为g,求:

(I)通过制冷装置缓慢降低气体温度，当温度为多少时两边水银面恰好相平；

(2)从开始至两水银面恰好相平的过程中，若气体放出的热量为0,求气体内能的变化量。

【变式1].(25-26高二下•全国•随堂练习)某充气式座椅简化模型如图所示，导热良好的两个气缸C、D通过活塞

分别封闭质量相等的两部分同种理想气体A、B,活塞通过轻弹簧相连，静置在水平面上。已知两个气缸C、D的

质量均为“(气缸壁的厚度不计)，初始环境温度为为，封闭气体的初始高度均为£,轻弹簧的劲度系数为八原长

为4,大气压强为po,重力加速度为g,活塞的横截面积均为S,活塞的质量和厚度不计，弹簧形变始终在弹性限

度内，活塞始终未脱离气缸，不计活塞与气缸之间的摩擦。

(1)若环境温度缓慢降至0.87]),求稳定后活塞a离水平面的高度；

(2)若环境温度缓慢升至1.27。，A、B气体总内能增加AU,求A气体从外界吸收的热最。

【变式2】.(2025•贵州•模拟预测)如图，一绝热汽缸固定在倾角为0=30。的斜面上，距汽缸底部上处有一质量为

2,〃、横截面积为S、密封性良好的绝热活塞用一轻质细线绕过定滑轮与一质量为,〃的物体相连。初始时刻整个装置

8

处于静止状态，且汽缸内气体的温度为1（封闭气体可视为理想气体，大气压强为4）。现用电热丝对汽缸内气体

进行缓慢加热，直至活塞到汽缸底部R勺距离为1.5乙不计一切阻力。

（I）求最终汽缸内气体的温度（：

（2）已知封闭气体的内能u与其热力学温度r成正比，即u=a（其中比例系数〃为已知常量），求加热过程中汽缸

内气体所吸收的热量。。

【变式3].（25-26高三上•陕西西安•月考）如图（a）所示，两个活塞将A、B两部分种类、质量都相同的理想气

体密封在导热气缸内，初始时气缸水平放置且两部分气体体积均为片。现将气缸缓慢转动到与水平方向成30。角的

位置，达到末状态，如图（b）所示。已知大气压强为外,重力加速度为g，两活塞横截面积均为S,质量均为

〃?二半，不计活塞与气缸间的摩擦，环境温度保持不变.

4g

A

图（a）

（1）求末状态时，A、B两部分气体的密度之比;

⑵查阅资料知：如图⑹，反比例函数弓图像上b间的曲线与x轴所围成的面积赤嘴，其中、为自

然对数。求气缸旋转的过程中，A部分气体向外界放出的热展。

9

【双基达标】

一、单选题

I.（25-26高二下•全国•课后作业）一定质量的理想气体被活塞封闭在导热的气缸中，如图所示。不计活塞与气缸间

的摩擦，当用外力向上缓慢拉动活塞的过程中，环境温度保持不变。下列判断正确的是（）

F

A.拉力对气体做正功，气体内能增加，吸收热量

B.气体对外做功，内能不变，吸收热量

C.外界对气体做功，内能不变，放出热量

D.气体吸收的热量大于气体对活塞做的功

2.（25-26高二下•全国•课后作业）下列说法正确的是（）

A.第二类永动机违背了能量守恒定律

B.第二类永动机违背了热力学第二定律

C.根据能量守恒定律，经过不断地技术改造，热机的效率有可能达到100%

D.电冰箱和空调机工作时，热量从低温热源传到高温热源，违背了热力学第二定律

3.（24-25高二下•江苏徐州•月考）一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态M其p-P图

像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化，对于

这两个过程，下列说法正确的是（）

A.气体经历过程1,其温度降低B.气体经历过程1,其内能增大

C.气体在过程2中一直对外放热D.气体在过程2中一直对外做功

4.（24-25高二下•江苏徐州・月考）如图，实验室研究一台四冲程内燃机的工作情况。封闭喷汕嘴，使活塞和汽缸封

10

闭一定质量的气体（可视为理想气体），连杆缓慢推动活塞向上运动，运动到.图示位置时活塞对封闭气体的推力为

片活塞由图示位置缓慢向上运动的最大距离为L,环境温度保持不变，汽缸壁的导热性能良好，关于该过程，下

A.活塞向上运动到最大距离过程中对气体做功为也

B.气体放出的热量大于活塞对气体做的功

C.单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的气体分子数增加

D.速率大的分子数占总分子数的比例增加

5.（25.26高三上•河北邯郸•期中）如图所示，两端开口的足够长玻璃管竖直插在水银槽中，管中有•段水银柱，水

银柱静止时，水银槽中的水银在管内、外液面高度差为/?,管中封闭气体看成理想气体，保持玻璃管不动，现从上

管口缓慢向管中倒入水银，在倒入水银的过程中气体温度不变，下列说法正确的是（）

A.a保持不变B.管中气体分子数密度不变

C.管中气体内能增大D.管中气体放出热量

6.（25-26高三上・山东・开学考试）如图所示，一定质量的理想气体循环过程的图像。8为等压过程，DTA

为等容过程，4-8和C-O为等温过程.关于该循环过程，下列说法正确的是（）

A.过程气体向外界放出热量

II

B.A^B过程气体向外界放出热量大于外界对气体做的功

C.过程气体对外做功，气体分子的平均动能减小

D.在8fC过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的气体分子数减少

7.（24-25高二下•云南昆明•月考）在竖直放置的圆柱形容器内用质量为〃?的活塞密封一定质量的气体，活塞能无

摩擦地滑动，容器的横截面积为S,将整个装置放在大气压恒为外的空气中，开始时气体的温度为活塞与容器

底的距离为瓦，当气体从外界吸收热量。后，活塞缓慢上升d后再次平衡。已知重力加速度为g,下列判断正确的

是（）

A.外界对气体做功力=P。Sd+〃3B.气体的压强始终为〃=%-等

C.外界环境温度为（=（1+?凡

D.气体的内能改变量为&/=。-％54-加冬/

8.（24-25高二下•广东肇庆•月考）一定质量的理想气体经历了如图所示的必、be、"、而四个过程，其中儿的

延长线通过坐标原点，气体人加。、4四个状态的压强与温度的关系如图所示，则（）

A.气体在W过程中体积增大

B.气体在从过程中内能减小

C.气体在必过程和“过程中内能变化量绝对值相等

D.气体在必过程中吸收的热量大于内能变化量

9.（24-25高二下•四川攀枝花・月考）如图所示，固定在倾角0=30。的斜面上的内壁光滑的绝热汽缸开口处有卡口,

汽缸长度为1.2m。活塞。为绝热活塞，活塞人导热性能良好，活塞厚度忽略不计，两活塞用轻质弹簧连接，弹簧的

劲度系数，4=20N/m,封闭气体力、4初始温度均为T=200K,弹簧恰好处于原长，大气压强%=IxlO'Pa,重

力加速度g=10m/s,外界温度保持不变，质量均为2kg、面积均为S=2xl（Tm2的活塞。、。将汽缸体积均分为三

等份。现给电阻丝通电，缓慢加热密封气体力下列说法正确的是（）

12

B

A

A.初始时气体5的压强为2xl（）5pa

B.开始加热后，气体.4温度升高，活塞对气体8做功，气休6的体积不变

C.弹簧压缩0.1m时，气体8的压强为2xl0'Pa

D.弹簧压缩0.1m时，气体4的温度为580K

二、多选题

10.（25-26高二下•浙江•开学考试）下列有关热学知识的说法中正确的是（）

A.机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能

B.热量可以从低温物体传递给高温物体

C.第二类永动机不可能制成的原因是违反了能最守恒定律

D.不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功

II.（2。26高三・全国・专题练习）下列关于热力学第二定律的说法正确的是（）

A.气体向真空的自由膨胀是可逆的

B.效率为100%的热机是不可能制成的

C.机械能转变为热能的实际宏观过程是不可逆过程

D.热晟可以自发地从高温物体传向低温物体而不引起其他变化

12.（24-25高二下•河南信阳・月考）一定质量的理想气体从状态〃开始，经历三个过程M、儿、怎回到原状态

其p-1图像如图所示。ab.be.ca皆为直线，ca平行于p轴，儿平行于/轴。关于理想气体经历的三个过程，下

列说法正确的是（）

13

A.帅过程中，气体分子的平均动能先变大后变小B.a、b两个状态下的气体温度相等

C.ca过程中，外界一定对气体做功D.庆•过程中，气体一定向外界放热

13.（25-26高三上•青海西宁•开学考试）一定质量的理想气体从状态。开始，经力fcf”三个过程后回到初始

状态。，其〃-V图像如图所示。状态"气体温度为4，内能为。（），口内能与热力学温度成正比，以下分析正确的

A.气体在〃过程做等温变化，状态b温度为几

B.气体在aibic过程中气体内能增加量为2U。

3

C.气体在〃fc过程中向外界放出热量为24+5仇匕

D.气体在〃->brcf。过程中向外界放出热量为P。%

14.（24-25高二下•河南南阳・月考）一定质量的理想气体用横截面积为S的活塞封闭在汽缸内，汽缸内壁光滑。如

图甲所示，用轻质细线系在活塞的正中央，然后将整个装置悬挂在天花板上处于静止状态，此时缸内气体的压强为

O.8Po；如图乙所示，用竖直杆固定在地面，让汽缸开口向下，活塞放置在竖直杆上，整个装置处于静止状态：如

图丙所示，汽缸开口水平向右放置在水平面上，处于静止状态。已知大气压强为P。，各状态下，所用汽缸和活塞都

相同，且活塞与汽缸的质量相等，不计活塞及汽缸壁的厚度，且汽缸不漏气，重力加速度为g,下列说法正确的是

甲乙丙

yiPoS

A.活塞与汽缸的质量均

g

B.图乙中缸内气体压强为L2p”

C.若汽缸和活塞导热性能良好，将图丙汽缸缓慢逆时针转90。，汽缸将吸收热量

14

D.若汽缸和活塞均绝热，将图丙汽缸缓慢逆时针转90。，汽缸温度升高

三、解答题

15.(2。26・河北•一模)在如图所示的匕7图像中，一定质量的理想气体从状态。出发，经历c-d—。的循

环过程回到状态a。已知气体在状态d下的压强为Pd=2.0xl0，Pa。求：

8

7

6

5

4

3

2

1

0

(1)气体在状态c下的压强；

(2)整个过程气体吸收或放出的热量。

16.(2025・浙江•一模)