第39讲　热力学定律　能量守恒定律

第39讲热力学定律能量守恒定律目标要求1.理解热力学第一定律，能用热力学第一定律解决相关问题。2.理解热力学第二定律，知道热现象的方向性。3.会综合应用热力学第一定律和气体实验定律解决气体状态变化图像、

热学过程等相关问题。目录CONTENTS立足“四层”·夯基础着眼“四翼”·探考点课时跟踪训练立足“四层”·夯基础cccccccc双基落实1.

易错判断（1）做功和传热都能改变物体的内能，其实质是相同的。

（

×

）（2）绝热过程中，若外界压缩气体做功20

J，则气体的内能减少20

J。

（

×

）（3）根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性。

（

√

）××√2.

〔人教版选择性必修第三册P53“练习与应用”T1改编〕用活塞压缩汽

缸里的空气，对空气做了900

J的功，同时汽缸向外散热210

J，汽缸里空气

的内能（

）A.

增加了1

110

JB.

减少了1

110

JC.

增加了690

JD.

减少了690

J解析：

由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝900

J－210

J＝690

J，即

内能增加690

J，C正确。√着眼“四翼”·探考点考点一热力学第一定律能量守恒定律

1.

（2025·重庆高考2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√

2.

〔多选〕（2026·江苏宿迁模拟）下列关于能量守恒定律的认识，正确

的是（

）A.

某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B.

某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C.

对物体做功，物体的内能可能减小D.

石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了√√√解析：

根据能量守恒定律可知，某种形式的能量减少，其他形式的

能量一定增加，故A正确；某个物体的能量减少，根据能量守恒定律知，

必然有其他物体的能量增加，故B正确；对物体做功，若物体同时向外界

放热，物体的内能可能减小，故C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化

为物体及周围物体的内能，能量并没有消失，故D错误。3.

（2026·黑龙江哈尔滨模拟预测）如图所示，将一只气球放到绝热密闭

的升温箱中缓慢加热，随温度的升高，气球缓慢膨胀，气球内气体压强增

大，将气体视为理想气体，且气球不漏气，下列说法正确的是（

）A.

气球内所有气体分子的动能都增大B.

气球内气体对外做的功大于气球内气体吸收的热量C.

气球内的气体分子对气球壁单位面积的平均撞击力

增大D.

箱内气体及气球内气体总内能增加量等于从加热器上吸收的热量√解析：

温度升高，气体分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能

都增大，故A错误；气球内气体温度升高，内能增加，根据热力学第一定

律可知ΔU＝W＋Q＞0，故－W＜Q，气球内气体对外做的功小于气球内气

体吸收的热量，故B错误；气球内的气体压强增大，故气球内的气体分子

对气球壁单位面积的平均撞击力增大，故C正确；箱内气体及气球内气体

从加热器中吸收的热量等于总内能增加量与气球弹性势能增加量的总和，

故D错误。1.

热力学第一定律的理解（1）内能的变化常用热力学第一定律进行分析。（2）做功情况看气体的体积变化：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，则不发生传热，此时Q＝0。（4）对于理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当其内能变化时，

微观体现为分子动能发生变化，宏观体现为温度发生变化。2.

三种特殊情况过程含义内能变化物理意义绝热Q＝0ΔU＝W外界对物体做的功等于物体内能的增加量等容W＝0ΔU＝Q物体吸收的热量等于物体内能的增加量等温ΔU＝0W＝－Q外界对物体做的功，等于物体放出的热量考点二

热力学第二定律1.

〔多选〕（2026·福建三明模拟）下列说法正确的是（

）A.

冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二

定律B.

自发的热传导是不可逆的C.

可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响D.

气体向真空膨胀具有方向性√√解析：

有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，

仍遵循热力学第二定律，A错误；由热力学第二定律可知，自发的热传导

是不可逆的，B正确；不可能通过给物体加热而使它运动起来而不产生其

他影响，这违背了热力学第二定律，C错误；气体可自发地向真空膨胀，

具有方向性，D正确。2.

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，传热也不一定改变内能，

但同时做功和传热一定会改变内能D.

由热力学第二定律可知从单一热库吸收热量，完全变成功是可能的√解析：

第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第

二定律，故A、B错误；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知做功不一定改

变内能，传热也不一定改变内能，同时做功和传热也不一定会改变内能，

故C错误；由热力学第二定律可知从单一热库吸收热量，完全变成功是可

能的，但会引起其他变化，故D正确。1.

热力学第二定律的理解（1）“自发地”指明了传热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。

（3）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：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）。④不同气体A和B

混合气体A、B。2.

两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机设计要求不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器不可能制

成的原因违背能量守恒定律不违背能量守恒定律，但违背热

力学第二定律考点三

热力学第一定律与气体状态变化图像的综合

处理该类问题的一般思路

（1）由体积变化判断气体做功的情况：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的变化情况：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＝Q＋W判断气体的吸、放热情况：Q为正是吸

热、Q为负是放热。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

（2025·陕晋青宁13题）某种卡车轮胎的标准胎压范围为2.8×105

Pa～3.5×105

Pa。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300

K时，体积V1和压强p1分别为0.528

m3、3.0×105

Pa；当

胎内气体温度升高到T2为350

K时，体积增大到V2为0.560

m3，气体可视为理想气体。（1）求此时胎内气体的压强p2；答案：

3.3×105

Pa

（2）若该过程中胎内气体吸收的热量Q为7.608×104

J，求胎内气体的内

能增加量ΔU。答案：

6.6×104

J

解得ΔU＝6.6×104

J。

A.

d→a过程，气体放出的热量小于内能的减少量B.

b→c过程，气体对外做功，内能减小C.

c→d过程，温度降低，气体一定放出热量D.

a→b过程，温度不变，气体吸热√√

〔多选〕（2025·甘肃高考9题）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ACD

〔多选〕（2026·天津静海区模拟）一定质量的理想气体从状态a经过

状态b、c变化到状态d，其p-T图像如图所示。下列说法正确的是（

）A.

a→b的过程中，外界对气体做功B.

c→d的过程中，外界对气体做功C.

a→b→c的过程中，气体先吸热后放热D.

b→c→d的过程中，气体体积先增大后减小BD

考点四

热力学第一定律与气体实验定律的综合解决该类问题的思维流程

（2025·浙江1月选考15题）如图所示，导热良好带有吸管的瓶子，通

过瓶塞密闭温度T1＝300

K，体积V1＝1×103

cm3处于状态1的理想气体，管

内水面与瓶内水面高度差h＝10

cm。将瓶子放进T2＝303

K的恒温水中，瓶

塞无摩擦地缓慢上升恰好停在瓶口，h保持不变，气体达到状态2，此时锁

定瓶塞，再缓慢地从吸管中吸走部分水后，管内和瓶内水面等高，气体达

到状态3。已知从状态2到状态3，气体对外做功1.02

J；从状态1到状态3，

气体吸收热量4.56

J，大气压强p0＝1.0×105

Pa，水的密度ρ＝1.0×103

kg/m3，重力加速度g取10

m/s2；忽略表面张力和水蒸气对压强的影响。（1）从状态2到状态3，气体分子平均速率

（选填“增大”“不

变”“减小”），单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数

（选填

“增大”“不变”“减小”）；解析：从状态2到状态3，气体温度保持不变，则气体分子

平均速率不变气体处于状态2时，管内水面高于瓶内水面h，则瓶内气体的压

强p2＝p0＋ρgh，气体处于状态3时，管内和瓶内水面等高，则瓶

内气体的压强为p3＝p0，因此从状态2到状态3瓶内气体压强减

小，又气体分子的平均速率不变，则单位时间撞击单位面积瓶

壁的分子数减小。不变

减小

（2）求气体在状态3的体积V3；答案：1.020

1

×103

cm3

（3）求从状态1到状态3气体内能的改变量ΔU。答案：2.53

J解析：瓶内气体从状态1到状态2的过程，气体对外做

的功为W1＝p1（V2－V1）＝1.01

J从状态1到状态3过程，由热力学第一定律可知ΔU＝Q－（W1＋W2）其中Q＝4.56

J，W2＝1.02

J代入数据解得，从状态1到状态3气体内能的改变量为ΔU＝2.53

J。

（1）T2＝440

K时，气柱高度h2；

（2）从T1状态到T4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）。

解析：从T1状态到T4状态，封闭气体的温度不变，则整个过程内能变化量为ΔU＝0T1状态到T2状态，由平衡条件有p0S＋f0＝p1S

（2025·湖北高考3题）如图所示，内壁光滑的汽缸内用活塞密封一定

量理想气体，汽缸和活塞均绝热。用电热丝对密封气体加热，并在活塞上

施加一外力F，使气体的热力学温度缓慢增大到初态的2倍，同时其体积缓

慢减小。关于此过程，下列说法正确的是（

）A.

外力F保持不变B.

密封气体内能增加C.

密封气体对外做正功D.

密封气体的末态压强是初态的2倍B

（2026·甘肃平凉模拟）一款气垫运动鞋如图甲所示，在鞋底塑料空间

内设置有可形成气垫的储气腔，里面充满气体（可视为理想气体），运动

时通过压缩气体来提供一定的缓冲效果，降低运动时脚踝和地面撞击造成

的损伤。单只鞋子鞋底的塑料空间可等效为如图乙所示的模型，已知鞋子

未被穿上时，环境温度为T0＝300

K，每只鞋气垫内气体体积为V0＝36

cm3，压强为p0＝1.0×105Pa，等效作用面积恒为S＝200

cm2，忽略鞋底其

他结构产生的弹力，取g＝10

m/s2。（1）若未穿时，气温缓缓上升，气垫不漏气，气体体积增大到V1＝40

cm3，此过程中气体吸收的热量为Q＝0.6

J，求气体内能的变化。答案：

0.2

J

解析：

外界对气体做负功W＝－p0ΔV＝－105×（40－36）×10－6J＝

－0.4

J根据热力学第一定律可知气体内能的变化ΔU＝W＋Q＝0.2

J。（2）若质量为m＝88

kg的运动员穿上该运动鞋，单脚站立时，气垫不漏

气，且气垫内气体与环境温度始终相等，求触地的鞋气垫内气体的体积。答案：

25

cm3

解得V1＝25

cm3。（3）若某次跑步过程中，气垫内气体被反复压缩、扩张，最终气垫内气

体恢复初始体积，温度变为1.2T0，求此时气垫内气体的压强。答案：1.2×105Pa

解得p2＝1.2×105Pa。课时跟踪训练1.

（2025·江苏高考6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√1234567891011

12345678910112.

（2025·安徽高考3题）在恒温容器内的水中，让一个导热良好的气球缓

慢上升。若气球无漏气，球内气体（可视为理想气体）温度不变，则气球

上升过程中，球内气体（

）A.

对外做功，内能不变B.

向外放热，内能减少C.

分子的平均动能变小D.

吸收的热量等于内能的增加量解析：

理想气体的温度不变，则内能不变，气体分子的平均动能不

变，B、C、D错误；气球上升过程中，球内气体压强减小，由玻意耳定律

可知气体体积增大，对外做功，A正确。√12345678910113.

空调的工作原理如图所示，以下表述高温物体正确的是（

）A.

空调的工作原理对应的是热力学第一定律的开尔文表述B.

空调的工作原理反映了热传导的方向性C.

此原理图中的Q1＝Q2D.

此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体√1234567891011解析：

空调的工作原理对应的是热力学第二定律的开尔文表述，A错

误；空调的工作原理反映了热传导的方向性，热量不能自发地从低温物体

传导给高温物体，但在外界干预下，可以从低温物体传导给高温物体，B

正确；此原理图中的Q1＝Q2＋W，C错误；此原理图说明在外界干预下，

热量能从低温物体传到高温物体，D错误。12345678910114.

（2026·河南鹤壁开学考试）“拔火罐”是我国传统养生疗法之一。如

图所示，医生先用点燃的酒精棉球加热火罐内的空气，随后迅速把火罐倒

扣在需要治疗的部位，火罐便会紧贴皮肤（不会漏气），在罐内气体温度

降至室温的过程中，皮肤向罐内凸起。则罐内气体降温过程中，下列说法

正确的是（

）A.

罐内气体分子数密度增大，压强增大B.

罐内气体的密度大于外界气体的密度C.

罐内气体温度降低，气体分子平均速率减小D.

罐内气体放出的热量小于气体内能的减少量√1234567891011解析：

罐内气体开始的压强与大气压强相等，温度降低后皮肤向罐内

凸起，说明罐内气体压强减小，小于大气压强，故A错误；由A分析可知，

罐内气体压强小于外界大气压，因而其密度也小于外界气体密度，故B错

误；根据气体分子运动理论，温度越低，气体分子平均动能越小，平均速

率随之减小，故C正确；由于气体温度降低，则气体内能减少，皮肤向罐

内凸起，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，罐内气体放出的热

量大于气体内能的减少量，故D错误。12345678910115.

（2026·辽宁阶段练习）某科技馆展示了一款新型节能空调。该空调制

冷时，通过压缩机做功消耗电能，将热量从室内传递到温度更高的室外环

境。在此过程中，部分电能转化为压缩机的机械能。下列判断正确的是

（

）A.

热量从低温环境传递到高温环境的过程可以自发进行，无需外界干预B.

空调工作时，室内与外界组成的系统总熵可能保持不变C.

通过压缩机做功使热量从低温环境传至高温环境的过程，不违反热力学

第二定律D.

部分电能转化为机械能，说明能量转化不具有方向性√1234567891011解析：

热量自发传递是从高温到低温，从低温到高温不能自发，需外

界干预（如空调压缩机做功），故A错误；空调工作时，消耗电能，电能

最终转化为内能，使得室内与外界组成的系统总熵增加，故B错误；通过

压缩机做功（外界干预）使热量从低温到高温，不违反热力学第二定律，

故C正确；能量转化具有方向性，部分电能转化为机械能，是在一定条件

下进行的，不能说明能量转化不具有方向性，故D错误。12345678910116.

（2026·全国竞赛）一理想气体系统经历一循环过程

a→b→c→d→e→a，其p-V图像如图所示。该循环过程中，系统对外做功以

及吸、放热情况分别是（

）A.

正功，吸热B.

负功，放热C.

正功，放热D.

负功，吸热√1234567891011解析：

当气体体积增大时，气体对外界做功，气体体积减小时，外界

对气体做功；根据p-V图像与横轴围成的面积表示做功的大小，由题图可知

该循环过程中，气体对外界做功大小大于外界对气体做功大小，所以系统

对外做正功；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，由于该循环过程气体内能

变化量为0，外界对气体做负功，所以系统从外界吸热。故选A。12345678910117.

〔多选〕（2025·安徽淮南一模）一定质量的理想气体由状态a开始，经

历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其p-T图像如图所示，气体在三个状态

的体积分别为Va、Vb、Vc，压强分别为pa、pb、pc。已知pb＝p0，pc＝4p0，

则下列说法正确的是（

）A.

pa＝3p0B.

Vb＝4VcC.

从状态a到状态b，气体对外做功D.

从状态c到状态a，气体从外界吸热√√1234567891011

1234567891011

8.

〔多选〕（2024·海南高考11题）如图，一定质量的理想气体从状态a开

始经ab、bc、ca三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过坐标

原点O，下列说法正确的是（

）A.

bc过程外界对气体做功B.

ca过程气体压强不变C.

ab过程气体放出热量D.

ca过程气体内能减小√√1234567891011

12345678910119.

（2025·内蒙古乌兰察布一模）密闭容器