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第 3 讲 热力学定律与能量守恒定律
目标要求 1.理解热力学第一定律，知道改变内能的两种方式，并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.知道第一类永动机和第二类永动
机不可能制成．
考点一 热力学第一定律 能量守恒定律
1．改变物体内能的两种方式
(1)________；(2)传热．
2．热力学第一定律
(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________与外界对它所做的功
的和．
(2)表达式：ΔU＝________.
(3)表达式中的正、负号法则：
物理量 ＋ －
W ____对____做功 ____对____做功
Q 物体______热量 物体______热量
ΔU 内能________ 内能________
3.能量守恒定律
(1)内容
能量既不会凭空________，也不会凭空消失，它只能从一种形式________为其他形式，或者
从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量________________．
(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．(例如：机械能
守恒)
(3)第一类永动机是不可能制成的，它违背了________________________．
1．做功和传热改变物体内能的实质是相同的．( )
2．绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能一定减少20 J．( )
3．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．( )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：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)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，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(物体)对物体(外界)做的功等于物体内能的增
加(减少)；
(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收(放出)的热量等于物体内能的增加(减
少)；
(3)若在过程的初、末状态，物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界(物
体)对物体(外界)做的功等于物体放出(吸收)的热量．
例1 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功 7.0×104 J，气体内能减少
1.3×105 J，则此过程( )
A．气体从外界吸收热量2.0×105 J
B．气体向外界放出热量2.0×105 J
C．气体从外界吸收热量6.0×104 J
D．气体向外界放出热量6.0×104 J
听课记录：______________________________________________________________
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例2 (多选)(2021·湖南卷·15(1)改编)如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质
绝热活塞(截面积分别为S 和S)封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦．在左端
1 2
活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m.在此过程
中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变．整个过程环境温度和大气压强 p
0
保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g.下列说法正确的是( )
A．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变
B．整个过程，理想气体的内能增大
C．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于(pSh＋mgh)
0 1
D．左端活塞到达B位置时，外力F等于听课记录：______________________________________________________________
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考点二 热力学第二定律
1．热力学第二定律的两种表述
(1)克劳修斯表述：热量不能________从低温物体传到高温物体．
(2)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．或表
述为“________永动机是不可能制成的”．
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______增大的方向进行．
3．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律．
1．可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功．( )
2．热机中，燃气的内能可以全部变成机械能而不引起其他变化．( )
3．热量不可能从低温物体传给高温物体．( )
1．热力学第二定律的含义
(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．
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．
(1)高温物体低温物体．
(2)功热．
(3)气体体积V气体体积V(较大)．
1 2
3．两类永动机的比较
第一类永动机 第二类永动机
不需要任何动力或燃料，却能不 从单一热源吸收热量，使之完全变
设计要求
断地对外做功的机器 成功，而不产生其他影响的机器
不可能制成 违背能量守恒定律 不违背能量守恒定律，违背热力学的原因 第二定律
例3 (多选)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
听课记录：______________________________________________________________
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考点三 热力学第一定律与图像的综合应用
1．气体的状态变化可由图像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．
(4)在p－V图像中，图像与横轴所围面积表示气体对外界或外界对气体整个过程中所做的功．
例4 (2022·湖北卷·3)一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p－V图中a→c
直线段所示，状态b对应该线段的中点．下列说法正确的是( )
A．a→b是等温过程
B．a→b过程中气体吸热
C．a→c过程中状态b的温度最低
D．a→c过程中外界对气体做正功
听课记录：______________________________________________________________
例 5 (多选)如图所示，一定质量的理想气体在状态 A 时压强为 1.5×105 Pa，经历
A→B→C→A的过程，已知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的
3倍，下列说法中正确的是( )A．C→A的过程中外界对气体做功300 J
B．B→C的过程中气体对外界做功600 J
C．整个过程中气体从外界吸收600 J的热量
D．整个过程中气体从外界吸收450 J的热量
听课记录：______________________________________________________________
考点四 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6 (2021·江苏卷·13)如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在汽缸中，活塞的面积为
S，与汽缸底部相距L，汽缸和活塞绝热性能良好，气体的压强、热力学温度与外界大气相
同，分别为p 和T.现接通电热丝加热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向右移动距离 L后
0 0
停止，活塞与汽缸间的滑动摩擦力为f，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个过程中气体吸
收的热量为Q，求该过程中，
(1)内能的增加量ΔU；
(2)最终温度T.
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例7 如图所示，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活
塞，汽缸内密封有温度为2.4T 、压强为1.2p 的理想气体，p 和T 分别为外界大气的压强和
0 0 0 0
温度．已知气体内能U与温度T的关系为U＝aT，a为正的常量，容器内气体的所有变化过
程都是缓慢的，求：
(1)缸内气体与大气达到平衡时的体积V；
1
(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量．
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