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2024 年高考一轮复习100 考点100 讲
第16 章 热学
第16.10 讲 热力学定律
【知识点精讲】
一、热力学第一定律
1．改变物体内能的两种方式
(1)做
功
；(2)热传递。
做功和热传递对改变物体的内能具有等效性。
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热量与外界对它所做的功的和。
(2)表达式：ΔU＝Q ＋
W
。
（3）ΔU＝W＋Q 中正、负号法则
物理量
W
Q
ΔU
＋
外界对物体做功
物体吸收热量
内能增加
－
物体对外界做功
物体放出热量
内能减少
功W 的正、负可以根据系统的体积变化判断：
①体积增大→系统对外做功→W＜0；
②体积减小→外界对系统做功→W＞0。
3．对热力学第一定律的理解
(1)做功和热传递对改变系统内能具有等效性。
(2)做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能间的相互转化。
(3)热传递过程是系统与外界之间内能转移的过程。
4．热力学第一定律的三种特殊情况
(1)绝热过程：Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。
(2)不做功的过程：W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。
(3)内能不变的过程：W＋Q＝0，即物体吸收的热量全部用来对外做功，或外界对物体做的功等于物体
放出的热量。
5. 处理热力学第一定律与气体图象的综合问题的思路
（1）根据气体图象的特点判断气体的温度、体积的变化情况，从而判断气体与外界的吸、放热关系
1
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及做功关系。
（2）．在pV 图象中，图线与V 轴围成的面积表示气体对外界或外界对气体做的功。
（3）．结合热力学第一定律判断有关问题。
6.求解气体实验定律与热力学定律的综合问题的一般思路
二、热力学第二定律及微观意义
1．热力学第二定律的两种表述
(1)克劳修斯表述：热量不能自发地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“第二
类永动机是不可能制成的。”
2．热力学第二定律的实质是自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
（1）热传递具有方向性
两个温度不同的物体进行接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热
量传给高温物体。要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，来产生其他影响或引起其
他变化。
（2）气体的扩散现象具有方向性
两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，绝不会自发地
分开，成为两种不同的气体。
（3）机械能和内能的转化过程具有方向性
物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上
重新运动起来。
（4）气体向真空膨胀具有方向性
气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地再从容器中流回，使容器变为真空。
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3. 用熵的概念表示热力学第二定律
在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
4．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增大的方向进行。
5．对热力学第二定律“关键词”的理解
在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的含义。
(1)“自发地”指明了热传递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。
三、能量守恒定律和两类永动机
1．能量守恒定律
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另一种形式，或者从一个物体转移
到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
应用能量守恒定律解题的方法步骤
（1）认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化。
（2）分别写出减少的能量Δ E减和增加的能量Δ E增的表达式。
（3）根据下列两种思路列出能量守恒方程：Δ E减= Δ E增
①某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量与增加量一定相等。
②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量与增加量一定相等。
（4）解方程，代入数据，计算结果。
2．两类永动机
(1)第一类永动机：不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器。
违背能量守恒定律，因此不可能实现。
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(2)第二类永动机：从单一热源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。
违背热力学第二定律，不可能实现。
四.热力学第一定律与热力学第二定律的比较
（1）关于摩擦生热：热力学第一定律中，滑动摩擦力做功可以全部转化为热。热力学第二定律却说明这
一热量不可能在不引起其他变化的情况下完全变成功。
（2）关于热量的传递：热力学第一定律说明，热量可以从高温物体自动传向低温物体，而热力学第二定
律却说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体。
（3）关于能量：热力学第一定律说明在任何过程中能量必定守恒，热力学第二定律却说明并非所有能量
守恒过程均能实现，能量转化具有方向性。
（4）两定律的关系：热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及
热量与内能改变的定量关系，而热力学第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，
指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆。所以二者相互独立，又相互补充。
【最新高考题精练】
1．（2023 年6 月高考浙江选考科目）下列说法正确的是（ ）
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．液体的表面张力方向总是跟液面相切
C．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是不同的
D．当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
2. （2023 天津卷）如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则
气体（ ）
A. 对外做功
B. 内能减小
C. 吸收热量
D. 压强不变
3．（2022 高考北京卷）如图所示，一定质量的理想气体从状态a 开始，沿图示路径先后到达状态b 和c。
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下列说法正确的是（ ）
A．从a 到b，气体温度保持不变 B．从a 到b，气体对外界做功
C．从b 到c，气体内能减小 D．从b 到c，气体从外界吸热
4. （2022 高考河北）如图，绝热密闭容器中装有一定质量的某种理想气体和一个充有同种气体的气球。
容器内温度处处相同。气球内部压强大于外部压强。气球慢慢漏气后，容器中气球外部气体的压强将
______（填“增大”“减小”或“不变”）；温度将______（填“升高”“降低”或“不变”）。
5（4 分）（2022 重庆高考）2022 年5 月15 日，我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造了海拔9032
米的大气科学观测世界纪录。若在浮空艇某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则
艇内气体（ ）（视为理想气体）
A．吸收热量 B．压强增大 C．内能减小 D．对外做负功
6（2022·全国理综甲卷·33（1））（5 分）一定量的理想气体从状态a 变化到状态b，其过程如
图上
从a 到b 的线段所示。在此过程中________。（填正确答案标号。选对1 个得2 分，选对2 个得4 分，选对
3 个得5 分；每选错1 个扣3 分，最低得分为0 分）
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A．气体一直对外做功
B．气体的内能一直增加
C．气体一直从外界吸热
D．气体吸收的热量等于其对外做的功
E．气体吸收的热量等于其内能的增加量
7（6 分）（2022·高考广东物理）利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过
程__________（选填“是”或“不是”）自发过程。该过程空调消耗了电能，空调排放到室外环境的热量
__________（选填“大于”“等于”或“小于”）从室内吸收的热量。
8（2022·全国理综乙卷·33）（1）一定量的理想气体从状态a 经状态b 变化状态c，其过程如
图上的
两条线段所示，则气体在（ ）
A. 状态a 处
压强大于状态c 处的压强
B. 由a 变化到b 的过程中，气体对外做功
C. 由b 变化到c 的过程中，气体的压强不变
D. 由a 变化到b 的过程中，气体从外界吸热
E. 由a 变化到b 的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能
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9. （2022 山东物理）如图所示，内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时气
缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将气缸缓慢转动
过程中，缸内气体（ ）
A. 内能增加，外界对气体做正功
B. 内能减小，所有分子热运动速率都减小
C. 温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D. 温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
10.（1）（4 分）（2022 重庆高考）2022 年5 月15 日，我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造了海
拔9032 米的大气科学观测世界纪录。若在浮空艇某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不
变，则艇内气体（ ）（视为理想气体）
A．吸收热量 B．压强增大 C．内能减小 D．对外做负功
【最新模拟题精练】
1.．(2023 湖北孝感期末)电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成一个密闭的连通系统，
制冷剂在连通系统内循环流经这四个部分。各部分的温度和压强如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．冷凝器向环境散失的热量可能小于蒸发器从冰箱内吸收的热量
B．该过程实现了热量从低温物体向高温物体传递，符合热力学第二定律
C．制冷剂在蒸发器中的状态可以看成理想气体
D．制冷剂在通过冷凝器的过程中分子势能和分子动能都增大
2. （2023 天津南开区一模）某地突发洪涝灾害，救援人员驾驶气垫船施救，到达救援地点后，将围困在
水中的群众拉上气垫船，如图所示。若在救援人员将群众拉上气垫船的过程中，气垫船中气垫内的气体视
为理想气体温度不变，气垫不漏气，则在该过程中，下列说法正确的是（ ）
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A. 气垫内的气体内能增加
B. 外界对气垫内的气体做负功
C. 气垫内的气体从外界吸收热量
D. 气垫内的气体单位时间、单位面积撞击气垫壁的分子数增加
3. 物理兴趣小组用棕色玻璃小药瓶制作的浮沉子，其下端开有小孔，水可通过小孔进出瓶体。如图所示，
去掉矿泉水瓶的盖子，把浮沉子放入矿泉水瓶中，并使之悬浮在矿泉水瓶中的水中间，再拧紧矿泉水瓶的
盖子，将空气视为理想气体，分别完成以下两种操作：
操作一：环境温度恒定不变，用手缓慢捏扁矿泉水瓶，观察浮沉子的升降情况；
操作二：放入冰箱降温。
根据热力学第一定律分析能量的变化情况，下列判断正确的是（ ）
A.操作一中，小药瓶缓慢上浮，药瓶内气体的内能增加
B.操作一中，小药瓶加速下沉，药瓶内气体的内能不变
C.操作二中，药瓶内气体的内能增加
D.操作一中，小药瓶内气体从外界吸收热量
4.（2023 浙江舟山质检）一定质量的理想气体经历了
的循环，其
图像如图所示，下列说法
正确的是（ ）
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A. 状态B 时，气体分子的平均动能比状态A 时气体分子的平均动能大
B. 由C 到D 的过程中，气体是等温变化
C. 由B 到C 的过程中，气体要放出热量
D. 经历
一个循环，气体吸收的总热量大于释放的总热量
5. （2022 年9 月甘肃张掖一诊）关于热力学定律，下列说法正确的是（ ）
A. 理想气体绝热膨胀，内能一定减少
B. 相同质量的理想气体，温度相同，则内能相同
C. 热量可以从内能小的物体自发地传递到内能大的物体
D. 可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
E. 功变为热的实际宏观过程是不可逆的
6. . （2022 天津河东二模）李宁气垫鞋是篮球爱好者们很喜欢的运动鞋。某款李宁气垫鞋底部装有一种由
小分子铸膜材料制作的气垫，气垫内封闭着一定量的气体。一同学穿着该款鞋子打篮球时，他跳跃起一定
高度抢到篮板球后双脚稳稳落地。研究他双脚着地的短暂过程，不计气垫内气体分子间的相互作用则（
）
A. 气垫内的气体对外做功，气体密度减小
B. 外界对气体做功等于气体向外传递的热量
C. 气垫内的气体的温度升高，气垫内所有气体分子热运动的速率均增大
D. 外界对气垫内的气体做功，气体内能增大
7. （2022 陕西宝鸡陈仓区二模）关于分子动理论及热力学定律，下列说法正确的是（ ）
A. 物体可以从单一热源吸收热量全部用于做功
B. 温度高的物体内能一定大
C. 一个气体分子的实际体积等于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比
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D. 气体从外界吸收热量，其内能不一定增加
E. 热量可以从低温物体传到高温物体
8. （2022 河北重点中学期中素养提升）如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5 根轻杆和转轴构成，轻
杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展面“划水”，推动转轮转动。
离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是（ ）
A. 转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B. 转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C. 转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D. 叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
9. （2022·山东滨州二模）下列说法正确是（ ）
A. 晶体熔化时吸收热量，分子的平均动能增大，内能增加
B. 用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这是分子间存在引力的宏观表现
C. 第一类永动机和第二类永动机都因违背了能量守恒定律而不可能实现
D. 一杯水里放几粒食盐，过一段时间水都变咸了，是由于食盐分子做布朗运动造成的
。
10．（2021 东北三省四市教研联合体模拟）下列说法正确的是（ ）
A. 一定量的某种理想气体在等压膨胀的过程中，内能一定增加
B. 第二类永动机违背了热力学策一定律
C. 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
D. 热量不能从低温物体传到高温物体
E. 能源的使用过程，能量的总量守恒，但可利用能源会逐步减少，因此节约能源是我们每个人的责任
11. （2022 湖南长沙周南中学模拟）下列说法正确的是（ ）
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A. 当氢气和氧气温度相同时，两种气体分子的平均速率不相等
B. 扩散现象只能在气体或液体中发生，在固体中不能发生
C. 分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小
D. 当液体与空气接触时，液体表层分子的势能比液体内部分子的势能小
E. 热力学第二定律揭示了一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
12. (2022 上海七宝中学模拟)关于物体的内能，下列说法正确的是（ ）
A. 一定质量的
的冰融化为
的水时，分子势能减小
B. 热量可以从低温物体传向高温物体，能够说明宏观过程的方向性
C. 通电时电阻发热，它的内能增加是通过热传递方式实现的
D. 物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度有关
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