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2024 年高考物理一轮复习模型及秒杀技巧一遍过
模块11 热学、光学各模块大招
第03 讲 热力学定律模型
（原卷版）
目录
【内容一】 热力学第一定律考点分析模型......................................................................................................1
【内容二】 热力学第二定律考点分析模型......................................................................................................3
【内容三】 热力学第一定律与气体实验定律分析步骤..................................................................................5
技巧总结
技巧总结
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．
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热量与外界对它所做的功
的和．
(2)表达式：ΔU＝Q＋W.
技巧1：热力学第一定律
(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析．
(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，则不发生热传递，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．
技巧2：三种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加；
(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加；
(3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0 或W＝－Q，外界对
物体做的功等于物体放出的热量．
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．热力学第二定律的应用价值
1
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一切自发过程总是沿着分子热运动的无序度增大的方向进行．
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．
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
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对外或外界对气体整个过程中所做的功．
模型演练
例1．北方室内供暖后，室、内外温差会很大，正所谓“窗外寒风刺骨，屋内温暖如
春”。现将一导热性能良好的的敞口空瓶在室外静置一段时间，等充分热交换后，盖
紧塞子，把瓶子拿回室内。设盖好瓶塞后瓶子密闭良好，瓶内气体可视为理想气体。
在室内充分热交换后，瓶内气体（ ）
A．与室内空气达到热平衡，其标志是与室内气体的压强相等
B．温度升高，所有分子热运动的速率都增大，气体对瓶子内壁和瓶塞做正功
C．压强增大，分子对瓶和塞内侧单位面积上的压力增大
D．内能减小，气体分子因活跃运动而减少了内能
解：A．在室内充分热交换后，瓶内气体吸收热量与室内空气达到热平衡，根据热平
衡定律，温度相等是达到热平衡的标志，A 错误；
B D．根据热力学第一定律，瓶内气体体积不变，不参与做功，吸收热量，内能增大，
温度升高，分子热运动的平均速率增大，并不是所有分子热运动的速率都增大，不同
2
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时刻，每个气体分子的速率也在变化，BD 错误；
C．根据查理定律，瓶内气体体积不变，温度升高，压强增大，根据压强的微观意义可
知，分子对单位面积上的压力增大，C 正确。
故选C。
例2．一定质量的理想气体从状态
经过状态
变化到状态
再回到状态
，其
图像如图所示。
三点在同一直线上，
与纵轴平行，则下列说法不正确的
是（ ）
A．
过程中，单位时间内打到容器壁上单位面积的分子数增多
B．
过程中，气体吸收热量
C．
过程中，气体放出的热量比外界对气体做的功多
D．
过程中，速率大的分子数增多
解：A．
过程中，气体体积减小，温度不变，压强增大，单位时间内打到容器
壁上单位面积的分子数增多，A 项正确，不符合题意；
B．
过程中，温度不变，内能不变，外界对气体做功，根据热力学第一定律可
知，气体放出热量，B 项错误，符合题意；
C．
过程中，气体压强不变，体积减小，温度降低，内能减小，外界对气体做
功，根据热力学第一定律，气体放出热量，且放出热量比外界对气体做的功多，C 项
正确，不符合题意；
D．
过程中，温度升高，速率大的分子数增多，D 项正确，不符合题意。故选
B。
例3．一定质量的理想气体，经过一个压缩过程后，体积减小为原来的一半，这个过
程可以是等温的、绝热的或等压的过程，如图所示，关于这三个过程，下列说法正确
的是（ ）
3
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A．绝热过程不做功B．a、b、c、d 中d 的温度最高
C．等压过程内能减小D．等温过程要吸热
解：A．由
图像知ab 是等压过程，a、c 两状态的压强与体积乘积为一个定值
，即ac 是等温过程，则ad 是绝热过程；
图像中面积表示气体做功，由图像
知
即绝热过程外界对气体做功，故A 错误；
B．比较b、c、d 三个状态，由于体积相等，根据
由图像可知b、c、d 三个状态的温度高低关系为
由于a、c 两状态的温度相等，则a、b、c、d 中d 的温度最高，故B 正确；
C．等压过程，气体的体积减小，根据
可知气体的温度降低，则气体的内能减小，故C 正确；
D．等温ac 过程，气体的内能不变，根据热力学第一定律有
气体体积减小，外界对气体做功，则气体放热，故D 错误。故选BC。
例4．一定质量的理想气体封闭在气缸中，气体由状态A 经状态B、C 最终变化到D，
该过程中气体的V-T 图像如图，O、A、D 三点共线。下列说法正确的是（ ）
A．气体由A 到B 一定是从外界吸收热量
B．气体在状态A 单位时间对单位面积器壁的冲量小于在状态B 的冲量
C．气体由B 到C 从外界吸收热量
D．气体由C 到D 对外做的功大于从外界吸收的热量
E．气体在状态A 与状态D 的压强相等
4
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解：A．气体由A 到B 体积减小，外界对气体做功，温度升高，气体的内能增加，由
热力学第一定律可知，该过程气体不一定从外界吸收热量，故A 错误；
B．根据理想气体状态方程
可知，状态A 的压强小于状态B，则状态A 气体对
单位面积压力更大，根据
可知，状态A 单位时间对单位面积器壁的冲量更小，
故B 正确；
C．气体由B 到C，体积不变，气体不做功，温度升高，气体的内能增加，由热力学第
一定律可知气体从外界吸收热量，故C 正确；
D．气体由C 到D 的过程，做等温变化，气体的内能不变，体积增大，气体对外做功，
由热力学第一定律可知，气体对外做的功等于从外界吸收的热量，故D 错误；
E．由
，得
因为O、A、D 三点共线，气体在状态A、D 的压强相等，故E 正确。
故选CBE。
例5．一定质量的理想气体，状态变化依次经历从Ⅰ→Ⅱ，再从Ⅱ→Ⅲ的过程，其压
强p 和温度T 的关系如图所示，根据
图像，下列说法正确的是（ ）
A．状态Ⅰ的体积小于状态Ⅲ的体积
B．状态Ⅰ的内能大于状态Ⅲ的内能
C．从Ⅰ→Ⅱ过程，气体从外界吸热
D．从Ⅱ→Ⅲ过程，气体的分子数密度增
大
解：AD．由理想气体的状态方程
，可得
，即
图线上的点与坐标
原点连线的斜率与体积成反比，由题图可知，气体从状态Ⅰ到状态Ⅱ体积不变，做等
容变化，Ⅰ到Ⅱ图线的斜率大于OⅢ连线的斜率，则有
可知状态Ⅰ的体积小于状态Ⅲ的体积；可知从Ⅱ→Ⅲ过程，气体的分子数密度减小，
A 正确，D 错误；
B．由题图可知
，可知状态Ⅰ的内能小于状态Ⅲ的内能，B 错误；
C．理想气体从Ⅰ→Ⅱ过程，温度升高，内能增大，即
，从状态Ⅰ到状态Ⅱ气
5
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体做等容变化，则
，由热力学第一定律
，可知
，气体从外界吸
热，C 正确。故选AC。
例6．如图为一定质量的某理想气体经历状态变化的过程，下列说法正确的是
（ ）
A．等压变化过程，气体内能减小
B．绝热变化过程，气体内能减小
C．等温变化过程，气体吸收热量
D．整个循环过程，气体对外做功
解：A．在等压变化过程中，体积增大，温度升高，气体的内能增加，A 错误；
B．在绝热变化过程中，体积增大，气体对外做功，但没有热交换，根据热力学第一定
律，内能减小，B 正确；
C．在等温变化过程中，体积减小，外界对气体做功，但内能不变，说明气体放出热量，
C 错误；
D．p-V 图线下方面积表示做功大小，显然等压、绝热两过程气体对外做功大于等温过
程外界对气体做功大小，所以整个过程气体对外做功，D 正确。故选BD。
例7．煤气罐是部分家庭的必需品，安全使用煤气罐是人们比较关注的话题.煤气罐密
封性良好，将一定量的天然气封闭在罐中，假设罐内的气体为理想气体。当罐内气体
温度升高时，则下列说法正确的是（ ）
A．罐内气体的压强增大，内能减小
B．罐内气体从外界吸收热量，内能增加
C．单位时间内撞击在单位面积煤气罐上的分子数增多
D．罐内气体对外界做功，气体的分子平均动能减小
E．气体的平均速率增大，但不能保证每个分子的运动速率都增大
解：A．温度升高，体积一定时，一定质量的气体压强增大，内能增加，A 错误；
B．由热力学第一定律知，温度升高，体积一定，气体内能增加，做功为零，则必然吸
热，B 正确；
C．虽然体积不变，分子疏密度不变，但是由于温度升高，气体分子热运动剧烈程度增
加，故单位时间内撞击在单位面积煤气罐上的分子数增多，C 正确；
D．体积不变，罐内气体不对外做功，温度升高，气体分子平均动能增大，D 错误；
E．气体分子平均速率增大，但不能保证每个分子的运动速率都增大，E 正确。故选
BCE。
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例8．一定质量的理想气体，从初始状态
经状态
再回到
，它的压强
与体
积
的变化关系如图所示，
为一平行四边形．下列判断正确的是（ ）
A．气体在状态
的温度大于在状态的温度
B．
过程，气体向外界放出的热量大于
C．
过程，气体吸收的热量小于它增加的内能
D．
过程气体内能的增加量等于
过程它向外界放出的热量
E．从初始状态
经状态
再回到
的过程，气体吸收的热量为
解：A．根据理想气体状态方程可知
可知pV 乘积正比于温度，由图可知
＞
可知气体在状态
的温度小于在状态的温度，故A 错误；
B．
过程，由图可知体积减小，外界对气体做正功，由图线与横轴所围的面积可
得
由pV 乘积正比于温度，可知
过程温度降低，内能减小，即
＜0
根据热力学第一定律知
可知气体向外界放出的热量大于
，故B 正确；
C．
过程，气体做等容变化，气体不做功，压强增大，温度升高，气体内能增大，
根据热力学第一定律可知
气体吸收的热量等于它增加的内能，故C 错误；
D．由于
=
则Tb=Td可知
过程，气体做等容变化，气体不做功，则
所以
过程气体内能的增加量等于
过程它向外界放出的热量，故D 正确；
E．从初始状态
经状态
再回到
的过程，气体温度不变，内能不变，气体对
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外做功， 由图像面积可得
由热力学第一定律可知
所以气体吸收的热量为
，故E 正确。
故选BDE。
例9．如图所示，一个内部带有气密性良好活塞的绝热气缸，在其顶部开口并带有卡
环。忽略气缸壁及活塞的厚度，如果气缸高为H，横截面积为S。初始时，活塞位于气
缸一半高度处且与两根已被压缩了0.25H 的弹簧相连，缸内气体初始温度为
，不计
一切摩擦，其中每根弹簧劲度系数
，活塞质量为
。现在通过气缸内
的电热丝加热气体，活塞缓缓上升，直至刚好到达气缸顶部，求：
（1）求初始状态时，被封闭气体的压强p；
（2）求活塞刚好到达气缸顶部时封闭气体的温度T；
（3）若已知在整个加热过程中，气体吸收热量为Q，求气体内能的变化量
。
解：（1）温度为
时，对活塞，根据平衡条件有
解得
（2）活塞恰好到达气缸顶部的过程中，气体压强体积温度都在变化，则末状态的压强
关系为
解得
根据理想气体状态方程
解得
（3）第一解法：对活塞由动能定理
解得
根据热力学第一定律可得
第二解法：当气体温度为
时，体积为0.5HS；当活塞恰好到达气缸顶部时，气体温
8
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度升高的过程中，气体做体积变大压强变大的变化，在这个过程中，压强关于上升高
度成线性关系，故有气体对外做功为
根据热力学第一定律可得
例10．一定质量的理想气体，从状态A 开始，经历B、C 两个状态又回到状态A，压
强p 与体积V 的关系图像如图所示，BC 与纵轴平行，CA 与横轴平行，AB 的反向延长
线经过坐标原点O，已知三角形ABC 的面积为
，气体在状态 B 的温度为
，再根
据图像所提供的其它已知信息来分析，求：
（1）气体在状态B 的体积以及在状态A 的温度；
（2）气体从状态A 到状态B 对外界做的功。
解：（1）设气体在状态 A、B 的体积分别为
，AB 的反向延长线经过坐标原
点O，由正比例函数关系可得
三角形ABC 的面积为
，则有
综合解得
、
A 到B 由理想气体状态方程可得
综合解得
（2）由功的定义可得气体对外界做的功等于p—V 关系图像与横轴所围成的面积则气
体从状态A 到状态B 气体对外界做的功为
综合计算可得
对应题型精炼
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1．一定质量的理想气体经过一系列变化过程，如图所示，下列说法中正确的是
（ ）
A．a→b 过程中，气体体积变大，放出热量
B．b→c 过程中，气体温度不变，气体对外界做功
C．c→a 过程中，气体体积变小，放出热量
D．c→a 过程中，气体压强增大，外界对气体做功
2．一定质量理想气体的状态变化如图所示，
为
圆弧，
为半径相同的
圆弧。
气体从状态
经状态
、、
，最终回到状态
，则（ ）
A．从状态到状态
是等温膨胀过程
B．从状态
到状态，气体吸收热量，内能不变
C．处于状态时气体分子单位时间撞击单位面积的次数一定比状态
少
D．从状态
经
、、
回到状态
，气体吸收热量
3．如图所示为打气筒模型图，在给自行车打气的过程时，首先迅速压下打气筒活塞，
当打气筒内气体压强大于某个值时筒内阀门打开，气体开始进入自行车车胎内，反复
操作。完成打气过程，设筒内气体在进入车胎前质量不变，气体可以看成理想气体，
下列有关筒内气体在进入车胎前的说法中正确的是（ ）
A．迅速压下打气筒活塞过程中筒内气体温度升高
B．迅速压下打气筒活塞过程中筒内气体内能不变
10
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C．压下打气筒活塞过程中筒内气体压强增大
D．压下活塞过程中越来越费力是因为筒内气体分子间一直表现为斥力，并且越来
越大
4．如图所示，“奥托循环”由两条绝热线和两条等容线组成，其中，a→b 和c→d 为
绝热过程，b→c 和d→a 为等容过程。下列说法正确的是（ ）
A．a→b 过程中，气体对外界做功
B．d→a 过程中，气体从外界吸收热量
C．b→c 过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增多
D．c→d 过程中，单位体积内气体分子数减少
5．下列说法正确的是（ ）
A．晶体一定具有固定的熔点，但不一定具有规则的几何外形
B．一定质量的理想气体，如果体积不变，分子每秒平均碰撞器壁次数随着温度的
降低而增大
C．一定质量的理想气体等压膨胀过程中一定从外界吸收热量
D．当两分子间的作用力表现为斥力时，分子间的距离越大，分子势能越大
6．一定质量的理想气体，状态从
的变化过程可用如图所示的
图线描述，其中
为等温线，气体在状态A 时的温度为T=300K。下列说法
正确的是（ ）
A．气体在状态C 时的温度
B．从A 到C 过程外界对气体做了600J 的功
C．气体从状态D 变化到状态A，单位体积内的气体分子数减小，气体分子的平均
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动能不变
D．若气体从D 到A 过程中外界对气体做功为250J，则气体从
（一次循环）过程中气体吸收的热量为250J
7．如图所示，一定质量的理想气体从A 到B 到C 又回到A，其中有一个为绝热过程，
有一个为等温过程，有一个为等容过程，则下列说法正确的是（ ）
A．A 到B 是等温过程
B．从B 到C 的过程，气体从外界吸收热量
C．全过程气体从外界吸收热量
D．C 到A 的过程，气体内能不变
E．A、B、C 三状态相比，A 状态气体分子单位时间对单位面积器壁的碰撞次数最
多，B 状态气体分子单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数最少
8．一定质量的理想气体从状态A 变化到状态B，再到状态C，最后回到状态A，其状
态变化过程的
图像如图所示，已知该气体在状态A 时的体积为
，T 为
热力学温度.下列说法正确的是（ ）
A．气体在状态A 时的密度大于在状态C 时的密度
B．气体从状态A 到状态B 的过程中向外界放出热量
C．气体在状态B 时的体积为
D．气体从状态B 到状态C 再到状态A 的过程中向外放出400J 热量
9．一定质量的理想气体从状态A 开始，经历一系列变化回到原状态的p-V 图像如图所
示，其中
过程中气体的热力学温度始终为T1，
过程中气体与外界没有热
交换，
过程中气体的热力学温度始终为T2，
过程中气体与外界也没有热
12
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交换，此过程称为卡诺循环。关于卡诺循环，下列判断正确的是（ ）
A．
B．
过程中，气体向外界放热
C．
过程中，外界对气体做功
D．
过程中，气体分子的平均动能不断变大
E．图像围成的面积等于一个循环气体对外界做的功
10．如图，一定质量的理想气体从状态A 经过等压变化到状态B，再经过等容变化到
状态C，最终经过等温变化回到初始状态A。则从A 到B 过程气体的内能 （填
“变大”、“不变”或“变小”），B 到C 过程外界对气体 （填“做正功”、
“做负功”或“不做功”），C 到A 过程气体 （填“吸热”、“放热”或“不
吸热不放热”）。
11．如图所示，一定质量的理想气体从状态A 经过等压变化到状态B，再经过等容变
化到状态C，最终经过等温变化回到初始状态A。已知从状态A 到状态B 的过程中，
气体吸收了300J 的热量，从A 到B 过程气体的内能变化
J，B 到C
过程中气体 （填“吸热”、“放热”或“不吸热不放热”），C 到A 过程中
气体 （填“吸热”、“放热”或“不吸热不放热”）。
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12．如图所示，长为0.5m、内壁光滑的汽缸固定在水平面上，汽缸内用横截面积为
的活塞封闭有压强为
、温度为27℃的理想气体，开始时活塞位于汽
缸底30cm 处。现对封闭的理想气体加热，使活塞缓慢向右移动。（已知大气压强为
）
（1）试计算当温度升高到427℃时，缸内封闭气体的压强；
（2）若在此过程中封闭气体共吸收了800J 的热量，试计算气体增加的内能。
13．一定量的理想气体从状态A 开始，经历A、B、C 三个状态变化，其压强p 与体积
V 的关系图像如图所示。已知状态A 的温度为
。
（1）求状态C 的温度
；
（2）类比直线运动中根据速度一时间图像求位移的方法，求过程
，气体对外界
做的功W；
（3）求过程
中，气体从外界吸收的热量Q。
14．如图所示，开口端向下的竖直试管位于湖面上方的位置，现用外力
将试管竖
直向下缓慢推入湖水中，当试管下降到d 位置时，试管内的水面刚好上升到试管的正
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中间。已知试管质量
，长度
，横截面积
，大气压强
，重力加速度
，湖水的密度
。设湖水中各处的温
度均相等，试管壁的厚度可忽略不计，试管内空气质量保持不变。
（1）判断在缓慢推入湖水的过程中试管内气体是吸热还是放热？
（2）求试管处于d 位置时管内水面到湖面的高度差；
（3）求试管在d 位置撤去外力
瞬间的加速度
的大小和方向；
（4）求试管由位置到d 位置过程中湖水的重力势能增加的数值。
15．暴雨季节，路面水井盖因排气孔（如图甲）堵塞可能会造成井盖移位而存在安全
隐患。如图乙所示，某次暴雨，水位以50mm/h 的速度迅速上涨，质量为m = 36kg 的
某井盖排气孔被堵塞且与地面不粘连，圆柱形竖直井内水面面积为S = 0.4m2，水位
与井盖之间的距离为h = 2.018m 时开始计时，此时井内密封空气的压强恰好等于大气
压强p0= 1.00 × 105Pa，若空气视为理想气体，温度始终不变，g = 10m/s2。
（1）在井盖被顶起前外界对井内密封空气做了725J 的功，则该气体吸热还是放热？
吸收或放出的热量为多少？
（2）求密闭空气的压强为多大时井盖刚好被顶起；
（3）求从图示位置起，历经多长时间水井盖会被顶起。
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