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第50 讲 热力学定律与能量守恒定律
目录
01 考情解码·命题预警...............................................................................................................................1
02 体系构建·思维可视...............................................................................................................................3
03 核心突破·靶向攻坚...............................................................................................................................4
考点一 热力学第一定律 ........................................................................................................4
知识点1 热力学第一定律..........................................................................................................4
知识点2 热力学定律的理解.......................................................................................................4
考向 热力学第一定律的理解及应用.............................................................................................5
考点二 热力学第二定律 .............................................................................................................6
知识点1 热力学第二定律............................................................................................................6
知识点2 热力学第一、第二定律的比较.......................................................................................7
考向 热力学第二定律..................................................................................................................8
考点三 与气体图像的综合应用 ..................................................................................................9
知识点 处理与气体图像的综合问题的思路..................................................................................9
考向1 热力学第一定律与气体p-T 图像的综合...........................................................................9
考向2 热力学第一定律与气体V-T 图像的综合...........................................................................9
考向3 热力学第一定律与气体p-V 图像的综合.........................................................................10
考点三 与气体实验定律的综合应用 ....................................................................................12
知识点 与气体实验定律的综合问题的思路................................................................................12
考向 与气体实验定律的综合问题..............................................................................................13
04 真题溯源·考向感知.............................................................................................................................15
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考点
要求
考频
2025 年
2024 年
2023 年
（1）热力学第一
定律
（2）热力学第二
定律
理解
高频
2025•福建T9
2024•福建T9
2023•福建T11
考情分析：
1.命题形式：单选题非选择题
2.命题分析：高考对热力学定律的考查较为频繁，题目以选择题和计算题出现较多，选择题的难度较为简
单，计算题难度相对较高。福建近三年考查以填空题为主。
3.备考建议：本讲内容备考时候，着重理解和掌握热力学第一定律和第二定律，注意概念的理解和易混概
念的区别，能够熟练处理热力学第一定律与气体实验定律相结合的问题。
4.命题情境：
①生活实践类：解释摩擦生热/物体升温，解释冰箱/空调制冷原理，永动机不可能性等；
②学习探究类：制冷技术发展与应用，热力发电厂能量流程分析，热力学循环计算与分析。
5.常用方法：图像分析法
复习目标：
1.理解热力学第一定律，会用热力学第一定律分析有关问题。
2.理解热力学第二定律，知道热现象的方向性。
3.会分析热力学第一定律与气体实验定律的综合问题。
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考点一 热力学第一定律
知识点1 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
。
(3)符号法则
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
知识点2 热力学定律的理解
1．对热力学第一定律的理解
(1)做功和热传递在改变系统内能上是等效的。
(2)做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能的相互转化。
(3)热传递过程是系统与外界之间内能的转移。
2．热力学第一定律的三种特殊情况
(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，则W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。
(3)若过程的始、末状态物体的内能不变，则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。
考向 热力学第一定律的理解及应用
例1 （2023·福建漳州·模拟）关于热力学定律，下列说法正确的是___________。
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A．科技的进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机
B．物体对外做功，其内能一定减少
C．气体向真空膨胀时虽然不对外做功，但系统的熵是增加的
D．制冷设备实现从低温热源处吸热，并在高温热源处放热，没有违反热力学第二定律
E．第一类永动机不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律
【答案】CDE
【详解】A．根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化，故A 错
误；
B．根据热力学第一定律，物体对外做功，同时物体吸热，则其内能不一定改变，故B 错误；
C．熵是物体内分子运动无序程度的量度，气体向真空膨胀时虽然不对外做功，但系统的熵是增加的，故
C 正确；
D．制冷设备可实现从低温热源处吸热，并在高温热源处放热，故D 正确；
E．第一类永动机不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律，故E 正确。
故选CDE。
【变式训练1】（2024·福建厦门·三模）如图所示，小云将瘪了的乒乓球放在电吹风的上方，电吹风向上吹
热风，过一会儿乒乓球就鼓了起来。乒乓球导热性能良好且无破损，球内气体可视为理想气体，则此过程
中，球内气体分子的平均动能 （选填“增大”“减小”或“不变”），球内气体内能的增加量
（选填“大于”“等于”或“小于”）吸收的热量。
【答案】 增大 小于
【详解】[1] 乒乓球导热性能良好，故吹热风，乒乓球内部气体温度升高，故球内气体分子的平均动能增
大；
[2]根据热力学第一定律
气体体积增大，故气体对外界做功，
，温度升高，内能增大，故球内气体内能的增加量小于吸收的
热量。
【变式训练2】（2025·福建福州·模拟预测）一定质量的理想气体，从状态A 到状态B 到状态C，其密度的
倒数ρ-1与温度T 的关系图像如图所示，AB 的反向延长线经过坐标原点O，BC 与横轴平行，则气体从状态
A 到状态B，做 变化（填“等压”或“等容”）；气体从状态A 到状态B 是 （填“吸热”或
“放热”）过程。
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【答案】 等压 吸热
【详解】[1]根据
，可得
，对一定质量的理想气体，气体的体积与密度的倒数成正比，则
ρ-1-T 图像的本质是V-T 图像，由
，可得
，当ρ-1-T 图像是经过坐标原点的一条倾斜直线时，
V-T 图像也是经过坐标原点的一条倾斜直线时，其斜率
是定值，结合C 为常数，可得p 是定值，则
气体从状态A 到状态B 做等压变化。
[2]由题图可知从状态A 到状态B，温度升高，内能增大，根据
可知体积增大，气体对外界做功，根
据热力学第一定律
，得气体从外界吸热。
考点二 热力学第二定律
知识点1 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。
2．热力学第二定律的“熵”描述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
3.热力学第二定律的含义
(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。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温
膨胀过程。
4．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。
知识点2 热力学第一、第二定律的比较
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热力学第一定律
热力学第二定律
定律揭
示的
问题
从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改
变量三者的定量关系
自然界中出现的宏观过程是有方向性
的
机械能
和内能
的转化
当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内
能
内能不可能在不引起其他变化的情况
下完全变成机械能
热量的
传递
热量可以从高温物体自发传向低温物体
说明热量不能自发地从低温物体传向
高温物体
两定律
的关系
在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础
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，违背热力学第
二定律
考向 热力学第二定律
例1 （2023·福建莆田·模拟预测）有一种新式高压锅，它的主体是用排气阀将一绝热容器隔成A 和B 两部
分，A 中有一定质量的气体（视为理想气体），B 为真空。现把排气阀打开，A 中的气体自动充满整个容
器，这个过程可以认为是气体的自由膨胀。气体膨胀后的压强 （填“大于”、“小于”或“等
于”）膨胀前的压强；经足够长的时间，容器中的气体 （填“能”或“不能”）全部自动回到A 部
分。
【答案】 小于 不能
【详解】[1] A 中的气体自动充满整个容器，这个过程可以认为是气体的自由膨胀，自由膨胀过程气体不做
功，既有
W=0
容器为绝热容器，则有
Q=0
根据热力学第一定律可知
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即气体内能不变，可知气体温度不变，根据
体积增大，则压强减小；
[2]根据热力学第二定律可知，经足够长的时间，容器中的气体不能全部自动回到A 部分。
【变式训练1·变载体】（2023·福建漳州·模拟）用图示实验装置来测量大气压强，将一定质量不溶于水的
理想气体密封在烧瓶内，烧瓶通过细玻璃管与注射器和装有水银的U 形管连接，最初竖直放置的U 形管左
右两边的水银面等高，烧瓶中气体体积为600 mL。现用注射器缓慢向烧瓶中注入150 mL 的水，稳定后水
银面的高度差为25 cm，不计细玻璃管和U 形管中气体的体积，环境温度不变。则（ ）
A．注水过程中瓶中气体体积不变
B．注水过程中瓶中气体内能变小
C．注水过程中瓶中气体放热
D．大气压强为75 cmHg
【答案】CD
【详解】A．由题可知，水进入瓶中，则瓶中气体体积变小，故A 错；
B．气体的内能是由温度和物质的量的多少决定的，一定质量的气体，温度不变，内能也不变，故B 错误；
C．因为体积减少，说明外界对气体做功，，有热力学第二定律
气体内能不变，则气体对外放热，故C 对；
D．开始气压为大气压强，设为
，初始
，注水后
所以由玻意耳定律有
可得出
故D 对。
故选CD。
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考点三 与气体图像的综合应用
知识点 处理与气体图像的综合问题的思路
处理热力学第一定律与气体图像的综合问题的思路：
(1)根据气体图像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、放热关系及做功
关系。
(2)在pV 图像中，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。
考向1 热力学第一定律与气体p-T 图像的综合
例1 （2024·福建三明·一模）一定质量的理想气体从状态a 开始，经历三个过程ab、bc、ca 回到原状态，
其压强p 与温度t 的关系图像如图所示，气体在a 状态时的体积 在b 状态时的体积；气体在b 状
态的内能 c 状态的内能；气体在过程ca 中向外界放出的热量 外界对气体做的功。（都
填“大于”“等于”“小于”）
【答案】 等于 等于 大于
【详解】[1]直线ab 过绝对零点，可知ab 为等容线，则气体在a 状态时的体积等在b 状态时的体积；
[2]气体在bc 状态时温度相同，可知气体在b 状态的内能等于c 状态的内能；
[3]气体在过程ca 中温度降低，内能减小，压强不变，体积减小，外界对气体做功，则根据
可知，向外界放出的热量大外界对气体做的功。
考向2 热力学第一定律与气体V-T 图像的综合
例2 （2024·福建泉州·二模）一定量的理想气体从状态a 经状态b 变化到状态c，其热力学温度和体积变
化过程如
图上的两条线段所示，则气体由a 变化到b 的过程中，气体分子平均动能 （选
填“变大”“不变”或“变小”），由b 变化到c 的过程中，气体的压强 （选填“变大”
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“不变”或“变小”），由a 变化到b 的过程中，从外界吸收的热量 （选填“大于”“等
于”或“小于”）其增加的内能。
【答案】 变大 变小 大于
【详解】[1]理想气体由a 变化到b 的过程中，温度升高，则内能增大；
[2]根据理想气体状态方程
知b 变化到c 的过程中，温度降低，体积增大，气体的压强变小；
[3]由a 变化到b 的过程中，温度升高，则内能增大，由热力学第一定律有
而
则有
可得
且
即气体从外界吸热，且从外界吸收的热量大于其增加的内能。
考向3 热力学第一定律与气体p-V 图像的综合
例3（2024·福建福州·三模）如图甲所示，某款自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质
量的气体，通过压力传感器感知管中的气体压强，从而控制进水量。假设细管内气体温度不变，其压强与
体积的关系如图乙所示，当气体从状态A 变化到状态B 时，洗衣缸内的水位 （填“升高”、
“降低”或“不变”），该过程细管内气体 （填“吸热”“放热”或“不吸热不放热”）。
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【答案】 降低 吸热
【详解】[1]当气体从状态A 变化到状态B 时，气体压强减小，洗衣缸内的水进入细管内，洗衣缸内的水位
降低。
[2]当气体从状态A 变化到状态B 时，细管内气体温度不变，气体内能不变，气体体积增大，气体对外做功，
根据热力学第一定律
可知该过程细管内气体吸热。
【变式训练1】（2024 高三上·福建宁德·阶段练习）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，C 到A 过程中气体
（填“吸热”、“放热”或“不吸热不放热”）。
【答案】 220 放热
【详解】[1]从状态A 到状态B 的过程中，气体对外做功为
从状态A 到状态B 的过程中，气体吸收了300J 的热量，根据热力学第一定律可知，从A 到B 过程气体的内
能变化为
[2]理想气体从状态C 变化到状态A，由题意可知，气体发生等温变化，气体内能不变，由于气体体积减
小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热。
考点三 与气体实验定律的综合应用
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知识点 与气体实验定律的综合问题的思路
求解热力学定律与气体实验定律的综合问题的思路：
考向 与气体实验定律的综合问题
例1 （2024·福建泉州·模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸中，活塞的面积为
S，重为
（
为大气压强），活塞与汽缸底部相距为
。汽缸和活塞绝热性能良好。现接通电热丝加
热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向上移动
后停止，整个过程中气体吸收的热量为
、忽略活
塞与汽缸间的摩擦，则该过程中理想气体压强 （填“减小”、“增大”、“不变”），内能的增
加量为 。
【答案】 不变
【详解】[1]活塞缓慢移动，所以受力平衡，设气体压强为p1，则根据平衡条件和已知条件得
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解得
由此可知理想气体的压强不变。
[2]气体对外界做的功
根据热力学第一定律得
解得
【变式训练1】（2024·福建·三模）某课外兴趣小组用薄壁轻质玻璃管制作温度计，把上端A 封闭、下端B
开口的玻璃管插入水中，让玻璃管竖直地浮在水中，室温为
，玻璃管内空气柱长度为
，此时玻璃管内
外水面高度一致，如图所示。缓慢升高室温，空气柱长度发生变化，玻璃管内、外水面高度始终保持一致。
已知空气柱横截面积为S，大气压强为
，玻璃管总长为L 且始终保持竖直。
（1）求该温度计能测最的最高温度﹔
（2）已知升至最高温度过程中气体吸收的热量为Q，求气体内能的变化量。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）气体在升温过程中做等压变化，初态
，
末态
，
？
根据盖一吕萨克定律可得
解得
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（2）温度升高，气体膨胀对外做功，则有
根据热力学第一定律
可得
【变式训练2】（2023·福建厦门·一模）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”）。
【答案】 220 放热 放热
【详解】[1]从状态A 到状态B 的过程中，气体对外做功
W=pΔV=80J
气体吸收了300J 的热量，根据热力学第一定律可知
ΔU=Q−W=220J
气体内能增加220J。
[2]理想气体从状态B 变化到状态C，做等容变化由
得
TB>TC
B 到C 过程中气体放热。
[3]理想气体从状态C 变化到状态A，因pV 相等，则气体做等温变化，内能不变，体积减小，外界对气体
做正功，右热力学第一定律可知气体放热。
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1．（2025·福建·高考真题）洗衣机水箱的导管内存在一竖直空气柱，根据此空气柱的长度可知洗衣机内的
水量多少。当空气柱压强为p1时，空气柱长度为L1，水位下降后，空气柱温度不变，空气柱内压强为p2，
则空气柱长度L2= ，该过程中内部气体对外界 。（填做正功，做负功，不做
功）
【答案】
做正功
【详解】[1]设细管的截面积为S，根据玻意耳定律有
可得
[2]根据题意当洗衣机内的水位下降时，空气柱长度变长，故内部气体对外界做正功。
2.（2025·陕晋青宁卷·高考真题）某种卡车轮胎的标准胎压范围为
。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
为
时，体积
和压强
分别为
、
；当胎内气体温度升高
到
为
时，体积增大到
为
，气体可视为理想气体。
(1)求此时胎内气体的压强
；
(2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q 为
，求胎内气体的内能增加量
。
【答案】(1)
(2)
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【详解】（1）气体可视为理想气体，根据理想气体状态方程
整理代入数据得
（2）p-V 图线与y 轴围成的面积代表做功的大小，该过程气体体积增大，则气体对外做功，可得外界对气
体做功为
由热力学第一定律
代入数据可得
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