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第65 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..................................................................................................................4
考点二 热力学第二定律 .............................................................................................................7
知识点1 热力学第二定律............................................................................................................7
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.........................................................................11
考向3 热力学第一定律与气体p-V 图像的综合.........................................................................12
考点三 与气体实验定律的综合应用 ....................................................................................14
知识点 与气体实验定律的综合问题的思路................................................................................14
考向1 与气体实验定律的综合问题...........................................................................................15
04 真题溯源·考向感知.............................................................................................................................16
1
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考点
要求
考频
2025 年
2024 年
2023 年
热力学第一定律
应用
中频
热力学第二定律
理解
低频
热力学第一定律
与气体变化综合
应用
高频
考情分析：
1.命题形式：单选题非选择题
2.命题分析：湖南高考近三年对热力学定律的考查较少，其 他省份考查较多，主要以选择题形式出现，
难度中等或较易。
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
力学第一定律，会用
力学第一定律分析有关
。
热
热
问题
2.理解
力学第二定律，知道
象的方向性。
热
热现
3.会分析
力学
热
第一定律与气体
定律的
合
。
实验
综
问题
2
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3
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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增量等于外界对它传递的热量和外界对它做功的和．
(2)表达式：W＋Q＝ΔU.
3.能的转化和守恒定律
(1)内容：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，但在转化或转移的过程中其总量不变．
(2)第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机．它是不可能制成的．
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
例1．（2025· 湖南省长沙市邵阳市三模）如图为一个绝热的密封容器瓶，通过一细管AB 与外界相连，瓶
内用水银封住了一定质量的理想气体，管中水银面O 比瓶内水银面高
。现在将瓶子缓慢旋转
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，整个过程中管的B 端始终在水银内。外界大气压
，则下列说法正确的是（ ）
A. 初始状态瓶内气体的压强
B. 末状态瓶内气体压强小于初始状态瓶内气体压强
C. 瓶内气体的质量发生了变化
D. 这个过程中瓶内气体
温度降低了
【变式训练1】（2025·河南·模拟预测）为检测甲图中烧瓶的气密性，将导管伸入水槽中，用手捂热烧瓶
（如图乙），导管口产生气泡，松开手后导管内有水倒吸，最终形成一段稳定水柱（如图丙），证明装置
不漏气。忽略大气压和环境温度的变化，下列关于烧瓶内气体（可视为理想气体）说法正确的是（ ）
A．图丙中气体的压强大于大气压强
B．图乙中气泡上升过程中压强减小
C．松开手后气体的内能逐渐减小
D．松开手后气体向外界放热小于外界对气体做的功
【变式训练2】（2025·天津·二模）越来越多的体育爱好者喜欢潜水运动，潜水者在水中呼出的气体，从水
下几米深处快速上升到水面，这一过程中气体与外界未实现热交换。将气泡内的气体视为理想气体，则在
这一过程中，下列说法正确的是（ ）
A．气体分子的平均动能保持不变
B．单位时间内与气泡壁碰撞的气体分子数减少
C．气体体积变大，压强减少，对外做功
D．气体减少的内能小于它对外做的功
考点二 热力学第二定律
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知识点1 热力学第二定律
1.热传导的方向性：热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进
行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过程。
说明：
①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。
②热量可以自发地从高温物体传向低温物体，热量却不能自发地从低温物体传向高温物体。
③热量不是不可能从低温物体传向高温物体，在有“外界的影响或帮助下”，低温物体可以将热量传给高
温物体。
2.热力学第二定律的两种表述
①克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。
②开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化。
3.热机
①热机是把内能转化为机械能的装置，其原理是热机从高温热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向低
温热源（冷凝器）释放热量Q2（工作条件：需要两个热源）
②由能量守恒定律可得： Q1=W+Q2
③我们把热机做的功和它从热源吸收的热量的比值叫做热机效率，用η 表示，即η= W / Q1
④热机效率不可能达到100%
4.第二类永动机
①设想：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。
②第二类永动机不可能制成，不违反热力学第一定律或能量守恒定律，违反热力学第二定律。原因：尽管
机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过
程具有方向性。
知识点2 热力学第一、第二定律的比较
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
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
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传递
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
考向 热力学第二定律
例1（2025·湖南衡阳第一中学阶段测试）日常生活中使用的燃油汽车，其动力来源于发动机内部的
汽缸，在汽缸内，通过气体燃烧将气体的内能转化为机械能，下列说法正确的是( )
A．现代汽车技术已经非常先进，能够使气体燃烧释放的热量全部转化成机械能
B．气体燃烧过程符合热力学第二定律，内能无法全部用来做功以转化成机械能
C．气体燃烧释放的热量没有全部转化为机械能，故该过程不符合热力学第一定律
D．发动机工作时，若没有漏气和摩擦，也没有发动机的热量损失，则燃料产生的热量能够完全转化
成机械能
【变式训练】 （2025 广东省梅州市兴宁市第一中学高三下学期5 月模拟）气闸舱是载人航天器中供航天
员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其原理图如图所示。座舱A 与气闸舱B 之间装有阀门K，座舱
A 中充满空气，气闸舱B 内为真空。航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K，A 中的气体进入B 中，最
终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换，舱内气体可视为理想气体，下列说法正确的是
（ ）
A. B 中气体可自发地全部退回到A 中
B. 气体温度不变，体积增大，压强减小
C. 气体体积膨胀，对外做功，内能减小
D. 气体体积变大，气体分子单位时间对座舱壁单位面积碰撞的次数将变少
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。
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(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．（2025·湖南·模拟预测）如图所示，一定质量理想气体经历了由
的循环
过程，已知
延长线过
点，
平行于
轴。下列说法正确的是（ ）
A．
过程，气体对外界做功
B．
过程，气体对外界做功
C．
过程，气体吸收热量
D．
过程，气体放出热量
【变式训练】（2025·山东·模拟预测）一定质量的理想气体从状态a 开始经ac、cb、ba 三个过
程回到状态a，其中a、c 连线经过原点O，a、b 连线平行于t 轴，b、c 连线平行于p 轴，横
轴的单位为摄氏度，下列说法正确的是（ ）
A．a→c 过程，气体对外界做功
B．b→a 过程，气体从外界吸热
C．c→b 过程，气体对外界做的功等于从外界吸收的热量
D．b 状态时气体分子单位时间内对器壁单位面积的撞击次数比a 状态少
考向2 热力学第一定律与气体V-T 图像的综合
例2 （2025·云南·模拟预测）一定质量的理想气体经历从
的状态变化，其体
积
随热力学温度
变化的图像如图所示。其中
段反向延长线通过原点，
段平行于
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轴，
段平行于
轴，下列说法正确的是（ ）
A．从
到
气体放出热量
B．从
到
气体吸收热量
C．从
到
气体吸收的热量大于对外做的功
D．气体在状态
的压强小于在状态
的压强
【变式训练】．（2025·江苏扬州·模拟预测）封闭在气缸内一定质量的理想气体由状态A 变到
状态D，其体积V 与热力学温度关T 系如图所示，该气体的摩尔质量为M，状态A 的体积为
V0，温度为T0，O、A、D 三点在同一直线上，阿伏伽德罗常数为NA．由状态A 变到状态D 过
程中（ ）
A．气体从外界吸收热量，内能增加
B．气体体积增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增加
C．气体温度升高，每个气体分子的动能都会增大
D．气体的密度不变
考向3 热力学第一定律与气体p-V 图像的综合
例3 ．（2025·湖南模拟）某小组设计了一个简易深度计，如图所示，其构造为一导热良好的刚性柱形容
器，顶端有卡口，用质量忽略不计的薄活塞，密封一部分理想气体，活塞与容器壁间能无摩擦滑动，水对
活塞产生挤压使其向下移动，根据图中向下移动的距离d 可求得深度计所到达的深度，容器内部底面积
，内部高度
，忽略水的温度随深度的变化，深度计在水中与水达到热平衡后，活塞位于顶
端卡口处，此时封闭气体压强为
，已知外界大气压强
，且p0相当于10m 高的水柱产生
的压强。
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(1)某次实验中测得长度
，求此时深度计所处的深度H；
(2)若深度计由水深70m 处缓慢下降至90m 处的过程中，其气体状态变化过程对应为等温线上a 点到b 点的
过程，如图乙所示，ab 段可近似看成一段倾斜直线，求在该过程中气体向外界释放的热量Q。
．【变式训练1】（2025·湖南长沙湖师附属·一模）某校物理学科后活动中，出现了不少新颖灵巧的作品。
如图所示为高二某班同学制作的《液压工程类作业升降机模型》，通过针筒管活塞的伸缩推动针筒内的水，
进而推动支撑架的展开与折叠，完成货物平台的升降。在某次实验中，针筒连接管的水中封闭了一段空气
柱（空气可视为理想气体），该同学先缓慢推动注射器活塞将针筒内气体进行压缩，若压缩气体过程中针
筒内气体温度不变，装置不漏气，则下列说法中正确的是（ ）
A．针筒内气体压强减小
B．针筒内气体吸热
C．单位时间、单位面积撞击针筒内壁的气体分子数减少
D．用国际单位制单位表示的状态参量在
图中图线可能如图中
【变式训练2】（2025·湖南省怀化市高三下学期二模）如图所示，
为某一定质量的封闭理想气体的
绝热曲线（与外界没有热量交换），
是某一变化过程（
平行于
轴），其中箭头表示过程进
行的方向。下列说法正确的是（ ）
A. 气体由状态A 沿绝热曲线
到状态
的过程中，温度一直不变
B. 气体由状态A 沿直线
到状态
的过程中，气体分子在单位时间内对单位面积的器壁的撞击次数变
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少
C. 气体由状态A 沿
到状态
的过程中，气体要吸收热量
D. 气体由状态A 沿
到状态
的过程中，气体对外先做负功后做正功
考点三 与气体实验定律的综合应用
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1 与气体实验定律的综合问题
例1（多选）（2025·湖南邵阳·一模）小明学习热学知识后设计了一个利用气体来测量液体温度的装置。
该装置由导热性能良好、厚度不计的圆柱形细管、圆柱形金属块、上下两个小卡环组成。圆柱形金属块质
量为20g 厚度为2cm 与管壁紧密接触（不漏气），管内用金属块封闭有一定量的理想气体，管内卡环限制
金属块只能在管内一定范围内上下移动，以金属块下端位置为基准在上下卡环之间刻上刻度。上、下卡环
间距离为52cm，上端卡环距管下端距离为102cm，管的横截面积为
，测温时把温度计竖直插入待测
液体中。不考虑固体的热胀冷缩，不计一切摩擦阻力，外界大气压强恒为
，g 取
，
当管内气体的温度为7℃时金属块恰好对下方卡环无压力。
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(1)求该温度计的测温范围；
(2)某次测温时示数由63℃上升到147℃，该过程管内气体吸收的热量为0.68J，求管内气体内能改变量。
。
【变式训练】（2026·广东省“六校联盟” 高三上学期第一次联考）如图，上端开口、内壁光滑的圆柱形
绝热气缸放置在水平地面上，横截面积为S=10-3m2的活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸中，气缸内设
有a、b 两个限制装置（体积很小，忽略不计，且a、b 等高放置），使活塞只能向上滑动，刚开始封闭气
体压强为p1=0.8×105Pa，温度为T1=300K，外界大气压为p0=1.0×105Pa，气缸内有电热丝（体积忽略不计），
电功率为0.2W，从某时刻开始，电热丝通电，对封闭气体加热10 分钟，使其温度缓慢上升到T2=600K，
活塞恰好要离开a、b，继续加热10 分钟，封闭气体温度上升到T3=780K，已知一定质量的理想气体的内
能与其热力学温度成正比，气缸足够高，重力加速度g=10m/s2，求：
（1）活塞质量；
（2）加热的第二段10 分钟时间内，气体对活塞做的功；
（3）初始时刻，活塞到气缸底部的距离。
1.（2025·江苏·高考真题）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（ ）
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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
2．（2025·北京·高考真题）我国古代发明的一种点火器如图所示，推杆插入套筒封闭空气，推杆前端粘着
易燃艾绒。猛推推杆压缩筒内气体，艾绒即可点燃。在压缩过程中，筒内气体（ ）
A．压强变小
B．对外界不做功
C．内能保持不变
D．分子平均动能增大
3．（2025·安徽·高考真题）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
4．（2025·重庆·高考真题）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
5．（2025·河北·高考真题）某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳曝晒皮球温度升高，体
积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体（ ）
A．对外做功
B．向外界传递热量
C．分子的数密度增大
D．每个分子的速率都增大
6．（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
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、
；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
。
7．（2025·甘肃·高考真题）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
8．（2025·山东·高考真题）如图所示，上端开口，下端封闭的足够长玻璃管竖直固定于调温
装置内。玻璃管导热性能良好，管内横截面积为S，用轻质活塞封闭一定质量的理想气体。
大气压强为
，活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小恒为
，等于最大静摩擦力。
用调温装置对封闭气体缓慢加热，
时，气柱高度为
，活塞开始缓慢上升；继续
缓慢加热至
时停止加热，活塞不再上升；再缓慢降低气体温度，活塞位置保持不
变，直到降温至
时，活塞才开始缓慢下降；温度缓慢降至
时，保持温度
不变，活塞不再下降。求：
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(1)
时，气柱高度
；
(2)从
状态到
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）。
9．（2025·浙江·高考真题）如图所示，导热良好带有吸管的瓶子，通过瓶塞密闭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；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 （“增大”、“不变”、“减小”），单位时
间撞击单位面积瓶壁的分子数 （“增大”、“不变”、“减小”）；
(2)求气体在状态3 的体积V3；
(3)求从状态1 到状态3 气体内能的改变量ΔU。
10．（2024·贵州·高考真题）制作水火箭是青少年科技活动的常见项目之一。某研究小组为
了探究水火箭在充气与喷水过程中气体的热学规律，把水火箭的塑料容器竖直固定，其中
A、C 分别是塑料容器的充气口、喷水口，B 是气压计，如图（a）所示。在室温环境下，容
器内装入一定质量的水，此时容器内的气体体积为
，压强为
，现缓慢充气后压强变为
，不计容器的容积变化。
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(1)设充气过程中气体温度不变，求充入的气体在该室温环境下压强为
时的体积。
(2)打开喷水口阀门，喷出一部分水后关闭阀门，容器内气体从状态M 变化到状态N，其压强
p 与体积V 的变化关系如图（b）中实线所示，已知气体在状态N 时的体积为
，压强为
。
求气体在状态N 与状态M 时的热力学温度之比。
(3)图（b）中虚线
是容器内气体在绝热（既不吸热也不放热）条件下压强p 与体积V 的
变化关系图线，试判断气体在图（b）中沿实线从M 到N 的过程是吸热还是放热。（不需要
说明理由）
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