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第73 讲 热力学定律与能量守恒定律
核心考点
考点一 热力学定律................................................................................................................................................1
考点二 热力学第一定律与图像的综合应用.........................................................................................................3
考点三 气体实验定律 理想气体状态方程.......................................................................................................4
考点四 气体状态变化的图像问题........................................................................................................................5
考点五 涡流 电磁阻尼和电磁驱动....................................................................................................................6
考点一 热力学定律
1.改变物体内能的两种方式
(1)做功；(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热量与外界对它所做的功的和。
(2)表达式：ΔU＝Q ＋
W
。
(3)表达式中的正、负号法则：
符号
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
(4)解题时特殊字眼“翻译”：
①绝热：没有传热(Q＝0)；
②等容：体积不变，不做功(W＝0)；
③膨胀：体积变大，物体对外界做功(W<0)；
④等温：分子平均动能不变，理想气体内能不变(理想气体Δ U ＝0)；
⑤等压，体积变化ΔV：外界对物体做的功W＝－
p Δ V 。
3.能量守恒定律
(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其他形式，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。
基础过关
1
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(2)第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。
4.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”。
(3)说明：
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。
5.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V1
气体体积V2(较大)。
(4)不同气体A 和B
混合气体AB。
6.两类永动机的比较
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
【例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（ ）
2
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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
【答案】BC
【详解】A．由于液柱液面高于烧杯水面，图丙中气体的压强小于大气压强，故A 错误；
B．图乙中气泡上升过程中深度减小，压强减小，故B 正确；
C．气体的温度降低，内能减小，故C 正确；
D．气体体积变小，外界对气体做功，气体内能减小，根据热力学第一定律可知，气体向外
界放热大于外界对气体做的功，故D 错误。
故选BC。
【例2】（2025·新疆省直辖县级单位·二模）某新能源汽车在清晨时（环境温度为27℃），胎
压传感器显示四个轮胎的气压均为2.5 bar（
），中午因阳光暴晒，左前轮的
气压升高到2.8 bar。现从左前轮气门嘴放出部分气体，忽略放气过程中胎内气体与外界的热
交换，轮胎容积始终不变，胎内气体可视为理想气体。下列说法正确的是（ ）
A．放气过程中胎内气体内能减小
B．放气过程中胎内气体分子的平均动能减小
C．放气过程中胎内每个气体分子的动能均减小
D．放气前胎内气体的温度约为73℃
【答案】AB
【详解】A．忽略放气过程中胎内气体与外界的热交换，即有
放气过程中胎内气体对外做功，即有
根据热力学第一定律可知，气体内能减小，故A 正确；
B．结合上述，放气过程中，气体内能减小，则胎内气体的温度降低，气体分子的平均动能
减小，故B 正确；
C．放气过程中，结合上述可知，胎内气体的温度降低，气体分子的平均动能减小，并不是
胎内每个气体分子的动能均减小，故C 错误；
D．根据理想气体状态方程有
3
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解得
故D 错误。
故选AB。
【例3】（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
【答案】BC
【详解】ACD．设气泡在水下深度为
，大气压强为
，则气泡压强为
可见从水下几米深处快速上升到水面的过程中，压强变小，假设气体的温度不变，则根据玻
意耳定律：
可知气体的体积增大，所以气体对外做功，即
这一过程中气体与外界未实现热交换，即
根据热力学第一定律
所以
理想气体内能变化与温度有关，所以气体温度降低与假设矛盾，即温度会降低，气体分子平
均动能减小，气体减小的内能等于它对外做的功，A 错误，C 正确，D 错误；
B．因为分子平均动能减小且气体体积增大，所以单位时间内与气泡壁碰撞的气体分子数减
小，B 正确。
故选BC。
【例4】（2025·黑龙江·二模）膨化食品包装袋内充入氮气可防止食物氧化，食品在运输过程
中，随周围环境温度升高包装袋会明显膨胀，若包装袋的材料导热良好，包装袋内的气体可
视为理想气体，以下分析正确的是（ ）
A．包装袋膨胀是因为内部气体分子数增加
B．包装袋膨胀过程中，外界对包装袋内气体做负功
C．包装袋内的所有气体分子运动的速率均变大
D．包装袋内气体的内能增加量小于气体吸收的热量
【答案】BD
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【详解】A．包装袋内的气体视为理想气体，气体质量不变，当温度增加时，包装袋内的气
体分子总数并没有发生变化，故A 错误；
B．包装袋膨胀过程中，气体体积膨胀，外界对气体做负功，故B 正确；
C．由于温度升高，气体分子的平均运动速率变大，但不是所有气体分子的速度都变大了，
故C 错误；
D．包装袋材料的导热良好，所以当环境温度升高时，气体内能增大，同时膨胀，外界对气
体做负功，根据
可知气体内能增加量小于气体吸收热量，故D 正确。
故选BD。
【例5】（2025·江西九江·三模）如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m 的活塞密
封一部分理想气体，活塞导热良好且能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放
在大气压强恒为
的空气中，开始时气体的温度为T，活塞与容器底的距离为h，当环境温
度变化时，气体从外界吸收热量Q 后，活塞缓慢上升d 后再次平衡。下列判断正确的是（
）
A．气体压强始终为
B．外界气体的温度升高了
C．气体对外做功的数值为
D．此过程中的密闭气体的内能增加了
【答案】BD
【详解】A．对活塞，由平衡条件有
解得
可知气体压强始终为
，故A 错误；
B．分析可知气体做等压变化，由盖吕萨克定律有
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解得
可知外界气体的温度升高了
，故B 正确；
C．气体对外做功的数值为
故C 错误；
D．由于气体对外做功，W 为负值，根据热力学第一定律，可知密闭气体的内能增加了
故D 正确。
故选 BD。
考点二 热力学第一定律与图像的综合应用
1.在某一过程中，气体的p、V、T 的变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程pV
T ＝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6】（2025·湖北·模拟预测）一定质量的理想气体从状态a 经过绝热膨胀到状态b，再经
等容变化到状态c，最后通过等温压缩回到状态a。甲、乙两同学画了该过程的
图像
（如图所示），下面的分析正确的是（ ）
基础过关
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A．甲图的
图像符合题意
B．状态a 到b 过程中气体对外做的功等于b 到c 过程中气体吸收的热量
C．状态b 的温度比状态c 的温度高
D．整个过程外界对气体做功，气体向外界放热
【答案】BD
【详解】AC．等温变化时满足
（定值），等温变化的
图像是双曲线的一支，
同一理想气体，在不同温度下做等温变化，温度越高，
图像离两坐标轴越远。
理想气体从状态a 经过绝热膨胀到状态b，气体只对外做功，不吸收热量，所以b 点温度比a
点低；而理想气体从c 点等温压缩回到状态a，c 点和a 点温度相同，b 点温度比状态a 和状
态c 要低，所以b 点比c 点离坐标轴更近，乙图正确，甲图错误，故AC 错误；
B．a 到b 过程中，气体只对外做功，不吸收热量
根据热力学第一定律
得
b 到c 过程中，气体只吸收热量不做功
根据热力学第一定律
得
a、c 状态温度相同，则气体的内能相同，故有
因而
，即状态a 到b 过程中气体对外做的功等于状态b 到c 过程中气体吸收的热量，
故B 正确；
D．在
图像中，图像与坐标轴所围成的面积等于该过程气体做的功。因此，c 到a 过程
中外界对气体做的功，数值上大于a 到b 过程中气体对外界做的功，而b 到c 过程体积不变，
不做功，所以整个过程外界对气体做功。
经过整个过程气体又回到原状态，故气体的内能不变
根据热力学第一定律
得
即整个过程外界对气体做功等于气体向外界放热，故D 正确；
故选BD。
【例7】（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
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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
【答案】A
【详解】由题知A 点和D 点在过原点的连线上，根据理想气体状态方程有
变形得
可知
图像的斜率表示
，可知气体由A 到D 压强不变，体积增大，密度减小，单
位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数减少，气体对外做功，温度升高，气体的平均动能增
加，内能增加，故需要吸热。
故选A。
【例8】（2025·天津南开·二模）如图所示为某一定质量的理想气体循环过程的p—V 图像。
B→C 为等压过程，D→A 为等容过程，A→B 和C→D 为等温过程。关于该循环过程下列说法
正确的是（ ）
A．A 状态气体的温度高于 C 状态气体的温度
B．C→D 过程气体向外界放出热量
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C．B→C 过程气体对外做功，气体分子的平均动能减小
D．整个循环过程，B 状态单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数最多
【答案】D
【详解】A．AD 两状态气体的体积相等，A 状态的压强较小，则温度较D 状态低，而CD 温
度相等，可知A 状态气体的温度低于 C 状态气体的温度，选项A 错误；
B．C→D 过程气体温度不变，内能不变，体积变大，对外做功，可知气体从外界吸收热量，
选项B 错误；
C．B→C 过程气体体积变大，气体对外做功，压强不变，则温度升高，则气体分子的平均动
能变大，选项C 错误；
D．整个循环过程，B 状态压强最大，温度最低，分子平均速率最小，且B 状态体积最小，气
体数密度最大，可知单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数最多，选项D 正确。
故选D。
【例9】（2025·福建三明·三模）如图，一开口向上竖直放置的圆柱形导热容器，用导热活塞
密封一定质量的理想气体。初始时容器内气柱的高度为h、温度为T0。当外界环境温度变化
后，活塞缓慢上升
后再次平衡，不计活塞与容器间的摩擦，此时容器内气体的温度为
。该过程气体内能 （填“增大”“减小”或“不变”），气体向外界 （填
“吸热”或“放热”）。
【答案】
增大 吸热
【详解】[1]设被活塞封闭的一定质量的理想气体初始时压强为p1，对活塞，根据平衡条件有
解得
当容器从外界吸收一定热量之后，被封闭的理想气体发生等压变化，初态
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末态
设末态温度为T1，根据盖-吕萨克定律有
代入数据解得
[2][3]气体温度升高，气体内能增大，又气体对外做功，结合热力学第一定律有
，
容器内气体从外界吸收热量。
【例10】（2025·湖南·模拟预测）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负功
【答案】BD
【详解】A．a→b 过程中pV 乘积增加，可知温度升高，不是等温过程，故A 错误；
B．a→b 过程中体积变大，气体对外做功，W < 0；温度升高，内能增加，则∆U > 0，由热
力学第一定律
可知，Q > 0，即气体吸热，故B 正确；
C．a→c 过程状态b 的pV 乘积最大，可知状态b 的温度最高，故C 错误；
D．a→c 过程中气体体积变大，则外界对气体做负功，故D 正确。
故选BD。
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
精讲考点
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