文档文本内容
第38 讲 热学基础 热力学定律
内容导航
01
命题透视·考情前瞻
对标素养，研判高考命题趋势
02
思维建模·脉络梳理
搭建知识框架，构建系统思维
03
考点精讲·靶向突破
拆解核心考点，归纳解题范式
04
命题透视·考情前瞻
——对标素养，研判高考命题趋势
核心考点
2026 年
2025 年
2024 年
热力学第一定律
黑吉辽蒙联考卷
8T,6 分
验证玻意耳定律
全国甲卷选考实验大题（6 分）
气体的等容变化与查理定律
的应用
黑吉辽蒙联卷2T，4
分
黑吉辽联卷13T，10 分
考情分析
题型与考向：基础概念辨析类选择题，结合气体定律，过渡性考查做填
空/简答题；热学综合大题主要用来进行区分度考查，选拔性命题。
考点一 分子动理论
知识点1 分子动理论
知识点2 温度与物体的内能
知识点3 微观量的估计
考向1 微观量的估算 考向2 布朗运动与分子热运动
考向3 分子力、分子势能与物体的内能
考点二 固体和液体
知识点1 固体和液体
考向1 晶体与非晶体 考向2 液体的性质
考点三 气体实验定律
知识点1 气体 气体实验定律
考向1 气体压强的计算和微观解释 考向2 气体的实验定律的应用
考点四 理想气体的图像问题
知识点1 气体状态变化图像的分析方法
考向1 P-V 图像 考向2 P-T 图像 考向3 V-T 图像
考点五 热力学定律
知识点1 热力学第一定律
知识点2 热力学第二定律
考向1 热力学第一定律与图像的综合应用 考向2 热力学第一定律与气体实验定律
04
真题溯源·考向感知
溯源真题逻辑，感知高考考向
情境与立意：
1. 生活实践类：空调制冷/制热过程分析、高压锅限压阀、热气球升空、
点火器压缩点火（教材经典原型）、暖手袋放热、自行车轮胎打气、储气
罐放气等；
2. 经典物理模型：气缸－活塞模型、U 型管封闭气体、玻璃管倒置水银柱
模型、理想气体状态循环过程。
3. 学习探究类：结合“双碳”、新能源等热点命题。
复习目标
1. 精准掌握核心概念：能准确辨识相关定律内容和使用。
2. 掌握气缸活塞、PV 图像两类综合模型的分析方法，能结合理想气体状
态方程，完成大题推导。
3. 能结合图像判断温度变化和内能变化，推导吸放热结果。
思维建模·脉络梳理
考点精讲·靶向突破
——拆解核心考点，归纳解题范式
考点一 分子动理论
知识点1 分子动理论
知●识●解●构
一、分子动理论的基本观点
1.物体是由大量分子组成的
（1）分子很小：
①直径数量级为 10－10m。
②质量数量级为 10－27～10－26kg。
（2）分子数目特别大：
阿伏伽德罗常数NA＝ 6.02×1023mol－1。
2.分子的热运动
（1）扩散现象
①定义： 不同种物质能够彼此进入对方的现象；
②实质：扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的物质迁移现象，温度越高，扩散得越快。
（2）布朗运动：在高倍显微镜下看到的悬浮在液体中的 固体颗粒 的永不停息地无规则运动。其
特点是：
①永不停息，无规则运动。
②颗粒越小，运动越明显。
③温度越高，运动越激烈。
3.分子间的相互作用力
（1）分子间同时存在相互作用的引力和斥力。实际表现出的分子力是引力和斥力的合力。
（2）引力和斥力都随分子间距离的减小而增大；随分子间距离的增大而减小；斥力比引力变化快。
（3）分子力F 与分子间距离r 的关系（r0的数量级为10－10 m）。
距离
分子力F
F-r 图像
r＝r0
F 引 ＝ F 斥
F＝0
r<r0
F 引 < F 斥
F 为斥力
r>r0
F 引 > F 斥
F 为引力
r>10r0
F 引＝F 斥＝0
F＝0
知识点2 温度与物体的内能
知●识●解●构
1.温度
（1）一切达到热平衡的系统都具有相同的温度 。
（2）两种温标
摄氏温标和热力学温标。摄氏温度t 与热力学温度T 的关系：T＝t＋273.15 K。
2.分子的动能
（1）分子动能是分子热运动所具有的动能。
（2）分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值，温度是分子热运动的平均动能的标
志。
（3）分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和。
3.分子的势能
（1）意义：由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相对位置决定的能。
（2）分子势能的决定因素：
①微观上——决定于分子间的距离和分子排列情况；取r→∞处为零势能处，分子势能Ep与分子间距
离r 的关系如图所示，当r＝r0时分子势能最小。
②宏观上——决定于体积。
4.物体的内能
（1）内能：物体中所有分子的 热运动的动能与分子势能的总和。
（2）决定因素：温度、体积和物质的量。
（3）物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关 。
（4）改变物体内能的两种方式： 做功和热传递。
5.分子力、分子势能与分子间距的关系
取r→∞处为零势能处
（1）当r>r0时，分子力为引力，当r 增大时，分子力做负功，分子势能增加。
（2）当r<r0时，分子力为斥力，当r 减小时，分子力做负功，分子势能增加。
（3）当r＝r0时，分子势能最小，但并不为零。
6.分析物体内能问题的三点提醒
（1）内能是对物体的大量分子而言的，不存在“某个分子内能”的说法。
（2）温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能都相同。
（3）内能由物体内部分子微观运动状态决定，与物体整体运动情况无关。任何物体都具有内能，恒
不为零。
7.分子动能、分子势能、内能、机械能的比较
分子动能
分子势能
内能
机械能
定义
分子无规则运动
的动能
由分子间相对位
置决定的势能
所有分子的热运
动动能和分子势
能的总和
物体的动能、重力势能
和弹性势能的总和
决定
因素
温度（决定分子
平均动能）
分子间距
温度、体积、物
质的量
跟宏观运动状态、参考
系和参考平面的选取有
关
说明
温度、内能等物理量只对大量分子才有意义，对单个或少量分子没有实际意义
知识点3 微观量的估计
知●识●解●构
1.分子的两种模型
（1）球模型：V0＝πd3，得直径d＝（常用于固体和液体）。
（2）立方体模型：V0＝d3，得边长d＝(常用于气体)。
2.联系微观和宏观的四个重要关系
微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。
宏观量：物体的体积V、摩尔体积Vmol、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ。
阿伏伽德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。
（1）一个分子的质量：m0＝。
（2）一个分子的体积：V0＝(注：对气体，V0为分子所占空间体积)。
（3）物体所含的分子数：N＝nNA
物体所含物质的量n＝或n＝。
（4）物体的体积和质量的关系Vmol＝或V＝。
考●向●破●译
考向1 微观量的估算
例1 （25-26 高二下·黑龙江哈尔滨）已知铁的摩尔质量为56g/ mol，密度为7.9g/cm
3，阿伏加德罗常
数为6.0×10
23 mol
−1。将每个铁原子所占据的空间等效为一个球体，通过估算可知，每个铁原子直径约
为（ ）
A．1.7×10
−9 m
B．1.0×10
−10 m
C．2.8×10
−10 m
D．7.5×10
−10 m
【变式训练1·变考法】（25-26 高二下·吉林长春）下列关于热学问题的说法正确的是（ ）
A．物体的内能在宏观上只与其温度有关
B．非晶体没有固定的熔点
C．如果封闭气体的密度变小，分子平均动能增加，则气体的压强一定不变
D．一定量某种气体的摩尔质量为M、摩尔体积为V，用N A表示阿伏加德罗常数，每个气体分子的质
量m0，每个气体分子的体积V 0，则m0= M
N A
，V 0= V
N A
【变式训练2·变考法】（25-26 高二下·吉林通化）中国某大学制备出了一种超轻气凝胶，这种固态材料在
弹性和吸油能力方面令人惊喜，被称为“全碳气凝胶”。设该气凝胶的密度为ρ（单位为kg/m
3），摩尔
质量为M（单位为kg/mol），阿伏加德罗常量为N A，则下列说法正确的是（ ）
A．a 克气凝胶所含的分子数N = a
M N A
B．气凝胶的摩尔体积V mol= ρ
M
C．每个气凝胶分子的体积V 0= M
N A ρ
D．每个气凝胶分子的直径d =
3√
M
N A ρπ
考向2 布朗运动与分子的热运动
例2 （25-26 高二下·黑龙江哈尔滨）下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动间接反映了花粉小颗粒内部分子的无规则运动
B．系统甲与系统乙达到热平衡时，它们的温度相同
C．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积
D．给自行车车胎打气越打越困难主要因为胎内气体分子间相互作用的斥力较大
【变式训练1·变考法】（25-26 高二下·黑龙江哈尔滨）关于布朗运动，下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动是分子的运动
B．颗粒越大，布朗运动越明显
C．布朗运动是由液体（或气体）分子撞击引起的
D．布朗运动属于热运动
【变式训练2·变考法】（24-25 高二下·黑龙江绥化）关于热现象、热力学定律，下列说法不正确的是（
）
A．一定质量的理想气体的温度升高其内能一定增加
B．扩散现象和布朗运动都表明分子在不停地做无规则运动
C．气体压强是气体分子间斥力的宏观表现
D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
考向3 分子力、分子势能与物体的内能
例3（25-26 高二下·黑龙江）如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子
的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示。F >0表示斥力，F <0表示引力，A、B、C、D为x轴
上四个特定的位置，乙分子仅在分子力作用下依次经过A、B、C、D，规定两分子相距无穷远时分子势
能为0，关于该过程，下列说法正确的是（ ）
A．乙分子的速度一直增大
B．乙分子的加速度先增大，后减小，再增大
C．乙分子在A位置时的势能最小
D．乙分子受的分子力先增大后减小
【变式训练1·变考法】（25-26 高二下·黑龙江哈尔滨）下列说法正确的是（ ）
A．图甲中，通过峰值的比较，可知①的温度比状态②的温度低
B．图甲中，两条曲线如果完整，下方的面积不相等
C．图乙中，当分子间的距离从r0逐渐减小为r1时，分子势能不断减小
D．图乙中，当分子间的距离从r2逐渐减小为r0时，分子势能不断减小
【变式训练2·变考法】（25-26 高二下·黑龙江哈尔滨）图甲是墨汁正在水中扩散，图乙是氧气分子速率分
布图像，图丙是分子间作用力和分子间距离的关系图像，图丁是分子势能和分子间距离的关系图像。下
列说法正确的是（ ）
A．图甲中，扩散的快慢与温度无关
B．图乙中，曲线I 对应的温度比曲线II 对应的温度高
C．由图丙可知，当分子间的距离从r0开始增大时，分子间的作用力先增大后减小
D．由图丁可知，当分子间的距离从r1开始增大时，分子势能先增大后减小
考点二 固体和液体
知识点1 固体和液体
知●识●解●构
一、固体
1.分类：固体分为晶体和非晶体两类。晶体又分为单晶体和多晶体。
2.晶体与非晶体的比较
比较
晶体
非晶体
单晶体
多晶体
外形
有确定的几何外形
无确定的几何外形
无确定的几何外形
熔点
确定
确定
不确定
物理性质
各向异性
各向同性
各向同性
典型物质
石英、云母、明矾、食盐
玻璃、橡胶
转化
晶体和非晶体在一定条件下可以转化
注意：单晶体物理性质具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。
二、液体、液晶
1.液体的微观结构特点
（1）分子间的距离很小；在液体内部分子间的距离在10－10 m 左右。
（2）液体分子间的相互作用力很大，但比固体分子间的作用力要小。
（3）分子的热运动特点表现为振动与移动相结合。
2.液体表面张力
形成
表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力
原因
表面
特性
表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜，分子
势能大于液体内部的分子势能
方向
和液面相切，垂直于液面上的分界线
效果
表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球
形的表面积最小
注意：表面张力使液体的表面趋于最小，体积相同的情况下，球形的表面积最小。
3.浸润和不浸润 毛细现象
（1）浸润和不浸润
①一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作浸润；一种液体不会润湿某种固
体，也就不会附着在这种固体的表面上，这种现象叫作不浸润。
②附着层：当液体与固体接触时，接触的位置形成一个液体薄层，叫作附着层。
③浸润和不浸润是分子力作用的表现。
（2）毛细现象
①毛细现象：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象。
②毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管的内径越小，高度差越大。
4.液晶的物理性质
（1）具有液体的流动性。
（2）具有晶体的光学各向异性。
（3）在某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的。
考●向●破●译
考向1 晶体与非晶体
例1（25-26 高二下·黑龙江）石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成单层二维六边形晶格结构的新材料，一层
层叠起来就是石墨，1 毫米厚的石墨约有300 万层石墨烯。下列关于石墨烯的说法正确的是（ ）
A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体
B．石墨烯中的碳原子始终静止不动
C．石墨烯熔化过程中碳原子的平均动能增大D．某些物理性质上石墨烯具有各向异性
▶新情境◀【变式训练1·变考法】（多选）（25-26 高三上·辽宁）下列说法正确的是（ ）
A．封闭气体的压强是由封闭气体的重力产生的
B．荷叶上的露珠是椭球形，说明水与荷叶是不浸润的
C．某种物质在受热时表现出各向同性，该物质也可能是单晶体
D．布朗运动的激烈程度只与温度有关系
【变式训练2·变考法】（多选）（24-25 高二下·内蒙古巴彦淖尔）热学是研究物质处于热状态时的有关性
质和规律的物理学分支，源于人类对冷热现象的探索。关于热学知识，下列说法正确的是（ ）
A．水银不浸润玻璃但浸润铅
B．尘埃颗粒在空气中的运动是布朗运动
C．有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体
D．一定质量的理想气体对外做功，其内能一定增大
考向2 液体的性质
例2 （2026·辽宁大连·模拟预测）已知水浸润玻璃，却不浸润塑料。现将内径相同、两端开口的细玻璃
管和塑料管均竖直插入水中，液面稳定后，观察到两管内的液面情况可能正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【变式训练1·变考法】（25-26 高二下·黑龙江双鸭山）下面是教材中的四幅插图，下列说法正确的是（
）
A．图甲是显微镜下三颗小炭粒的运动位置连线图，连线表示小炭粒的运动轨迹
B．图乙是封闭在容器中的一定质量的理想气体，若温度升高，气体分子数密度增大
C．从图丙可看出随着温度升高，辐射强度的极大值向频率较大的方向移动
D．图丁中一只水黾能停在水面上，主要是靠水对水黾的浮力作用
【变式训练2·变考法】（25-26 高三上·黑龙江牡丹江）下列说法中正确的是（ ）
A．在完全失重的情况下，气体的压强为零
B．液体表面张力产生的原因是液体表面层分子较稀疏，分子间的引力大于斥力
C．当两分子间距离大于平衡位置的间距时，分子间的距离越大，分子势能越小
D．水中气泡上浮过程中，气泡中的气体在单位时间与气泡壁单位面积碰撞的分子数增多
考点三 气体实验定律
知识点1 气体 气体实验定律及其综合
知●识●解●构
一、气体的性质
1.气体分子运动的特点
（1）气体分子间距较大，分子力可以忽略，因此分子间除碰撞外不受其他力的作用，故气体能充满
整个空间。
（2）分子做无规则的运动，速率有大有小，且时时变化，大量分子的速率按“中间多，两头少”的
规律分布。
（3）温度升高时，速率小的分子数减少，速率大的分子数增多，分子的平均速率将增大，但速率分
布规律不变。
（4）气体分子运动的速率分布图像
2.气体的压强
（1）产生原因
由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积
上的压力叫作气体的压强。
（2）大小：气体的压强在数值上等于气体作用在单位面积上的压力。公式：p＝。
（3）决定因素
①宏观上：决定于气体的温度和体积。
②微观上：决定于分子的平均动能和分子数密度。
（4）常用单位及换算关系
①国际单位制单位：帕斯卡，符号：Pa,1 Pa＝1 N/m2。
②常用单位： 标准大气压（atm）；厘米汞柱（cmHg）。
③换算关系：1 atm＝76cmHg＝1.013×105 Pa≈1.0×105 Pa。
二、气体实验定律及微观解释
1.气体实验定律
名称
项目
玻意耳定律
查理定律
盖—吕萨克定律
成立
条件
质量一定，温度不变
质量一定，体积不
变
质量一定，压强不变
公式
p1V1＝p2V2
或pV＝C（常量）
＝或＝C（常量）
＝或＝C（常量）
图像
2.气体实验定律的微观解释
（1）玻意耳定律的微观解释
一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变。在这种情况下，体积减小时，
分子的数密度增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强增大。
（2）盖—吕萨克定律的微观解释
一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大；只有气体的体积同时增大，使分子
的数密度减小，才能保持压强不变。
（3）查理定律的微观解释
一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度不变。在这种情况下，温度升高时，分
子的平均动能增大，气体的压强增大。
三、理想气体状态方程
1.理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。
（1）理想气体是经过科学抽象而建立的理想化模型，实际上并不存在。
（2）理想气体不考虑分子间作用力，不存在分子势能，内能只与温度有关，与体积无关。
（3）实际气体（特别是不易液化的气体）在压强不太大，温度不太低时可看作理想气体。
2.理想气体状态方程：＝或＝ C（常量）。
（1）气态方程与气体实验定律的关系
＝
（2）两个重要的推论
查理定律的推论：Δp＝ΔT
盖—吕萨克定律的推论：ΔV＝ΔT
四、改变物体内能的两种方式
1.
。
2.热传递。
考●向●破●译
考向1 等温变化
例1 （25-26 高二下·黑龙江）一个篮球的容积是2.5L，用打气筒给篮球打气时，每次把压强为10
5Pa的
空气打进去125cm
3。如果在打气前篮球内的空气压强也是10
5Pa，假设打气前后气体温度相同，那么打
气20 次以后篮球内的空气压强为（ ）
A．2×10
5Pa
B．3×10
5Pa
C．4×10
5Pa
D．1.5×10
5Pa
【变式训练1·变考法】（25-26 高三上·内蒙古呼和浩特）如图所示，某同学将针筒的针拔除后，用橡胶套
封闭一定质量的理想气体做成弹射玩具，该同学先缓慢推动推杆将针筒内气体进行压缩，然后松开推杆，
压缩气体膨胀将推杆弹射。若推杆缓慢压缩气体过程中针筒内气体温度不变，则关于推杆压缩气体的过
程，下列说法正确的是（ ）
⚠特别提醒：热学基础典型题型与解题方法
⑴热学基础典型题型
分子动理论估算题：已知物质的摩尔质量、密度等，估算分子直径、分子间距等微观量，需掌握
阿伏伽德罗常数的应用及微观模型的建立
内能变化分析题：分析物体在热传递、做功过程中的内能变化，结合温度、体积的变化判断分子动能
和分子势能的变化情况
⑵ 热学基础解题方法
微观量估算方法：建立球体或立方体微观模型，利用摩尔体积与分子数的关系，推导分子直径、
间距的计算公式，注意单位的统一
内能分析方法：分别从分子动能和分子势能入手，分子动能看温度变化，分子势能看体积变化（针对
固体、液体），理想气体分子势能为零，仅需分析温度
✨
得分速记
：
1.平衡状态下气体压强的求法
力平
衡法
选取与气体接触的液柱（或活塞）为研究对象进行受力分析，得到液柱（或活塞）的
受力平衡方程，求得气体的压强
等压
面法
在连通器中，同一种液体（中间不间断）同一深度处压强相等。液体内深h 处总压强p
＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强
液片法
选取假想的液体薄片（自身重力不计）为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平
衡方程，求得气体的压强
1.不平衡状态下气体压强的求法：运用牛顿第二定律列式求解。
A．针筒内气体压强变大
B．针筒内气体内能增加
C．针筒内气体分子平均动能减少
D．针筒内气体分子数密度减小
【变式训练2·变情境】（2026·黑龙江哈尔滨·二模）如图（a），高为h、横截面积为S、开口向上的导热
汽缸放置在水平地面上，薄活塞密封一定质量的理想气体，平衡时活塞与汽缸底部的间距为0.8h；移动
汽缸将其固定在倾角θ =37
∘的固定斜面上，系统再次平衡时活塞恰好上升到汽缸顶部，如图（b），此过
程气体温度保持不变。已知大气压强为p0，初始环境温度为T，重力加速度大小为g，sin37
∘=0.6，不
计一切摩擦。求：
(1)薄活塞的质量M；
(2)缓慢改变环境温度，当图（b）中的活塞再次与汽缸底部相距0.8h 时的环境温度。
考向2 等容变化和等压变化
例2 （25-26 高二下·广西柳州）如图所示，导热良好、粗细均匀的玻璃管长l =64cm，玻璃管下端封闭、
上端开口竖直放置，玻璃管内用4cm长的水银柱封闭着50cm长的理想气体，环境大气压强p0=76cmHg，
开始时环境温度为7° C。现把环境温度缓慢升高，下列说法错误的是（ ）
A．开始时环境的热力学温度为280K
B．开始时封闭气体的压强为80cmHg
C．环境温度升高，气体的压强和体积都增大
D．当环境的温度为336 K时管中水银开始逸出
【变式训练1·变考法】（24-25 高二下·内蒙古赤峰）如图，两端开口的长玻璃管竖直插入水银槽中，管内
一小段水银柱封闭了一段长为L 的理想气体，此时槽中水银面与管内下方的水银面的高度差为h。下列说
法正确的是（ ）
A．若使管内气体温度降低，则L 和h 都变小
B．若使管内气体温度降低，则L 增大，h 不变
C．若保持气体温度不变，将玻璃管缓慢向上提一小段距离，则L 和h 都变大
D．若保持气体温度不变，将玻璃管缓慢向上提一小段距离，则L 和h 都不变
▶新情境◀【变式训练2·变考法】（25-26 高三下·内蒙古呼和浩特）如图所示，玻璃杯中倒入小半杯水，
盖上盖子的时候，杯中气体的压强等于外界大气压强p0、体积为V、温度为350K，外界大气温度为
300K，杯中气体可视为理想气体，求：
(1)若杯盖拧紧不漏气，待杯中气体温度与外界温度相等时，杯中气体压强为多少？
(2)若杯盖没拧紧，待杯中气体温度与外界温度相等时，进入杯中气体质量与杯中原来气体质量之比为多
少。
考向3 理想状态方程
例3 （2026·吉林长春·模拟预测）2026 年我国空间站常态化开展舱外出舱任务，舱外航天服需在太空真
空环境下稳定工作，气密性是重要的检测指标。现有一件舱外航天服，航天服内为真空状态。给航天服
充入体积V 1=0.32 m
3、压强为p1=5×10
4 Pa的氧气后，航天服内部压强达到p0=1×10
5Pa。充气过程
中温度保持恒定。
(1)求充气后航天服的容积V 0；
(2)把充好气的航天服放入检测室，将检测室抽成真空后密封，如图所示。48 小时后，测出检测室内的压
强为p2=500Pa。已知检测室内能容纳气体的空间体积（除去航天服所占体积）为V 2=0.64 m
3且不变，
检测过程中系统的温度和航天服容积不变。若经过48 小时后，航天服内气体压强不小于原来压强的
97%，则航天服的气密性合格。通过计算，分析该航天服气密性是否合格。
▶新情境◀【变式训练1·变考法】（25-26 高三上·内蒙古包头）洪涝灾害时，可利用圆柱形塑料盆实施紧
急漂浮自救，如图（a）所示。将盆口用力F向下迅速竖直压入水面，如图（b）所示。设盆内气体可以视
为理想气体，盆内气体压缩过程中与外界无热量交换。关于此过程说法正确的是（ ）
A．F大小保持不变
B．气体压强与体积成反比
C．封闭气体分子的无规则运动更加剧烈
D．气体内能保持不变
【变式训练2·变考法】（25-26 高三上·内蒙古锡林郭勒）探空气球主要用于把无线电探空仪携带到高空，
以便进行温度、压力、湿度和风速等气象要素的探测。若气球内的气体近似看成质量不变的理想气体，
探空气球在高空漂浮时，温度比在地面时降低，体积比在地面时变大，则球内气体和在地面刚放飞时相
比（ ）
A．分子数密度不变
B．分子平均动能不变
C．压强增大
D．压强和体积的乘积减小
考向4 充气漏气 气体分装问题
例4 （2026·吉林白山·模拟预测）汽车轮胎正常的胎压范围为2.2 p0∼2.5 p0，p0为标准大气压。某人开
车外出旅游，出发前给轮胎充气，使胎压达到2.5 p0，此时胎内气温和外界气温均为27℃。在高速公路
上行驶一段时间后，轮胎变热，他从仪表盘上观察到胎压升高，为了安全，他进入服务区将轮胎放气，
使胎压由2.8 p0变回2.5 p0。胎内气体可视为理想气体，忽略轮胎容积变化和放气过程中轮胎内气温变化。
求：
(1)到服务区时胎内气温；
(2)放气过程中从胎内放出的气体质量与刚充好气时胎内气体质量的比值。
【变式训练1·变考法】（2025·辽宁朝阳·模拟预测）足球容积2.5L，内部气压为p0，用容积0.5L 的打气筒
每次打入p0空气，需打气多少次可使内部气压达5p0，（温度不变）（ ）
A．15
B．20
C．25
D．30
▶新思维◀【变式训练2·变考法】（2026·黑龙江哈尔滨·模拟预测）我国“奋斗者”号载人潜水器在执行
深海探测任务时，为了保证舱内空气新鲜同时控制舱内压强稳定，使用高压气瓶向舱内补充气体。已知
舱内初始气体压强为1.0×10
6Pa，温度为17℃。潜水器下潜至深海某深度时，舱外海水压强为
1.5×10
6Pa，此时舱内温度降至7℃。为了平衡内外压强差，需从高压气瓶向舱内缓慢充入同种气体，
直至舱内压强与舱外海水压强相等。若充气过程中舱内温度保持7℃不变，所有气体可视为理想气体，则
充气后的气体密度与初始状态密度的比值为（ ）
A．28
29
B．29
28
C．87
56
D．56
87
考向5 液柱问题
例5 （2026·辽宁·二模）某位老师想测量自家新买的国产电动汽车的最大加速度。他在一端封闭的细直
玻璃管中用水银柱封闭一段空气柱后，将玻璃管沿车行驶方向且封闭端朝向车头水平固定。再用吸管在
水银柱外侧表面处滴入少量红墨水，装置示意图如图所示。已知管内水银柱长h=10cm，大气压强
ρ0=76cmHg，汽车静止时封闭气柱长L0=18cm。启动汽车，把油门踩到底，让汽车沿直线行驶一段距离，
再减速停车，待停稳后根据红墨水的痕迹测量出管内水银柱向管口方向处移动的最大距离Δ L=1cm。若
车内温度不变，不考虑摩擦的影响和水银柱的长度变化，重力加速度g 取10 m /s
2，求：
(1)汽车加速过程中，管内气体压强的最小值；
(2)汽车最大加速度的大小。（提示：液体压强公式p= ρgh中，若ρ为水银密度，h 的单位为cm，则p 等
于hcmHg）
【变式训练1·变考法】（25-26 高二下·辽宁大连）如图所示为医院静脉输液的装置设计图，其中进气管保
证瓶内与瓶外气体相通，关于输液管内气体压强pa、输液瓶内进气管口压强pb、输液瓶内上方气体压强
pc以及大气压强p0，下列说法正确的是（ ）
A．pa< pb
B．pb> pc
C．pa= pc
D．pc= p0
【变式训练2·变考法】（25-26 高二下·辽宁）如图所示，一端封闭的竖直玻璃管开口向上，管内有一段高
h=5cm的水银柱将长为l 的空气柱密封在管中，水银上表面与管口齐平。现用注射器缓慢向管口继续滴
入水银，直至水银与管口再次齐平。已知大气压强p0=76cmHg，玻璃管导热良好，环境温度不变，整个
过程未有水银溢出，则初始时空气柱的长度l 可能为（ ）
A．85 cm
B．80 cm
C．75 cm
D．70 cm
考向6 气缸问题
例6 （25-26 高二下·黑龙江）如图所示，圆柱形汽缸内用活塞封闭了一定质量的理想气体，汽缸深度为L，
缸体内底面积为S，缸体质量为m。轻杆上端固定在天花板上，下端连接活塞，活塞所在的平面始终水平。
初始稳定时，缸内气体热力学温度为T 0，气体高为1
4 L，已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞
质量及活塞与缸体间的摩擦，不计汽缸壁厚度，现缓慢加热缸内气体至活塞刚要脱离汽缸。
(1)求活塞刚要脱离汽缸时缸内气体的温度；
(2)求该过程缸内气体对汽缸所做的功；
(3)若该过程缸内气体吸收热量为Q，则缸内气体内能增加多少？
【变式训练1·变考法】（25-26 高二下·吉林长春）如图所示，一细线竖直悬挂汽缸的活塞，使汽缸悬空静
止。缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞与汽缸间无摩擦，且不漏气，气体温度保持不变。当大气压
强减小时，下列说法正确的是（ ）
A．缸内气体的体积将增大
B．缸内气体的体积将减小
C．细绳所受的拉力将增大
D．细绳所受的拉力将减小
【变式训练2·变情境】（25-26 高二下·黑龙江哈尔滨）如图所示是某热学研究所实验室的热学研究装置，
绝热汽缸A 与导热汽缸B 均固定于桌面，由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦，两活塞之间为
真空，汽缸B 活塞面积为汽缸A 活塞面积的2 倍。两汽缸内装有理想气体，两活塞处于平衡状态，汽缸A
中气体体积为V 0，压强为p0，温度为T 0，汽缸B 中气体体积为3V 0，缓慢加热A 中气体，停止加热达到
稳定后，A 中气体压强为原来的2 倍。设环境温度始终保持不变，汽缸A 中活塞不会脱离汽缸A，则加热
达到稳定后汽缸B 中气体的体积V B和汽缸A 中气体的温度T A分别为（ ）
A．V B= 3V 0
2 T A= 5T 0
2
B．V B= 3V 0
2 T A= 7T 0
2
C．V B= 4V 0
3 T A= 7T 0
3
D．V B= 4V 0
3 T A= 8T 0
3
考点四 理想气体的图像问题
知识点1 气体状态变化图像的分析方法
知●识●解●构
一定质量的气体不同状态变化图像的比较
定律名称
比较项目
玻意耳定律
（等温变化）
盖—吕萨克定
律（等压变化）
查理定律
（等容变化）
数学
表达式
p1V1＝p2V2
或pV＝C（常数）
＝或＝C（常数）
＝或＝C（常数）
同一气体
的两条
图线
T1<T2
p1>p2
V1>V2
考●向●破●译
考向1 P-V 图像
例1 （2026·黑龙江哈尔滨·三模）一定质量的理想气体从状态a 经过状态b、c 再次变化到状态a，其
p−T图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．a 到b 过程气体体积减小
B．b 到c 过程气体对外界做功
C．c 到a 过程气体放热
D．a 到b 过程气体分子平均动能减小
【变式训练1·变考法】（2026·黑龙江齐齐哈尔·二模）2026 年2 月中国科学院工程热物理研究所联合中储
国能（北京）技术有限公司，成功研制出国际首套单机功率最大的压缩空气储能压缩机。该机器某段工
作过程中会将一定质量的空气（可看作理想气体）从状态A 等温压缩到状态B，空气的压强、体积、温度
分别记为p、V、T，下列描绘此阶段中各物理量变化的图像，可能正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【变式训练2·变考法】（2026·黑龙江齐齐哈尔·一模）如图所示，一定质量的理想气体经历
a→b→c→d状态变化，其中a 状态的温度为T 0，c→d为等温过程。下列说法正确的是（ ）
A．c 状态的温度为3T 0
B．d 状态的压强为1.5 p0
C．b→c的过程中，所有气体分子的运动速率都增加
D．a→b的过程中，气体对外界做正功
考向2 P-T 图像
例2 （2026·新疆乌鲁木齐·二模）一定质量的某种理想气体，沿p−T图像中箭头所示方向，从状态A 开
始先后变化到状态B、C、D，其中状态A 和状态D 温度相同，BA、CD 的延长线经过坐标原点。已知气
体在状态A 时的体积为1.0L。则（ ）
A．气体在状态C 时的体积V C为6.0L
B．气体在状态B 时的压强pB为2.0×10
5Pa
C．气体在A →B→C →D过程中对外界做的功W = 400J
D．气体在A →B→C →D过程中吸收的总热量Q = 440J
【变式训练1·变考法】（2025 高三·内蒙古）如图所示为一定质量的理想气体由状态A 经过状态B变为状
态C过程的V −T图像。已知气体在状态A 时的压强为1.5×10
5Pa，下列关于该气体状态变化的p−T图
像正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【变式训练2 变考法】（24-25 高二下·黑龙江牡丹江）一定质量的理想气体，状态变化过程如图中ABC
图线所示，其中BC 为一段双曲线。若将这一状态变化过程表示在下图中的p−T、p−t图像或V −T图
像上，下列选项正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
考向3 V-T 图像
例3 （25-26 高二下·黑龙江哈尔滨）如图所示为一定质量的某种气体由A→B→C→A 变化过程的V −T图
像。其中CA 部分的延长线过坐标原点，BC 部分与横轴平行，下列说法不正确的是（ ）
A．气体在BC 过程中分子的数密度保持不变
B．气体在状态A 下的压强大于状态B 下的压强
C．气体在状态A 下分子的平均动能大于状态C 下分子的平均动能
D．气体在C 状态下单位时间内与容器单位面积碰撞的分子数比A 状态少
【变式训练1·变考法】（2020·山东·二模）如图所示，一定质量的理想气体从状态A 经过状态B、C 又回
到状态A。下列说法正确的是（ ）
A．A→B 过程中气体分子的平均动能增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加
B．C→A 过程中单位体积内分子数增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少
C．A→B 过程中气体吸收的热量大于B→C 过程中气体放出的热量
D．A→B 过程中气体对外做的功小于C→A 过程中外界对气体做的功
【变式训练2·变考法】（24-25 高二下·辽宁大连）一定质量理想气体的体积V 随其温度T 的变化图像如图
所示。该气体由状态A 变化到状态B 的过程中（ ）
A．气体分子的平均动能增大
B．外界对气体做功
C．气体压强变小
D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
考点五 热力学定律
知识点1 热力学第一定律
知●识●解●构
一、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
与外界对它所做功的和。
2.表达式
ΔU＝
.
3.ΔU＝Q＋W 的三种特殊情况
（1）绝热过程：Q＝
，则
，外界对物体做的功等于物体内能的增加。
（2）等容过程：W＝
，则
，物体吸收的热量等于物体内能的增加。
（3）等温过程：ΔU＝
，则
或
，外界对物体做的功等于物体放出的热量。
二、能量守恒
1.内容
能量既不会凭空
，也不会凭空
，它只能从一种形式
为另一种形式，或者从一个物体
到另一个物体，在转化或转移的过程中能量的总量
。
2.第一类永动机是不可能制成的，它违背了
。
注意：能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。（例如：机械能
守恒）
三、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.气体的做功、内能变化及吸、放热情况的判断方法：
（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。
3.对公式ΔU＝Q＋W 的符号的规定
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
知识点2 热力学第二定律
知●识●解●构
1.两种表述
（1）克劳修斯表述（按热传导的方向性表述）：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
（2）开尔文表述（按机械能和内能转化过程的方向性表述）：不可能从单一热库吸收热量，使之完
全变成功，而不 引起其他影响 。
2.热力学过程方向性实例
类别
自发进行的正向过
程
无法自发进行的逆向过程
生活/典型实例
热传递过
程
热量自发从高温物
体传给低温物体
热量不能自发从低温物体传
给高温物体
热水放置室温后自发变凉；冰
箱制冷需消耗电能
功热转换
机械能可以自发完
全转化为内能
内能不能自发完全转化为机
械能（不引起其他变化）
刹车摩擦生热，动能全部转化
为热量；这些热量无法自发让
车重新动起来
气体膨胀
小体积气体自发膨
胀到大体积
大体积气体不能自发收缩回
小体积
抽走隔板后气体自发充满真空
容器；不会自动缩回原体积
气体混合
两种不同气体会自
发混合成均匀混合
气体
混合气体不能自发分离成两
种纯净气体
墨水滴入清水自发扩散均匀；
无法自发重新聚成一滴墨水
3.熵增加原理
在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会
。
4.热力学第二定律的理解
（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。
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。
特别提醒：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低
温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下，内能可以全部转化为机械能，如气体的绝
热膨胀过程。
6.两类永动机的比较
第一类永动机
第二类永动机
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
违背能量守恒定律，不可能制成
不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，
不可能制成
⚠特别提醒：热学基础典型题型与解题方法
⑴ 典型题型
热力学第一定律应用计算题：给定气体的热力学过程，结合$p-V$图像或状态参量变化，计算内能
变化、吸收或放出的热量、做功的大小
热力学第二定律分析题：判断热学过程是否能自发发生，分析热机效率的极限，结合实际案例理解自
发过程的不可逆性
⑵ 解题方法
热力学第一定律解题步骤：先确定研究对象，明确过程中、的正负，再代入公式计算，结合理想
气体内能仅与温度有关的特点辅助分析
热机效率解题方法：明确热机吸收和放出的热量，利用效率公式计算，结合热力学第二定律理解效率
无法达到100%的原因
