第65讲 热力学定律与能量守恒定律（讲义）（解析版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

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02、知识导图，思维引航 \l "_Tc59" PAGEREF _Tc59 \h 2
\l "_Tc5326" 03、考点突破，考法探究 PAGEREF _Tc5326 \h 2
\l "_Tc26846" 考点一.热力学第一定律的理解及应用 PAGEREF _Tc26846 \h 2
\l "_Tc32391" 知识点一、热力学第一定律 PAGEREF _Tc32391 \h 3
\l "_Tc29299" 知识点二、对热力学第一定律的理解 PAGEREF _Tc29299 \h 3
\l "_Tc30885" 知识点三、热力学第一定律的三种特殊情况 PAGEREF _Tc30885 \h 3
\l "_Tc32283" 考向1 对热力学第一定律的理解 PAGEREF _Tc32283 \h 3
\l "_Tc11207" 考向2 热力学第一定律的应用 PAGEREF _Tc11207 \h 4
\l "_Tc5645" 考点二.热力学第二定律的理解及应用 PAGEREF _Tc5645 \h 5
\l "_Tc13581" 知识点二、热力学第二定律的含义 PAGEREF _Tc13581 \h 5
\l "_Tc22409" 知识点三、热力学第二定律的实质 PAGEREF _Tc22409 \h 5
\l "_Tc26321" 考点三.热力学第一定律与气体图像的综合应用 PAGEREF _Tc26321 \h 6
\l "_Tc13617" 考向1 热力学第一定律与气体p-T图像的综合 PAGEREF _Tc13617 \h 7
\l "_Tc29721" 考向2 热力学第一定律与气体V-T图像的综合 PAGEREF _Tc29721 \h 7
\l "_Tc7480" 考向3 热力学第一定律与气体p-V图像的综合 PAGEREF _Tc7480 \h 8
\l "_Tc1157" 考点四.热力学定律与气体实验定律的综合应用 PAGEREF _Tc1157 \h 8
04、真题练习，命题洞见 \l "_Tc10768" PAGEREF _Tc10768 \h 11
考点一.热力学第一定律的理解及应用
知识点一、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
知识点二、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。
知识点三、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。
(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU。
(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。
考向1 对热力学第一定律的理解
1．某同学取一装有少量水的塑料矿泉水瓶，旋紧瓶盖，双手快速拧搓挤压水瓶。然后迅速拧松瓶盖，瓶盖被顶飞的同时瓶内出现白雾，则( )
A．挤压水瓶过程中，瓶内气体分子的平均动能减小
B．挤压水瓶过程中，瓶内气体内能不变
C．瓶盖被顶飞过程中，瓶内气体对外做功
D．瓶盖被顶飞过程中，瓶内气体温度升高
【答案】C
【解析】： 旋紧瓶盖，双手快速拧搓挤压水瓶，外界对气体做正功，瓶内气体来不及发生热传导，根据热力学第一定律可知，瓶内气体内能变大，温度升高，则瓶内气体分子的平均动能增大，故A、B错误；然后迅速拧松瓶盖，瓶盖被顶飞过程中，瓶内气体对外做功，瓶内气体来不及发生热传导，根据热力学第一定律可知，瓶内气体内能变小，温度降低，故C正确，D错误。
考向2 热力学第一定律的应用
2．某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成，如图所示。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间的相互作用，则缸内气体( )
A．对外做正功，分子的平均动能减小
B．对外做正功，内能增大
C．对外做负功，分子的平均动能增大
D．对外做负功，内能减小
【答案】A
【解析】： 密闭于汽缸内的压缩气体膨胀对外做正功，即外界对气体做负功，因而Wpg，分别对f、g内的气体分析，根据理想气体状态方程有eq \f(p0V0,T0)＝eq \f(pfVf,Tf)，eq \f(p0V0,T0)＝eq \f(pgVg,Tg)，由题意可知，因弹簧被压缩，则Vf>Vg，联立可得Tf>Tg，B错误；在达到稳定过程中，h中的气体体积变小，压强变大，f中的气体体积变大，由于稳定时弹簧保持平衡状态，故稳定时f、h中的气体压强相等，根据理想气体状态方程对h中的气体分析可知eq \f(p0V0,T0)＝eq \f(phVh,Th)，联立可得Tf>Th，C错误，D正确。
2．如图甲所示，水平对置发动机的活塞对称分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动，发动机安装在汽车的中心线上，两侧活塞产生的影响相互抵消，可使车辆行驶更加平稳，同时节约能源、减少噪声。图乙为左侧汽缸(圆柱形)简化示意图。某次工厂测试某绝热汽缸的耐压性能，活塞横截面积为S，在距汽缸底部3L处固定两挡片，开始时活塞底部到缸底的距离为L，内部密封一定质量的理想气体，气体温度为27 ℃。已知大气压强为p0，活塞右侧与连杆相连，连杆对活塞始终有水平向左的恒定推力，大小为3p0S。现缓慢给气体加热后，活塞向右滑动，不计一切摩擦。求：
(1)当活塞底部距离缸底L时，气体的压强p1；
(2)气体温度达到827 ℃时，气体的压强p2；
(3)在第(2)问条件下，如果此过程中气体吸收的热量为Q，求此过程中气体内能的增加量。
【答案】：(1)4p0 (2)eq \f(44,9)p0 (3)Q－8p0SL
【解析】：(1)对活塞受力分析，根据共点力平衡，有
p1S＝p0S＋F
解得p1＝4p0。
(2)假设加热升温过程始终是等压变化，
根据盖吕萨克定律，有eq \f(LS,T1)＝eq \f(L′S,T2)
解得L′＝eq \f(11,3)L>3L
此时活塞已经与汽缸右侧挡片接触，由理想气体状态方程得eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)，解得p2＝eq \f(44,9)p0。
(3)此过程中外界对气体做功为
W＝－p1S·2L＝－8p0SL
根据热力学第一定律，有ΔU＝Q＋W
可得此过程中气体内能的增加量为
ΔU＝Q－8p0SL。
3．如图所示，是一个不规则的导热容器，现想测量它的容积，在上方竖直插入一根两端开口、横截面积是S的玻璃管，玻璃管下端与容器口处密封，玻璃管中有一小段水银柱，水银柱高度是h，水银柱下端与容器口之间的距离是L1，此时环境温度是T1、大气压强是p0且不变。当把容器放在温度为T2的热水中，稳定后水银柱下端与容器口之间的距离变为L2，气体内能改变量为ΔU，容器和玻璃管内的气体可以看成理想气体，水银密度为ρ，重力加速度为g。求：
(1)这个不规则容器的容积；
(2)气体吸收的热量。
【答案】：(1)eq \f(L2T1－L1T2S,T2－T1) (2)ΔU＋(p0＋ρgh)S(L2－L1)
【解析】：(1)由于大气压强不变，容器内的气体等压变化，设这个不规则的容器的容积是V，被密封气体初态体积V1＝V＋L1S，温度为T1，
被密封气体末态体积V2＝V＋L2S，温度为T2，
根据盖吕萨克定律eq \f(V1,T1)＝eq \f(V2,T2)
解得V＝eq \f(L2T1－L1T2S,T2－T1)。
(2)外界对气体做功W＝－(p0＋ρgh)S(L2－L1)
根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W
解得Q＝ΔU＋(p0＋ρgh)S(L2－L1)。
1．（2024·重庆·高考真题）某救生手环主要由高压气罐密闭。气囊内视为理想气体。密闭气囊与人一起上浮的过程中。若气囊内气体温度不变，体积增大，则（ ）
A．外界对气囊内气体做正功B．气囊内气体压强增大
C．气囊内气体内能增大D．气囊内气体从外界吸热
【答案】D
【详解】AB．气囊上浮过程，密闭气体温度不变，由玻意耳定律
pV = C
可知，体积变大，则压强变小，气体对外做功，故AB错误；
CD．气体温度不变，内能不变，气体对外做功，W < 0，由热力学第一定律
ΔU = Q＋W
则Q > 0，需要从外界吸热，故C错误，D正确。
故选D。
2．（2024·北京·高考真题）一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变。在上浮过程中气泡内气体（ ）
A．内能变大B．压强变大C．体积不变D．从水中吸热
【答案】D
【详解】A．上浮过程气泡内气体的温度不变，内能不变，故A错误；
B．气泡内气体压强p = p0＋ρ水gh，故上浮过程气泡内气体的压强减小，故B错误；
C．由玻意耳定律pV = C知，气体的体积变大，故C错误；
D．上浮过程气体体积变大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU = Q＋W知，气体从水中吸热，故D正确。
故选D。
3．（2024·山东·高考真题）一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是（ ）
A．a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功
B．b→c过程，气体对外做功，内能增加
C．a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功
D．a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量
【答案】C
【详解】A．a→b过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做功W