2026年高考物理一轮讲义+练习(黑吉辽蒙专用)第61讲热力学定律与能量守恒定律(复习讲义)(学生版+解析)

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\l "_Tc204094320" 01考情解码·命题预警 PAGEREF _Tc204094320 \h 2
\l "_Tc204094321" 02体系构建·思维可视 PAGEREF _Tc204094321 \h 3
\l "_Tc204094322" 03核心突破·靶向攻坚 PAGEREF _Tc204094322 \h 4
\l "_Tc204094323" 考点一 热力学定律与能量守恒定律 PAGEREF _Tc204094323 \h 4
\l "_Tc204094324" 知识点1 热力学第一定律 PAGEREF _Tc204094324 \h 4
\l "_Tc204094325" 知识点2 热力学第二定律 PAGEREF _Tc204094325 \h 4
\l "_Tc204094327" 考向1 热力学第一定律 PAGEREF _Tc204094327 \h 5
\l "_Tc204094328" 考向2 热力学第二定律 PAGEREF _Tc204094328 \h 7
\l "_Tc204094329" 考点二 热力学第一定律综合应用8
\l "_Tc204094330" 知识点1 热力学第一定律与气体状态变化图像的综合8
\l "_Tc204094331" 知识点2 热力学第一定律与气体实验定律的综合8
\l "_Tc204094332" 考向1 热力学第一定律与图像 PAGEREF _Tc204094332 \h 10
\l "_Tc204094333" 考向2 热力学第一定律与气体实验定律11
\l "_Tc204094334" 04真题溯源·考向感知 PAGEREF _Tc204094334 \h 16

考点一 热力学定律与能量守恒定律
\l "_Tc25045" 知识点1 热力学第一定律
1.改变物体内能的两种方式： 做功 和传热。
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）ΔU＝ Q＋W 中正、负号法则
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。
（2）条件性
能量守恒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。
（3）第一类永动机是不可能制成的，它违背了 能量守恒定律 。
\l "_Tc16775" 知识点2 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.热力学第二定律的微观意义
一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
3.用熵的概念表示热力学第二定律
在自发过程中，系统总是自发地向 无序 方向发展，即一个孤立系统的熵值总是 不减少 的。（熵增加原理）
4.第二类永动机
从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不产生其他影响的机器。
它违背了 热力学第二定律 ，不可能实现。
5.能源是有限的
（1）每天我们使用的能源最后都转化成了内能，能源消耗使得周围环境升温。根据热力学第二定律，分散在环境中的内能不能自动聚集起来驱动机器做功了。这样的转化过程叫作“ 能量耗散 ”。
（2）所谓能源，其实是指具有高品质的容易利用的 储能物质 ，例如石油、天然气、煤等。能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的 品质 下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
\l "_Tc16322" 考向1 热力学第一定律
例1（2025·内蒙古赤峰·三模）如图水平固定且导热性能良好的汽缸内封闭着一定质量的理想气体，外界温度恒定。 通过细线将活塞与装满细沙的小桶连接， 在细沙缓缓漏出过程中， 活塞缓慢向左移动。对于汽缸内气体，下列说法正确的是（ ）
A．气体放出热量，内能减小
B．气体吸收热量， 内能增大
C．外界对气体做功， 内能增大
D．外界对气体做功， 内能不变
【答案】D
【详解】题意可知气体温度不变，故内能不变（）， 活塞缓慢向左移动，气体体积减小，外界对气体做功（W>0），根据热力学第一定律可知
可知QW2
C．Q1W2
故B正确；
CD．根据理想气体方程可知，两过程的初、末状态温度相同，则两过程的内能变化量，根据热力学第一定律
因为两过程气体膨胀对外做功，且均吸热，则
结合
所以吸收的热量
故CD错误。
故选B。
【变式训练2·变考法】（2024·辽宁本溪·一模）一定质量的理想气体经历了a→b→c→a循环，其图像如图所示，气体在各状态时的温度、压强和体积部分已标出。已知该气体在状态a时的压强为，下列说法正确的是（ ）
A．气体在状态c的温度是
B．气体由状态c到状态a的过程中单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少
C．气体由状态a到状态b，外界对气体做功为
D．气体经历了a→b→c→a循环的过程中，吸收的热量小于释放的热量
【答案】D
【详解】A．由图像中ca连线过原点，可知气体由状态c到状态a，发生等压降温的过程，气体的体积减小，由
解得
故A错误；
B．气体由状态c到状态a的过程中，气体体积减小，分子的数密度增大，温度降低，分子的平均动能减小，压强保持不变，则单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增大。故B错误；
C．气体由状态a到状态b，气体体积增大，对外界做功。故C错误；
D．气体经历了a→b→c→a循环的过程中，由状态a到状态b，气体体积增大，对外界做功
由状态b到状态c，气体体积不变，对外界不做功，由状态c到状态a，气体体积减小，外界对气体做功
由
可知
可得
又
由热力学第一定律
可知
说明气体经历了a→b→c→a循环的过程中，吸收的热量小于释放的热量。故D正确。
故选D。
【变式训练3·变考法】（多选）（2023·吉林白山·三模）一定质量的理想气体从状态A缓慢经过B、C、D再回到状态A，其热力学温度T和体积V的关系图像如图所示，BA和CD的延长线均过原点O，气体在状态A时的压强为，下列说法正确的是（ ）
A．过程中气体从外界吸热
B．过程中气体从外界吸收的热量小于
C．过程中气体分子在单位时间内对单位容器壁的碰撞次数不断减少
D．过程中气体的温度升高了
【答案】AB
【详解】A．过程中气体的温度升高，体积增大，气体从外界吸热，选项A正确；
B．过程中气体做等温变化，气体内能保持不变，作出此过程的图像如图所示，图像与横轴所围面积表示气体对外界做的功，对应梯形面积为，选项B正确；
C．过程中气体的温度降低，分子撞击器壁的平均力度减小，气体体积减小而压强不变，所以气体分子在单位时间内对单位容器壁的碰撞次数不断增加，选项C错误；
D．由题图中几何关系知，过程中气体的温度升高了
选项D错误。
故选AB。
考向2 热力学第一定律与气体实验定律
例1（2023·内蒙古赤峰·模拟预测）如图所示，导热良好的汽缸刚好浸没于恒温大水池中，轻活塞位于最上端，汽缸内封闭一定质量的理想气体，汽缸内部高度为h=20cm。热平衡后，将汽缸竖直向下缓慢下移，当下移H1=15cm时，活塞在水压作用下向汽缸内移动了Δh=5cm，当活塞在水面下的深度为H=40cm时停止下移汽缸，整个过程中气体放出100J的热量。活塞与汽缸壁之间的摩擦不计：
（1）求外界对气体做的功；
（2）求汽缸停止下移时其内部的高度。
【答案】（1）；（2）12cm
【详解】（1）气体等温压缩，内能不变
气体放出热量，根据热力学第一定律
解得
（2）设刚开始活塞对气体的压强为，当下移时，活塞在水中增加的深度
设此时活塞对气体的压强增加了p，由玻意耳定律得
解得
当汽缸停止下移时，活塞在水中增加的深度
则此时活塞对气体的压强增加了2p，由玻意耳定律得
解得
【变式训练1】（2023·内蒙古包头·一模）如图，内壁光滑且高为L的导热汽缸固定在水平面上，汽缸内用横截面积为S，质量为m的绝热活塞封闭一定量的理想气体。开始时，活塞被一根轻绳吊住，恰好位于卡口处且不与卡口挤压。现剪断轻绳，活塞再度平衡时汽缸内气体的长度变为。已知汽缸外界为恒温环境，大气压强为，重力加速度为g。求
（1）剪断轻绳前，绳子上的拉力为多大？
（2）若给汽缸涂上绝热材料后用电热丝对封闭的理想气体加热，使活塞缓慢上升，若电热丝的电阻为R，加热时电流为I，经t时间活塞恰好回到卡口处，假设电阻的产热全部传给气体，则内能的变化量是多少？
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）设绳子剪断前气体压强为，体积为，绳子剪断后气体压强为，体积为，根据玻意耳定律
绳子剪断后，对活塞由平衡条件
联立解得
绳子剪断前，对活塞根据平衡条件
解得
（2）根据热力学第一定律
根据焦耳定律，可得气体吸收的热量
气体对外界做的功
联立解得
1．（2022·辽宁·高考真题）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统（ ）
A．对外界做正功B．压强保持不变C．向外界放热D．内能减少
【答案】A
【详解】A．理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，理想气体对外界做正功，A正确；
B．由题图可知
V = V0 + kT
根据理想气体的状态方程有
联立有
可看出T增大，p增大，B错误；
D．理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，D错误；
C．理想气体从状态a变化到状态b，由选项AD可知，理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知气体向外界吸收热量，C错误。
故选A。
2．（2025·四川·高考真题）如图1所示，用活塞将一定质量的理想气体密封在导热汽缸内，活塞稳定在a处。将汽缸置于恒温冷水中，如图2所示，活塞自发从a处缓慢下降并停在b处，然后保持汽缸不动，用外力将活塞缓慢提升回a处。不计活塞与汽缸壁之间的摩擦。则（ ）
A．活塞从a到b的过程中，汽缸内气体压强升高
B．活塞从a到b的过程中，汽缸内气体内能不变
C．活塞从b到a的过程中，汽缸内气体压强升高
D．活塞从b到a的过程中，汽缸内气体内能不变
【答案】D
【详解】AB．根据题意可知活塞从a到b的过程中，汽缸内气体，温度降低，则内能减小，体积减小，压强不变，故AB错误；
CD．根据题意可知活塞从b到a的过程中汽缸内气体温度不变，则内能不变，体积增大，根据玻意耳定律pV=C可知压强减小，故C错误，D正确。
故选D。
3．（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
【答案】A
【详解】气袋被压缩且绝热（无热交换），视为理想气体。
AB．绝热压缩时外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能由温度决定，分子热运动的平均动能增加，故A正确，B错误；
C．根据理想气体状态方程pVT=C，体积减小，温度升高，可知压强增大，故C错误；
D．气体体积减小，外界对气体做功，气体对外界做负功，故D错误。
故选A。
4．（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（ ）
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
【答案】D
【详解】瓶塞跳出的过程中瓶内的气体对外做功，气体体积迅速膨胀，由于该过程的时间比较短，可知气体来不及吸收热量，根据热力学第一定律可知，气体的内能减小，则温度降低，由理想气体状态方程pVT=C可知，气体压强减小。
故选D。
5．（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p0，活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小恒为f0=121p0S，等于最大静摩擦力。用调温装置对封闭气体缓慢加热，T1=330K时，气柱高度为h1，活塞开始缓慢上升；继续缓慢加热至T2=440K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T3=400K时，活塞才开始缓慢下降；温度缓慢降至T4=330K时，保持温度不变，活塞不再下降。求：
(1)T2=440K时，气柱高度h2；
(2)从T1状态到T4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）。
【答案】(1)43h1
(2)8p0h1S63
【详解】（1）活塞开始缓慢上升，由受力平衡p0S+f0=p1S
可得封闭的理想气体压强p1=2221p0
T1→T2升温过程中，等压膨胀，由盖-吕萨克定律h1ST1=h2ST2
解得h2=43h1
（2）T1→T2升温过程中，等压膨胀，外界对气体做功W1=−p1(h2−h1)S=−22p0h1S63
T2→T3降温过程中，等容变化，外界对气体做功W2=0
活塞受力平衡有p0S=f0+p3S
解得封闭的理想气体压强p3=2021p0
T3→T4降温过程中，等压压缩，由盖-吕萨克定律h2ST3=h4ST4
解得h4=1110h1
外界对气体做功W3=p3(h2−h4)S=14p0h1S63
全程中外界对气体做功W=W1+W2+W3=−8p0h1S63
因为T1=T4，故封闭的理想气体总内能变化ΔU=0
利用热力学第一定律ΔU=W+Q
解得Q=8p0h1S63
故封闭气体吸收的净热量Q=8p0h1S63。
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2.8×105Pa~3.5×105Pa。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T1为300K时，体积V1和压强p1分别为0.528m3、3.0×105Pa；当胎内气体温度升高到T2为350K时，体积增大到V2为0.560m3，气体可视为理想气体。
(1)求此时胎内气体的压强p2；
(2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为7.608×104J，求胎内气体的内能增加量ΔU。
【答案】(1)3.3×105Pa
(2)6.6×104J
【详解】（1）气体可视为理想气体，根据理想气体状态方程p1V1T1=p2V2T2
整理代入数据得p2=p1T2V1T1V2=3.3×105Pa
（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W=−p1+p22V2−V1=−1.008×104J
由热力学第一定律ΔU=Q+W
代入数据可得ΔU=6.6×104J
7．（2024·湖北·高考真题）如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为T0，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升15h再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为ΔU=CΔT，C为已知常数，大气压强恒为p0，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求
（1）再次平衡时容器内气体的温度。
（2）此过程中容器内气体吸收的热量。
【答案】（1）65T0；（2）15h(p0S+mg)+15CT0
【详解】（1）气体进行等压变化，则由盖吕萨克定律得
V0T0=V1T1
即
hST0=(h+15h)ST1
解得
T1=65T0
（2）此过程中气体内能增加
ΔU=CΔT=15CT0
气体对外做功大小为
W=pSΔh=15h(p0S+mg)
由热力学第一定律可得此过程中容器内气体吸收的热量
常考考点
真题举例
热力学第一定律
2024·辽宁·高考真题
2022·新课标卷·高考真题
热力学第二定律
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热力学第一定律与图像的综合
2021·全国乙卷·高考真题
2022·全国乙卷·高考真题
2022·辽宁·高考真题
考情分析：
1.通常以非选择题形式出现，在江苏高考物理试卷中占一定分值，是考查的重点内容之一，常结合受力分析，能量等知识综合考查。
2．从命题思路上看，考查方向为
基本知识考查：理想气体状态方程，如玻意耳定律、查理定律等，以及热力学第一定律；
常见模型考查：气缸、活塞、液柱等；
3．从命题思路上看，试题情景为
生活实践类：以瓶塞跳出、容器移动；
学习探究类：汽车缓冲问题。
复习目标：
目标一：熟练掌握理想气体状态方程（玻意耳、查理、盖 - 吕萨克定律）及热力学第一定律，明确公式适用条件与符号规则。
目标二：能快速拆解气缸、液柱等模型的多状态变化过程，结合受力分析联立方程，准确计算压强、体积、内能变化等物理量。
目标三：可将热学规律迁移到实际场景（如热机、容器移动），通过图像（p-V、p-T 图）提取信息，解决综合类问题。
物理量意义符号
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