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第3節
熱力學定律
能量守恒
一、熱力學第一定律 能量守恒定律
1.改變物體內能的兩種方式.
做功
做功
(1)________是其他形式的能與內能的相互轉化過程，內能的
改變量可用________的數值來量度.
(2)________是物體間內能的轉移過程，內能轉移量用_______
來量度.
熱傳遞
熱量
2.熱力學第一定律.
傳遞的熱量
做的功
(1)內容：一個熱力學系統的內能增量等于外界向它_________
與外界對它所__________的和.
(2)表達式：__________________.
ΔU＝W＋Q
3.能量守恒定律.
(1)內容：能量既不能憑空產生，也不能憑空消失，它只能從
一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體.
在轉化或轉移的過程中其總量__________.這就是能量的轉化和守
恒定律.
保持不變
不消耗能量
(2)任何違背能量守恒定律的過程都是不可能的，___________
而對外做功的第一類永動機是不可能制成的.
二、熱力學第二定律
1.兩種表述.
自發
不產生其他影響
(1)克勞修斯表述：熱量不能________地從低溫物體傳到高溫
物體(表述了熱傳遞的方向性).
(2)開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成
有用功而____________________(表述了機械能與內能轉化過程的
方向性).
2.第二類永動機是指設想只從單一熱庫吸收熱量，使之完全變
為有用的功而不引起其他變化的熱機.這類永動機不可能制成的原
因是違反了________________.
熱力學第二定律
3.熱力學第二定律的意義：揭示了有大量分子參與的宏觀過程
的方向性，是獨立于熱力學第一定律的一個重要的自然規律.
4.熱力學第二定律的微觀解釋.
(1)一切自發過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進
行.這是熱力學第二定律的微觀意義.
(2)從微觀的角度看，熱力學第二定律是一個統計規律：一個
孤立系統總是從熵小的狀態向熵大的狀態發展，而熵值較大代表
著較為無序，所以自發的宏觀過程總是向無序度________的方向
發展.
更大
【基礎自測】
1.判斷下列題目的正誤.
(1)做功和熱傳遞的實質是相同的.(
)
(2)絕熱過程中，外界壓縮氣體做功 20 J，氣體的內能一定減
少.(
)
(3)物體吸收熱量，同時對外做功，內能可能不變.(
)
(4)利用河水的能量使船逆水航行的設想，符合能量守恒定律.
(
化.(
)
(5)熱機中，燃氣的內能可以全部變為機械能而不引起其他變
)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×
2.在絕熱過程中，外界壓縮氣體做功 20 J，下列說法正確的是
(
)
A.氣體內能一定增加 20 J
B.氣體內能增加必定小于 20 J
C.氣體內能增加可能小于 20 J
D.氣體內能可能不變
答案：A
3.(2021 年北京綜測)北京春秋兩季的晝夜溫差較大，細心的司
機發現從早晨到中午，車胎的體積和胎內氣體的壓強都會變大.若
這段時間胎內氣體質量不變，且可將其視為理想氣體，那么從早
)
晨到中午這段時間內，車胎內的氣體(
A.對外界做功，內能減小
B.對外界做功，內能不變
C.吸收熱量，內能不變
D.吸收的熱量大于對外所做的功
答案：D
4.如圖所示的汽缸內盛有定量的理想氣體，汽缸壁是導熱的，
缸外環境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣.
現將活塞桿與外界連接，使其緩慢地向右移動，這樣氣體將等溫
膨脹并通過桿對外做功.若已知理想氣體的內能只與溫度有關，則
下列說法正確的是(　　)
A.氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，因此此過程違
反熱力學第二定律
B.氣體從單一熱源吸熱，但并未全用來對外做功，所以此過
程不違反熱力學第二定律
C.氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但此過程不違
反熱力學第二定律
D.ABC 三種說法都不對
答案：C
符號 W Q ΔU
＋ 外界對物體做功 物體吸收熱量 內能增加
－ 物體對外界做功 物體放出熱量 內能減少
熱點 1 熱力學第一定律
[熱點歸納]
1.對公式ΔU＝Q＋W 符號的確定.
項目 做功 熱傳遞
區
別 內能變
化情況 在絕熱過程中，外界對物體做功，物體的內能增加；物體對外界做功，物體的內能減少 在單純的熱傳遞過程中，物體吸收熱量，內能增加；物體放出熱量，內能減少
從運動
形式看 做功是宏觀的機械運動向物體的微觀分子熱運動的轉化 熱傳遞是通過分子之間的相互作用，使同一物體的不同部分或不同物體間的分子熱運動發生變化
2.改變內能的兩種方式的比較.
項目 做功 熱傳遞
區
別 從能量
角度看 做功是其他形式的能與內能相互轉化的過程，能的性質發生了變化 不同物體間或同一物體不同部分之間內能的轉移，能的性質不變
聯系 做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內能的效果上是相同的
(續表)
3.三種特殊情況.
(1)若過程是絕熱的，則 Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等
于物體內能的增加量.
(2)若過程中不做功，即 W＝0，則 Q＝ΔU，物體吸收的熱量
等于物體內能的增加量.
(3)若過程的始末狀態物體的內能不變，即ΔU＝0，則 W＋Q
＝0 或 W＝－Q.外界對物體做的功等于物體放出的熱量.
4.應用熱力學第一定律的三點注意.
(1)做功看體積：體積增大，氣體對外做功，W 為負；體積縮
小，外界對氣體做功，W 為正.氣體在真空中自由膨脹，對外界不
做功，W＝0.
(2)與外界絕熱，則不發生熱傳遞，此時 Q＝0.
(3)由于理想氣體沒有分子勢能，所以當它的內能變化時，主
要體現在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發生了變化.
考向 1 利用熱力學第一定律進行定性分析
【典題 1】(2023 年天津卷)如圖是爬山所帶氧氣瓶，氧氣瓶
里的氣體容積和質量不變.爬高過程中，溫度減小，則氣體(　　)
A.對外做功
B.內能減小
C.吸收熱量
D.壓強不變
解析：由于爬山過程中氣體體積不變，故氣體不對外做功，
A 錯誤.爬山過程中溫度降低，則氣體內能減小，B 正確;根據熱力
學第一定律可知ΔU＝W＋Q，爬山過程中氣體不做功，但內能減
小，故可知氣體放出熱量，C 錯誤;爬山過程中氧氣瓶里的氣體容
PV
T
＝C 可
積和質量均不變，溫度減小，根據理想氣體狀態方程
知，氣體壓強減小，D 錯誤.
答案：B
考向 2 利用熱力學第一定律進行定量計算
【典題 2】(2022 年廣東深圳模擬)一定質量的理想氣體從狀態
a 開始，經歷三個過程 ab、bc 和 ca 回到原狀態，其 p-T 圖像如圖
所示，氣體在狀態_____(填“a”“b”或“c”)
的分子平均動能最小，在 bc 過程中氣體體積
_______(填“變大”“變小”或“不變”)，在
ab 過程中，氣體對外界做功_______(填“大于”
“小于”或“等于”)氣體吸收的熱量.
解析：氣體在狀態 a 時的溫度最低，則分子平均動能最小.在
bc 過程中氣體溫度不變，壓強變大，則體積變小.在 ab 過程中，
壓強不變，溫度升高，內能變大，ΔU＞0.體積變大，則氣體對外
界做功，則 W＜0，則根據ΔU＝W＋Q 可知，Q＞0，即氣體對外
界做功小于氣體吸收的熱量.
答案：a 變小 小于
思路導引
平均動能的大小取決于溫度，bc 過程體積的變化
根據玻意耳定律判斷，此過程為等溫過程，在 ab 過程中，內能變
大，結合熱力學第一定律比較氣體對外做功的數值與吸收熱量的
多少.
熱點 2 熱力學第二定律
[熱點歸納]
1.對熱力學第二定律關鍵詞的理解.
在熱力學第二定律的表述中，“自發地”“不產生其他影
響”的含義：
(1)“自發地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現象的方向性，不
需要借助外界提供能量的幫助.
(2)“不產生其他影響”的含義是發生的熱力學宏觀過程只在
本系統內完成，對周圍環境不產生熱力學方面的影響.如吸熱、放
熱、做功等.
2.熱力學第二定律的實質.
自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性.如：
(1)高溫物體　　　　　　　　低溫物體
(2)功　　　　　　　 熱
(3)氣體體積 V1 　　　　　　　　　氣體體積 V2(V2>V1)
(4)不同氣體 A 和 B　　　　　　 混合氣體 AB
【典題 3】空調的工作原理如圖所示，下列表述正確
的是(
)
A.空調的工作原理對應的是熱力學第一定律的開爾文表述
B.空調的工作原理反映了熱傳導的方向性
C.此原理圖中的 Q1＝Q2
D.此原理圖說明熱量不能從低溫物體傳到高溫物體
解析：空調的工作原理對應的是熱力學第二定律的開爾文表
述，A 錯誤;空調的工作原理反映了熱傳導的方向性，熱量不能自
發地從低溫物體傳導給高溫物體，但在外界干預下，可以從低溫
物體傳導給高溫物體，B正確，D錯誤.此原理圖中的 Q1＝Q2＋W，
C 錯誤.
答案：B
項目 熱力學第一定律 熱力學第二定律
定律揭示
的問題 從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內能改變量三者的定量關系 指出自然界中出現的宏觀過程是有方向性的
機械能和
內能的轉化 當摩擦力做功時，機械能可以全部轉化為內能 內能不可能在不引起其他變化的情況下完全變成機械能
表述形式 只有一種表述形式 有多種表述形式
兩定律
的關系 在熱力學中，兩者既相互獨立，又互為補充，共同構成
了熱力學知識的理論基礎
方法技巧 熱力學第一、第二定律的比較
熱點 3 熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題
[熱點歸納]
氣體實驗定律與熱力學第一定律綜合問題的四種題型：
(1)等壓變化：氣體膨脹對外界做功 W，應用熱力學第一定律
代入－W；氣體壓縮外界對氣體做功 W，應用熱力學第一定律代
入＋W.
(2)等容變化：氣體體積不變，氣體和外界之間互不做功，即
W＝0，則ΔU＝Q.氣體從外界吸收的熱量等于內能的增加量，氣體
向外界放出的熱量等于內能的減少量.
(3)等溫變化：氣體內能不變，即ΔU＝0，Q＋W＝0.氣體吸熱
后體積增大時，膨脹對外做的功等于從外界吸收的熱量；反之氣
體被壓縮時，外界對氣體所做的功等于氣體向外釋放的熱量.
(4)絕熱過程，即 Q＝0，則 W＝ΔU.氣體體積變化導致內能變
化，氣體體積增大時，膨脹對外做的功等于氣體內能的減少量；
反之氣體被壓縮時，外界對氣體所做的功等于氣體內能的增加量.
【典題 4】(2024 年重慶卷)某救生手環主要由高壓氣罐密閉.
氣囊內視為理想氣體.密閉氣囊與人一起上浮的過程中.若氣囊內
)
氣體溫度不變，體積增大，則(
A.外界對氣囊內氣體做正功
B.氣囊內氣體壓強增大
C.氣囊內氣體內能增大
D.氣囊內氣體從外界吸熱
解析：氣囊上浮過程，密閉氣體溫度不變，由玻意耳定律 pV
＝C 可知，體積變大，則壓強變小，氣體對外做功，AB 錯誤；氣
體溫度不變，內能不變，氣體對外做功，W< 0，由熱力學第一定
律ΔU＝Q＋W，則 Q> 0，需要從外界吸熱，C 錯誤，D 正確.
答案：D
【遷移拓展】(多選，2024 年河南卷)如圖，一定量理想氣體
的循環由下面 4 個過程組成：1→2 為絕熱過程(過程中氣體不與外
界交換熱量)，2→3 為等壓過程，3→4 為絕熱過程，4→1 為等容
過程.上述四個過程是四沖程柴油機工作循環的主要過程.下列說
法正確的是(
)
A.1→2 過程中，氣體內能增加
B.2→3 過程中，氣體向外放熱
C.3→4 過程中，氣體內能不變
D.4→1 過程中，氣體向外放熱
解析：1→2 為絕熱過程，根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W
可知此時氣體體積減小，外界對氣體做功，故內能增加，A 正確；
2→3 為等壓過程，根據蓋呂薩克定律可知氣體體積增大時溫度增
加，內能增大，此時氣體體積增大，氣體對外界做功 W<0，故氣
體吸收熱量，B 錯誤；3→4 為絕熱過程，此時氣體體積增大，氣
體對外界做功 W<0，根據熱力學第一定律可知氣體內能減小，C
錯誤；4→1 為等容過程，根據查理定律可知壓強減小時溫度減小，
故內能減小，由于體積不變 W＝0，故可知氣體向外放熱，D 正確.
答案：AD

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