高中物理知識(shí)點(diǎn)總結(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)

一.教學(xué)內(nèi)容：熱力學(xué)基礎(chǔ)

（一）變更物體內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞1.做功：其他形式的能及內(nèi)能之間相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程，內(nèi)能變更了多少用做功的數(shù)值來(lái)量度，外力對(duì)物體做功，內(nèi)能增加，物體克服外力做功，內(nèi)能削減。2.熱傳遞：它是物體間內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過(guò)程，內(nèi)能變更了多少用傳遞的熱量的數(shù)值來(lái)量度，物體汲取熱量，物體的內(nèi)能增加，放出熱量，物體的內(nèi)能削減，熱傳遞的方式有：傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射，熱傳遞的條件是物體間有溫度差。

（二）熱力學(xué)第肯定律1.內(nèi)容：物體內(nèi)能的增量等于外界對(duì)物體做的功W和物體汲取的熱量Q的總和。2.表達(dá)式：。3.符號(hào)法則：外界對(duì)物體做功，W取正值，物體對(duì)外界做功，W取負(fù)值，汲取熱量Q取正值，物體放出熱量Q取負(fù)值；物體內(nèi)能增加取正值，物體內(nèi)能削減取負(fù)值。

（三）能的轉(zhuǎn)化和守恒定律能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消逝，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能的總量不變，這就是能量守恒定律。

（四）熱力學(xué)其次定律兩種表述：（1）不行能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變更。（2）不行能從單一熱源汲取熱量，并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變更。熱力學(xué)其次定律揭示了涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都有方向性。（3）熱力學(xué)其次定律的微觀實(shí)質(zhì)是：及熱現(xiàn)象有關(guān)的自發(fā)的宏觀過(guò)程，總是朝著分子熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)序性增加的方向進(jìn)行的。（4）熵是用來(lái)描述物體的無(wú)序程度的物理量。物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度越高，物體的熵就越大。

（五）說(shuō)明的問(wèn)題1.第一類永動(dòng)機(jī)是恒久無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，它違反了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。2.其次類永動(dòng)機(jī)也是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，它雖然不違反能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，但卻違反了熱力學(xué)其次定律。

（六）能源和可持續(xù)發(fā)展1.能量及環(huán)境（1）溫室效應(yīng)：化石燃料燃燒放出的大量二氧化碳，使大氣中二氧化碳的含量大量提高，導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”，使得地面溫度上升，兩極的冰雪溶化，海平面上升，沉沒沿海地區(qū)等不良影響。（2）酸雨污染：排放到大氣中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水過(guò)程中溶入雨水，使其形成酸雨，酸雨進(jìn)入地表、江河、破壞土壤，影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，使生物死亡，破壞生態(tài)平衡，同時(shí)腐蝕建筑結(jié)構(gòu)、工業(yè)裝備、動(dòng)力和通訊設(shè)備等，還干脆危害人類健康。2.能量耗散和能量降退（1）能量耗散：在能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中，一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能，而這些內(nèi)能最終流散到四周的環(huán)境中，我們沒有方法把這些流散的內(nèi)能重新收集起來(lái)加以利用，這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。（2）能量降退：從可被利用的價(jià)值來(lái)看，內(nèi)能較之機(jī)械能、電能等，是一種低品質(zhì)的能量。能量耗散不會(huì)使能的總量削減，卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低。

二.重點(diǎn)、難點(diǎn)（一）熱力學(xué)第肯定律熱力學(xué)第肯定律說(shuō)明白做功和熱傳遞是物體內(nèi)能變更的量度，沒有做功和熱傳遞就不行能實(shí)現(xiàn)能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。依據(jù)符號(hào)法則將“”“－”號(hào)代入計(jì)算或分析問(wèn)題，假如事先不便確定其正負(fù)，可以先假定它為正，在計(jì)算出結(jié)果以后再作推斷。若大于零，說(shuō)明及原假設(shè)一樣，若結(jié)果為負(fù)，則說(shuō)明及原假設(shè)相反。熱力學(xué)第肯定律的應(yīng)用一般步驟是：1.依據(jù)符號(hào)法則寫出各已知量（W、）的正負(fù)。2.依據(jù)方程求出未知量3.再依據(jù)未知量的正負(fù)推斷該量的變更。例1.肯定量的氣體在某一過(guò)程中，外界對(duì)氣體做了A.B.C.D.解析：依據(jù)熱力學(xué)第肯定律的符號(hào)法則，，所以選項(xiàng)B正確。答案：B

（二）正確運(yùn)用能量守恒定律計(jì)算內(nèi)能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的問(wèn)題物體內(nèi)能對(duì)分子而言，它是組成物體全部分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子熱能的總和，它是狀態(tài)量，它的大小及溫度、體積以及物體所含分子數(shù)有關(guān)。機(jī)械能是對(duì)物體整體而言，它是物體整體的動(dòng)能和勢(shì)能（包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能）的統(tǒng)稱，即使靜止物體的動(dòng)能為零，重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能也不變，物體仍具有內(nèi)能。物體的機(jī)械能及內(nèi)能之間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，例如“摩擦生熱”，但能的總量不變。在分析此類問(wèn)題時(shí)，一要留意能量轉(zhuǎn)化的方向，二要考慮到轉(zhuǎn)化的快慢導(dǎo)致的效果上的不同。例2.如圖所示容器中，A、B各有一個(gè)可自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下是水，上為空氣，大氣壓恒定。A、B底部由帶有閥門K的管道相連，整個(gè)裝置及外界絕熱，原先A中水面比B中高，打開閥門，使A中水漸漸向B流，最終達(dá)到平衡。在這個(gè)過(guò)程中，下面哪個(gè)說(shuō)法正確（）A.大氣壓對(duì)水做功，水的內(nèi)能增加B.水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能削減C.大氣壓對(duì)水不做功，水的內(nèi)能不變D.大氣壓對(duì)水不做功，水的內(nèi)能增加解析：本題主要考查能量轉(zhuǎn)化及守恒定律和大氣壓力做功的計(jì)算，打開閥門后，A中的水漸漸流入B中，最終達(dá)到平衡，即穩(wěn)定下來(lái)。這一過(guò)程中，水的重心肯定降低，重力勢(shì)能肯定削減，依據(jù)能的轉(zhuǎn)化及守恒定律，削減的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)能，水的內(nèi)能增加（容器的內(nèi)能也增加）。A、B液面大氣壓強(qiáng)相等，設(shè)為答案：D

例3.如圖所示，固定容器及可動(dòng)活塞P都是絕熱的，中間有一導(dǎo)熱的固定隔板B，B的兩邊分別盛有氣體甲和氣體乙，現(xiàn)將活塞P緩慢地向B移動(dòng)一段距離，已知?dú)怏w的溫度隨其內(nèi)能的增加而上升，則在移動(dòng)P的過(guò)程中（）A.外力對(duì)乙做功，甲的內(nèi)能增加B.外力對(duì)乙做功，乙的內(nèi)能不變C.乙傳遞熱量給甲，乙的內(nèi)能增加D.乙的內(nèi)能增加，甲的內(nèi)能不變解析：以氣體乙為探討對(duì)象，外力對(duì)氣體乙做功，內(nèi)能增加，因而氣體的溫度隨其內(nèi)能的增加而上升。B是固定的導(dǎo)熱隔板，通過(guò)熱傳遞，乙傳遞熱量給甲，甲的內(nèi)能增大。固定容器及可動(dòng)活塞都是絕熱的，以系統(tǒng)為探討對(duì)象，由熱力學(xué)第肯定律得，答案：AC

例4.如圖所示，直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的A、B兩部分氣體，A的密度小，B的密度較大，抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體勻稱混合，設(shè)在此過(guò)程中氣體吸熱為Q，氣體內(nèi)能增加為，則（）A.C.解析：A、B氣體起先的合重心在中線下，混合勻稱后在中線，所以系統(tǒng)重力勢(shì)能增大，由能量守恒知，汲取熱量一部分增加氣體內(nèi)能，一部分增加重力勢(shì)能。故答案：B

（三）熱力學(xué)其次定律1.（1）熱力學(xué)其次定律符合能量守恒定律；（2）熱力學(xué)其次定律的兩種表述是等價(jià)的，可以以其中一種表述推導(dǎo)出另一種表述。對(duì)任何一類宏觀自然過(guò)程進(jìn)行方向的說(shuō)明，都可以作為熱力學(xué)其次定律的表述。（3）其次類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，但違反了熱力學(xué)其次定律。所以是不行能制成的。（4）熱力學(xué)其次定律揭示了有大量分子參及的宏觀過(guò)程的方向性，使得它們成為獨(dú)立于熱力學(xué)第肯定律的自然規(guī)律。2.熱力學(xué)第肯定律和熱力學(xué)其次定律是熱力學(xué)學(xué)問(wèn)的基礎(chǔ)理論。熱力學(xué)第肯定律指出任何熱力學(xué)過(guò)程中能量守恒，而對(duì)過(guò)程沒有其他限制。熱力學(xué)其次定律指明哪些過(guò)程可以發(fā)生，哪些不行能發(fā)生，如：其次類永動(dòng)機(jī)不行能實(shí)現(xiàn)，熱機(jī)效率不行能是100%，熱現(xiàn)象過(guò)程中能量耗散是不行避開的，宏觀的實(shí)際的熱現(xiàn)象過(guò)程是不行逆的等等。3.熱力學(xué)第肯定律反映了功、熱量跟內(nèi)能變更之間的定量關(guān)系；熱力學(xué)其次定律的實(shí)質(zhì)是：自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性，都是不行逆的。違反該定律的其次類永動(dòng)機(jī)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。例5.下列說(shuō)法正確的是（）A.熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體B.外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能必定增加C.其次類永動(dòng)機(jī)不行能制成，是因?yàn)檫`反了能量守恒定律D.不行能從單一熱源汲取熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變更解析：由熱力學(xué)其次定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，但可借助于外在動(dòng)力實(shí)現(xiàn)，如冰箱、空調(diào)等設(shè)施，A選項(xiàng)不正確。又由熱力學(xué)第肯定律可知，物體內(nèi)能的變更由做功和熱傳遞兩種方式共同確定，所以B選項(xiàng)不準(zhǔn)確。其次類永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)其次定律，所以C選項(xiàng)錯(cuò)誤。由機(jī)械能及內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向性（熱力學(xué)其次定律表述2）可知，D選項(xiàng)正確。答案：D

例6.關(guān)于永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)定律的探討，下列敘述正確的是（）A.其次類永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律B.假如物體從外界汲取了熱量，則物體的內(nèi)能肯定增加C.外界對(duì)物體做功，則物體的內(nèi)能肯定增加D.做功和熱傳遞都可以變更物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)來(lái)看這兩種變更方式是有區(qū)分的解析：其次類永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)其次定律并不違反能量守恒定律，故A錯(cuò)。據(jù)熱力學(xué)第肯定律知內(nèi)能的變更由做功W和熱傳遞Q兩個(gè)方面共同確定，只知道做功狀況或只知道傳熱狀況就無(wú)法確定內(nèi)能的變更狀況，故B、C項(xiàng)錯(cuò)誤。做功和熱傳遞都可變更物體內(nèi)能。但做功是不同形式能的轉(zhuǎn)化，而熱傳遞是同種形式能間的轉(zhuǎn)移，這兩種方式是有區(qū)分的，故D正確。答案：D【模擬試題1.以下說(shuō)法中正確的是（）A.0℃的水結(jié)成0℃的冰，由于體積增大，分子勢(shì)能增大B.將鐵塊燒熱，鐵塊中分子平均動(dòng)能增大，分子勢(shì)能增大C.物態(tài)發(fā)生變更時(shí)，分子勢(shì)能肯定變更D.物體的機(jī)械能和內(nèi)能都可能為零2.行駛中的汽車制動(dòng)后滑行一段距離，最終停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出光明的光焰；著陸傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過(guò)程中穿過(guò)閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流。上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過(guò)程是（）①物體克服阻力做功②物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量③物體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量④物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量A.①②B.①③C.①④D.③④3.高為h（m）的瀑布，設(shè)落到瀑布底部的水損失的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，且被水本身所汲取，則瀑布頂部的水及底部的水的溫度差為（）A.C.D.4.在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，設(shè)100℃的1g水具有的內(nèi)能為A.C.5.在溫度勻稱的液體中，一個(gè)小氣泡由液體的底層緩慢地浮至液面，則氣泡在浮起的過(guò)程中（）A.放出熱量B.汲取熱量C.不吸熱也不放熱D.無(wú)法推斷6.若熱機(jī)從熱源汲取熱量為Q，對(duì)外做功為W，定義為熱機(jī)效率值為（）A.可以是100%B.可以大于100%C.可以大于或等于100%D.肯定小于100%7.關(guān)于熱力學(xué)其次定律的微觀意義，下列說(shuō)法正確的是（）A.大量分子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，能夠自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\(yùn)動(dòng)B.熱傳遞的自然過(guò)程是大量分子從有序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程C.熱傳遞的自然過(guò)程是大量分子從無(wú)序程度小的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向無(wú)序程度大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程D.一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行，系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小8.下列關(guān)于熵的有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)無(wú)序性的量度B