高中物理知識點總結：熱力學基礎

1、一. 教學內容：熱力學基礎 （一）改變物體內能的兩種方式：做功和熱傳遞1. 做功：其他形式的能與內能之間相互轉化的過程，內能改變了多少用做功的數(shù)值來量度，外力對物體做功，內能增加，物體克服外力做功，內能減少。2. 熱傳遞：它是物體間內能轉移的過程，內能改變了多少用傳遞的熱量的數(shù)值來量度，物體吸收熱量，物體的內能增加，放出熱量，物體的內能減少，熱傳遞的方式有：傳導、對流、輻射，熱傳遞的條件是物體間有溫度差。 （二）熱力學第一定律1. 內容：物體內能的增量 等于外界對物體做的功W和物體吸收的熱量Q的總和。2. 表達式： 。3. 符號法則：外界對物體做功，W取正值，物體對外界做功

2、，W取負值，吸收熱量Q取正值，物體放出熱量Q取負值；物體內能增加 取正值，物體內能減少 取負值。 （三）能的轉化和守恒定律能量既不能憑空產(chǎn)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從一個物體轉移到另一個物體。在轉化和轉移的過程中，能的總量不變，這就是能量守恒定律。 （四）熱力學第二定律兩種表述：（1）不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化。（2）不可能從單一熱源吸收熱量，并把它全部用來做功，而不引起其他變化。熱力學第二定律揭示了涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都有方向性。（3）熱力學第二定律的微觀實質是：與熱現(xiàn)象有關的自發(fā)的宏觀過程，總是朝著分子熱運動狀態(tài)無

3、序性增加的方向進行的。（4）熵是用來描述物體的無序程度的物理量。物體內部分子熱運動無序程度越高，物體的熵就越大。 （五）說明的問題1. 第一類永動機是永遠無法實現(xiàn)的，它違背了能的轉化和守恒定律。2. 第二類永動機也是無法實現(xiàn)的，它雖然不違背能的轉化和守恒定律，但卻違背了熱力學第二定律。 （六）能源和可持續(xù)發(fā)展1. 能量與環(huán)境（1）溫室效應：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，導致“溫室效應”，使得地面溫度上升，兩極的冰雪融化，海平面上升，淹沒沿海地區(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程中溶入雨水，使其形成酸

4、雨，酸雨進入地表、江河、破壞土壤，影響農(nóng)作物生長，使生物死亡，破壞生態(tài)平衡，同時腐蝕建筑結構、工業(yè)裝備、動力和通訊設備等，還直接危害人類健康。2. 能量耗散和能量降退（1）能量耗散：在能量轉化過程中，一部分機械能轉變成內能，而這些內能最終流散到周圍的環(huán)境中，我們沒有辦法把這些流散的內能重新收集起來加以利用，這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。（2）能量降退：從可被利用的價值來看，內能較之機械能、電能等，是一種低品質的能量。能量耗散不會使能的總量減少，卻會導致能量品質的降低。 二. 重點、難點（一）熱力學第一定律熱力學第一定律說明了做功和熱傳遞是物體內能改變的量度，沒有做功和熱傳遞就不可能實現(xiàn)能的

5、轉化和轉移。按照符號法則將“ ”“”號代入 計算或分析問題，如果事先不便確定其正負，可以先假定它為正，在計算出結果以后再作判斷。若大于零，說明與原假設一致，若結果為負，則說明與原假設相反。熱力學第一定律的應用一般步驟是：1. 根據(jù)符號法則寫出各已知量（W、 ）的正負。2. 根據(jù)方程 求出未知量3. 再根據(jù)未知量的正負判斷該量的變化。例1. 一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了A. B. C. D. 解析：根據(jù)熱力學第一定律的符號法則， ，所以選項B正確。答案：B （二）正確運用能量守恒定律計算內能和機械能相互轉化的問題物體內能對分子而言，它是組成物體所有分子熱運動的動能和分子熱能

6、的總和，它是狀態(tài)量，它的大小與溫度、體積以及物體所含分子數(shù)有關。機械能是對物體整體而言，它是物體整體的動能和勢能（包括重力勢能和彈性勢能）的統(tǒng)稱，即使靜止物體的動能為零，重力勢能和彈性勢能也不變，物體仍具有內能。物體的機械能與內能之間可以發(fā)生相互轉化，例如“摩擦生熱”，但能的總量不變。在分析此類問題時，一要注意能量轉化的方向，二要考慮到轉化的快慢導致的效果上的不同。例2. 如圖所示容器中，A、B各有一個可自由移動的輕活塞，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，整個裝置與外界絕熱，原先A中水面比B中高，打開閥門，使A中水逐漸向B流，最后達到平衡。在這個過程中，下面哪

7、個說法正確（ ）A. 大氣壓對水做功，水的內能增加B. 水克服大氣壓力做功，水的內能減少C. 大氣壓對水不做功，水的內能不變D. 大氣壓對水不做功，水的內能增加解析：本題主要考查能量轉化與守恒定律和大氣壓力做功的計算，打開閥門后，A中的水逐漸流入B中，最后達到平衡，即穩(wěn)定下來。這一過程中，水的重心一定降低，重力勢能一定減少，依據(jù)能的轉化與守恒定律，減少的重力勢能全部轉化為整個系統(tǒng)的內能，水的內能增加（容器的內能也增加）。A、B液面大氣壓強相等，設為 答案：D 例3. 如圖所示，固定容器及可動活塞P都是絕熱的，中間有一導熱的固定隔板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

8、B移動一段距離，已知氣體的溫度隨其內能的增加而升高，則在移動P的過程中（ ）A. 外力對乙做功，甲的內能增加B. 外力對乙做功，乙的內能不變C. 乙傳遞熱量給甲，乙的內能增加D. 乙的內能增加，甲的內能不變解析：以氣體乙為研究對象，外力對氣體乙做功，內能增加，因而氣體的溫度隨其內能的增加而升高。B是固定的導熱隔板，通過熱傳遞，乙傳遞熱量給甲，甲的內能增大。固定容器及可動活塞都是絕熱的，以系統(tǒng)為研究對象，由熱力學第一定律 得，答案：AC 例4. 如圖所示，直立容器內部有被隔板隔開的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，使兩部分氣體均勻混合，設在此過程中氣體吸熱

9、為Q，氣體內能增加為 ，則（ ）A. C. 解析：A、B氣體開始的合重心在中線下，混合均勻后在中線，所以系統(tǒng)重力勢能增大，由能量守恒知，吸收熱量一部分增加氣體內能，一部分增加重力勢能。故答案：B （三）熱力學第二定律1. （1）熱力學第二定律符合能量守恒定律；（2）熱力學第二定律的兩種表述是等價的，可以以其中一種表述推導出另一種表述。對任何一類宏觀自然過程進行方向的說明，都可以作為熱力學第二定律的表述。（3）第二類永動機不違背能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律。所以是不可能制成的。（4）熱力學第二定律揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，使得它們成為獨立于熱力學第一定律的自然規(guī)律

10、。2. 熱力學第一定律和熱力學第二定律是熱力學知識的基礎理論。熱力學第一定律指出任何熱力學過程中能量守恒，而對過程沒有其他限制。熱力學第二定律指明哪些過程可以發(fā)生，哪些不可能發(fā)生，如：第二類永動機不可能實現(xiàn)，熱機效率不可能是100%，熱現(xiàn)象過程中能量耗散是不可避免的，宏觀的實際的熱現(xiàn)象過程是不可逆的等等。3. 熱力學第一定律反映了功、熱量跟內能改變之間的定量關系；熱力學第二定律的實質是：自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，都是不可逆的。違背該定律的第二類永動機是無法實現(xiàn)的。例5. 下列說法正確的是（ ）A. 熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體B. 外界對物體做功，物體的內能必定增加C

11、. 第二類永動機不可能制成，是因為違反了能量守恒定律D. 不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化解析：由熱力學第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，但可借助于外在動力實現(xiàn)，如冰箱、空調等設施，A選項不正確。又由熱力學第一定律可知，物體內能的改變由做功和熱傳遞兩種方式共同決定，所以B選項不確切。第二類永動機違背了熱力學第二定律，所以C選項錯誤。由機械能與內能轉化過程的方向性（熱力學第二定律表述2）可知，D選項正確。答案：D 例6. 關于永動機和熱力學定律的討論，下列敘述正確的是（ ）A. 第二類永動機違反能量守恒定律B. 如果物體從外界吸收了熱量，

12、則物體的內能一定增加C. 外界對物體做功，則物體的內能一定增加D. 做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，但從能量轉化或轉移的觀點來看這兩種改變方式是有區(qū)別的解析：第二類永動機違反熱力學第二定律并不違反能量守恒定律，故A錯。據(jù)熱力學第一定律 知內能的變化由做功W和熱傳遞Q兩個方面共同決定，只知道做功情況或只知道傳熱情況就無法確定內能的變化情況，故B、C項錯誤。做功和熱傳遞都可改變物體內能。但做功是不同形式能的轉化，而熱傳遞是同種形式能間的轉移，這兩種方式是有區(qū)別的，故D正確。答案：D【模擬試題1. 以下說法中正確的是（ ）A. 0的水結成0的冰，由于體積增大，分子勢能增大B. 將鐵塊燒熱，鐵塊中分

13、子平均動能增大，分子勢能增大C. 物態(tài)發(fā)生變化時，分子勢能一定變化D. 物體的機械能和內能都可能為零2. 行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的光焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，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程是（ ）物體克服阻力做功物體的動能轉化為其他形式的能量物體的勢能轉化為其他形式的能量物體的機械能轉化為其他形式的能量A. B. C. D. 3. 高為h（m）的瀑布，設落到瀑布底部的水損失的重力勢能全部轉化為內能，且被水本身所吸收，則瀑布頂部的水與底部的水的溫度差為（ ）A. C. D. 4. 在一個標準大氣

14、壓下，設100的1g水具有的內能為A. C. 5. 在溫度均勻的液體中，一個小氣泡由液體的底層緩慢地浮至液面，則氣泡在浮起的過程中（ ）A. 放出熱量 B. 吸收熱量C. 不吸熱也不放熱 D. 無法判斷6. 若熱機從熱源吸收熱量為Q，對外做功為W，定義 為熱機效率 值為（ ）A. 可以是100% B. 可以大于100%C. 可以大于或等于100% D. 一定小于100%7. 關于熱力學第二定律的微觀意義，下列說法正確的是（ ）A. 大量分子無規(guī)則的熱運動，能夠自發(fā)轉變?yōu)橛行蜻\動B. 熱傳遞的自然過程是大量分子從有序運動狀態(tài)向無序運動狀態(tài)轉化的過程C. 熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的運動狀態(tài)向無序程度大的運動狀態(tài)轉化的過程D. 一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行，系統(tǒng)的總熵不會減小8. 下列關于熵的有關說法錯誤的是（ ）A. 熵是系統(tǒng)內分子運動無序性的量度B.