第三章 热力学定律 知识点清单 高中物理人教版（2019）选择性必修第三册

这是一份第三章 热力学定律 知识点清单 高中物理人教版（2019）选择性必修第三册，共14页。

新教材 人教版 高中物理选择性必修第三册第3章知识点清单目录第3章　热力学定律第1节 功、热和内能的改变第2节 热力学第一定律第3节　能量守恒定律第4节 热力学第二定律第3章　热力学定律第1节 功、热和内能的改变一、焦耳的实验1. 绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫作绝热过程。2. 两个代表性实验实验1　通过重力做功实现能量转化：重物下落带动叶片搅拌容器中的水，靠叶片与水摩擦引起水温上升。实验2　通过电流做功实现能量转化：通过重物下落带动发电机发电，电流通过电阻丝，电流的热效应给液体加热。3. 实验结论要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。二、功与内能的改变1. 功与内能变化的关系在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU等于外界对系统所做的功W。2. 表达式  三、热与内能的改变1. 传热(1)定义：两个温度不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热从高温物体传到了低温物体。(2)方式：热传导、热对流、热辐射。(3)条件：有温度差。2. 热与内能变化的关系：当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU等于外界向系统传递的热量Q。3. 表达式：ΔU=U2-U1=Q4. 做功与传热在改变系统内能上的异同(1)做功和传热都能引起系统内能的改变；(2)做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生转化，而传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。四、做功和传热在改变物体内能上的区别与联系五、热量和内能的区别　　热量是用来衡量单纯的传热过程中物体内能变化多少的物理量，是一个过程量。因此，一般在发生传热时才谈热量。热量和内能是两个截然不同的概念，内能是状态量，我们可以说物体在一定状态下有内能，但不能说它在该状态下有热量，也不能认为温度高的物体含有的热量多。热量与功一样，对应某个物理过程时才有意义。做功传热内能变化外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少物理实质其他形式的能与内能发生转化。当机械能转化为内能时，必须通过物体的宏观运动才能实现不同物体或同一物体的不同部分之间内能的转移。热量从高温物体传递给低温物体时，高温物体内能减少，低温物体内能增加，最后达到温度相同联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的第2节 热力学第一定律第3节　能量守恒定律一、热力学第一定律及应用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。这个关系叫作热力学第一定律。2. 表达式：ΔU=Q+W3. ΔU=Q+W中正、负号法则二、探索能量守恒的足迹1. 人类对能量的认识(1)能量具有不同的形式：有描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能等等。不同形式的运动都可以用能量描述。(2)不同形式的能可以相互转化：机械能的各种形式之间可以相互转化，电和磁可以相互转化，热和电也可以相互转化……2. 能量守恒观念的形成(1)俄国化学家盖斯的研究发现，任何一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，放出的总热量相同。(2)焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系，从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步。(3)德国医生迈尔认识到食物中化学能与内能的等效性，即生物体内能量的输入和输出是平衡的。另外，他还猜想热与机械运动的等效性，并推算了多少热与多少功相当。因此，迈尔是公认的第一个提出能量守恒思想的人。(4)1847年，德国科学家亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律。WQΔU+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三、能量守恒定律和永动机不可能制成1. 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)意义：能量守恒是自然界的普遍规律。根据能量守恒定律，物理学发现和解释了很多科学现象。2. 第一类永动机(1)人们设想的不需要任何动力或燃料却能不断地对外做功的机器。(2)违背能量守恒定律，不可能制成。四、对热力学第一定律的理解1. 热力学第一定律的意义(1)热力学第一定律不仅反映了做功和传热这两种改变内能的方法是等价的，而且给出了内能的变化量与做功和传热之间的定量关系。(2)热力学第一定律将单纯的做功过程和单纯的传热过程中内能改变的定量表达式推广到一般情况，既有做功又有传热的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示外界对系统所做的功，Q表示外界向系统传递的热量。2. 物体的体积变化与做功正负的关系(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0；(2)若物体体积减小，表明外界对物体做功，W>0。五、对能量守恒定律的理解1. 能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。可见，在自然界中，不同的能量形式与不同的运动形式相对应。(2)各种形式的能可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。2. 能量守恒定律是没有条件的与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是在只有重力做功或系统内弹力做功的情况下；而能量守恒是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。3. 能量守恒定律的两种表述表述一：某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等。表述二：某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。六、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用1. 对于理想气体，常把热力学第一定律与理想气体状态方程结合起来分析其状态变化规律。2. 常见的分析思路(1)利用体积的变化分析做功问题。气体体积增大，气体对外做功；气体体积减小，外界对气体做功。(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化。一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减少。(3)利用热力学第一定律判断是吸热过程还是放热过程。由热力学第一定律ΔU=W+Q，可得Q=ΔU-W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程。第4节 热力学第二定律一、热力学第二定律(1)一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。如物体间的传热、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动……都有特定的方向性。(2)在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。二、热力学第二定律的两种表述1. 克劳修斯表述(1)内容：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。(2)理解：①表述中“自发”二字指的是：当两个物体接触时不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从一个物体传向另一个物体。②当两个温度不同的物体接触时，这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体的。③热量可以自发地从高温物体传向低温物体，却不能自发地从低温物体传向高温物体。要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才能完成。2. 开尔文表述(1)内容：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)理解：①热力学第二定律的开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性：机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转化成机械能。②热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。三、能量是有限的1. 能量耗散：能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。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。这样的转化过程叫作“能量耗散”。2. 能量品质的降低能源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。四、对热力学第二定律的理解  热力学第二定律的克劳修斯表述与开尔文表述的对比 克劳修斯表述开尔文表述作用阐述了传热的方向性。热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进行，这是一个不可逆过程阐述了机械能与内能转化的方向性。机械能可以全部转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化等价性和实质不管如何表述，热力学第二定律的实质都是相同的，即一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的举例①传热过程的方向性②扩散现象的方向性③机械能和内能转化的方向性④气体向真空中自由膨胀的方向性⑤电能和内能转化的方向性