中學(xué)考試之高中物理知識點總結(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)

1、一. 教學(xué)內(nèi)容：熱力學(xué)基礎(chǔ) （一）改變物體內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞1. 做功：其他形式的能與內(nèi)能之間相互轉(zhuǎn)化的過程，內(nèi)能改變了多少用做功的數(shù)值來量度，外力對物體做功，內(nèi)能增加，物體克服外力做功，內(nèi)能減少。2. 熱傳遞：它是物體間內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過程，內(nèi)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(nèi)能增加，放出熱量，物體的內(nèi)能減少，熱傳遞的方式有：傳導(dǎo)、對流、輻射，熱傳遞的條件是物體間有溫度差。 （二）熱力學(xué)第一定律1. 內(nèi)容：物體內(nèi)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(fù)值，吸收熱量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)能減少 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，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式或從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能的總量不變，這就是能量守恒定律。 （四）熱力學(xué)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(xué)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(xué)第二定律的微觀實質(zhì)是：與熱現(xiàn)象有關(guān)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(nèi)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(yuǎn)無法實現(xiàn)的，它違背了能的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化和守恒定律，但卻違背了熱力學(xué)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(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(jié)構(gòu)、工業(yè)裝備、動力和通訊設(shè)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(zhuǎn)化過程中，一部分機械能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能，而這些內(nèi)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(nèi)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(nèi)能較之機械能、電能等，是一種低品質(zhì)的能量。能量耗散不會使能的總量減少，卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低。 二. 重點、難點（一）熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律說明了做功和熱傳遞是物體內(nèi)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(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)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(fù)，可以先假定它為正，在計算出結(jié)果以后再作判斷。若大于零，說明與原假設(shè)一致，若結(jié)果為負(fù)，則說明與原假設(shè)相反。熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用一般步驟是：1. 根據(jù)符號法則寫出各已知量（W、 ）的正負(fù)。2. 根據(jù)方程 求出未知量3. 再根據(jù)未知量的正負(fù)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(xué)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(nèi)能和機械能相互轉(zhuǎn)化的問題物體內(nèi)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(guān)。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(nèi)能。物體的機械能與內(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。在分析此類問題時，一要注意能量轉(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(nèi)能增加B. 水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減少C. 大氣壓對水不做功，水的內(nèi)能不變D. 大氣壓對水不做功，水的內(nèi)能增加解析：本題主要考查能量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化與守恒定律，減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為整個系統(tǒng)的內(nèi)能，水的內(nèi)能增加（容器的內(nèi)能也增加）。A、B液面大氣壓強相等，設(shè)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(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

8、B移動一段距離，已知氣體的溫度隨其內(nèi)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(nèi)能增加B. 外力對乙做功，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：以氣體乙為研究對象，外力對氣體乙做功，內(nèi)能增加，因而氣體的溫度隨其內(nèi)能的增加而升高。B是固定的導(dǎo)熱隔板，通過熱傳遞，乙傳遞熱量給甲，甲的內(nèi)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(xué)第一定律 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，使兩部分氣體均勻混合，設(shè)在此過程中氣體吸熱

9、為Q，氣體內(nèi)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(nèi)能，一部分增加重力勢能。故答案：B （三）熱力學(xué)第二定律1. （1）熱力學(xué)第二定律符合能量守恒定律；（2）熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等價的，可以以其中一種表述推導(dǎo)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(xué)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(xué)第二定律。所以是不可能制成的。（4）熱力學(xué)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(xué)第一定律的自然規(guī)律

10、。2. 熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)知識的基礎(chǔ)理論。熱力學(xué)第一定律指出任何熱力學(xué)過程中能量守恒，而對過程沒有其他限制。熱力學(xué)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(xué)第一定律反映了功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系；熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)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(nèi)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(xué)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(diào)等設(shè)施，A選項不正確。又由熱力學(xué)第一定律可知，物體內(nèi)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(xué)第二定律，所以C選項錯誤。由機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性（熱力學(xué)第二定律表述2）可知，D選項正確。答案：D 例6. 關(guān)于永動機和熱力學(xué)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(nèi)能一定增加C. 外界對物體做功，則物體的內(nèi)能一定增加D. 做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)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(xué)第二定律并不違反能量守恒定律，故A錯。據(jù)熱力學(xué)第一定律 知內(nèi)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(nèi)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(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)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(jié)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(nèi)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(zhuǎn)化為其他形式的能量物體的勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量物體的機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量A. B. C. D. 3. 高為h（m）的瀑布，設(shè)落到瀑布底部的水損失的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)大氣

14、壓下，設(shè)100的1g水具有的內(nèi)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(guān)于熱力學(xué)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)于熵的有關(guān)說法錯誤的是（ ）A. 熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運動無序性的量度B. 在自然過程中熵總是增加的C. 熱力學(xué)第二定律也叫做熵減小原理D. 熵值越大代表越為無序9. 一定質(zhì)量的氣體從外界吸收了 的功，問（1）物體的內(nèi)能變化多少？（2）分子勢能是增加還是減少