物理選修3-3第十章熱力學(xué)定律知識點(diǎn)匯總

物理選修3---3第十章熱力學(xué)定律知識點(diǎn)匯總編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:物理選修3---3第十章熱力學(xué)定律知識點(diǎn)匯總（填空訓(xùn)練版）知識點(diǎn)一、功和內(nèi)能絕熱過程：熱力學(xué)系統(tǒng)只由于外界對它做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱，也不向外界傳熱的熱力學(xué)過程，稱為絕熱過程。內(nèi)能：內(nèi)能是一種與熱運(yùn)動有關(guān)的能量。在物理學(xué)中，我們把物體內(nèi)所有分子作無規(guī)則運(yùn)動的動能和分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能。內(nèi)能用字母U表示。在宏觀上，熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能U是狀態(tài)量的函數(shù)，由系統(tǒng)的分子數(shù)、溫度、體積決定。絕熱過程功和能的關(guān)系功是過程量，能量是狀態(tài)量，功是能量變化的量度。某熱力學(xué)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過絕熱過程達(dá)到狀態(tài)2時，內(nèi)能的增加量就等于外界對系統(tǒng)所做的功W，即可見，這一過程實現(xiàn)了其它形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化。知識點(diǎn)二、熱和內(nèi)能1、熱傳遞：兩個溫度不同的物體相互接觸時溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，這個過程稱之為熱傳遞。2、熱傳遞的方式：熱傳導(dǎo)、對流熱、熱輻射。3、熱傳遞過程熱和能的關(guān)系某熱力學(xué)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過單純的傳熱過程達(dá)到狀態(tài)2時，內(nèi)能的增加量就等于外界對系統(tǒng)傳遞的熱量Q，即可見，這一過程只是實現(xiàn)了內(nèi)能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)移。知識點(diǎn)三、熱力學(xué)第一定律、能量守恒定律1、熱力學(xué)第一定律①熱力學(xué)第一定律表述：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所作的功的和。②熱力學(xué)第一定律表達(dá)式③應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的思路與步驟：1)、明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學(xué)系統(tǒng)。2）、分別列出物體或系統(tǒng)(吸收或放出的熱量)和外界對物體或系統(tǒng)所做的功。3）、據(jù)熱力學(xué)第一定律列出方程進(jìn)行求解，應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計算時，要依照符號法則代入數(shù)據(jù)，對結(jié)果的正負(fù)也同樣依照規(guī)則來解釋其意義。符號+外界對系統(tǒng)做功系統(tǒng)從外界吸熱系統(tǒng)內(nèi)能增加-系統(tǒng)對外界做功系統(tǒng)向外界放熱系統(tǒng)內(nèi)能減少4）、幾種特殊情況：若過程是絕熱的，即Q=0，則：W=ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。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(nèi)能的增加。若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU=0，則:W+Q=0,外界對物體做的功等于物體放出的熱量。④對熱力學(xué)第一定律的理解：熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能的方式是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系，此定律是標(biāo)量式，應(yīng)用時熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳。能量守恒定律①能量守恒定律內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。②對能量守恒定律的理解：1）在自然界中不同的能量形式與不同的運(yùn)動形式相對應(yīng)，如物體做機(jī)械運(yùn)動具有機(jī)械能，分子運(yùn)動具有內(nèi)能等。2）某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。③第一類永動機(jī)不可制成第一類永動機(jī)是一類所謂不需外界輸入能源、能量，并且對外做功的機(jī)械。第一類永動機(jī)不可制成是因為其違背了熱力學(xué)第一定律，即能量轉(zhuǎn)化和守恒定律。知識點(diǎn)四、熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的表述：一種表述：熱量不能自發(fā)的從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化。另一種表述：（開爾文表述）不可能從單一熱庫吸收熱量，將其全部用來轉(zhuǎn)化成功，而不引起其他的影響。2、對熱力學(xué)第二定律的理解:在熱力學(xué)第二定律的表述中,自發(fā)和不產(chǎn)生其他影響的涵義，自發(fā)是指熱量從高溫物體自發(fā)地傳給低溫物體的方向性，在傳遞過程中不會對其他物體產(chǎn)生影響或需要借助其他物體提供能量等的幫助。不產(chǎn)生其他影響的涵義是使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體或從單一熱源吸收熱量全部用來做功，必須通過第三者的幫助，這里的幫助是指提供能量等，否則是不可能實現(xiàn)的。熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，使人們認(rèn)識到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。③第二類永動機(jī)不可制成1）第二類永動機(jī)是一類所謂在僅有一個熱源的條件下便能夠不斷運(yùn)動并且對外做功的機(jī)械。2）第二類永動機(jī)不可制成是因為其違背熱力學(xué)第二定律（一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行）知識點(diǎn)五、熱力學(xué)第二定律的微觀解釋熱力學(xué)第二定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行。2、熵增加原理：熵是分子熱運(yùn)動無序程度的定量量度，在絕熱過程或孤立系統(tǒng)中，熵是增加的。①熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量，正如溫度反映物體內(nèi)分子平均動能大小一樣。②系統(tǒng)越混亂，無序程度越大，就稱這個系統(tǒng)的熵越大。系統(tǒng)自發(fā)變化時，總是向著無序程度增加的方向發(fā)展，至少無序程度不會減少，也就是說，系統(tǒng)自發(fā)變化時，總是由熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)進(jìn)行。從熵的意義上說，系統(tǒng)自發(fā)變化時總是向著熵增加的方向發(fā)展，不會使熵減少。③任何宏觀物質(zhì)系統(tǒng)都有一定量的熵，熵也可以在系統(tǒng)的變化過程中產(chǎn)生或傳遞。④一切自然過程的發(fā)生和發(fā)展中，總熵必定不會減少。知識點(diǎn)六、能源和可持續(xù)發(fā)展1、能量耗散：系統(tǒng)的內(nèi)能流散到周圍的環(huán)境中，沒有辦法把這些內(nèi)能收集起來加以利用2、能源的重要性：能源是社會存在與發(fā)展永遠(yuǎn)不可或缺的必需品，是國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)動的物質(zhì)基礎(chǔ)，它與材料、信息構(gòu)成現(xiàn)代社會的三大支柱。3、化石能源：人們把煤、石油叫做化石能源。4、生物質(zhì)能：生物質(zhì)能指綠色植物通過光合作用儲存在生物體內(nèi)的太陽能，儲存形式是生物分子的化學(xué)能。5、風(fēng)能：為了增加風(fēng)力發(fā)電的功率，通常把很多風(fēng)車建在一起，我國新疆、內(nèi)蒙古等地已經(jīng)開始大規(guī)模利用風(fēng)力發(fā)電。6、水能：水是可再生的，水電對環(huán)境的影響小，發(fā)電成本低。7、太陽能：通過太陽電池將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能。知識點(diǎn)七、幾個概念的區(qū)別1、熱量和內(nèi)能：內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定，要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，可以通過熱傳遞或做功兩種方式來完成，而熱量是熱傳遞過程中的特征物理量，和功一樣，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的能量，是用來衡量物體內(nèi)能變化的。有過程，才有變化，離開過程，毫無意義，就某一狀態(tài)而言，只有內(nèi)能，根本談不上什么熱量。因此，不能說一個系統(tǒng)中含有多少熱量或多少功。2、熱量和溫度：熱量是系統(tǒng)的內(nèi)能變化的量度，而溫度是系統(tǒng)內(nèi)部大量分子做無規(guī)則運(yùn)動的激烈程度的標(biāo)志，雖然熱傳遞的前提是兩個系統(tǒng)之間要有溫度差，但是傳遞的是能量，不是溫度，熱傳遞不僅可以使系統(tǒng)溫度發(fā)生變化，還可以使物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化，在物質(zhì)狀態(tài)變化中，傳遞給系統(tǒng)的熱量并沒有使系統(tǒng)的溫度發(fā)生變化，因此不能說系統(tǒng)吸收熱量多，溫度變化一定大，也不能認(rèn)為系統(tǒng)的溫度高，它放出的熱量一定多，因為放出的熱量，不但和溫度的變化值有關(guān)，還和比熱容有關(guān)，總之，熱量和溫度之間雖然有一定的聯(lián)系，但它們是完全不同的兩個物理量。3、熱量和功：熱量和功，都是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，都是過程量，一定量的熱量還與一定量的功相當(dāng)，但它們之間有著本質(zhì)的區(qū)別，用做功來改變系統(tǒng)的內(nèi)能，是系統(tǒng)內(nèi)分子隨整體的有序運(yùn)動，轉(zhuǎn)化為另一系統(tǒng)的分子的無規(guī)則運(yùn)動的過程，是機(jī)械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過程，用熱傳遞來改變系統(tǒng)的內(nèi)能，是通過傳導(dǎo)對流和輻射來完成的，它將分子的無規(guī)則運(yùn)動，從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個系統(tǒng)，這種轉(zhuǎn)移就是系統(tǒng)間內(nèi)能轉(zhuǎn)換的過程。〖解題示例〗1、下面設(shè)想符合能量守恒定律的是（）A.利用永久磁鐵間的作用力造一臺永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)動的機(jī)器B.做成一條船利用河水的能量逆水航行C.通過太陽照射飛機(jī)使飛機(jī)起飛D.不用任何燃料使河水升溫解析：利用磁場能可能使磁鐵所具有的磁場能轉(zhuǎn)化為動能，但由于摩擦力的不可避免性，動能最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使轉(zhuǎn)動停止，故A錯；讓船先靜止在水中，設(shè)計一臺水力發(fā)電機(jī)使船獲得足夠電能，然后把電能轉(zhuǎn)化為船的動能使船逆水航行；同理可利用光能的可轉(zhuǎn)化性和電能的可收集性，使光能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)的動能，實現(xiàn)飛機(jī)起飛，故B、C正確；設(shè)計水壩利用河水的重力勢能發(fā)電，一部分重力勢能通過水輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能、另外電能也可轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使水升溫，故D正確。答案BCD2、一個帶活塞的氣缸內(nèi)盛有一定量的氣體，若此氣體的溫度隨其內(nèi)能的增大而升高，則（）A.將熱量傳給氣體，其溫度必升高B.壓縮氣體，其溫度必升高C.壓縮氣體，同時氣體向外界放熱，其溫度必不變D.壓縮氣體，同時將熱量傳給氣體，其溫度必升高解析：由于氣體的溫度隨其內(nèi)能的增大而升高，所以內(nèi)能增大溫度必然升高；由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q知，當(dāng)壓縮氣體，同時將熱量傳給氣體，其內(nèi)能增加，溫度必升高，D正確；而A、B只是考慮了或W或Q的一個方面而忽略了另一方面，故不正確。答案：D3、.如圖所示，用導(dǎo)熱的固定隔板把一容器隔成容積相等的甲、乙兩部分，甲、乙中分別有質(zhì)量相等的氮?dú)夂脱鯕?。在達(dá)到平衡時，它們的溫度必相等，若分子勢能可忽略，則甲、乙中（）甲乙A.氣體的壓強(qiáng)相等B.氣體分子的平均動能相等甲乙C.氣體的內(nèi)能相等D.氣體分子的平均速率相等解析：由于溫度是分子平均動能的標(biāo)志，所以在達(dá)到平衡時，它們的溫度相等，氣體分子的平均動能必相等。答案：B4、在一個橫截面積S=3×10-2m2的圓筒內(nèi)裝有質(zhì)量m=0.6kg的水，被太陽光垂直照射t=2min后，水溫升高1℃，設(shè)大氣層的太陽能只有η=45%到達(dá)地面，不計容器的吸熱和散熱損失，試估算太陽的全部輻射功率。（保留一位有效數(shù)字，設(shè)太陽與地球之間的平均距離d=1.5×1011m，水的比熱c=4.2×103J/kg·℃）解析：設(shè)太陽的全部輻射功率為P，則在兩分鐘內(nèi)太陽向外輻射的能量Q=Pt，則由題意可知 所以=4.4×1026W〖知識點(diǎn)填空〗.1、一定質(zhì)量的理想氣體，在升溫膨脹對外做功的過程中，分子的平均動能，氣體的內(nèi)能，因而伴隨著過程。答案：增大增加吸熱2、.某氣體初態(tài)時有100J內(nèi)能，膨脹過程中對外做功30J，同時吸收了20J的熱量，在這過程中內(nèi)能（填增加或減少）J。永動機(jī)答案：減少10真的〖針對性訓(xùn)練〗會永一、選擇題1．下列說法中正確的是()A．熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的B．第二類永動機(jī)不可能制成，因為它違反能量守恒定律C．第二類永動機(jī)不可能制成，因為機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性D．熱力學(xué)第二定律表明，所有物理過程都具有方向性答案：AC2．有關(guān)熱現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．只要物體吸收了熱量，物體的內(nèi)能就一定會增大B．熱傳遞能改變物體的內(nèi)能，做功卻只能改變物體的運(yùn)動狀態(tài)C．布朗運(yùn)動是懸浮在液體中的那一部分分子的無規(guī)則運(yùn)動D．質(zhì)量相同的水、酒精和水銀，若它們的溫度都是15℃，則三者分子的平均動能相同答案：D3．關(guān)于物體的內(nèi)能，以下說法中不正確的是()A．物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的動能和勢能之和B．物體不從外界吸收熱量，其內(nèi)能也可能增加C．外界對物體做功，物體的內(nèi)能一定增加D．物體內(nèi)能的多少，跟物體的溫度和體積都有關(guān)系答案：C4．熱力學(xué)第二定律常見的表述方式有兩種，其一是：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；其二是：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．第一種表述方式可以用如右圖示意圖來表示，根據(jù)你對第二種表述的理解，如果也用類似的示意圖來表示，你認(rèn)為下列示意圖中正確的是()答案：B5.如圖所示，上端開口的絕熱氣缸直立于地面上，光滑絕熱的活塞把一定質(zhì)量的氣體（氣體分子間的作用力忽略不計）封閉在氣缸中，活塞上堆放細(xì)砂，并處于靜止?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)在不斷取走細(xì)砂，使活塞緩慢上升，直到砂全部取走，則在此過程中(BD)A．氣體的壓強(qiáng)不變

B．氣體單位體積內(nèi)分子數(shù)減少

C．氣體的內(nèi)能不變

D．氣體分子的平均動能減小6．如圖所示，木塊A放在木塊B的左端，用恒力F將A拉至B右端，第一次將B固定在地面上，F(xiàn)做功為W1，生熱為Q1；第二次讓B在光滑地面上自由滑動，這次F做的功為W2，生熱為Q2，則應(yīng)有()A．W1<W2，Q1＝Q2B．W1＝W2，Q1＝Q2C．W1<W2，Q1<Q2D．W1>W2，Q1<Q2答案：A7．如圖所示，帶有活塞的汽缸中封閉一定質(zhì)量的理想氣體．將一個半導(dǎo)體NTC熱敏電阻R(溫度降低，電阻變大)置于汽缸中，熱敏電阻與容器外的電源E和電流表A組成閉合回路，汽缸和活塞固定且具有良好的絕熱(與外界無熱交換)性能．若發(fā)現(xiàn)電流表的讀數(shù)增大時，以下判斷正確的是(C)A．氣體一定對外做功B．氣體體積一定增大C．氣體內(nèi)能一定增大D．氣體壓強(qiáng)一定增大8．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A經(jīng)絕熱過程A→B、等容過程B→C、等溫過程C→A又回到了狀態(tài)A，則(AC)A．A→B過程氣體降溫B．B→C過程氣體內(nèi)能增加，可能外界對氣體做了功C．C→A過程氣體放熱D．全部過程氣體做功為零9．如圖所示，實線表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化的p－T圖象，變化過程如圖中箭頭所示，則下列說法中正確的是()A．a(chǎn)b過程中氣體內(nèi)能增加，密度不變 B．bc過程中氣體內(nèi)能增加，密度也增大C．cd過程中，分子平均動能不變D．da過程中，氣體內(nèi)能增加，密度不變10．關(guān)于電冰箱的工作原理，請作以下研究：如圖所示為電冰箱的工作原理圖，毛細(xì)管壓縮機(jī)工作時，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)。下列說法中正確的是(BC)第10題A．在冰箱外的管道中，制冷劑迅速膨脹并放出熱量第10題B．在冰箱內(nèi)的管道中，制冷劑迅速膨脹并吸收熱量C．在冰箱外的管道中，制冷劑被壓縮并放出熱量D．在冰箱內(nèi)的管道中，制冷劑被壓縮并吸收熱量11．(1)空氣壓縮機(jī)在一次壓縮過程中，活塞對汽缸中的氣體做功為2.0×105J，同時氣體的內(nèi)能增加了1.5×105J.試問：此壓縮過程中，氣體________(填“吸收”或“放出”)的熱量等于________J.(2)若一定質(zhì)量的理想氣體分別按下圖所示的三種不同過程變化，其中表示等壓變化的是________(填“A”、“B”或“C”)，該過程中氣體的內(nèi)能________(填“增加”、“減少”或“不變”)．答案：(1)放出5×104(2)C增加(3)7×10312.某地的平均風(fēng)速為5m/s，已知空氣密度是1.2kg/m3，有一風(fēng)車，它的車葉轉(zhuǎn)動時可形成半徑為12m的圓面，如果這個風(fēng)車能將此圓內(nèi)10%的氣流的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，則該風(fēng)車帶動的發(fā)電機(jī)功率是_____________________W答案：3.4kW解析：首先可以求出在時間t內(nèi)作用于風(fēng)車的氣流質(zhì)量為m=πr2υtρ，這些氣流的動能為mυ2；轉(zhuǎn)變的是能為E=mυ2×10％