第三章 热力学定律 章小结——2022-2023学年高二物理新教材基础 巩固 提升三级跳

新教材 基础 巩固 提升三级跳 第三章 热力学定律 章小结 基础知识 知识结构： 知识点梳理： 3.1功、热和内能的改变 一、功和内能 1．焦耳的实验 (1)绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热。 (2)代表性实验 ①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升； ②通过电流的热效应给水加热。 (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。 2．功和内能 (1)内能：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。 (2)功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的变化量，即ΔU＝W。 说明：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。 二、热和内能 1．热传递 (1)条件：物体的温度不同。 (2)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，热量从高温物体传到了低温物体。 2．热和内能 (1)热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 (2)表达式：ΔU＝Q。 (3)热传递与做功在改变系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统内能的改变。②做功时是内能与其他形式能的转化；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。 注意：我们不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。 3.2热力学第一定律 一、热力学第一定律 1.改变内能的两种方式:做功与传热。两者在改变系统内能方面是等效的。 2.热力学第一定律: (1)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做 的功的和。 (2) 数学表达式:ΔU=Q+W。 3.对公式ΔU=Q+W中ΔU、Q、W符号的规定: 符号 Q W ΔU + 物体吸收热量 外界对物体做功 内能增加 - 物体放出热量 物体对外界做功 内能减少 4.几种特殊情况: (1)若过程是绝热的,即Q=0,则ΔU=W,物体内能的增加量等于外界对物体做的功。 (2)若过程中不做功,即W=0,则ΔU=Q,物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。 (3)若过程的始末状态物体的内能不变,即ΔU=0,则W=-Q(或Q=-W),外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)。 5.判断是否做功的方法:一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变化。 (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。 (3) 二、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另一种形式,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: (1)各种形式的能可以相互转化。 (2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。 3.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:机械运动有机械能,分子的热运动有内能,还有电磁能、化学能、原子能等。 (2)各种形式的能,通过某种力做功可以相互转化。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。 4.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 须是只有重力或系统内的弹力做功;而能量守恒定律是没有条件的,它是一切自然现象都遵守的基本规律。 5.第一类永动机失败的原因分析:如果没有外界热源供给热量,则有U2-U1=W,就是说,如果系统内能减少,即U2<U1,则W<0,系统对外做功是要以内能减少为代价的。若想源源不断地做功,就必须使系统不断回到初始状态,在无外界能量供给的情况下是不可能的。 3.3能量守恒定律 一、探索能量守恒的足迹 1．不同形式的能 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来描述。也就是说，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。 2．能量之间的转化 3．能量守恒观念的形成 在认识自然的进程中，科学家慢慢知道了要用联系的观点去观察自然。例如，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…… 展示关于能量转化的研究成果，体会探索能量守恒的艰辛。 二、能量守恒定律 在力学中，当系统只有重力和弹力做功时，系统的动能与势能会发生相互转化，而动能与势能的总量保持不变，这就是机械能守恒定律。