16.10热力学定律-2024年高考物理一轮复习100考点100讲

2024年高考一轮复习100考点100讲 第16章 热学 第16.10讲 热力学定律 【知识点精讲】 一、热力学第一定律 1．改变物体内能的两种方式 (1)做功；(2)热传递。 做功和热传递对改变物体的内能具有等效性。 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)表达式：ΔU＝Q＋W。 （3）ΔU＝W＋Q中正、负号法则 物理量 W Q ΔU ＋ 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 功W的正、负可以根据系统的体积变化判断： ①体积增大→系统对外做功→W＜0； ②体积减小→外界对系统做功→W＞0。 3．对热力学第一定律的理解 (1)做功和热传递对改变系统内能具有等效性。 (2)做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能间的相互转化。 (3)热传递过程是系统与外界之间内能转移的过程。 4．热力学第一定律的三种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。 (2)不做功的过程：W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 (3)内能不变的过程：W＋Q＝0，即物体吸收的热量全部用来对外做功，或外界对物体做的功等于物体放出的热量。 5. 处理热力学第一定律与气体图象的综合问题的思路 （1）根据气体图象的特点判断气体的温度、体积的变化情况，从而判断气体与外界的吸、放热关系及做功关系。 （2）．在p­V图象中，图线与V轴围成的面积表示气体对外界或外界对气体做的功。 （3）．结合热力学第一定律判断有关问题。 6.求解气体实验定律与热力学定律的综合问题的一般思路 二、热力学第二定律及微观意义 1．热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 (2)开尔文表述：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。或表述为“第二类永动机是不可能制成的。” 2．热力学第二定律的实质是自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 （1）热传递具有方向性 两个温度不同的物体进行接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体。要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，来产生其他影响或引起其他变化。 （2）气体的扩散现象具有方向性 两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体，绝不会自发地分开，成为两种不同的气体。 （3）机械能和内能的转化过程具有方向性 物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来。 （4）气体向真空膨胀具有方向性 气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地再从容器中流回，使容器变为真空。 3. 用熵的概念表示热力学第二定律 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。 4．热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。 5．对热力学第二定律“关键词”的理解 在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的含义。 (1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。 (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。 三、能量守恒定律和两类永动机 1．能量守恒定律 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。 应用能量守恒定律解题的方法步骤 （1）认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化。 （2）分别写出减少的能量和增加的能量的表达式。 （3）根据下列两种思路列出能量守恒方程： ①某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量与增加量一定相等。 ②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量与增加量一定相等。 （4）解方程，代入数据，计算结果。 2．两类永动机 (1)第一类永动机：不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器。 违背能量守恒定律，因此不可能实现。 (2)第二类永动机：从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化的机器。 违背热力学第二定律，不可能实现。 四.热力学第一定律与热力学第二定律的比较 （1）关于摩擦生热：热力学第一定律中，滑动摩擦力做功可以全部转化为热。热力学第二定律却说明这一热量不可能在不引起其他变化的情况下完全变成功。 （2）关于热量的传递：热力学第一定律说明，热量可以从高温物体自动传向低温物体，而热力学第二定律