第三章 热力学定律 讲义-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

高二物理 热力学定律 知识体系 1．热力学第一定律 物体的内能跟物体的温度和体积都有关系：温度升高时物体内能增加；体积变化时，物体内能变化。 做功和热传递都能改变物体的内能。也就是说，做功和热传递对改变物体的内能是等效的。但从能量转化和守恒的观点看又是有区别的：做功是其他能和内能之间的转化，功是内能转化的量度；而热传递是内能间的转移，热量是内能转移的量度。 外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加ΔU，即ΔU=Q+W 这在物理学中叫做热力学第一定律。 在这个表达式中，当外界对物体做功时W取正，物体克服外力做功时W取负；当物体从外界吸热时Q取正，物体向外界放热时Q取负；ΔU为正表示物体内能增加，ΔU为负表示物体内能减小。 2．热力学第二定律 （1）热传导的方向性。热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行（热量会自发地从高温物体传给低温物体），但是向相反的方向却不能自发地进行。 （2）第二类永动机不可能制成。我们把没有冷凝器，只有单一热源，从单一热源吸收热量全部用来做功，而不引起其它变化的热机称为第二类永动机。这表明机械能和内能的转化过程具有方向性：机械能可以全部转化成内能，内能却不能全部转化成机械能。 （3）热力学第二定律。表述：①不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化（按热传导的方向性表述）。②不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化（按机械能和内能转化过程的方向性表述）。③第二类永动机是不可能制成的。 热力学第二定律使人们认识到：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。 （4）能量耗散。自然界的能量是守恒的，但是有的能量便于利用，有些能量不便于利用。很多事例证明，我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用。这种现象叫做能量的耗散。它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性。 3．能量守恒定律 能量守恒定律指出：能量即不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。 能量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一，是研究自然科学的强有力的武器之一。 题型体系 题型一：基本概念考查 1.下列说法正确的是 　A．任何物体的内能就是组成物体的所有分子热运动动能的总和 　B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能 　C．做功和热传递在改变内能的方式上是不同的 　D．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行 2.已知理想气体的内能与温度成正比。如图所示的实线为汽缸内一定质量的理想气体由状态1到状态2的变化曲线，则在整个过程中汽缸内气体的内能 （A）先增大后减小 （B）先减小后增大 （C）单调变化 （D）保持不变 3.下列说法正确的是 A．气体的温度升高时，并非所有分子的速率都增大 B．盛有气体的容器作减速运动时，容器中气体的内能随之减小 C．理想气体在等容变化过程中，气体对外不做功，气体的内能不变 D．一定质量的理想气体经等温压缩后， 其压强一定增大 4.对于定量气体，可能发生的过程是 Ａ．等压压缩，温度降低 Ｂ．等温吸热，体积不变 Ｃ．放出热量，内能增加 Ｄ．绝热压缩，内能不变 5.下列关于热现象的说法，正确的是 （ ） Ａ．外界对物体做功，物体的内能一定增加 Ｂ．气体的温度升高，气体的压强一定增大 Ｃ．任何条件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体 Ｄ．任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能 6．有关物体内能，以下说法正确的是（ ） A．1g0ºC水的内能比1g0ºC冰的内能大 B．电流通过电阻后发热，它的内能增加是通过“热传递”方式实现的 C．气体膨胀，它的内能一定减少 D．橡皮筋被拉伸时，分子间势能增加 7．一定质量的理想气体，（ ） A．先等压膨胀，再等容降温，其温度必低于起始温度 B．先等温膨胀，再等压压缩，其体积必小于起始体积 C．先等容升温，再等压压缩，其温度有可能等于起始温度 D．先等容加热，再绝热压缩，其内能必大于起始内能 8.下列说法中正确的是： （ ） A.气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器 壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大 B.气体体积变小时，单位体积的分子数增多，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数 增多，从而气体的压强一定增大 C.压缩一定量的气体，气体的内能一定增加 D.分子a从远外趋近固定不动的分子b，当a到达受b