第三章 热力学定律【速记清单】2024-2025学年高二物理单元速记·巧练（人教版2019选择性必修第三册）

第三章 热力学定律 01 思维导图 02 考点速记 考点1 焦耳的实验 1．绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。 2．代表性实验 （1）重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升。 （2）通过电流的热效应给液体加热。 3．实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统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。 4．内能：只依赖于热力学系统自身状态的物理量。 考点2 改变内能的两种方式 功与内能的改变 1．在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W 2．理解 (1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程 (2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。 热与内能的改变 1．传热 (1)条件：物体的温度不同。 (2)传热：热从高温物体传到了低温物体。 2．热和内能 (1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 (2)热与内能的改变 当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。 (3)传热与做功在改变系统内能上的异同。 ①做功和传热都能引起系统内能的改变。 ②做功时，内能与其他形式的能发生转化；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。 技巧归纳：改变内能的两种方式的比较 比较项目 做功 热传递 内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少 物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移 相互联系 做一定量的功和传递相同量的热量在改变内能的效果上是相同的 考点3 热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与传热。两者对改变系统的内能是等价的。 2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功。 (2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量。 (3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)。 判断气体是否做功的方法 一般情况下看气体的体积是否变化。 ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0。 ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0。 第一类永动机不可能制成的原因分析 如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的。 考点4 气体实验定律和热力学第一定律的综合应用 热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路： (1)利用体积的变化分析做功情况。气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功。 (2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化。一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小。 (3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热。 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程。 考点5 热力学第二定律 1．定义：在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律。 2．热力学第二定律的克劳修斯表述： 热量不能自发地从低温物体传到高温物体．阐述的是传热的方向性。 3．热力学第二定律的开尔文表述： (1)热机 ①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。 ②热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W<Q (2)热力学第二定律的开尔文表述：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．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)。 4．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。 考点6 能源是有限的 1．能源：具有高品质的容易利用的储能物质。 2．能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”。 3．能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的品质下降了，能源减少了。 自然过程的方向性 (1)热传导具有方向性 两个温度不同的物体相互接触时，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，因而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，决不会自发地分开，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 物体在地面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，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内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空。 两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很少的能量启动后，可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热库，实现内能向机械能的转化) 不可能制成的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律 考点7 理想气体图像问题 名称 图像 特点 其他图像 等 温 线 p－V pV＝CT(C为常量)，即pV之积越大的等温线对应的温度越高，离原点越远 p－ p＝，斜率k＝CT， 即斜率越大，对应的温度越高 等 容 线 p－T p＝T，斜率k＝， 即斜率越大，对应的体积越小 等 压 线 V－T V＝T，斜率k＝， 即斜率越大，对应的压强越小 03 素养提升 基础巩固练 1．在热学中，下列说法正确的是（　　） A．第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 B．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 C．热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能而内能不能转化为机械能 D．热量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体 2．如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，先经等压变化到达状态b，再经等容变化到达状态c。下列判断正确的是（    ） A．从a到b，气体温度不变 B．从a到b，气体向外界放热 C．从b到c，气体内能改变 D．从b到c，气体对外界做功 必会提升练 1．（多选）将一定质量的理想气体封闭在容器中，该气体由状态A开始经状态B、C又回到状态A，整个过程中气体的压强p随气体体积V的变化规律如图所示，其中AB与横轴平行，AC与纵轴平行，BC为等温线。已知B状态的压强、体积、温度分别为、、，状态C的压强为，气体由状态A到状态B，气体内能改变量的绝对值为。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态C的体积为18L B．气体在状态A的温度为600K C．气体由状态A到状态B，内能增加 D．气体由状态A到状态B，气体向外界放出的热量为 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三章 热力学定律 01 思维导图 02 考点速记 考点1 焦耳的实验 1．绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。 2．代表性实验 （1）重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升。 （2）通过电流的热效应给液体加热。 3．实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统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。 4．内能：只依赖于热力学系统自身状态的物理量。 考点2 改变内能的两种方式 功与内能的改变 1．在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W 2．理解 (1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程 (2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。 热与内能的改变 1．传热 (1)条件：物体的温度不同。 (2)传热：热从高温物体传到了低温物体。 2．热和内能 (1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 (2)热与内能的改变 当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。 (3)传热与做功在改变系统内能上的异同。 ①做功和传热都能引起系统内能的改变。 ②做功时，内能与其他形式的能发生转化；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。 技巧归纳：改变内能的两种方式的比较 比较项目 做功 热传递 内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少 物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移 相互联系 做一定量的功和传递相同量的热量在改变内能的效果上是相同的 考点3 热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与传热。两者对改变系统的内能是等价的。 2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功。 (2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量。 (3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)。 判断气体是否做功的方法 一般情况下看气体的体积是否变化。 ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0。 ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0。 第一类永动机不可能制成的原因分析 如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的。 考点4 气体实验定律和热力学第一定律的综合应用 热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路： (1)利用体积的变化分析做功情况。气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功。 (2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化。一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小。 (3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热。 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程。 考点5 热力学第二定律 1．定义：在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律。 2．热力学第二定律的克劳修斯表述： 热量不能自发地从低温物体传到高温物体．阐述的是传热的方向性。 3．热力学第二定律的开尔文表述： (1)热机 ①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能；第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。 ②热机用于做功的热量一定小于它从高温热库吸收的热量，即W<Q (2)热力学第二定律的开尔文表述：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．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)。 4．热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的。 考点6 能源是有限的 1．能源：具有高品质的容易利用的储能物质。 2．能量耗散：使用的能源转化成内能分散在环境中不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转化过程叫作“能量耗散”。 3．能源的使用过程中虽然能的总量保持不变，但能量的品质下降了，能源减少了。 自然过程的方向性 (1)热传导具有方向性 两个温度不同的物体相互接触时，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，因而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，决不会自发地分开，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 物体在地面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，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内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空。 两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计要求 不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很少的能量启动后，可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热库，实现内能向机械能的转化) 不可能制成的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律 考点7 理想气体图像问题 名称 图像 特点 其他图像 等 温 线 p－V pV＝CT(C为常量)，即pV之积越大的等温线对应的温度越高，离原点越远 p－ p＝，斜率k＝CT， 即斜率越大，对应的温度越高 等 容 线 p－T p＝T，斜率k＝， 即斜率越大，对应的体积越小 等 压 线 V－T V＝T，斜率k＝， 即斜率越大，对应的压强越小 03 素养提升 基础巩固练 1．在热学中，下列说法正确的是（　　） A．第一类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 B．第二类永动机不可制成是由于它违背了能量守恒定律 C．热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能而内能不能转化为机械能 D．热量只能从高温物体传向低温物体，而不能从低温物体传向高温物体 【答案】A 【详解】A．不消耗能量而不断对外做功的第一类永动机是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律，A正确； B．从单一热库吸收热量而对外做功的第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，B错误； C．热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能，而内能在“一定的条件下”也能转化为机械能，C错误； D．热量能从高温物体传向低温物体，在“特定的条件下” 也能从低温物体传向高温物体，D错误。 故选A。 2．如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，先经等压变化到达状态b，再经等容变化到达状态c。下列判断正确的是（    ） A．从a到b，气体温度不变 B．从a到b，气体向外界放热 C．从b到c，气体内能改变 D．从b到c，气体对外界做功 【答案】C 【详解】A．从a到b，气体的压强不变，体积变大，则气体温度升高，选项A错误； B．从a到b，气体对外做功，内能增加，根据热力学第一定律可知，气体吸热，选项B错误； C．从b到c，气体体积不变，压强减小，则温度降低，可知气体内能减小，选项C正确； D．从b到c，气体体积不变，不对外界做功，选项D错误。 故选C。 必会提升练 1．（多选）将一定质量的理想气体封闭在容器中，该气体由状态A开始经状态B、C又回到状态A，整个过程中气体的压强p随气体体积V的变化规律如图所示，其中AB与横轴平行，AC与纵轴平行，BC为等温线。已知B状态的压强、体积、温度分别为、、，状态C的压强为，气体由状态A到状态B，气体内能改变量的绝对值为。下列说法正确的是（　　） A．气体在状态C的体积为18L B．气体在状态A的温度为600K C．气体由状态A到状态B，内能增加 D．气体由状态A到状态B，气体向外界放出的热量为 【答案】ABD 【详解】A．从B到C温度不变，则由玻意耳定律；可得气体在状态C的体积为VC=18L 选项A正确； B．因VA=VC=18L，从A到B为等压过程，则由盖-吕萨克定律；解得气体在状态A的温度为TA=600K 选项B正确； C．气体由状态A到状态B，温度降低，则内能减小，选项C错误； D．气体由状态A到状态B，外界对气体做功 根据；可知；即气体向外界放出的热量为，选项D正确。 故选ABD。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$