第3章 热力学定律（知识清单）-【百汇大课堂·高中学习测试卷】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第三章 热力学定律 1.功、热和内能的改变 一、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,这样的过程叫作绝热过程。 2.两个代表性实验 (1实验过程 实验装置 实验方法 重物 通过重力做功实现能量转化:重物下落带动叶片揽伴容 装水的 重物/ 器中的水,靠叶片与水摩擦引起水温上升 容器 利机械功给水加热 温度计 发电机 0 通过电流做功实现能量转化:通过重物下落带动发电机 重物 发电,电流通过电阻丝,由电流的热效应给水加热 通过电流的热 效应给水加热 (2)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 二、功与内能的改变 1.功与内能变化的关系 外界对系统做功,系统内能增加;系统对外做功,系统内能减少 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AU等于外界对系统所做的功W ·16· 2.表达式 U=U-U=W$ → → 过程量 状态量 过程量 三、热与内能的改变 1.传热 (1)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,热从高温物体传到了低温物体。 不是从内能多的物体传到内能少的物体 (2)方式,热传导、热对流、热辐射 (③)条件:有温度差 2.热与内能变化的关系 系统从外界吸热,内能增加:系统向外界放热,内能减少 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AU等于外 界向系统传递的热量Q 3.表达式:U-U-U.-Q 4.做功与传热在改变系统内能上的异后 (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(如内能与机械能、内能与电能等)发生转化,而 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 2、3.热力学第一定律 能量守恒定律 一、热力学第一定律及应用 1.内容 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。这个关系叫作热力学第一定律。 2.表达式:AU-O+W 3.AU一0+W中正、负号法则 W Q 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 物体放出热量 物体对外界做功 内能减少 二、探索能量守恒的足迹 1.人类对能量的认识 (1)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描述 (2)不同形式的能可以相互转化:机械能的各种形式之间可以相互转化,电能和磁 能可以相互转化,热能和电能也可以相互转化..... 2.能量守恒观念的形成 (1)俄国化学家盖斯的研究发现,任何一个化学反应,不论是一步完成,还是分几 步完成,放出的总热量相同。 (2)焦耳的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系,从而为能量守恒定律 奠定了牢固的实验基础,也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步 (3)德国医生迈尔认识到食物中化学能与内能的等效性,即生物体内能量的输入 和输出是平衡的。另外,他还猜想热与机械运动的等效性,并推算了多少热与多 少功相当。因此,迈尔是公认的第一个提出能量守恒思想的人 (4)1847年,德国科学家亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律 三、能量守恒定律和永动机不可能制成 1.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其他 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:能量守恒是自然界的普遍规律。根据能量守恒定律,物理学发现和解释 了很多科学现象。 2.第一类永动机 (1)人们设想的不需要任何动力或燃料却能不断地对外做功的机器 (2)违背能量守恒定律,不可能制成。 。18· 4.热力学第二定律 一、热力学第二定律 1. 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 如物体间的传热,气体的膨 胀、扩散、有摩擦的机械运动......都有特定的方向性 2.在物理学中,反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律 二、热力学第二定律的两种表达 1克劳修斯表达 不是不能 1 (1)内容,热量不能自发地从低温物体传到高温物体 (2)理解:①表述中“自发”二字指的是:当两个物体接触时不需要任何第三者的 介入、不会对任何第三者产生任何影响,热量就能从一个物体传向另一个物体。 ②当两个温度不同的物体接触时,这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物 体的。③热量可以自发地从高温物体传向低温物体,却不能自发地从低温物体 传向高温物体。要将热量从低温物体传向高温物体,必须有“外界的影响或帮 助”,就是要由外界对其做功才能完成。 2.开尔文表述 (1)内容: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 第二类永动机不可能制成,它违背了热力学第二定律 (2)理解:①热力学第二定律的开尔文表述阐述了机械能与内能转化的方向性 机械能可以全部转化为内能,而内能无法全部用来做功以转化成机械能 ②热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的 三、能量是有限的 1.能量耗散 能量在数量上虽然守恒,但其转移和转化却具有方向性。根据热力学第 二定律,分散在环境中的内能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”。 2.能量品质的降低 能源是指具有高品质的容易利用的储能物质,例如石油、天然气、煤等。 能 源的使用过程中虽然能的总量保持守恒,但能量的品质下降了。 。19·