物理选修3-3第十章热力学定律知识点汇总

物理选修3---3第十章热力学定律知识点汇总编制仅供参考审核批准生效日期地址：电话：传真:邮编:物理选修3---3第十章热力学定律知识点汇总（填空训练版）知识点一、功和内能绝热过程：热力学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，也不向外界传热的热力学过程，称为绝热过程。内能：内能是一种与热运动有关的能量。在物理学中，我们把物体内所有分子作无规则运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。内能用字母U表示。在宏观上，热力学系统的内能U是状态量的函数，由系统的分子数、温度、体积决定。绝热过程功和能的关系功是过程量，能量是状态量，功是能量变化的量度。某热力学系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量就等于外界对系统所做的功W，即可见，这一过程实现了其它形式的能与内能之间的转化。知识点二、热和内能1、热传递：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，这个过程称之为热传递。2、热传递的方式：热传导、对流热、热辐射。3、热传递过程热和能的关系某热力学系统从状态1经过单纯的传热过程达到状态2时，内能的增加量就等于外界对系统传递的热量Q，即可见，这一过程只是实现了内能与内能之间的转移。知识点三、热力学第一定律、能量守恒定律1、热力学第一定律①热力学第一定律表述：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作的功的和。②热力学第一定律表达式③应用热力学第一定律解题的思路与步骤：1)、明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。2）、分别列出物体或系统(吸收或放出的热量)和外界对物体或系统所做的功。3）、据热力学第一定律列出方程进行求解，应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据，对结果的正负也同样依照规则来解释其意义。符号+外界对系统做功系统从外界吸热系统内能增加-系统对外界做功系统向外界放热系统内能减少4）、几种特殊情况：若过程是绝热的，即Q=0，则：W=ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。若过程中不做功，即W=0，则：Q=ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU=0，则:W+Q=0,外界对物体做的功等于物体放出的热量。④对热力学第一定律的理解：热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。能量守恒定律①能量守恒定律内容：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另一物体，在转化和转移的过程中其总量不变。②对能量守恒定律的理解：1）在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应，如物体做机械运动具有机械能，分子运动具有内能等。2）某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。③第一类永动机不可制成第一类永动机是一类所谓不需外界输入能源、能量，并且对外做功的机械。第一类永动机不可制成是因为其违背了热力学第一定律，即能量转化和守恒定律。知识点四、热力学第二定律热力学第二定律的表述：一种表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。另一种表述：（开尔文表述）不可能从单一热库吸收热量，将其全部用来转化成功，而不引起其他的影响。2、对热力学第二定律的理解:在热力学第二定律的表述中,自发和不产生其他影响的涵义，自发是指热量从高温物体自发地传给低温物体的方向性，在传递过程中不会对其他物体产生影响或需要借助其他物体提供能量等的帮助。不产生其他影响的涵义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源吸收热量全部用来做功，必须通过第三者的帮助，这里的帮助是指提供能量等，否则是不可能实现的。热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，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。③第二类永动机不可制成1）第二类永动机是一类所谓在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械。2）第二类永动机不可制成是因为其违背热力学第二定律（一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行）知识点五、热力学第二定律的微观解释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。2、熵增加原理：熵是分子热运动无序程度的定量量度，在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的。①熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样。②系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大。系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少，也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减少。③任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递。④一切自然过程的发生和发展中，总熵必定不会减少。知识点六、能源和可持续发展1、能量耗散：系统的内能流散到周围的环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用2、能源的重要性：能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运动的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。3、化石能源：人们把煤、石油叫做化石能源。4、生物质能：生物质能指绿色植物通过光合作用储存在生物体内的太阳能，储存形式是生物分子的化学能。5、风能：为了增加风力发电的功率，通常把很多风车建在一起，我国新疆、内蒙古等地已经开始大规模利用风力发电。6、水能：水是可再生的，水电对环境的影响小，发电成本低。7、太阳能：通过太阳电池将太阳能直接转换成电能。知识点七、几个概念的区别1、热量和内能：内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种方式来完成，而热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的。有过程，才有变化，离开过程，毫无意义，就某一状态而言，只有内能，根本谈不上什么热量。因此，不能说一个系统中含有多少热量或多少功。2、热量和温度：热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标志，虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是能量，不是温度，热传递不仅可以使系统温度发生变化，还可以使物质状态发生变化，在物质状态变化中，传递给系统的热量并没有使系统的温度发生变化，因此不能说系统吸收热量多，温度变化一定大，也不能认为系统的温度高，它放出的热量一定多，因为放出的热量，不但和温度的变化值有关，还和比热容有关，总之，热量和温度之间虽然有一定的联系，但它们是完全不同的两个物理量。3、热量和功：热量和功，都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量还与一定量的功相当，但它们之间有着本质的区别，用做功来改变系统的内能，是系统内分子随整体的有序运动，转化为另一系统的分子的无规则运动的过程，是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程，用热传递来改变系统的内能，是通过传导对流和辐射来完成的，它将分子的无规则运动，从一个系统转移到另一个系统，这种转移就是系统间内能转换的过程。〖解题示例〗1、下面设想符合能量守恒定律的是（）A.利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器B.做成一条船利用河水的能量逆水航行C.通过太阳照射飞机使飞机起飞D.不用任何燃料使河水升温解析：利用磁场能可能使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能，使转动停止，故A错；让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机起飞，故B、C正确；设计水坝利用河水的重力势能发电，一部分重力势能通过水轮机叶片转化为水的内能、另外电能也可转化为内能使水升温，故D正确。答案BCD2、一个带活塞的气缸内盛有一定量的气体，若此气体的温度随其内能的增大而升高，则（）A.将热量传给气体，其温度必升高B.压缩气体，其温度必升高C.压缩气体，同时气体向外界放热，其温度必不变D.压缩气体，同时将热量传给气体，其温度必升高解析：由于气体的温度随其内能的增大而升高，所以内能增大温度必然升高；由热力学第一定律ΔU=W+Q知，当压缩气体，同时将热量传给气体，其内能增加，温度必升高，D正确；而A、B只是考虑了或W或Q的一个方面而忽略了另一方面，故不正确。答案：D3、.如图所示，用导热的固定隔板把一容器隔成容积相等的甲、乙两部分，甲、乙中分别有质量相等的氮气和氧气。在达到平衡时，它们的温度必相等，若分子势能可忽略，则甲、乙中（）甲乙A.气体的压强相等B.气体分子的平均动能相等甲乙C.气体的内能相等D.气体分子的平均速率相等解析：由于温度是分子平均动能的标志，所以在达到平衡时，它们的温度相等，气体分子的平均动能必相等。答案：B4、在一个横截面积S=3×10-2m2的圆筒内装有质量m=0.6kg的水，被太阳光垂直照射t=2min后，水温升高1℃，设大气层的太阳能只有η=45%到达地面，不计容器的吸热和散热损失，试估算太阳的全部辐射功率。（保留一位有效数字，设太阳与地球之间的平均距离d=1.5×1011m，水的比热c=4.2×103J/kg·℃）解析：设太阳的全部辐射功率为P，则在两分钟内太阳向外辐射的能量Q=Pt，则由题意可知 所以=4.4×1026W〖知识点填空〗.1、一定质量的理想气体，在升温膨胀对外做功的过程中，分子的平均动能，气体的内能，因而伴随着过程。答案：增大增加吸热2、.某气体初态时有100J内能，膨胀过程中对外做功30J，同时吸收了20J的热量，在这过程中内能（填增加或减少）J。永动机答案：减少10真的〖针对性训练〗会永一、选择题1．下列说法中正确的是()A．热传导的过程是有方向性的B．第二类永动机不可能制成，因为它违反能量守恒定律C．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性D．热力学第二定律表明，所有物理过程都具有方向性答案：AC2．有关热现象，下列说法正确的是()A．只要物体吸收了热量，物体的内能就一定会增大B．热传递能改变物体的内能，做功却只能改变物体的运动状态C．布朗运动是悬浮在液体中的那一部分分子的无规则运动D．质量相同的水、酒精和水银，若它们的温度都是15℃，则三者分子的平均动能相同答案：D3．关于物体的内能，以下说法中不正确的是()A．物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能之和B．物体不从外界吸收热量，其内能也可能增加C．外界对物体做功，物体的内能一定增加D．物体内能的多少，跟物体的温度和体积都有关系答案：C4．热力学第二定律常见的表述方式有两种，其一是：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；其二是：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．第一种表述方式可以用如右图示意图来表示，根据你对第二种表述的理解，如果也用类似的示意图来表示，你认为下列示意图中正确的是()答案：B5.如图所示，上端开口的绝热气缸直立于地面上，光滑绝热的活塞把一定质量的气体（气体分子间的作用力忽略不计）封闭在气缸中，活塞上堆放细砂，并处于静止状态．现在不断取走细砂，使活塞缓慢上升，直到砂全部取走，则在此过程中(BD)A．气体的压强不变

B．气体单位体积内分子数减少

C．气体的内能不变

D．气体分子的平均动能减小6．如图所示，木块A放在木块B的左端，用恒力F将A拉至B右端，第一次将B固定在地面上，F做功为W1，生热为Q1；第二次让B在光滑地面上自由滑动，这次F做的功为W2，生热为Q2，则应有()A．W1<W2，Q1＝Q2B．W1＝W2，Q1＝Q2C．W1<W2，Q1<Q2D．W1>W2，Q1<Q2答案：A7．如图所示，带有活塞的汽缸中封闭一定质量的理想气体．将一个半导体NTC热敏电阻R(温度降低，电阻变大)置于汽缸中，热敏电阻与容器外的电源E和电流表A组成闭合回路，汽缸和活塞固定且具有良好的绝热(与外界无热交换)性能．若发现电流表的读数增大时，以下判断正确的是(C)A．气体一定对外做功B．气体体积一定增大C．气体内能一定增大D．气体压强一定增大8．如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程A→B、等容过程B→C、等温过程C→A又回到了状态A，则(AC)A．A→B过程气体降温B．B→C过程气体内能增加，可能外界对气体做了功C．C→A过程气体放热D．全部过程气体做功为零9．如图所示，实线表示一定质量的理想气体状态变化的p－T图象，变化过程如图中箭头所示，则下列说法中正确的是()A．ab过程中气体内能增加，密度不变 B．bc过程中气体内能增加，密度也增大C．cd过程中，分子平均动能不变D．da过程中，气体内能增加，密度不变10．关于电冰箱的工作原理，请作以下研究：如图所示为电冰箱的工作原理图，毛细管压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。下列说法中正确的是(BC)第10题A．在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量第10题B．在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量C．在冰箱外的管道中，制冷剂被压缩并放出热量D．在冰箱内的管道中，制冷剂被压缩并吸收热量11．(1)空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对汽缸中的气体做功为2.0×105J，同时气体的内能增加了1.5×105J.试问：此压缩过程中，气体________(填“吸收”或“放出”)的热量等于________J.(2)若一定质量的理想气体分别按下图所示的三种不同过程变化，其中表示等压变化的是________(填“A”、“B”或“C”)，该过程中气体的内能________(填“增加”、“减少”或“不变”)．答案：(1)放出5×104(2)C增加(3)7×10312.某地的平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是_____________________W答案：3.4kW解析：首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为m=πr2υtρ，这些气流的动能为mυ2；转变的是能为E=mυ2×10％