1、新教材 鲁科版2019版 物理选择性必修第三册第3章知识点清单目录第3章热力学定律第1节热力学第一定律第2节能量的转化与守恒第3节 热力学第二定律第4节熵系统无序程度的量度第3章热力学定律第1节热力学第一定律一、功、热量与内能1. 改变物体内能的两种方式：做功和热传递。2. 功、热量和内能改变的关系(1)如果一个物体既不吸热也不放热，那么，当外界对它做功时，物体内能增加，且增加量等于外界做的功；当物体对外界做功时，物体内能减少，且减少量等于物体做的功。(2)如果物体既不对外做功，外界也不对它做功，那么，当物体从外界吸热时，物体内能增加，其增加量等于吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能减少，其
2、减少量等于放出的热量。3. 热力学第一定律(1)内容：物体内能的改变量U等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量之和。(2)表达式：U=Q+W。 二、第一类永动机1. 概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器。2. 结果：1718世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终。3. 原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律。三、对热力学第一定律的理解1. 对公式中U、Q、W符号的规定符号WQU正号外界对物体做功物体吸收热量内能增加负号物体对外界做功物体放出热量内能减少2. 热力学第一定律的物理意义(1)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
3、效的，还给出了内能的变化量与做功和热传递之间的定量关系。(2)揭示了在一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，在转移或转化过程中总能量守恒。3. 应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)首先选定研究对象是哪个物体或哪个热力学系统。(2)根据符号法则写出各已知量(W、Q或U)的正、负。(3)根据方程U=Q+W求出未知量。(4)再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况，做功情况或内能变化情况。4. 判断气体做功正、负的方法(1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W0。5. 几种常见的气体变化过程(1)绝热过程：过程是绝热的，则Q=0，W=U，外界对气体做的功等于气体内能的增加量。(
4、2)等容过程：在该过程中气体不做功，即W=0，则Q=U，气体吸收的热量等于气体内能的增加量。(3)等温过程：在该过程的初、末状态，气体的内能不变，即U=0，则W+Q=0或W=-Q，表示气体吸收的热量全部用来对外做功或外界对气体所做的功等于气体放出的热量。四、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用1. 对于理想气体，常把热力学第一定律与理想气体状态方程结合起来分析其状态变化规律。2. 常见的分析思路(1)利用体积的变化分析做功问题。气体体积增大，气体对外做功；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
5、低，内能减少。(3)利用热力学第一定律判断是吸热过程还是放热过程。由热力学第一定律U=W+Q，则Q=U-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。第2节能量的转化与守恒一、能量守恒定律的发现1. 迈尔的发现(1)迈尔认为，体力和体热必定来源于食物中的化学能，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以相互转化的。(2)如果动物的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是守恒的。2. 焦耳的研究(1)确定了电能向内能转化的定量关系。(2)用了近40年的时间，不懈地钻研热功转换问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据。3. 亥姆霍兹的贡献(1)
6、从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性。(2)将能量守恒原理与永动机不可能实现联系起来。二、能量守恒定律1. 内容：能量既不会消失，也不会创生，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其他物体，而能量的总值保持不变。2. 意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据。三、对能量守恒定律的理解和应用1. 能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。可见，在自然界中，不同的能量形式与不同的运动形式相对应。(2)各种
7、形式的能可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。2. 能量守恒定律是没有条件的与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体系统的机械能守恒，必须是在只有重力做功或系统内弹力做功的情况下；而能量守恒是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。3. 能量守恒定律的两种表述表述一：某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等。表述二：某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。4. 应用能量守恒定律的思路方法(1)能量守恒的核心是总能量不变，因此在
8、应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式。(2)在应用能量守恒定律分析问题时，应明确两点：哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加。哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加。第3节热力学第二定律第4节熵系统无序程度的量度一、可逆过程与不可逆过程1. 可逆过程一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程。2. 不可逆过程如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆
9、过程。3. 热传导的方向性(1)热量可自发地由高温物体传给低温物体，或者由物体的高温部分传给低温部分。(2)热量不能自发地由低温物体传给高温物体。(3)热传递是不可逆过程，具有方向性。4. 功热转化这一热现象是不可逆的，具有方向性。5. 凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。二、热力学第二定律及第二类永动机1. 第一种表述(克劳修斯表述)不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。2. 热机(1)定义：消耗内能对外做功的一种装置。(2)热机效率：热机对外做的功跟它从高温热源吸收的热量的比值。3. 第二种表述(开尔文表述)不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化。4.
10、 第二类永动机(1)定义：从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不引起其他变化的机器。(2)第二类永动机不可能制成的原因第二类永动机虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律。(3)热力学第二定律的又一表述：第二类永动机是不可能实现的。三、熵系统无序程度的量度1. 有序与无序(1)人们将生活中符合某种规则的现象称为有序，反之称为无序。规则越多，一个宏观状态对应的微观状态越少，出现的概率越小，我们称之为越有序，反之规则越少，一个宏观状态对应的微观状态越多，出现的概率越大，我们称之为越无序。(2)热传递这个不可逆过程使无序程度增加。(3)热力学第二定律的微观本质：与热现象有关的自然发生的宏观
11、过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行。2. 熵和熵增加原理(1)熵的定义：物理学中，用来量度系统无序程度的物理量叫作熵，用符合S表示。(2)孤立系统：与外界既没有物质交换又没有能量交换的系统。(3)熵增加原理：在孤立系统中的宏观过程必然朝着熵增加的方向进行。四、对热力学第二定律两种表述的理解1. 热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系，然而实际上它们是等效的，即由其中一个，可以推导出另一个。2. “不引起其他变化”是指使热量从低温物体传递到高温物体时外界不消耗任何功或从单一热源吸收热量全部用来做功而外界及系统都不发生任何变化。3. 克劳修斯表述是说热量不能自发地从低温物体转
12、移到高温物体。如果外界消耗一定量的功，把热量从低温物体转移到高温物体是完全可能的，如电冰箱和空调机的制冷过程。4. 开尔文表述表明了在引起其他变化或产生其他影响的条件下，热量能够完全转化为功，如理想气体的等温自由膨胀，内能不变，吸收的热量全部转化为功，但却引起了体积的膨胀。五、对熵和熵增加原理的理解1. 对熵的理解在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加。2. 对熵增加原理的理解(1)对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行。或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小。这就是熵增加原理。(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值越大代表着越无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。
