有获得其他任何能量,所以不会产生热
热力学定律1
热力学定律一、热力学第一定律 在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械, 这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。
在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论，这种不需要外界提供能量的永动机称为第一类永动机。
热力学第一定律是能量守恒定律, 它是说能量可以由一种形式变为另一种形式, 但其总量既不能增加也不能减少, 是守恒的。
本世纪初爱因斯坦发现能量和质量可以互变, 所以能量守恒定律改为质能守恒定律。
这一定律指出物质既不能被消灭也不能被创造, 一度被无神论当作宇宙永恒的根据. 热力学第一定律的产生是这样的：在18世纪末19世纪初，随着蒸汽机在生产中的广泛应用，人们越来越关注热和功的转化问题。
于是，热力学应运而生。
1798年，汤普生通过实验否定了热质的存在。
德国医生、物理学家迈尔在1841－1843年间提出了热与机械运动之间相互转化的观点，这是热力学第一定律的第一次提出。
焦耳设计了实验测定了电热当量和热功当量，用实验确定了热力学第一定律，补充了迈尔的论证。
二、热力学第二定律 在人们认识了能的转化和守恒定律后，制造永动机的梦想并没有停止下来。
不少人开始企图从单一热源（比如从空气、海洋）吸收能量，并用来做功。
将热转变成功，并没有违背能量守恒，如果能够实现，人类就将有了差不多取之不尽的能源，地球上海水非常丰富，热容很大，仅仅使海水的温度下降1℃，释放出来的热量就足够现代社会用几十万年，从海水中吸取热量做功，则航海不需要携带燃料！这种机械被人们称为第二类永动机。
但所有的实验都失败了，因为这违背了自然界的另一条基本规律：热力学第二定律。
1824年，法国陆军工程师卡诺设想了一个既不向外做工又没有摩擦的理想热机。
通过对热和功在这个热机内两个温度不同的热源之间的简单循环（即卡诺循环）的研究，得出结论：热机必须在两个热源之间工作，热机的效率只取决与热源的温差，热机效率即使在理想状态下也不可能的达到100%。
热力学第一定律
1．热力学第一定律热力学第一定律的主要内容，就是能量守恒原理。
能量可以在一物体与其他物体之间传递，可以从一种形式转化成另一种形式，但是不能无中生有，也不能自行消失。
而不同形式的能量在相互转化时永远是数量相当的。
这一原理，在现在看来似乎是顺理成章的，但他的建立却经历了许多失败和教训。
一百多年前西方工业革命，发明了蒸汽机，人们对改进蒸汽机产生了浓厚的兴趣。
总想造成不供能量或者少供能量而多做功的机器，曾兴起过制造“第一类永动机”的热潮。
所谓第一类永动机就是不需供给热量，不需消耗燃料而能不断循环做工的机器。
设计方案之多，但是成千上万份的设计中，没有一个能实现的。
人们从这类经验中逐渐认识到，能量是不能无中生有的，自生自灭的。
第一类永动机是不可能制成的，这就是能量守恒原理。
到了1840年，由焦耳和迈尔作了大量试验，测量了热和功转换过程中，消耗多少功会得到多少热，证明了热和机械功的转换具有严格的不变的当量关系。
想得到1J的机械功，一定要消耗0.239卡热，得到1卡热，一定要消耗4.184J的功，这就是著名的热功当量。
1cal = 4.1840J热功当量的测定试验，给能量守恒原理提供了科学依据，使这一原理得到了更为普遍的承认，牢牢的确立起来。
至今，无论是微观世界中物质的运动，还是宏观世界中的物质变化都无一例外的符合能量守恒原理。
把这一原理运用到宏观的热力学体系，就形成了热力学第一定律。
2．热力学第二定律能量守恒和转化定律就是热力学第一定律，或者说热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学上的表现。
它指明热是物质运动的一种形式，物质系统从外界吸收的热量等于这个能的增加量和它对外所作的功的总和。
也就是说想制造一种不消耗任何能量就能永远作功的机器，即“第一种永动机”，是不可能的。
人们继续研究热机效率问题，试图从单一热源吸取能量去制作会永远作功的机器，这种机器并不违背能量守恒定律，只需将热源降温而利用其能量推动机器不断运转。
教科版高中物理必修第三册第四章第1节能量 能量守恒定律
一、能量的概念 一个物体能够对外做功，我们就说这个物
体具有能量。 二、能量的多样性
对应于不同的运动形式，能的形式也是 多种多的 ．
说一说： 你知道的能量形式？
机械能、内能、电能、太阳能、化学能、生物 能、原子能等．
各种各样的能量
能量形式 机械能 内能
涵义
机械能是与物体的运动或位置的 高度、形变相关的能量，表现为 动能和势能。
历史上曾有人设想制造一种不需要消耗任何能源 就可以不断做功的机器，即永动机，这样的机器能不 能制成？为什么？
请你分析一下，高处水槽中水 的势能共转变成哪几种形式的能， 说明这个机器是否能够永远运动 下去．
磁力永动机
滚珠永动机
阿基米德螺旋永动机
人们还提出过利用轮子的惯性、细管子的毛细作用、 电磁力、 流水等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失 败了，17～18世纪许多机械专家就已经论证了永动机是不可能的。
法国科学院在1775年就正式决定，不再研究和试验任何永动机！
永动不可能制成的原因 ： 根据能量守恒定律，任何一部
机器，只能使能量从一种形式转化 为另一种形式，而不能无中生有地 制造能量，因此第一类永动机是不 可能制成的.
宏观上影响内能的是物体的体积和温度，平时我们说摩擦生热的热， 其实指的就是转化成物体的内能，当物体内能增大时表现形式之一就 是温度升高。
它的对外表现就是物体温度和物体状态。同一个物体温度越高，说 明内能越大；同样温度的同一物体，在气体状态时内能最大，液体状 态时小一些，固体状态时内能最小。比如相同质量的0℃的冰、水、水 蒸气，相比，水蒸气的内能最大，冰的内能最小。
一切由分子构成的物 质 电器设备所消耗的的 能量都是电能 可见光、紫外线、微 波和红外线等
热力学第二定律
2．热力学第二定律的意义
提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独 立于热力学第一定律的一个重要自然规律
3．两种表述是等价的． 可以从一种表述导出另一种表述，两种表述
热力学第二定律
1、内容：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 （second law of thermodynamics).
2、作用：主要用来解决与热现象有关的 由大量分子参与的宏观过程进行的方向性 问题。
3、热力学第二定律的多种表述
说明：“对任何一类与热现象有关的宏观自然 过程进行方向的说明” 都可作为热力学第二定 律的表述。因此不同的过程就对应的描述，所以 热力学第二定律有多种描述。
电冰箱能把热量由温度比外部低箱内部传到温 度较高的外界空气，是不是自发地？如不是自发 地，则原因是什么？说明了什么？
热量不会自发地从低温物体传给高温物体，只有在 外界的帮助才能进行，因而会产生其他影响或其他变化。
电冰箱工作时热量从温度较低冰箱内部传给温度相对
较高外界空气，是因为电冰箱消耗了电能，制冷系统做 了功，一旦切断电源，压缩机不工作，就不能把其内部 的热量传给外界的空气了．热量从温度较高的外界自发 地传给温度较低的电冰箱内部，使其温度逐渐升高，知 道没有温差而停止．由此说明，热量自发传递的方向是 确定的。
T1 Q1
A
热机
Q2
Q2
低温热源
T2
高温热源
QT1 1Q2
A
单热机
热力学过程是有方向性的T。2
热力学第二定律的发展史
第十章 3 热力学第一定律 能量守恒定律
人教版物理·选修3-3
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应用热力学第一定律解题的一般步骤 (1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负． (2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量． (3)再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况．
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1.一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少 了1.2×105 J，则下列各式正确的是( ) A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×105 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
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2．与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的．例如，物体的机械能守恒，必须 是只有重力或系统内的弹力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现 象都遵守的基本规律． 3．第一类永动机失败的原因分析 如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即 U2<U1，则W<0，系统对外做功是要以内能减少为代价的．若想源源不断地做功， 就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下是不可能的．
2．气体膨胀对外做功100 J，同时从外界吸收了120 J的热量，它的内能的变化是
()
A．减少20 J
B．增大20 J
C．减少220 J
D．增大220 J
解析：研究对象为气体，依符号规则，对外做功W＝－100 J，吸收热量Q＝＋120 J. 由热力学第一定律有 ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J， ΔU＞0，说明气体的内能增加，故选项B正确．
燃烧过程中的热力学原理
燃烧过程中的热力学原理在我们的生活中，燃烧是一种非常常见的化学反应过程。
无论是烧烤、野外生火、还是汽车的发动，都是燃烧过程。
燃烧反应的发生不仅需要一定的温度（点火源），还需要适当的供氧，即氧气。
燃烧发生后，不仅会释放出热量，还会产生其他的物质，比如二氧化碳、水蒸气等等。
而这样的化学反应发生之后，其背后有着热力学的原理。
1. 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的应用。
简单来说就是：能量不可能从一个物体中消失，也不可能从一个物体内部产生，能量只能从一个物体转移到另一个物体或转化成其他形式。
在燃烧过程中，由于化学键的断裂和形成，一部分能量转化为热能释放了出来。
例如，在一罐汽油中，每分子的碳可以和两个氧原子结合，产生二氧化碳和水。
而在这个过程中，每一份碳的化学键断裂需要获得170千焦的能量，每一份氢的化学键断裂需要获得678千焦的能量。
反过来，在形成新的分子时就会释放出这些能量。
所以，在燃烧过程中，能量转化的规律是不可逆的，与形成的分子种类、数量、燃料的热值等都有直接的关系。
因此，人们可以设计制定燃烧反应的机理，以最大化热能的利用。
2. 热力学第二定律热力学第二定律是说，任何一个孤立的系统的熵不可能减小。
而熵是度量系统无序程度的物理量。
根据这个定律，所有的自发过程都是无可避免地向着更大的熵方向推进的。
也就是说，随着燃烧反应的进行，熵是不断提高的，化学能被锁定为热能，热能又转化为运动能和电能。
其中，有一部分热能是不可避免地转化为环境中的热能或整流为工作能的行程中产生的热能。
这也是燃烧反应难以达到100%热效率的原因之一。
每种燃料都有其相应的低热值和高热值，而燃料的高热值是指燃烧过程中化学能的全部释放，而低热值是指未能全部沉淀的热能。
因此，通过提高燃烧过程的温度和压力，达到更高的热效率对于节约资源是十分必要的。
3. 热力学第三定律热力学第三定律是宣示了当一个物体降至绝对零度（-273.15℃）时，这个物体的熵会达到最小值，在这个温度下，向热源能发生的热传递是不可能的。
热力学第一定律
c,z是力学参数,处于同一热力学状态的 物体可以有不同的c,z.因此c,z是独立 于热力系统内部状态的外部参数, 系统的宏 观动能和重力位能又称为外储存能.
三,系统总储存能 系统的总储存能E为外储存能和内储存能之 和.
E = U + Ek + Ep
或
1 2 E = U + mc + mgz 2
对于1kg质量物体的总储存能为
对于可逆过程,有
δw = pdv ,或 w = ∫ pdv
1
2
代入闭口系统的守恒关系式,有
q = u + ∫ pdv ,或 δq = du + pdv
1
2
以上两式适用可逆过程.
分析热力学问题需建立(选择)热力学模 分析热力学问题需建立(选择) 型 1,确定热力系,即系统,边界和外界. 2,分析系统内部变化,各种作用量(外部), 各种作用量与系统内部变化的内在联系. 3,必须注意作用量的独立性,针对性和相互 性. (1)独立性 独立性是指热量,功量和质量交换这 独立性 三种不同作用量是相互独立的,每种
从微观角度看: 从微观角度看: 功——所起的作用是物体的有规律运动 所起的作用是物体的有规律运动 所起的作用是物体的 与系统内分子无规热运动 无规热运动之间的 与系统内分子无规热运动之间的 转换. 转换. 问题:热量与功的相同点和不同点 问题:热量与功的相同点和不同点?
相同点:功和热量都是过程量.只有在系 相同点 统和外界通过边界传递能量时才有意义, 一旦它们越过界面,便转化为系统或外界 的能量. 不能说在某状态下,系统或外界有多少功 或热.
对于理想气体,因忽略了分子间的作用力, 没有位能,故其内能仅包括分子内动能, 所以理想气体的内能只是温度的单值函数 理想气体的内能只是温度的单值函数, 理想气体的内能只是温度的单值函数 即
第5章 热力学第二定律
第5章热力学第二定律热力学第一定律揭示了这样一个自然规律：热力过程中参与转换与传递的能量在数量上是守恒的。
但是并没有说明是否符合能量守恒定律的过程都能够实现。
实践经验告诉我们，自然过程进行都是具有方向性的。
热力学第二定律就是揭示热力过程方向、条件与限度的定律。
只有同时满足一二定律的过程才能够实现。
5．1 热力学第二定律的实质与表述5.1.1 自然过程的方向性一、磨擦过程功可以自发转为热，但热不能自发转为功。
例如钻木取火。
在刚性绝热密闭容器中带有搅拌器，靠重物下降带动搅拌，摩擦工质生热，气体温度升高，这个过程可以自发进行，但是反方向让气体把热量放出来拉动重物上升却无法自发进行。
二、传热过程热量只能自发从高温传向低温，温差越大，传热越多，反之却无法自发进行，制冷热泵过程的发生都不是自发进行的。
三、自由膨胀过程绝热自由膨胀为无阻膨胀，但压缩过程却不能自发进行。
四、混合过程两种气体或者液体混合是常见的自发过程，混合后再分开就无法自发进行。
五、燃烧过程燃料燃烧变为燃烧产物(烟气等)，只要达到燃烧条件即可自发进行，而燃烧产物越无法不花代价就还原为燃料。
结论:自然的过程是具有方向性的，是不可逆的。
如果要逆向进行，就必须付出某种代价或者具有补充条件。
5.1.2 热力学第二定律的实质人们通过长期的实践发现自然过程进行的方向性，这些经验被总结为热力学第二定律，方向性是根本的内容。
在这里要注意，热力学第一、第二定律都是根据实践经验得来的，与所有经验型定律一样，不能被证明，只能验证。
热力学第二定律涉及范围非常广泛，如热功转换、化学反应、燃料燃烧、气体的扩散混合、辐射、生物化学、低温物理、信息理论、气象学等，都需要用到它来判断过程进行的方向性、发生条件和进行深度，因此在应用到哪个领域的时候都有适应于该领域的表述方法。
不同角度的叙述方式描述的本质都是相同的。
下面介绍两种应用最广的叙述方式：1、克劳修斯说法：热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。
《热力学第一定律_能量守恒定律》导学案
解答:这不是永动机。手表戴在手腕上,通过手臂的运动,机械手表获得能量, 供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动,它就会停下来。
3.判断下列说法是否正确。 (1)某个物体的能量减少,必然有其他物体的能量增加。 (2)石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了。 (3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,减少的机械能转化为内能,但总能量守恒。第源自节热力学第一定律 能量守恒定律
课时10.3 热力学第一定律 能量守恒定律
1.理解热力学第一定律。
2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题。 3.理解能量守恒定律,知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。
4.通过对能量守恒定律的学习,认识自然规律的多样性和统一性。
5.知道第一类永动机是不可能制成的。
2.(考查能量守恒定律)汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速下滑在这过程中( C )。 A.汽车的机械能守恒 B.汽车的动能和势能相互转化 C.机械能转化为内能,总能量守恒 D.机械能和内能之间没有转化
【解析】汽车沿斜坡匀速下滑,克服阻力做功,其动能不变、重力势能减小,即 减少的机械能转化为内能,所以C选项正确。 【点评】与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的,例如,物体的机械能 守恒,必须是只有重力或弹簧弹力做功;而能量守恒定律是没有条件的,它是一 切自然界现象都遵守的基本规律。
4.(考查热力学第一定律的综合应用)一定量的理想气体在某一过程中,从外界吸
收热量2.5×104 J,气体对外界做功1.0×104 J,则该理想气体的( D )。
A.温度降低,密度增大 B.温度降低,密度减小 C.温度升高,密度增大 D.温度升高,密度减小
《热力学第二定律》教学设计
《热力学第二定律》教学设计人民教育出版社《高中新课标物理教材》选修三【设计思想】1.从实际问题导入，从简单的实验开始，尽可能引导学生联系自己熟悉的，身边的生活现象的实例，在教学内容上使物理贴近学生生活、联系社会实际，体现《标准》倡导的“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。
2.积极创设情景，开展师生、生生间的对话交流，开展小组合作讨论学习，使教学过程能够确立学生在教学活动中的中心地位，让学生从自己的学习体验和感悟中获得知识，向学生学习活动要效益，体现以学生为中心的原则。
3.热力学第二定律不象以往的实验定律可以推导和验证，是在大量实验事实的基础上总结出来，内容的表述比较抽象和难以理解，教师要引导学生对关键词的作深刻地理解，要引导学生多运用实例来辅助理解。
4.夯实知识基础，灵活运用技能是三维教学目标中第一要素，本节课除了使用教材中“问题与练习”外，还设计了一些练习题，在教学过程中结合学生的学习状况灵活使用，帮助学生更好理解定律。
【教材分析】《热力学第二定律》是人民教育出版社《高中新课标物理教材》选修3第三章《热力学定律》的第四节。
本节介绍热力学第二定律，该定律与热力学第一定律是构成热力学知识的理论基础，热力学第一定律对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，热力学第二定律解决哪些过程可以发生，要注意讲清二者的关系。
对于热力学第二定律，教材先从学生比较熟悉的热传导过程的方向性入手，研究与分子热运动有关的过程的方向性问题，以期引起学生思维的深化，也作为学习热力学第二定律的基础。
教材介绍了热力学第二定律的两种表述：一种是按照热传导过程的方向性表示，另一种是按照机械能与内能转化过程的方向性表述，这两种表述都表明：自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，授课时，要注意说明这两种不同表述的内在联系，讲清这两种表述的物理实质。
第二类永动机是指设想中的效率达到100%的热机，由于在自然界中把热转化为功时，不可避免地把一部分热传递给低温的环境，所以第二类永动机不可能制成。
初三-热机-能量守恒定律
热和能热机、能量的转化和守恒一、热机(一)、内能的获得——燃料的燃烧燃料燃烧：化学能转化为内能。
(二)、热值1、定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值（燃料有三种：固体燃料、气体燃料、液体燃料）。
单位：J/kg。
2、关于热值的理解：①对于热值的概念，要注重理解三个关键词“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。
1kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。
某种燃料：说明热值与燃料的种类有关。
完全燃烧：表明要完全烧尽，否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。
②热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。
例1 关于燃料的热值，以下说法正确的是（）（概念辨析题型）A.燃料的热值与燃料的燃烧情况有关B.容易燃烧的燃料，热值一定大C.煤的热值比干木柴大，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多D.0.5 g汽油和2 kg汽油，它们的热值是一样的解析：燃料的热值与燃烧情况无关，燃烧放出的热量与燃烧情况有关，A错；酒精比木炭容易燃烧，而煤气比木炭容易燃烧，但酒精的热值时3.0×107J/kg,而木炭的是3.4×107J/kg，Q 可煤气的热值约是3.9×107J/kg，所以容易燃烧的燃料，热值不一定大，B错；由mq 知，燃料放出热量的多少与热值和燃料的质量，以及燃烧的充分程度有关，不一定是热值大的放出的热量多，C错；热值是燃料的一种特性，与质量无关，D对。
答案：D练一练1 . 将一瓶酒精倒掉21后，则剩下的酒精（ ） A. 密度不变，比热容和热值都变为原来的21 B. 质量、比热容、热值都变为原来的21 C. 比热容不变、质量和热值变为原来的21 D. 比热容和热值都不变，质量变为原来的21 3、公式：mq Q =（q 为热值）。
热力学基本定律
热力学基本定律（空气能热水器工作原理与热力学定律的关系！）理解热力学第一定律和第二定律，有助于我们学习掌握制冷原理。
热力学第一定律和热力学第二定律是热力学的基本定律。
它是制冷技术和热工技术的理论基础，说明了功和能之间相互转换的关系和条件。
飞机和火车的运行都是以热机（喷气发动机内燃机）作为动力的。
热机的作用是把燃料所产生的热能转化为机械功。
制冷机的作用是借用消耗一定量的机械能，而获得一定的冷量。
对热机，我们希望消耗尽量少的热能而获取尽可能多的机械功：而对制冷机，则希望消耗尽量少的机械能而获得尽可能多的制冷量。
为此，我们需要研究热能和机械能相互转换时的条件及其规律。
这就是下面要讨论的热力学第一定律和热力学第二定律。
热力学第一定律热力学第一定律，即能量守恒与转换定律在热力学中的应用。
能量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一，它可以概述为：在自然界中一切物质都具有能量，能量既不能被消灭，也不能被创造，但可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量转化的过程中，能的总量保持不变。
将这一定律应用到涉及热现象的能量转换过程中，即是热力学第一定律，它可以表述为：热可以转变为功，功也可以转变成热：一定量的热消失时，必然伴随产生相应量的功：消耗一定的功时，必然产生与之对应量的热。
或者说：热能可以转变为机械能，机械能可以转变为热能，在它们的传递和转换过程中，总量保持不变。
当物体从外界吸收热量Q时，物体的内能应增加，增加的数值等于Q：当物体对外作功W时，物体的内能应减少，减少的数值等于W。
如果物体从外界吸收热量Q，同时又对外作功W，则物体内能的增加量应为△E=Q-W，通常写为Q=△E+W式中：Q—物体从外界吸收的热量，单位为J；△E—物体内能的增加量，单位为J：W—物体对外作的功，单位为J。
上式表明：物体从物界吸收的热量，一部分使物体的内能增加，另一部分用于物体对外作功。
历史上，在资本主义发展初期有人曾幻想制造一种可以不消耗能量而连续做功的机器。
教科版初中物理九年级上册内能和热量(基础) 知识讲解
内能和热量（基础）：【学习目标】1.了解内能的概念，能简单描述温度和热运动、内能的关系；2.知道热传递和做功可以改变物体的内能；3. 从能量转化的角度认识燃料的热值；【要点梳理】要点一、内能（《分子热运动、内能》内能）物体内所有分子的动能与分子间相互作用的势能的总和，叫做物体的内能。
要点诠释：（1）单位：焦耳，符号：J。
（2）同一个物体，它的温度越高，内能越大。
物体内能的大小，除与温度有关外，还与物体的体积、状态、质量等因素有关。
（3）一切物体都有内能。
（4）内能与机械能的区别：物体的内能大小与物体内部分子的热运动以及分子间的相互作用情况有关，是物体能量的微观表现；物体的机械能则与整个物体的机械运动情况及相对位置有关，是物体能量的宏观表现。
物体的内能在任何情况下都不会为零（因为分子不停地做无规则运动总有动能），而物体的机械能可以相对为零。
所以内能和机械能是两种不同形式的能量。
要点二、改变内能的方式通过做功和热传递这两种方法都可以改变物体的内能。
要点诠释：（1）在热传递过程中，物体吸收（或放出）热量。
内能增加（或减少）。
用热传递的方法改变物体的内能的过程，实质上是内能的转移过程。
（2）对物体做功，物体内能增加；物体对外做功，自身内能减少，用做功的方法改变物体内能的过程，实质上是内能与其他形式的能量之间相互转化过程。
（3）物体在热传递过程中，传递的能量的多少叫做热量。
单位为焦耳，符号是J。
（4）温度是分子无规则运动剧烈程度的标志，或者说是分子平均动能大小的标志。
温度高的物体分子的无规则运动剧烈，但势能不一定大。
不能由温度的高低判定内能的大小，也不能由内能的增减判断温度的高低。
例如，晶体在熔化时，不断地从外界吸引热量，物体的内能增加。
但物体的温度不变，所吸收的热量用来增加物体内分子的势能。
（5）做功和热传递在改变物体的内能上效果是相同的，所以说它们是等效的。
要点三、热值我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。
高二物理 热力学第一定律 能量守恒定律
高二物理热力学第一定律能量守恒定律【三维目标】[知识与技能]1、了解热力学第一定律，会用其数学表达式进展简单计算；2、理解热力学第一定律公式中各量的正负号的含义3、理解能量守恒定律，能应用其解释一些现象；4、知道第一类永动机是不可能制成的,它违反了能量守恒定律。
[过程与方法]1.结合实例，引导学生自己归纳出热力学第一定律ΔU =W+Q以与ΔU、W、Q正负号的意义，注重过程的探讨，培养学生应用所学知识分析问题的能力。
2. 能量守恒定律是自然科学的根本定律之一，应用能量守恒的观点来分析物理现象、解决物理问题是很重要的物理思维方法。
[情感、态度与价值观]1．通过了解能量守恒定律确立的过程，体会科学家们探索物理规律的艰辛，培养学生勇于探索、不畏困难的意志品志。
2．通过了解第一类永动机不可能制成，使学生明白“不想付出，却想获得〞是不可能的，要想有所成就，就必须付出加倍的努力。
【重点难点】[重点]热力学第一定律和能量守恒定律，强调能量守恒定律是自然科学中最根本的定律。
学会运用热力学第一定律和能量守恒定律分析、计算一些物理习题。
[难点]1.热力学第一定律中各个物理量正负的取值.2.运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进展分析，并能够说明能量是怎样转化的. 【新课导入】通过前面两节的学习，我们明确了做功和热传递都可以改变物体的内能，它们的最终目的都是使物体的内能发生变化。
反过来讲，如果一个物体的内能发生了变化，我们能否判断出其变化的原因是做功还热传递呢？这又说明了什么？生：不能。
说明二者在改变物体内能方面是等效的。
师：如果做功和热传递同时进展，△Ｕ、W、Q之间有什么样的数量关系呢？导语二：打个比方，甲如果给我三块钱，乙不给我钱，那么我身上就增加了三块钱，如果甲不给我钱，乙给我五块钱，那么我身上就增加了五块钱，如果甲乙同时分别给我三块钱和五块钱，那么我身上就增加了八块钱。
对于一个热力学系统来讲，如果外界向它做功的同时也向它传递热量，那么它的内能变化是多少呢？【互动探究】1．热力学第一定律（1）定义：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做功的和。
热力学第一定律工程热力学
解:
根据:
QEW
(1)
E U E k Ep (2)
将(2)代入(1),得:
E kQ U EpW (3)
将已知条件代入(3),得:
E k 2 ( 5 1 2 ) 5 ( 2 9 . 8 1) / 0 1 0 0 ( 1 0 0 )0 Ek 85.4kJ
• 例题2－2 如图所示活塞面积A为4cm2，体积为 20cm3的气缸内充满压力为0.1MPa、温度20C的空 气，弹簧刚度系数k为100N/cm，初始时弹簧未变形。 缓慢地对空气加热，求当空气压力增加到表压力为 0.2MPa时共需加入多少热量。
宏观动能：
Ek
1 2
mc2f
重力位能： Ep mgz
系统的储存能
三、系统的总储存能（简称总能）
热力学能 U
宏观动能
Ek
宏观位能
EP
系统的储存能 E
即 EUEkEP
或
EU12mc2f mgz
1kg工质的总能为比总能：
eu12c2f gz
内能 宏观动能 宏观位能 储存能
UUkUp J
Ek
mc2 2
设闭系中工质从外界吸热Q后，从状态1变 化到状态2，同时对外作功W，则：
Q W E 2E 1 E
QEW
此式就是闭口系的能量方程式。
✓对于控制质量闭口系来说，常见的情况在状态变 化过程中，系统的宏观动能与位能的变化为零，或 可以忽略不计，因此更见的闭口系的能量方程是：
QUW
✓若闭口系经过一个微元过程，则能量方程为微分 形式：
部分的面积代表什
2
么？
v
作功： ✓ 借作功来传递能量总是和物体的宏观位移有关。 ✓ 作功过程中往往伴随着能量形态的变化。
高中物理新教材同步选择性必修第三册 第3章热力学定律 2 热力学第一定律-3 能量守恒定律
2热力学第一定律3能量守恒定律[学习目标] 1.理解热力学第一定律，并会运用于分析和计算.2.理解并会运用能量守恒定律.3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因．一、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．3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W.4．热力学第一定律的应用：(1)W的正负：外界对系统做功时，W取正值；系统对外界做功时，W取负值．(均选填“正”或“负”)(2)Q的正负：外界对系统传递的热量Q取正值；系统向外界传递的热量Q取负值．(均选填“正”或“负”)二、能量守恒定律1．探索能量守恒的足迹2．能量守恒定律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．3．永动机不可能制成(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器．(2)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成．1．判断下列说法的正误．(1)外界对系统做功，系统的内能一定增加．(×)(2)系统内能增加，一定是系统从外界吸收了热量．(×)(3)系统内能减少，一定是系统对外界做了功．(×)(4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的．(√)2．一定质量的气体从外界吸收了50 J的热量，同时对外做功100 J，则物体的内能________(填“增加”或“减少”)________ J.答案减少50一、热力学第一定律导学探究如图1所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外界传递10 J的热量，气体内能改变了多少？若推动活塞对汽缸内气体做功10 J的同时，汽缸向外界传递10 J的热量，气体的内能改变了多少？图1答案内能增加了10 J减少了10 J没改变．知识深化1．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2.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)．3．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>0.4．应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负；(2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量；(3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况．一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是()A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 JB．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 JC．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 JD．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J答案 B解析因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；气体内能减少，ΔU取负值，即ΔU ＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J ＝－2×105 J，B选项正确．(2020·济南市期中)如图2所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m．现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa.已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为()图2A．400 J B．1 200 J C．2 000 J D．2 800 J答案 B解析由题意可知，气体先等压变化，到活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程气体对外做功，做功为W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2 J＝－800 J，由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为ΔU＝W＋Q＝(－800＋2 000)J＝1 200 J，故B正确．二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用导学探究如图3所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图像基础上思考以下问题：图3(1)在变化过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？(2)在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能如何变化？答案(1)由a状态变化到b状态，气体体积变大，因此气体对外界做功，即W<0.(2)由p－V图像知从a状态变化到b状态，体积变大而压强不变，则温度升高，故ΔU>0.由ΔU＝W＋Q得Q>0，即气体吸热，内能增加．知识深化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．(2020·长郡中学高二月考)一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图4所示的p－V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为T A＝300 K，试求：图4(1)气体在状态C时的温度T C；(2)若气体在A→B过程中吸热1 000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？答案 (1)375 K (2)气体内能增加了400 J解析 (1)D →A 为等温线，则T D ＝T A ＝300 K 气体由C 到D 为等压变化，由盖－吕萨克定律得：V C T C ＝V D T D得：T C ＝V C T D V D＝375 K ； (2)气体由A 到B 为等压变化，则W ＝－p ΔV ＝－2×105×3×10－3 J ＝－600 J ，由热力学第一定律得ΔU ＝Q ＋W ＝1 000 J －600 J ＝400 J ，则气体内能增加了400 J.三、能量守恒定律 永动机不可能制成导学探究 (1)在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？(2)图5为一种所谓“全自动”的机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？图5答案 (1)能量的总量不会减少．(2)这不是永动机．手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来．知识深化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：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等．(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．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．能量守恒的两种表达(1)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．(2)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．3．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．(多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是( )A ．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了答案ABC解析A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的；B选项是指能量在不同的物体间发生转化或转移，转化或转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移；第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律，所以A、B、C正确．D选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能减少，但机械能并没有消失，而是转化成其他形式的能，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故D错误．1．(热力学第一定律的理解)关于内能的变化，以下说法正确的是()A．物体吸收热量，内能一定增大B．物体对外做功，内能一定减少C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变答案 C解析根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体内能的变化与做功及传热两个因素均有关．物体吸收热量，内能不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能还有可能不变或减少，A错误，C正确；物体对外做功，可能同时吸收热量内能还有可能不变或增大，B错误；物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误．2.(能量守恒定律的应用)如图6所示，上端开口、粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两管中的水面高度差为h.现将阀门打开，最终两管水面相平，则这一过程中()图6A．大气压做正功，重力做负功，水的内能不变B．大气压不做功，重力做正功，水的内能增大C．大气压不做功，重力做负功，水的内能增大D．大气压做负功，重力做正功，水的内能不变答案 B解析 由于两管粗细相同，作用在液体上的大气压力的合力为零，故大气压力不做功；水流动过程中重心下降，重力做正功，水的重力势能减少，减少的重力势能最终转化为内能，故水的内能增大，选项B 对，A 、C 、D 错．3.(热力学第一定律的应用)(2021·黄梅国际育才高级中学高二期中)如图7所示为某理想气体的p －T 图像，下列说法正确的是( )图7A ．由A 到B 的过程，气体对外做功，内能增加B ．由A 到B 是等容过程，B 到C 是等压过程，气体在C 状态时的体积比在B 状态时的体积大C ．由B 到C 的过程，外界对气体做功，放出热量D ．由B 到C 的过程，气体温度升高，所有气体分子的动能都增大答案 B解析 由A 到B 的过程为等容升温的过程，因体积不变，则W ＝0，而温度升高了，则内能增大，故A 错误；由B 到C 的过程是等压升温的过程，比较B 点、C 点与坐标原点连线的斜率可知，C 点的斜率小，则气体体积大，故B 正确；B 到C 的过程，体积变大，则气体对外做功(W <0)，而温度升高说明内能增大(ΔU >0)，由热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W 可得Q >0，即气体要吸热，故C 错误；由B 到C 的过程气体温度升高，反映气体分子的平均动能增大，而气体分子的热运动是统计规律，不能体现所有气体分子的动能都增大，故D 错误．4．(热力学第一定律与气体实验定律的综合应用)如图8所示，竖直放置、上端开口的绝热汽缸底部固定一电热丝(图中未画出)，横截面积为S 的绝热活塞位于汽缸内(质量不计)，下端封闭一定质量的某种理想气体，绝热活塞上放置一质量为M 的重物并保持平衡，此时汽缸内理想气体的温度为T 0，活塞距汽缸底部的高度为h ，现用电热丝缓慢给汽缸内的理想气体加热，活塞上升了h 2，封闭理想气体吸收的热量为Q .已知大气压强为p 0，重力加速度为g .求：图8(1)活塞上升了h 2时，理想气体的温度是多少；(2)理想气体内能的变化量．答案 (1)32T 0 (2)Q －12(p 0S ＋Mg )h 解析 (1)封闭理想气体初状态：V 1＝Sh ，T 1＝T 0末状态：V 2＝S (h ＋12h )＝32Sh ， 用电热丝缓慢给汽缸内的理想气体加热，理想气体发生等压变化，设末状态的温度为T 2，由盖—吕萨克定律得V 1T 1＝V 2T 2，可得T 2＝32T 0. (2)设封闭理想气体压强为p 1，理想气体发生等压变化，对活塞，根据受力平衡可得p 1S ＝p 0S ＋Mg ，理想气体对外做功为W ＝p 1S ·12h ， 由热力学第一定律可知ΔU ＝Q －W ，联立解得ΔU ＝Q －12(p 0S ＋Mg )h .考点一 热力学第一定律1．(多选)下列过程可能发生的是( )A ．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B ．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C ．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D ．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加答案 ABD解析 当物体吸收的热量多于物体对外做的功时，物体的内能就增加，A 正确；当物体吸收的热量少于物体对外做的功时，物体的内能就减少，B 正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能一定增加，C 错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增加，D 正确．2.如图1所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P 压缩一定质量的理想气体，对缸内气体做功 800 J ，同时气体向外界放热200 J ，缸内气体的( )图1A．温度升高，内能增加600 JB．温度升高，内能减少200 JC．温度降低，内能增加600 JD．温度降低，内能减少200 J答案 A解析对一定质量的理想气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600 J，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确．3．(多选)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度的变化，二氧化碳可视为理想气体，则此过程中()A．封闭气体对外界做正功B．封闭气体向外界传递热量C．封闭气体分子的平均动能不变D．封闭气体从外界吸收热量答案BC解析因为不计气体的温度变化，气体分子的平均动能不变，即ΔU＝0，选项C正确；因为气体体积减半，故外界对气体做功，即W>0，选项A错误；根据热力学第一定律：ΔU＝W ＋Q，可知Q<0，即气体向外界传递热量，选项B正确，D错误．4.(2020·济南市期末)一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其V－T图像如图2所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，图线bc平行于T 轴，图线ca平行于V轴，则()图2A．ab过程中气体压强不变，气体从外界吸热B．bc过程中气体体积不变，气体不吸热也不放热C．ca过程中气体温度不变，气体从外界吸热D．整个变化过程中气体的内能先减少后增加答案 A解析由题图中图线ab的反向延长线过坐标原点O，可知a到b过程中，气体压强不变，体积变大，气体对外做功；温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故A正确．b到c过程中气体体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功，温度降低，内能减小，根据热力学第一定律可知，气体放热，故B错误．c到a过程中气体温度不变，内能不变，体积变小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故C错误．整个变化过程温度先升高，后降低，最后不变，所以气体的内能先增加，后减小，最后不变，故D错误．考点二能量守恒定律永动机不可能制成5．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为()A．它不符合机械能守恒定律B．它违背了能量守恒定律C．没有合理的设计方案D．找不到合适的材料答案 B解析第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律，故B正确．6.(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图3所示．使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动．下列说法正确的是()图3A．小球机械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化D．总能量守恒，但小球的机械能减少答案AD解析小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确；小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量不会消失，故B错误；小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C错误，D正确．考点三气体实验定律与热力学第一定律的综合应用7.(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图4所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体()图4A ．体积减小，内能增大B ．体积减小，压强减小C ．对外界做负功，内能增大D ．对外界做正功，压强减小答案 AC解析 实际气体在温度不太低、压强不太大时可看作理想气体．充气袋被挤压，气体体积减小，外界对气体做正功，则W >0，即气体对外界做负功，由于袋内气体与外界无热交换，即Q ＝0，根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 知，内能增大，选项A 、C 正确；根据理想气体状态方程pV T＝C 可判断压强一定增大，选项B 、D 错误． 8.(2020·天津市期中)如图5所示，一定质量的理想气体，由状态a 等压变化到状态b ，再从b 等容变化到状态c ，a 、c 两状态温度相等．下列说法正确的是( )图5A ．从状态b 到状态c 的过程中气体吸热B ．气体在状态a 的内能大于在状态c 的内能C ．气体在状态b 的温度小于在状态a 的温度D ．从状态a 到状态b 的过程中气体对外做正功答案 D解析 从状态b 等容变化到状态c ，根据p b T b ＝p c T c，可知T c <T b .根据热力学第一定律，气体没有对外做功，而温度降低，则内能减小，因此一定放出热量，A 错误；理想气体的内能是由温度决定的，a 、c 两状态温度相等，因此内能相等，而c 的温度小于b 的温度，因此a 的温度小于b 的温度，B 、C 错误；从状态a 到状态b 的过程中，气体体积膨胀，对外做功，D 正确．9．(多选)一定质量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104 J ，气体对外界做功1.0×104 J ，则下列关于理想气体的说法正确的是( )A ．气体温度一定升高B ．气体的内能一定减少C ．气体的压强一定不变D ．分子间平均距离一定增大答案 AD解析 气体从外界吸收热量2.5×104 J ，气体对外界做功1.0×104 J ，则气体内能增加1.5× 104 J ；气体的内能增加，则温度一定升高，A 正确，B 错误．气体对外界做功，体积变大，则分子间平均距离一定变大，温度升高，由pV T＝C 可知，压强可能变化，C 错误，D 正确．10．(2021·黄梅国际育才高级中学高二期中)气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置．如图6所示，座舱A 与气闸舱B 之间装有阀门K ，座舱A 中充满一定质量的空气(可视为理想气体)，气闸舱B 内为真空．航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K ，A 中的气体进入B 中，最终达到平衡．假设此过程中系统与外界没有热交换．下列说法正确的是( )图6A ．在完全失重的情况下，座舱A 内的空气对器壁的顶部没有作用力B ．气体对外做功，平衡后气体内能减小C ．气体对外不做功，平衡后气体温度不变D ．气体体积变小，平衡后压强增大答案 C解析 气体压强是大量分子对容器壁的碰撞造成的，与是否失重无关，故A 错误；该过程中气体自由扩散，没有对外做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据ΔU ＝W ＋Q ，可知内能不变；理想气体的内能只与温度有关，气体的内能不变，则温度不变，故C 正确，B 错误；由于气体体积变大，根据pV T＝C 知压强减小，故D 错误． 11.(多选)(2020·南和县第一中学高二期中)一定质量的理想气体，经历如图7所示的循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示，已知a 状态的体积为2.0×10－3 m 3，则下列说法正确的是( )图7A ．各状态气体体积V a ＝V b ＞V c ＝V dB ．b →c 过程中，气体吸热C ．c →d 过程中，气体内能增加D ．d →a 过程中，外界对气体做功200 J答案 BD解析 根据pV T＝C 可知过原点的直线为等容线，且斜率越大的等容线对应的气体的体积越小，由题图可知V a ＝V b ＜V c ＝V d ，选项A 错误；b →c 过程中，气体的体积变大，对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知气体吸热，选项B 正确；c →d 过程中，气体温度降低，则气体内能减小，选项C 错误；d →a 过程中，气体体积减小，又因为V d ＝V c ，根据理想气体状态方程可知p c V c T c ＝p a V a T a代入数据解得V c ＝V d ＝4.0×10－3 m 3，外界对气体做功W ＝p ΔV ＝1.0×105×(4.0×10－3－2.0×10－3) J ＝200 J ，选项D 正确．12.(2020·安徽省二模)一定质量的理想气体从状态A 变化到状态B ，再变化到状态C ，其状态变化过程的p －V 图像如图8所示．已知该气体在状态A 时的温度为27 ˚C ，气体由状态B 到C 过程从外界吸收热量Q ＝300 J ，求：图8(1)该气体在状态C 时的温度；(2)该气体从状态B 到状态C 的过程中内能变化量．答案 (1)300 K (2)100 J解析 (1)分析A →C 过程，由气体状态方程得p A V A T A ＝p C V C T C其中T A ＝(273＋27) K ＝300 K解得T C ＝300 K(2)分析B →C 过程，因为体积膨胀，故气体对外界做功W ＝－p B (V C －V B )代入数据解得W ＝－200 J由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q得ΔU ＝100 J13．(2021·山东滨州市高二期中)如图9所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的汽缸内，活塞可沿汽缸无摩擦地滑动．活塞横截面积S ＝1.0×10－3 m 2，质量m ＝2 kg ，汽缸竖直放置时，活塞相对于底部的高度为h ＝1.2 m ，室温等于27 ℃；现将汽缸置于77 ℃的热水中，已知大气压强p 0＝1.0×105 Pa ，取g ＝10 m/s 2，求：图9(1)平衡时活塞离汽缸底部的距离；(2)此过程中内部气体吸收热量28.8 J ，气体内能的变化量．答案 (1)1.4 m (2)增加4.8 J解析 (1)设活塞距汽缸底部的距离为h 2，取封闭气体为研究对象，气体发生等压变化，由盖－吕萨克定律得hS T 1＝h 2S T 2解得h 2＝1.4 m(2)在此过程中气体对外做功W ＝p 0S (h 2－h 1)＋mg (h 2－h 1)由热力学第一定律得ΔU ＝Q －W解得ΔU ＝4.8 J气体内能增加4.8 J.。
物理热的知识点总结
物理热的知识点总结
1. 热的概念
热是一种物质内部微观粒子和电磁场的能量。
在热平衡状态下，物体之间的热量不会再发
生变化。
2. 热量
热量是流经物体与环境间的热传输的量度。
热量可以通过传导、辐射和对流三种方式传输。
3. 热传导
热传导是热从高温区传到低温区的过程。
在热传导过程中，热量通过物质内部的震动和碰
撞传递。
4. 热辐射
热辐射是物体通过辐射能量传递热量的过程。
热辐射可以是对流换热的主要方式，在太阳
核心等地方，热辐射是能量传输的主要方式。
5. 热力学定律
热力学定律包括零th、第一th、第二th、第零th和第四th定律。
这五大基本定律一并
可以阐述热力学在自然界中的普遍适用性。
以上是我对热的知识总结，希望对您有所帮助。
分享热力学三大定律
卡诺在这篇论文中指出了热机工作过程中最本质的东西：热机必须工作于两个热源之间，才能将高温热源的热量不断地转化为有用的机械功；明确了“热的动力与用来实现动力的介质无关，动力的量仅由最终影响热素传递的物体之间的温度来确定”，指明了循环工作热机的效率有一极限值，而按可逆卡诺循环工作的热机所产生的效率最高。实际上卡诺的理论已经深含了热力学第二定律的基本思想，但由于受到热质说的束缚，使他当时未能完全探究到问题的底蕴。
以后英国杰出的物理学家焦耳（James Prescort Joule,1818～1889）（右图）、德国物理学家亥姆霍兹（Hermannvon Helmholtz,1821～1894）等人又各自独立地发现了能量守恒定律。
1843年8月21日焦耳在英国科学协会数理组会议上宣读了《论磁电的热效应及热的机械值》论文，强调了自然界的能是等量转换、不会消灭的，哪里消耗了机械能或电磁能，
热力学四大定律
热力学第一定律（能量守恒定律）：英国杰出的物理学家焦耳、德国物理学家亥姆霍兹等
1、我们既不能创造，也不能消灭能量。宇宙中的能量总和一开始便是固定的，而且永远不会改变，但它可以从一种形式转化为另一种形式。一个人、一幢摩天大楼、一辆汽车或一棵青草，都体现了从一种形式转化成为另一种形式的能量。高楼拔地而起，青草的生成，都耗费了在其他地方聚集起来的能量。高楼夷为平地，青草也不复生长，但它们原来所包含的能量并没有消失，而只是被转移到同一环境的其他所在去了。我们都听说过这么一句话：太阳底下没有新鲜东西。要证实这一点你只需呼吸一下，你刚才吸进了曾经让柏拉图吸进过的5 000万个分子。
热力学三大定律[应用]
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热力学第一定律热力学第一定律：也叫能量不灭原理，就是能量守恒定律。
简单的解释如下：ΔU = Q+ W或ΔU=Q-W（目前通用这两种说法，以前一种用的多）定义：能量既不会凭空产生，也不会凭空消灭，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另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。
基本内容：热可以转变为功，功也可以转变为热；消耗一定的功必产生一定的热，一定的热消失时，也必产生一定的功。
普遍的能量转化和守恒定律在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现。
热力学的基本定律之一。
热力学第一定律是对能量守恒和转换定律的一种表述方式。
热力学第一定律指出，热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变。
表征热力学系统能量的是内能。
通过作功和传热，系统与外界交换能量，使内能有所变化。
根据普遍的能量守恒定律，系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后，内能的增量ΔU应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q 和系统对外界作功A之差，即UⅡ－UⅠ＝ΔU＝Q－W或Q＝ΔU＋W这就是热力学第一定律的表达式。
如果除作功、传热外，还有因物质从外界进入系统而带入的能量Z，则应为ΔU＝Q－W＋Z。
当然，上述ΔU、W、Q、Z均可正可负（使系统能量增加为正、减少为负）。
对于无限小过程，热力学第一定律的微分表达式为δQ＝dU＋δW因U是态函数，dU是全微分[1]；Q、W是过程量，δQ和δW只表示微小量并非全微分，用符号δ以示区别。
又因ΔU或dU只涉及初、终态，只要求系统初、终态是平衡态，与中间状态是否平衡态无关。
热力学第一定律的另一种表述是：第一类永动机是不可能造成的。
这是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器，是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。
显然，第一类永动机违背能量守恒定律。
热力学第二定律(1)概述/定义①热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体(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，这是按照热传导的方向来表述的)。
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第一部分 分子物理学1、气体的平衡状态有何特征？当气体处于平衡状态时还有分子热运动吗？与力学中所指的平衡有何不同？实际上能不能达到平衡态？答；系统处于平衡状态时，系统和外界没有能量交换，内部也没有化学变化等任何形式的能量转换，系统的宏观性质不随时间变化。
对气体来说，系统状态的宏观参量有确定数值，系统内部不再有扩散、导热、电离或化学反应等宏观物理过程发生。
气体处于平衡态时，组成系统的分子仍在不停地运动着，只不过分子运动的平均效果不随时间变化，表现为宏观上的密度均匀，温度均匀和压强均匀。
与力学中的平衡相比较，这是两个不同的理想概念。
力学中的平衡是指系统所受合外力为零的单纯静止或匀速运动问题。
而热力学中的平衡态是指系统的宏观性质不随时间变化。
但组成系统的分子却不断地处于运动之中，只是与运动有关的统计平均量不随时间改变，所以这是一种热动平衡。
平衡态是对一定条件下的实际情况的概括和抽象。
实际上，绝对的完全不受外界条件变化影响的平衡状态并不存在。
2、一金属杆一端置于沸水中，另一端和冰接触，当沸水和冰的温度维持不变时，则金属杆上各点的温度将不随时间而变化。
试问金属杆这时是否处于平衡态？为什么？答：金属杆就是一个热力学系统。
根据平衡态的定义，虽然杆上各点的温度将不随时间而改变，但是杆与外界（冰、沸水）仍有能量的交换。
一个与外界不断地有能量交换的热力学系统所处的状态，显然不是平衡态。
3、水银气压计中上面空着的部分为什么要保持真空？如果混进了空气，将产生什么影响？能通过刻度修正这一影响吗？答：只有气压计上面空着的部分是真空，才能用气压计水银柱高度直接指示所测气体的压强。
如果气压计内混进了一些空气，则这种气体也具有一定的压强。
这时，水银柱高度所指示的压强将小于所测气体的真实压强，而成了待测气体与气压计内气体的压强之差。
能否在刻度时扣除漏进气体的压强，而仍由水银柱的高度来直接指示待测气体的压强呢？也不行。
因为水银气压计内部气体的压强随着温度和体积的变化而变化，对不同压强和不同温度的待测气体测量时，内部气体的压强是不同的。
所以，不可能通过修正而得到确定不变的刻度。
因此，气压计上端必需是真空的。
4、从理想气体的实验定律，我们推出方程恒量 T PV，（1） 对于摩尔数相同但种类不同的气体，此恒量是否相同。
（2） 对于一定量的同一种气体，在不同状态时此恒量是否相同？（3） 对与同一种的气体在质量不同时，此恒量是否相同？答：方程恒量=T PV 中，R M m =恒量。
M m 表示某种气体的摩尔数，R 是普适气体常数。
（1）M m相同的不同种类气体，其恒量也相同。
（2）m 一定的同一种气体，在不同状态时，M m不变，恒量仍相同。
（3）同一种气体（M 相同）在质量m 不同时，T PV 将随M m 的不同而改变。
可见，此方程在质量变化时，是不适用的。
5、有人认为：“对于一定质量的某种气体，如果同时符合三个气体实验定律（波意耳—马略特定律、盖·吕萨克定律、查理定律）中的任意两个，那么它就必然符合第三个定律”。
这种说法对吗？为什么？答：对的。
对一定量的理想气体，压强P 1不变时，设状态从P 1V 1T 1变到P 2V 3T 2，由盖·吕萨克定律得：2311T V T V =然后再作一等温变化，T 2不变，由P 1V 3T 2变到P 2V 2T 2，根据玻意耳—马略特定律得： 2231V P V P = 两式联立得221121V P V T T P =，所以232111T V P T V P = 那么，体积不变的话，即21V V =，则2211T P T P = 这正是查理定律。
6、人坐在橡皮艇里，艇浸入水中一定的深度，到夜晚大气压强不变，温度降低了，问艇浸入水中的深度将怎样变化？答：人和艇的重量即为艇所排开水的重量。
因此，白天和夜晚艇所排开水的体积不变，由于艇内所充气体的量不变，大气压不变，则所充气体的压强P 也不变（忽略橡皮艇本身弹力的变化）。
因此，从理想气体状态方程RT MPV μ=中可见 ，当夜晚温度T 降低后，充气橡皮艇体积V 便缩小。
为了使艇排开水的体积保持不变，所以到了夜晚，艇浸入水中的深度将增加。
7、1摩尔的水占有多大的体积？其中有多少个水分子？假设水分子之间是紧密排列着的，试估计1厘米长度上排列有多少个水分子？并估计两相邻水分子之间的距离和水分子的线度？答：1摩尔的水具有分子数23010023.6⨯=N 个，水的密度为1克/厘米3，所以1摩尔水的体积为 353108.1/1018.0米厘米克千克-⨯==V 每个分子占有体积为V 1329235011099.210023.6108.1米--⨯=⨯⨯==N V V 把水分子近似作为立方体，则其线度大小近似为厘米831101.3-⨯≈=V l1厘米长度上排列的分子数为‘n 个’78102.3101.31⨯=⨯=-n 8、一年四季大气压强一般差别不大，为什么在冬天空气的密度比较大？ 答：对理想气体来说，RT M mPV =总是适用的。
假定M 为空气的平均摩尔质量，对一定体积V 来说，当压强P 不变时，温度越低，则m 越大。
换句话说，把空气近似看作理想气体，当温度低的冬天，大气压强P 差别不大时，空气的密度V m比较大。
9、（1）在一个封闭容器中装有某种理想气体，如果保持它的压强和体积不变，问温度能否改变？（2）又有两个同样大小的封闭容器，装着同一种气体，压强相同，问他们的温度是否一定相同？答：（1）在封闭容器内，气体质量不变，满足气态方程恒量=T PV 。
可见，在P 、V 不变的条件下，T 保持不变。
（2）两容器内装同一种气体（即M 相同），在压强P 、体积V 相同时，若两容器内气体的质量m 不同，则他们的温度便不同。
10、把一长方形容器用一隔板分开为容积相同的两部分，一边装二氧化碳，另一边装着氢，两边气体的质量相同，温度相同，如图所示。
如果隔板与器壁之间无摩擦，那么隔板 是否会发生移动？答：隔板的移动完全取决于两边气体的压力，由气态方程RT MV mP =可知，在m 、T 、V 相同时，摩尔质量M 小的气体压强大于摩尔质量M 大的气体的压强。
因此，图中所示的容器中，氢的摩尔质量小于二氧化碳的摩尔质量，所以氢气的压强大于二氧化碳的压强，隔板将向二氧化碳一边移动。
11、两个相同的容器装着氢气，以一玻璃管相接通，管中用一水银滴作为活塞。
当左边容器的温度为0℃而右边为20℃时，水银滴刚好在管的中央而维持平衡（见图）。
（1） 当左边容器的温度由0℃升到10℃时，水银滴是否会移动，怎样移动？（2） 如果左边升到10℃，而右边升到30℃，水银滴是否会移动？（3） 如果要使水银滴在温度变化时不移动，则左、右两边容器的温度应遵循什么规律？答：水银滴平衡的条件是两边压强相等。
（1） 左边容器的温度从0℃升高到10℃时，左边氢气的压强增大，于是，水银滴将在较大的压力作用下向右移动，直至右边气体因体积减小，压强增大到与左边压强相同时为止。
水银滴在中央偏右的地方达到新的平衡。
（2） 对一定量的气体（m 一定）在温度升高时，若体积不变，则压强的增量为ΔP=（m/MV ）R ΔT 。
现假定两边气体的体积相同，则当温度的增量相同时，压强增量ΔP 取决于两边氢气的质量，质量大的一边压强增量大，将使水银滴向另一边移动。
根据题意，左边0℃和右边20℃时，水银滴在中央，处于平衡，两边的压强和体积相同。
由PV =（m/M ）RT 可知，左边温度低，则质量大。
因此，当两边温度增量相同时，左方压强增量大于右方，故水银滴仍将向右方移动。
（3） 根据题设条件，温度变化只要满足关系式T 左/T 右=273/（273+20），则V 左=V 右，水银滴不动。
12、一容器中装着一定量的某种气体，试分别讨论下面三种状态：（1） 容器内各部分压强相等，这状态是否一定是平衡状态？（2） 其各部分的温度相等，这状态是否一定是平衡态？（3） 各部分压强相等，并且各部分密度也相同，这状态是否一定是平衡态？答：一个封闭的容器内各部分气体具有相同的温度和压强，并且不随时间而改变，通常就称该系统处于平衡状态。
（1） 因为P=nkT, 当容器内各部分气体压强相同时，各部分气体仍可能具有不同的温度和密度，因而系统不一定是平衡态。
（2） 同样道理，各部分温度相同时，如果各处密度不同，压强也可以不相同，所以系统也不一定是平衡态。
（3） P =nkT 中，各部分压强P 相同，密度处处相同，则各处的温度T 也相同，因而系统一定是处于平衡状态。
13、如果气体由几种类型的分子组成，试写出混合气体的压强公式。
答：根据道尔顿分压定律，混合气体（不发生化学变化）总压强等于组成该混合气体的各种成分的气体单独占有该容器的分压强P 1, P 2 , P 3 。
之和。
P = P 1+ P 2 + P 3 + 。
+P i +。
=(m 1/M 1 + m 2/M 2 + m 3/M 3 + 。
+mi/Mi + 。
)RT/V这就是道尔顿分压定律。
式中m 1，m 2，m 3 。
mi, M 1, M 2, M 3 。
Mi 分别为各种气体的质量和相应气体的摩尔质量。
14、对于一定量的气体来说，当温度不变时，气体的压强随体积的减小而增大（玻意耳定律）；当体积不变时，压强随温度的升高而增大（查理定律）。
从宏观来看，这两种变化同样使压强增大，从微观（分子运动）来看，它们有什么区别？答：从分子运动论观点看来，对一定量的气体，在温度不变时，体积减小使单位体积内的分子数增多，则单位时间内与器壁碰撞的分子数增多，器壁所受的平均冲力增大，因而压强增大。
而当体积不变时，单位体积内的分子数也不变，由于温度升高，使分子热运动加剧，热运动速度增大，一方面单位时间内，每个分子与器壁的平均碰撞次数增多；另一方面，每一次碰撞时，施于器壁的冲力加大，结果压强增大。
15、两瓶不同类的气体，设分子平均平动动能相同，但气体的密度不相同，问它们的温度是否相同？压强是否相同？ 答：分子平均平动动能与温度有关kT w 23=。
因此，两瓶不同种类的气体，分子平均平动动能w 相同时，它们的温度一定相同。
由气体分子运动论的压强公式w n P 32=，表明两瓶不同种类的气体，w 相同，但当它们的密度n 不同时，则压强就不同。
16、怎样理解一个分子的平均平动动能kT w 23=？如果容器内仅有一个分子，能否根据此式计算它的动能？ 答：一个分子的平均平动动能kT w 23=是一个统计平均值，表示了在一定条件下，大量分子作无规则运动时，其中任意一个分子在任意时刻的平动动能无确定的数值，但在任意一段微观很长而宏观很短的时间内，每个分子的平均平动动能都是3/2kT 。