高考：热力学定律

热力学定律

目标认知

学习目标

1、知道什么是绝热过程、内能。理解做功与内能改变的数量关系。

2、知道热传递的三种方式，理解热传递是改变系统内能的一种方式，知道传递的热量与内能变化的关

系。

3、知道热力学第一定律的内容及其表达式，理解能量守恒定律的内容。了解第一类永动机不可能制成

的原因。

4、了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质。

理解第二类永动机不可能制成。

5、了解有序和无序，宏观态和微观态的概念。了解热力学第二定律的微观意义。了解熵的概念，知道

熵是反映系统无序程度的物理量。知道随着条件的变化，熵是变化的。

6、理解能量耗散和品质降低的概念。理解能源的利用实际上是能量的转化和转移过程。了解常规能源

的使用带来的环境污染。了解开发新能源的方法和意义。

学习重点和难点

1、理解做功与内能改变的数量关系，理解热传递是改变系统内能的一种方式。

2、理解热力学第一定律的内容及其表达式。

3、理解热力学第二定律两种表述的物理实质

4、了解热力学第二定律的微观意义。

知识要点梳理

知识点一．绝热过程做功与内能的关系

要点诠释：

1、绝热过程：

物质系统与外界没有热量交换的情况下进行的物理过程。

即系统不从外界吸收热量，也不向外界放出热量。

2．功与系统内能改变的关系

做功可以改变系统的内能。

①外界对系统做功，系统的内能增加

在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功

即ΔU=U2-U1=W

②系统对外界做功，系统的内能减少。

在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少

即W=-ΔU

③．功是系统内能转化的量度。

④．在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳( J )。

知识点二．热传递传递的热量与内能改变的关系

要点诠释：

1．热传递

①热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，叫做热传递。

②热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射。

③热传递的实质：

热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能。传递能量的多少用热量来量度。

2．传递的热量与内能改变的关系

①在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少。即ΔU= Q吸

②在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。即Q放= -ΔU

知识点三．改变系统内能的两种方式

要点诠释：

做功和热传递是改变内能的两种方式

做功和热传递都能改变系统的内能，这两种方式是等效的，都能引起系统内能的改变，但是它们还是有重要区别的。

做功是系统内能与其它形式的能之间发生转化，而热传递只是不同物体（或物体不同部分）之间内能的转移。

知识点四．热力学第一定律

要点诠释：

（1）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的功的和。这个关系叫做热

力学第一定律。

其数学表达式为：ΔU=W+Q

（3）热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能

量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。

（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、负来确定吸热、放热情况或做功情况。

知识点五．能量守恒定律

要点诠释：

⑴自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能；分子

热运动对应内能；电磁运动对应电磁能。

⑵不同形式的能量之间可以相互转化。如摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化

为光能。

⑶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

到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。

⑷热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。

⑸能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。

⑹能量守恒定律的重要意义

第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。

第二，宣告了第一类永动机的失败。

知识点六．热力学第二定律

要点诠释：

1.可逆与不可逆过程

（1）热传导的方向性

热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过程。

（2）说明：

①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。

②热量可以自发地从高温物体传向低温物体，热量却不能自发地从低温物体传向高温物体。

③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。电冰箱、空调就是例子。

2.热力学第二定律的两种表述

①克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。

②开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。

3.热机

热机是把内能转化为机械能的装置。其原理是热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放热量Q2。

由能量守恒定律可得：Q1=W+Q2

我们把热机做的功和它从热源吸收的热量的比值叫做热机效率，用η表示，即η=

4.第二类永动机

①设想：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。

②第二类永动机不可能制成，表示尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过程具有方向性。

知识点七．热力学第二定律的微观意义

要点诠释：

1.有序和无序

有序：只要确定了某种规则，符合这个规则的就叫做有序。

无序：不符合某种确定规则的称为无序。

无序意味着各处都一样，平均、没有差别，有序则相反。

有序和无序是相对的。

2.宏观态和微观态

宏观态：符合某种规定、规则的状态，叫做热力学系统的宏观态。

微观态：在宏观状态下，符合另外的规定、规则的状态叫做这个宏观态的微观态。

系统的宏观态所对应的微观态的多少表现为宏观态无序程度的大小。如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较无序的，同时也决定了宏观过程的方向性——从有序到无序。

3.热力学第二定律的微观意义

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。

4.熵

熵和系统内能一样都是一个状态函数，仅由系统的状态决定。从分子运动论的观点来看，熵是分子热运动无序(混乱)程度的定量量度。