熱 力 學 定 律一、考綱解讀77、做功和熱傳遞是改變物體內能的 兩種方式78、熱力學第一定律 能量守恒定律要求定量計算79、熱力學第二定律 80、能源與環境 81、能源的開發與應用 大綱對熱力學定律這一章的內容要求較高，其中熱力學第一定律為級要求，在2008年的江蘇高考中選修3-3中第1題即為熱力學第一定律，而且本章內容容易和能量守恒定律相結合，有助于學生對動力學問題的理解，在復習時要引起足夠重視。二、命題趨勢 本章學習熱力學中最基本的兩條定律，與第七章分子動理論構成宏觀和微觀理論中基礎的兩部分內容，其中熱力學第一定律是能量的定律，熱力學第二定律是有關宏觀過程進行方向的規律。第一定律可能仍然以計算的形式出現，而本章的其他內容會以定性分析即以選擇題的形式出現。三、教材內容及重難點剖析(一)、功和內能1.做功可以改變物體的內能：（1）舉例：用鋸條鋸木頭時，我們克服摩擦力做功， 鋸條和木頭的溫度升高，內能增加，用攪拌器 在水中攪拌做功，可以使水溫升高，內能增加；（2） 對物體做功，物體的內能增加。（3）如果物體對外做功，內能減少。2.熱傳遞可以改變物體的內能（1）舉例：灼熱的火爐使它和周圍的物體內能增加；放在 室內的一杯熱水不斷散熱，內能減少；（2）沒有做功而使物體內能改變的物理過程叫做熱傳遞.（3）物體吸收熱量，內能增加；物體放出熱量，內能減少.3、做功和熱傳遞的區別（1）做功改變內能：實質上是其它形式的能和內能之間轉化（2）熱傳遞：實質上是各物體間內能的轉移（3）做功和熱傳遞在改變內能效果上是等效的4.內能改變的量度：（1）利用做功的方式改變物體的內能時，對物體做了多少功， 物體的內能就增加多少；物體對外做了多少功，物體的 內能就減少多少.所以功是物體內能改變的量度.（2）利用熱傳遞方式改變物體的內能時，物體吸收多少熱量， 內能就增加多少，物體放出多少熱量，內能就減少多少. 所以熱量是物體內能改變的量度.（3）關于熱傳遞和做功對改變物體內能的等效性： 舉例：一根鋸條，它的溫度升高，內能增加，我們可以 對它做功，也可以使它吸收熱量. 分析：兩種方式不同，得到的結果卻相同，除非事先知 道：我們是無法區分是哪種方式使這根金屬棒的內能增 加的. 得到：做功和熱傳遞對改變物體內能是等效的.(二)、熱力學第一定律能量守恒定律一、.熱力學第一定律1.內容：一個熱力學系統的內能增量等于外界向 它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。 這個關系叫做熱力學第一定律。2、數學表達式為：U=W+Q3、符號法則做功W熱量Q內能的改變U取正值“+”外界對系統做功系統從外界吸收熱量系統的內能增加取負值“”系統對外界做功系統向外界放出熱量系統的內能減少4、熱力學第一定律說明了做功和熱傳遞是系統內能改變的量度，沒有做功和熱傳遞就不可能實現能量的轉化或轉移，同時也進一步揭示了能量守恒定律。 5、應用熱力學第一定律解題的一般步驟：根據符號法則寫出各已知量（W、Q、U）的正、 負；根據方程U=W+Q求出未知量；再根據未知量結果的正、負來確定吸熱、放熱情況 或做功情況。二.能量守恒定律1.能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中其總量不變。這就是能量守恒定律。 2、熱力學第一定律、機械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現。 3、能量守恒定律的重要意義第一、切實樹立能量既不會憑空產生，也不會 憑空消失的觀點。第二，宣告了第一類永動機的失敗。4、永動機不可能制成（1）永動機：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功，這種機器叫永動機.人們把這種不消耗能量的永動機叫第一類永動機. （2）根據能量守恒定律，任何一部機器，只能使能量從一種形式轉化為另一種形式，而不能無中生有地制造能量，因此第一類永動機是不可能制成的.三、熱力學第二定律 1.可逆與不可逆過程（1）.熱傳導的方向性熱傳導的過程可以自發地由高溫物體向低溫物體進行，但相反方向卻不能自發地進行，即熱傳導具有方向性，是一個不可逆過程。(2).說明：“自發地”過程就是在不受外來干擾的條件下進行的自然過程。熱量可以自發地從高溫物體傳向低溫物體，熱量卻不能自發地從低溫物體傳向高溫物體。要將熱量從低溫物體傳向高溫物體，必須有“外界的影響或幫助”，就是要由外界對其做功才能完成。電冰箱、空調就是例子。2.熱力學第二定律的兩種表述.克勞修斯表述：熱量不能自發地從低溫物體傳遞到高溫物體。.開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響。3.熱機（1）、熱機是把內能轉化為機械能的裝置。其原理 是熱機從熱源吸收熱量Q1，推動活塞做功W，然后向冷凝器釋放熱量Q2。（2）由能量守恒定律可得： Q1=W+Q2（3）我們把熱機做的功和它從熱源吸收的熱量的比值叫做熱機效率，用表示，即=4.第二類永動機.設想：只從單一熱源吸收熱量，使之完全 變為有用的功而不引起其他變化的熱機。.第二類永動機不可能制成，表示盡管機械 能可以全部轉化為內能，但內能卻不能 全部轉化成機械能而不引起其他變化； 機械能和內能的轉化過程具有方向性。四、熱力學第二定律的微觀解釋 1、有序和無序 宏觀態和微觀態2、熵 增加原理一個孤立系統總是從熵小的狀態向熵大的狀態發展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發的宏觀過程總是向無序度更大的方向發展。因此熱力學第二定律也叫做熵增加原理。3、熱力學第二定律的微觀 意義一切自然過程總是沿著分子熱運動無序性增大的方向進行。五、能源和可持續發展1.能量耗散集中度較高且有序度較高的能量（如機械能,電能 、化學能等），當它們變為環境的內能后，就成為更加分散且無序度更大的能量，我們無法把這些分散的內能重新收集起來加以利用，這樣的轉化過程叫做能量耗散。2.能量品質降低各種形式的能量向內能的轉化，是領域內無序程度較小向無序程度較大的轉化，是能夠自動發生，全額發生的。而內能向機械能的轉化過程，是有條件的，即環境中必須存在著溫度差，而且內能不能全額轉化為機械能。因此，從可被利用的價值來看，內能較之機械能，內能等是一種低品質的能量。3、節約能源 能量耗散雖然不會使能的總量不會減少，卻會導致能的品質降低，它實際上將能量從可用的形式降級為不大可用的形式，煤、石油、天然氣等能源儲存著高品質的能量，在利用它們的時候，高品質的能量釋放出來并最終轉化為低品質的內能。故能量雖然不會減少但能源會越來越少，所以要節約能源。4、常規能源 三種常規能源是：煤、石油、天然氣。 石油和煤燃燒產生的二氧化碳增加了大氣中的二氧化碳的含量，產生了溫室效應，引發了一系列問題，如：兩級的冰雪融化，海平面上升，海水倒灌，耕地鹽堿化、這些都是自然對人類的報復。還有一些問題，如：煤燃燒時形成的二氧化硫等物質使雨水形成”酸雨“。5、開發和利用新能源新能源主要指太陽能、生物能、風能、水能等。這些能源一是取之不盡、用之不竭，二是不會污染環境等等。六、典例分析例1、金屬制成的汽缸中裝有柴油與空氣的混合物，有可能使汽缸中的柴油達到燃點的過程是（ A） A.迅速向里推活塞 B.迅速向外拉活塞C.緩慢向里推活塞 D.緩慢向外拉活塞例2.一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8104J的功，氣體的內能減少了1.2105J，則下列各式中正確的是 （ ） A.W=8104J，U =1.2105J ，Q=4104J B.W=8104J，U =1.2105J ，Q=2105J C.W=8104J，U =1.2105J ，Q=2104J D.W=8104J，U =1.2105J ，Q=4104J解析：本題主要考查熱力學第一定律的應用。因為外界對氣體做功，W取正值，即W=8104J；內能減少，U取負值，即U=1.2105J；根據U=W+Q，可知Q=UW=1.21058104=2105J，即B選項正確。 答案：B例3.一定質量的氣體，在壓縮過程中外界對氣體做功300J，但這一過程中氣體的內能減少了300J，問氣體在此過程中是吸熱還是放熱？吸收（或放出）多少熱量？解析：由題意可知，W=300J，U=300J，根據熱力學第一定律可得 Q=UW=300J300J=600JQ為負值表示氣體放熱，因此氣體放出600J的熱量。 例4. 一定質量的氣體從外界吸收了4.2105J的熱量，同時氣體對外做了6105J的功，問： （1）物體的內能是增加還是減少？變化量是多少？（2）分子勢能是增加還是減少？（3）分子的平均動能是增加還是減少？解析：（1）氣體從外界吸熱為：Q=4.2105J 氣體對外做功：W=6105J 由熱力學第一定律：U=W+Q=（6105）+（4.2105J）=1.8105J U為負，說明氣體的內能減少了。所以，氣體內能減少了1.8105J。（2）因為氣體對外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力 做負功，氣體分子勢能增加了。（3）因為氣體內能減少，同時氣體分子勢能增加，說明氣體分子的平均動能 一定減少了。例5、下列說法中正確的是：A理想氣體吸收熱量內能一定增加B第二類永動機不可能制造成功是因為能量不會憑 空產生，也不會憑空消失，只能從一個物體轉移 到另一個物體，或從一種形式轉化為另一種形式。C根據熱力學第二定律可知，熱量不可能從低溫 物體傳到高溫物體D從單一熱源吸收的熱量全部變成功是可能的例6、 下列所述過程是可逆的，還是不可逆的？A.氣缸與活塞的組合內裝有氣體，當活塞上沒有外加壓力，活塞與氣缸間沒有摩擦，氣體緩慢地膨脹時；B.上述裝置，當活塞上沒有外加壓力，活塞與氣缸上摩擦很大，使氣體緩慢地膨脹時；C.上述裝置，沒有摩擦，但調整外加壓力，使氣體能緩慢地膨脹時；D.在一絕熱容器內盛有液體，不停地攪動它，使它溫度升高；E.在一傳熱容器內盛有液體，容器放在一恒溫的大水池內，液體不停地攪動，可保持溫度不變；F.在一絕熱容器內，不同溫度的液體進行混合；G.在一絕熱容器內，不同溫度的氦氣進行混合；解析：A.發生自由膨脹，則是不可逆的；B.有摩擦發生，也是不可逆的；C.是準靜態無摩擦的膨脹，則為可逆過程。D.這是做功變為熱的過程，一定不可逆。E.此過程中既有“功變熱”又有“熱傳導”，也是不可逆過程。F.液體的擴散是不可逆過程。G