高二物理第十章热力学定律第2~4节人教实验版知识精讲.doc

用心 爱心 专心 高二物理第十章热力学定律第2~4节人教实验版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 第十章 热力学定律 第2~4节

二. 知识要点： 1. 了解热传递及其三种方式，掌握热和内能的关系，区分做功和热传递本质上的不同。 2. 理解外界对系统做功和热传递过程W、Q、△U的物理含义，理解热力学第一定律，掌握能量守恒定律。 3. 知道热传递的方向性及热力学第二定律的两种不同表述，知道什么是第二类永动机。

三. 重点、难点解析： （一）热传递 （1）定义：相互接触的两个物体，温度不同时，会自发地将热量从高温物体传到低温物体，这种过程叫热传递． （2）热传递的条件：两物体温度不同． 只要存在温度差，热传递过程就会进行，与原来物体内能的多少大小无关．热传递过程能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内能大的物体上． （3）热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射 热传递的三种方式各有特点．传导的特点在于沿着物体但不伴之以物质的迁移，所以多发生于固体上；对流则是靠物质的流动来传递热，所以对流是液体和气体特有的传热方式；辐射则无需物质作为媒介，而是以直线方式向外传递的． （4）热传递过程实质是能量转移的过程． 例1 下列所述现象中属于利用热传导的方式来传热的是 A. 冬天，用手去拿室外的铁块，手感到冷 B. 夏天，开空调后一段时间整个房间内温度降低 C. 在地面上晒小麦 D. 冬天，用暖水袋暖手 【解析】冬天，室外的铁块温度低，手温度高，用手拿铁块时，手上的热量直接通过热传导的方式传到铁块上．用暖水袋暖手，道理同上．开空调后整个房间内降温，是空气通过对流的方式使热空气降温．晒小麦是依靠太阳热辐射来吸收热量的．所以正确答案为A、D 答案：AD 【特别提示】明确热传递的三种方式及各自的特点．

（二）热和内能 （1）热传递和物体内能改变的关系 热传递也可以改变物体的内能．物体吸收了热量，分子热运动变得剧烈，分子平均动能就增加，物体的内能就增大，反之物体内能就减少．在单纯热传递的情况下，系统由状态1

到达状态2，内能增量为12UUU，吸收的热量为Q即QU，也就是说： 物体吸收热量，内能增加，物体放出热量，内能减少，内能改变的多少用热量来量度． （2）做功和热传递在改变物体的内能上是等效的． （3）做功和热传递在本质上是不同的． 用心 爱心 专心

做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的转化（不同形式能量间的转化）． 热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移（同种形式能量的转移）． 例2 下列关于做功和热传递的说法中正确的是 A. 做功和热传递的实质是相同的 B. 做功和热传递在改变物体内能上是等效的 C. 做功和热传递是对同一过程中的两种说法 D. 做功和热传递是不可能同时发生的 【解析】做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但本质不同，做功是将其他形式的能量转化为内能或将内能转化为其他形式的能量；热传递是将一个物体的内能传递给另一个物体，且做功和热传递可以同时进行．故正确选项为B． 答案：B 【特别提示】做功和热传递本质不同，但在改变物体内能上是等效的，注意它们的区别和联系． 要注意区分的几个概念 （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过程来完成．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”，根本不存在什么“热量”和“功”，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，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热量，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．

（三）热力学第一定律 （1）热力学第一定律的研究对象 研究功、热量跟内能的变化之间的定量关系 （2）热力学第一定律的内容及表达式： 如果系统和外界同时发生做功和热传递，那么，外界对系统所做的功（W）加上外界传递给系统的热量（Q），等于系统内能的增加量（U）．即QWU． 此式所表示的功、热量与内能变化之间的确定数量关系，叫做热力学第一定律．应用热用心 爱心 专心

力学第一定律时要明确： 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过程是等效的，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． ②应用此定律前应准确理解各物理量的意义。为方便、准确，通常规定各标量的正、负。正、负的含义如下：AU是物体内能的增量．当物体内能增加时取“＋”号，减少时取“－”号．W是外界对系统做的功．当外界对系统做功时取“＋”号，当系统对外界做功时取“－”号．Q是外界与系统之间传递的热量．当外界传递给系统热量（系统吸热）时取“＋”号，当系统向外界传递热量（系统放热）时取“－”号。 例3 气体膨胀对外做功l00J，同时从外界吸收了120J的热量，它的内能的变化是； A. 减小20J B. 增大20J C. 减小220J D. 增大220J 【解析】研究对象为气体，依符号规则，对外做功W＝－l00J，吸收热量Q＝＋120J．由热力学第一定律有：U＝W＋Q＝－l00J＋120J＝20J．0u，说明气体的内能增加，故选项B正确． 答案：B 【特别提示】（1）要明确研究的对象是哪个物体或者说是哪个热力学系统． （2）应用热力学第一定律计算时，要依照符号规则代入数据，对结果的正、负，也同样依照符号规则来解释其意义．

（四）能的转化与守恒定律 （1）内容 能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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，这就是能的转化与守恒定律． （2）意义 ①能的转化与守恒定律是自然界的普遍规律，热力学第一定律就是能的转化与守恒定律在改变物体内能这一特定过程中的具体体现． ②一切违背能的转化与守恒定律的过程是不可能实现的，能的转化与守恒定律证明永动机不可能制成． ③能的转化与守恒定律是认识自然，改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来，使不同领域的科学工作者具有了一个共同语言． 例4 行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是 A. 物体克服阻力做功 B. 物体的动能转化为其他形式的能量 C. 物体的势能转化为其他形式的能量 D. 物体的机械能转化为其他形式的能量 【解析】这四个现象中物体运动过程都受到阻力作用，汽车主要是制动阻力，流星、降落伞、是空气阻力，条形磁铁下落受到磁场阻力．因而物体都克服阻力做功，A项对．四个物体运动过程中，汽车是动能转化成了其他形式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械能转化成了其他形式的能，D项对． 答案：AD 【特别提示】考查能的转化和守恒定律，是考查学生的综合分析能力，从若干不同现象中找出相同规律的能力． 用心 爱心 专心

（3）第一类永动机不可能制成 <1>第一类永动机 概念：不消耗能量又源源不断地供出能量的机器． 结果：无一例外地归于失败． 原因：违背能量守恒原理． <2>永动机给我们的启示 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律． 例5 曾经有人试图制造一台“永久”的发电机，设计思想如下：先利用外界供给的电能，使电动机转动，再让电动机带动发电机发电．发电机发出电后，一部分电供给电动机继续使用，电动机不再利用外界供给的电能；一部分电供给用户使用．这样，一旦这个发电机发出电来，它就可以不再使用外界的能量，自己“源源不断”地发出电来．你学过能的转化和守恒的知识后分析一下，看看这样的“永动机”能实现吗? 【解析】只要电动机不再利用外界供给的电能，而又把一部分电供给用户使用，那么电动机的能量就会减少，直至为零，所以这样的永动机不能实现． 【特别提示】能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律，任何能量转化和转移过程都遵循此规律．对能量守恒定律怎样理解? （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． 例6 风沿水平方向以速度v垂直吹向一直径为d的风车叶轮上，设空气密度为，风的动能有50%转化为风车的动能，风车带动水车将水提高h的高度，效率为80%．则单位时间最多可提升的水的质量m＝ ．

【解析】设在t时间内吹在风车上的空气的质量为vtd41m21，

风的动能tvd81mv21E322k。 根据题意：mgh%80%50tvd8132。

则gh20vdtm32。

答案：gh20vd32 （五）热力学第二定律 1. 热传导的方向性 两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，结果使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高． （1）“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程． （2）热量可以自发地从高温物体传向低温物体，但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”，就是要有外界对其做功才能完成．电冰箱就是一例．