知识点梳理：热学-高中物理人教版（2019）选择性必修第三册

人教版（2019）物理选择性必修第三册《热学》知识点梳理分子直径数量级物质是由大量分子组成的阿伏加德罗常数油膜法测分子直径分子动理论 分子动理论 分子永不停息地做无规则运动 分子动理论 布朗运动 分子间存在相互作用力，分子力的F－r曲线 分子的动能；与物体动能的区别物体的内能 分子的势能；分子力做功与分子势能变化的关系；EP－r曲线 物体的内能；影响因素；与机械能的区别 单晶体——各向异性（热、光、电等）固体晶体多晶体——各向同性（热、光、电等）有固定的熔、沸点固体非晶体——各向同性（热、光、电等）没有固定的熔、沸点液体热力学浸润与不浸润现象——毛细现象——举例液体热力学饱和汽与饱和汽压液晶体积V气体体积与气体分子体积的关系气体 温度T（或t）热力学温标分子平均动能的标志气体 压强的微观解释 压强P 影响压强的因素 求气体压强的方法热力学定律改变内能的物理过程 做功——内能与其他形式能的相互转化热力学定律 热传递——物体间（物体各部分间）内能的转移 热力学第一定律 能量转化与守恒 能量守恒定律 热力学第二定律（两种表述）——熵——熵增加原理 能源与环境 常规能源．煤、石油、天然气 新能源．风能、水能、太阳能、核能、地热能、海洋能等第一章《分子动理论》1.1分子动理论的基本内容一、物体是由大量分子组成的1．分子：把组成物体的微粒统称为分子。2．1mol水中含有水分子的数量就达6.02×1023个。二、分子热运动1．扩散(1)扩散：不同的物质能够彼此进入对方的现象。(2)产生原因：由物质分子的无规则运动产生的。(3)发生环境：物质处于固态、液态和气态时，都能发生扩散现象。(4)意义：证明了物质分子永不停息地做无规则运动。(5)规律：温度越高，扩散现象越明显。2．布朗运动(1)概念：把悬浮微粒的这种无规则运动叫作布朗运动。(2)产生的原因：大量液体(气体)分子对悬浮微粒撞击的不平衡造成的。(3)布朗运动的特点：永不停息、无规则。(4)影响因素：微粒越小，布朗运动越明显，温度越高，布朗运动越激烈。(5)意义：布朗运动间接地反映了液体(气体)分子运动的无规则性。3．热运动(1)定义：分子永不停息的无规则运动。(2)宏观表现：扩散现象和布朗运动。(3)特点①永不停息；②运动无规则；③温度越高，分子的热运动越激烈。三、分子间的作用力1．分子间有空隙(1)气体分子的空隙：气体很容易被压缩，说明气体分子之间存在着很大的空隙。(2)液体分子间的空隙：水和酒精混合后总体积会减小，说明液体分子间有空隙。(3)固体分子间的空隙：压在一起的金片和铅片，各自的分子能扩散到对方的内部，说明固体分子间也存在着空隙。2、分子间存在相互作用的引力和斥力①分子间引力和斥力一定同时存在，且都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但斥力变化快，实际表现出的分子力是分子引力和分子斥力的合力③分子力的表现及变化，对于曲线注意两个距离，即平衡距离r0（约10－10m）与10r0。（ⅰ）当分子间距离为r0时，分子力为零。（ⅱ）当分子间距r＞r0时，引力大于斥力，分子力表现为引力。当分子间距离由r0增大时，分子力先增大后减小（ⅲ）当分子间距r＜r0时，斥力大于引力，分子力表现为斥力。当分子间距离由r0减小时，分子力不断增大说明：分子间的作用力指的是分子间相互作用引力和斥力的合力。四、分子动理论1．内容：物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。2．由于分子热运动是无规则的，对于任何一个分子都具有偶然性，但对大量分子的整体而言，表现出规律性。1.2实验：用油膜法估测油酸分子的大小一、实验思路把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，使油酸在水面上形成单分子油膜，则油膜厚度即为油酸分子的直径。二、实验步骤1．在浅盘中倒入约2cm深的水，将爽身粉均匀撒在水面上。2．用注射器往小量筒中滴入1mL油酸酒精溶液，记下滴入的滴数n，算出一滴油酸酒精溶液的体积V0。3．将一滴油酸酒精溶液滴在浅盘的液面上。4．待油酸薄膜形状稳定后，将玻璃放在浅盘上，用水彩笔(或钢笔)画出油酸薄膜的形状。5．将玻璃放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S；或者玻璃板上有边长为1cm的方格，则也可通过数方格数，算出油酸薄膜的面积S。6．根据已配好的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。7．计算油酸薄膜的厚度d＝，即为油酸分子直径的大小。三、注意事项1．实验前，必须把所有的实验用具擦洗干净，实验时吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用，否则会增大误差，影响实验结果。2．待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓，扩散后又收缩有两个原因：一是水面受油酸液滴的冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩。3．本实验只要求估算分子大小，实验结果的数量级符合要求即可。4．爽身粉不宜撒得过厚，油酸酒精溶液的浓度以小于为宜。5．向水面滴油酸酒精溶液时，应靠近水面，不能离水面太高，否则油膜轮廓难以形成。四、数据分析计算方法：1．一滴油酸溶液的平均体积。2．一滴油酸溶液中含纯油酸的体积V＝×油酸溶液的体积比。()3．油膜的面积S＝n×1cm2。(n为有效格数，小方格的边长为1cm)4．分子直径d＝(代入数据时注意统一单位)。1.3分子运动速率分布规律一、气体分子运动的特点1．随机事件与统计规律(1)必然事件：在一定条件下，若某事件必然出现，这个事件叫作必然事件。(2)不可能事件：若某事件不可能出现，这个事件叫作不可能事件。(3)随机事件：若在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现，这个事件叫作随机事件。(4)统计规律：大量随机事件的整体往往会表现出一定的规律性，这种规律叫作统计规律。2．气体分子运动的特点(1)运动的自由性：由于气体分子间的距离比较大，分子间作用力很弱，通常认为，气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动，气体充满它能达到的整个空间。(2)运动的无序性：分子的运动杂乱无章，在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有，而且向各个方向运动的气体分子数目几乎相等。说明：常温下大多数气体分子的速率都达到数百米每秒，在数量级上相当于子弹的速率。二、分子运动速率分布图像1．图像如图所示。2．规律：在一定温度下，不管个别分子怎样运动，气体的多数分子的速率都在某个数值附近，表现出“中间多、两头少”的分布规律。当温度升高时，“中间多、两头少”的分布规律不变，气体分子的速率增大，分布曲线的峰值向速率大的一方移动。3．温度越高，分子的热运动越剧烈。说明：温度升高不是每个分子的速率都变大，而是速率大的占的百分比变大。三、气体压强的微观解释1．产生原因气体的压强是由气体中大量做无规则热运动的分子对器壁不断地碰撞产生的。压强就是在器壁单位面积上受到的压力。2．从微观角度来看，气体压强的决定因素(1)一方面是气体分子的平均速率。(2)另一方面是气体分子的数密度。1.4分子动能和分子势能一、分子动能1．单个分子的动能(1)物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能且不为零。(2)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子动能大小不同并且时刻在变化。(3)热现象是大量分子无规则运动的统计规律，对个别分子的动能没有实际意义。2．分子的平均动能(1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小不受温度影响，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。(2)只要温度相同，任何分子的平均动能都相同。由于不同物质的分子质量不一定相同，所以同一温度下，不同物质分子运动的平均速率大小一般不相同。理解分子动能的三点注意(1)温度是分子平均动能的“标志”或者说“量度”，温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应，与单个分子的动能没有关系。(2)每个分子都有分子动能且不为零，热现象是大量分子无规则运动的统计规律，对个别分子动能没有实际意义。(3)温度高的物体，分子的平均速率不一定大，还与分子质量有关。二、分子势能若选定分子间距离r为无穷远时的分子势能Ep为0，则当r＝r0时，分子势能最小。1．分子势能的变化规律及判断依据分子力做正功，分子势能减少，分子力做了多少正功，分子势能就减少多少；分子力做负功，分子势能增加，克服分子力做了多少功，分子势能就增加多少。x0x0EPr0(1)一般规定无穷远处分子势能为零，(2)分子力做正功分子势能减少，分子力做负功分子势能增加。(3)分子势能与分子间距离r0关系①当r＞r0时，r增大，分子力为引力，分子力做负功分子势能增大。②当r＞r0时，r减小，分子力为斥力，分子力做负功分子势能增大。③当r=r0（平衡距离）时，分子势能最小（为负值）决定分子势能的因素：从宏观上看：分子势能跟物体的体积有关。（注意体积增大，分子势能不一定增大）从微观上看：分子势能跟分子间距离r有关。2．分子势能的“弹簧—小球”模型分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧—小球模型，弹簧的原长相当于分子间的距离r0。弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩，势能都会增加。分子势能曲线分子势能曲线如图所示，规定无穷远处分子势能为零。分子间距离从无穷远逐渐减小至r0的过程，分子间的合力为引力，合力做正功，分子势能不断减小，其数值将比零还小，为负值。当分子间距离到达r0以后再继续减小，分子作用的合力为斥力，在分子间距离减小过程中，合力做负功，分子势能增大，其数值将从负值逐渐变大至零，甚至为正值，故r＝r0时分子势能最小。从曲线上可看出：(1)在r<r0处，曲线比较陡，这是因为分子间的斥力随分子间距的减小而增加得快，分子势能的增加也就快。(2)在r>r0处，曲线比较缓，这是因为分子间的引力随分子间距的增大而变化得慢，分子势能的增加也就变慢。(3)在r＝r0处，分子势能最小，但不一定为零，因为零势能的位置是任意选定的。一般取无穷远处分子势能为零，则分子势能最小位置是在r＝r0处，且为负值，故分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事。4．分子势能与体积的关系由于物体分子间距离变化的宏观表现为物体的体积变化，所以微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化。例如，同样是物体体积增大，有时体现为分子势能增加(在r>r0范围内)；有时体现为分子势能减少(在r<r0范围内)；一般我们说，物体体积变化了，其对应的分子势能也变化了。但分析与判定的关键要看体积变化过程中分子力是做正功，还是做负功。分子势能图像问题的解题技巧(1)首先要明确分子势能、分子力与分子间距离关系图像中拐点意义的不同。分子势能图像的最低点(最小值)对应的距离是分子平衡距离r0，而分子力图像的最低点(引力最大值)对应的距离大于r0。分子势能图像与r轴交点的距离小于r0，分子力图像与r轴交点表示平衡距离r0。(2)其次要把图像上的信息转化为分子间距离，再求解其他问题。三、内能1．内能的决定因素(1)从宏观上看：物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定。(2)从微观上看：物体的内能由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子势能三个因素决定。2．内能与机械能的区别和联系项目内能机械能对应的运动形式微观分子热运动宏观物体的机械运动能量常见形式分子动能、分子势能物体动能、重力势能或弹性势能能量存在的原因物体内大量分子的热运动和分子间存在相互作用力由于物体做机械运动和物体发生弹性形变或被举高影响因素物质的量、物体的温度和体积物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于参考平面的高度)或弹性形变量能否为零永远不能等于零一定条件下可以等于零联系在一定条件下可以相互转化3、内能：物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和（1）内能是状态量（2）内能是宏观量，只对大量分子组成的物体有意义，对个别分子无意义。（3）物体的内能由物质的量（分子数量）、温度（分子平均动能）、体积（分子间势能）决定，与物体的宏观机械运动状态无关．内能与机械能没有必然联系．4．物态变化对内能的影响一些物质在物态发生变化时，例如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温度不变，此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化。对内能的几点理解(1)内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式，与物体宏观有序运动状态无关，它取决于物质的量、温度、体积及物态。(2)研究热现象时，一般不考虑机械能，在机械运动中有摩擦时，有可能发生机械能转化为内能。(3)物体温度升高，内能不一定增加；温度不变，内能可能改变；温度降低，内能可能增加。第二章《气体、固体和液体》2.1温度和温标一、状态参量与平衡态1．热力学系统：由大量分子组成的系统。2．外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体。3．状态参量：为确定系统的状态所需要的一些量，如：体积、压强、温度等。4．平衡态：无外界影响，状态参量稳定的状态。说明：平衡态是状态参量，不是过程量，处于平衡态的系统，状态参量在较长时间内不发生变化。二、热平衡与温度1．热平衡：如果两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变。经过一段时间，各自的状态参量不再变化了，即这两个系统达到了热平衡。2．热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡。3．温度：处于热平衡的系统之间有一“共同热学性质”，即温度。这就是温度计能够用来测量温度的基本原理。三、温度计与温标1．温度计名称原理水银温度计根据水银的热膨胀的性质来测量温度金属电阻温度计根据金属铂的电阻随温度的变化来测量温度气体温度计根据气体压强随温度的变化来测量温度热电偶温度计根据不同导体因温差产生电动势的大小来测量温度2.温标：定量描述温度的方法。(1)摄氏温标：一种常用的表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为0℃，水的沸点为100℃。在0℃刻度与100℃刻度之间均匀分成100等份，每一份算作1℃。(2)热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温度。(3)摄氏温度与热力学温度：摄氏温度摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是摄氏度，符号为℃热力学温度热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号为K换算关系T＝t＋273.15K注意：变化1℃与变化1K是相等的。2.2气体的等温变化一、气体的等温变化1．等温变化一定质量的某种气体，在温度不变的条件下，其压强与体积变化时的关系叫作气体的等温变化。2．实验探究(1)实验器材：铁架台、注射器、橡胶套、压力表(压强表)等。注射器下端用橡胶套密封，上端用柱塞封闭一段空气柱，这段空气柱是我们的研究对象。(2)数据收集：空气柱的压强p由上方的压力表读出，体积V用刻度尺读出的空气柱长度l乘气柱的横截面积S。用手把柱塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组值。(3)数据处理以压强p为纵坐标，以体积的倒数为横坐标建立直角坐标系，将收集的各组数据描点作图，若图像是过原点的直线，说明压强跟体积的倒数成正比，即压强跟体积成反比。注意：作p­V图像双曲线不好判定，作p­图像是过原点的倾斜直线，易判定压强跟体积成反比。二、玻意耳定律1．玻意耳定律(1)内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。(2)公式：pV＝C(常量)或p1V1＝p2V2。(3)适用条件：①气体质量不变、温度不变。②气体温度不太低、压强不太大。2．气体的等温变化的p­V图像(1)p­V图像：一定质量的气体的p­V图像为一条双曲线，如图甲所示。甲乙(2)p­图像：一定质量的气体的p­图像为过原点的倾斜直线，如图乙所示。2.3气体的等压变化和等容变化一、气体的等压变化1．等压变化一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度变化的过程叫作气体的等压变化。2．盖—吕萨克定律(1)内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。(2)公式：V＝CT或＝。(3)适用条件：气体质量一定；气体压强不变。(4)等压变化的图像：由V＝CT可知在V­T坐标系中，等压线是一条通过坐标原点的倾斜的直线。对于一定质量的气体，不同等压线的斜率不同。斜率越小，压强越大，如图所示，p2>(选填“>”或“<”)p1。二、气体的等容变化1．等容变化一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度变化的过程。2．查理定律(1)内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。(2)公式：p＝CT或＝。(3)等容变化的图像：从图甲可以看出，在等容过程中，压强p与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系。但是，如果把图甲中的直线AB延长至与横轴相交，把交点当作坐标原点，建立新的坐标系(如图乙所示)，那么这时的压强与温度的关系就是正比例关系了。图乙坐标原点的意义为气体压强为0时，其温度为0K。可以证明，新坐标原点对应的温度就是0_K。甲乙(4)适用条件：气体的质量一定，气体的体积不变。说明：气体做等容变化时，压强p与热力学温度T成正比，即p∝T，不是与摄氏温度t成正比，但压强变化量Δp与热力学温度变化量ΔT和摄氏温度的变化量Δt都是成正比的，即Δp∝ΔT、Δp∝Δt。三、理想气体1．理想气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。2．理想气体与实际气体在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍的条件下，把实际气体看成理想气体来处理。3．理想气体的状态方程(1)内容一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管压强p、体积V、温度T都可能改变，但是压强p跟体积V的乘积与热力学温度T之比保持不变。(2)表达式①；②。(3)成立条件一定质量的理想气体。说明：理想气体是一种理想化模型，是对实际气体的科学抽象。题目中无特别说明时，一般都可将实际气体当成理想气体来处理。四、对气体实验定律的微观解释用分子动理论可以定性解释气体的实验定律。1．玻意耳定律一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的数密度增大，单位时间内，单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大。这就是玻意耳定律的微观解释。2．盖—吕萨克定律一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。这就是盖—吕萨克定律的微观解释。3．查理定律一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。这就是查理定律的微观解释。2.4固体一、晶体和非晶体1．固体可以分为晶体和非晶体两类。石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体。2．单晶体具有确定的几何形状，多晶体和非晶体没有确定的几何形状，我们在初中已经学过，晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点。3．有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，这类现象称为各向异性。非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，这叫作各向同性。由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体是各向同性的。说明：具有各向异性的一定是单晶体，具有各向同性的则可能是非晶体或多晶体。二、晶体的微观结构1．规则性：在各种晶体中，原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性。2．变化或转化在不同条件下，同种物质的微粒按照不同规则在空间排列，可以生成不同的晶体，例如石墨和金刚石。有些晶体在一定条件下可以转化为非晶体，例如天然水晶熔化后再凝固成石英玻璃。2.5液体一、液体的表面张力1．表面层：液体表面有一层跟气体接触的薄层，叫作表面层。2．分子力的特点在液体内部，分子间的平均距离略小于r0，分子间的作用力表现为斥力；在表面层，分子比较稀疏，分子间距离略大于r0，分子间的作用力表现为引力。3．表面张力(1)定义：液体表面的这种力使液体表面绷紧，叫作液体的表面张力。(2)作用效果：使液体表面具有收缩趋势。说明：表面张力使液体表面收缩到最小。二、浸润和不浸润、液晶1．浸润和不浸润(1)一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作浸润；一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面上，这种现象叫作不浸润。(2)浸润和不浸润是分子力作用的表现。2．毛细现象(1)毛细现象：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象。(2)毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管的内径越小，高度差越大。3．液晶(1)液晶：像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性的物质叫液晶。这是介于液态和固态间的一种中间态。(2)出现液晶态的条件：液晶是一种特殊物质，有些物质在特定的温度范围之内具有液晶态，另一些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定浓度范围内具有液晶态。(3)液晶的微观结构：通常棒状分子的物质容易具有液晶态。第三章《热力学定律》3.1功、热和内能的改变一、功和内能1．焦耳的实验(1)绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热。(2)代表性实验①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；②通过电流的热效应给水加热。(3)实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。2．功和内能(1)内能：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。(2)功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的变化量，即ΔU＝W。说明：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。二、热和内能1．热传递(1)条件：物体的温度不同。(2)定义：两个温度不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热量从高温物体传到了低温物体。2．热和内能(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。(2)表达式：ΔU＝Q。(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统内能的改变。②做功时是内能与其他形式能的转化；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。注意：我们不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。3.2热力学第一定律一、热力学第一定律1.改变内能的两种方式:做功与传热。两者在改变系统内能方面是等效的。2.热力学第一定律:(1)内容: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。数学表达式:ΔU=Q+W。3.对公式ΔU=Q+W中ΔU、Q、W符号的规定:符号QWΔU+物体吸收热量外界对物体做功内能增加-物体放出热量物体对外界做功内能减少4.几种特殊情况:(1)若过程是绝热的,即Q=0,则ΔU=W,物体内能的增加量等于外界对物体做的功。(2)若过程中不做功,即W=0,则ΔU=Q,物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。(3)若过程的始末状态物体的内能不变,即ΔU=0,则W=-Q(或Q=-W),外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)。5.判断是否做功的方法:一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变化。(1)若物体体积增大,表明物体对外界做功,W<0。(2)若物体体积减小,表明外界对物体做功,W>0。二、能量守恒定律1.内容: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能量的总量保持不变。2.意义:(1)各种形式的能可以相互转化。(2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。3.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、原子能等。(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。4.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。5.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。3.3能量守恒定律一、探索能量守恒的足迹1．不同形式的能能量具有不同的形式，有描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能，等等。不同形式的运动都可以用能量来描述。也就是说，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。2．能量之间的转化3．能量守恒观念的形成在认识自然的进程中，科学家慢慢知道了要用联系的观点去观察自然。例如，机械能的各种形式之间可以相互转化，电和磁可以相互转化，热和电也可以相互转化……展示关于能量转化的研究成果，体会探索能量守恒的艰辛。二、能量守恒定律在力学中，当系统只有重力和弹力做功时，系统的动能与势能会发生相互转化，而动能与势能的总量保持不变，这就是机械能守恒定律。在热力学领域内，做功和热传递可以改变系统的内能，即系统内能与系统外的能量会发生转化或转移，但能的总量不会改变。热力学第一定律，实际上就是内能与其他能量发生转化时的能量守恒定律。1．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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。2．能量守恒定律的意义：（1）能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。（2）能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的普遍规律之一。（3）自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的，（4）机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。三、永动机不可能制成1．永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机。（人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机）。任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。内燃机把燃料的化学能转化为燃气的内能然后再转化为机械能，电动机把电能转化为机械能……如果没有燃料、电流或其他动力的输入，能量从哪里来呢！永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。2．人类对永动机的追求螺旋永动机：著名科学家达·芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮。在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论。他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的。他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！”滚球永动机：17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心。据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置。国王看了很是高兴，就特赦了他。其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的。软臂永动机：19世纪有人设计了一种特殊机构，它的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使机器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地。磁力永动机：大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。A是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。大概他那时还没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平方成反比变化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然了。3．第一类永动机概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功。结果：无一例外地归于失败。原因：违背了能量守恒定律。4．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。3.4热力学第二定律一、热力学第二定律1．热力学第二定律的克劳修斯表述(1)内容：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。即传热的过程具有方向性。(2)传热的方向性①热量可以自发地由高温物体传给低温物体。②热量不能自发地由低温物体传给高温物体。③一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。说明：在表述中强调“自发”，就是不需要任何第三者介入，就能发生。2．热力学第二定律的另一种表述(1)热机①热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质