SHIZHANG

第十章熱力學(xué)定律

〔情景切入〕

地球上的能源很多，提供能量的形式各不相同。風(fēng)、水、洋流和波浪等是以機械能的形

式提供的，可以利用各種風(fēng)力機械和水力機械轉(zhuǎn)化為動力或電力。煤、石油和天然氣等一般

是通過燃燒把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能可以直接利用。一些熱力機械可以把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動力

帶動機械或交通工具工作，也可進(jìn)行熱力發(fā)電。能量可以互相轉(zhuǎn)化，各種能量最終都轉(zhuǎn)化為

內(nèi)能。你是否知道能量間的轉(zhuǎn)化具有一定的規(guī)律呢？請你在本章的學(xué)習(xí)中得出答案吧。

〔知識導(dǎo)航〕

本章主要講述了改變物體內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞，熱力學(xué)第一定律和能量守恒

定律，以及熱力學(xué)第二定律和能量耗散。

本章從焦耳的熱功當(dāng)量實驗切入，從功是能量轉(zhuǎn)化的量度來認(rèn)識內(nèi)能，接著從內(nèi)能改變

的方式——熱傳遞說明熱與內(nèi)能的關(guān)系，能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界普遍適用的規(guī)律。接

著以熱力學(xué)定律來說明能量與熱量的區(qū)別及聯(lián)系，最后以新能源開發(fā)與應(yīng)用來結(jié)束本章。

本章教材共六節(jié)，整章內(nèi)容可分四部分：第一部分即第一、二節(jié)，了解做功和熱傳遞與

內(nèi)能的關(guān)系；第二部分即第三節(jié)，學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律及其微觀解釋；第四部分即第四、五、

六節(jié)，了解熱力學(xué)第二定律及其微觀解釋、能源和可持續(xù)發(fā)展及開發(fā)新能源的意義。

本章重點：改變物體內(nèi)能的兩種方式一做功和熱傳遞，熱力學(xué)第一定律。

本章難點：能量守恒定律，熱力學(xué)第二定律及微觀解釋。

〔學(xué)法指導(dǎo)〕

本章內(nèi)容規(guī)律較多，且較抽象，初學(xué)者理解起來不太容易，給學(xué)習(xí)帶來一定難度，如何

突破本章知識要點，把握重點，掌握方法是關(guān)鍵。要注意從實驗和模型來建立物理圖景，把

抽象的事物形象化，更要注意利用科學(xué)的假說和模型來研究問題，把不能直接觀測的對象轉(zhuǎn)

化為能夠直接觀測的對象。

第一節(jié)功和內(nèi)能

【素養(yǎng)目標(biāo)定位】

了解焦耳的熱功當(dāng)量實驗，明確實驗原理

※※理解內(nèi)能的概念，并了解功是能量改變的量度

【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】

fl實驗方法I

-I焦耳實驗I-->1絕熱過程I

I功和內(nèi)能I-L|實驗結(jié)論?

->i功、內(nèi)能、內(nèi)能變化之間的關(guān)系I

課前預(yù)習(xí)反饋

知識點1焦耳的實驗

i.絕熱過程

系統(tǒng)只通過對外界做功或夕卜界對它.做功而與外界一不交換.能量,它不從外界—

吸熱.，也不向外界散熱.。

2.代表實驗

(1)重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，引起水溫—上五一_。

(2)通過電流的.熱效應(yīng)一給水加熱。

3.實驗結(jié)論

在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與.做功方式.無關(guān),僅與做功—數(shù)量—

有關(guān)。

知識點2功和內(nèi)能

1-內(nèi)能

任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)都存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài).的物理量,叫系統(tǒng)的內(nèi)能。

2.做功與內(nèi)能的關(guān)系

做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的—量度在國際單位制中，內(nèi)能和功

的單位都是焦耳(J)。

3.內(nèi)能變化與做功的關(guān)系

(1)在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加一。內(nèi)能的增量就等于外界—

對系統(tǒng)做的功.，即尸W。

(2)在絕熱過程中，系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的一內(nèi)能減少一。內(nèi)能的減少量就等于系統(tǒng)

.對外界做的功—，即—U尸一W

辨析思考

『判一判』

（1）某一系統(tǒng)經(jīng)歷絕熱過程時，只要初末狀態(tài)相同，則做功數(shù)量也一定相同。（J）

（2）在絕熱過程中，做功方式不同會直接影響系統(tǒng)狀態(tài)變化的最終結(jié)果。（X）

（3）在絕熱過程中，系統(tǒng)對外界做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量。（X）

（4）功和內(nèi)能都是能量轉(zhuǎn)化的量度。（X）

（5）搓搓手會感到手暖和些，是通過做功改變了手的內(nèi)能。（J）

（6）外界對物體做功多，就意味著物體的內(nèi)能大。（X）

『選一選』

（多選）一定質(zhì)量的氣體封閉在絕熱的氣缸內(nèi)，當(dāng)用活塞壓縮氣體時，一定增大的物理量

有（不計氣體分子勢能）（BCD）

A.氣體體積B.氣體分子密度

C.氣體內(nèi)能D.氣體分子的平均動能

解析：外力做功，氣體體積減小，分子密度增大，內(nèi)能增加，溫度升高，分子的平均動

能增加。

『想一想』

打氣筒是日常生活中的一種工具，當(dāng)我們用打氣筒給自行車打氣的時候，就是在克服氣

體壓力和摩擦力做功。打氣的過程中你有沒有試著去摸一下打氣筒的外殼？有什么感覺？打

氣筒的溫度升高了，這是怎么回事呢？

答案：做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，做功使得系統(tǒng)的內(nèi)能增加了，所以溫度升高。

課內(nèi)互動探究

探究

做功和內(nèi)能變化的關(guān)系

II思考討論一■

“火”不但可以用來取暖，還可以用來加熱食物，“火”把人類帶入了文明的殿堂。我

們的祖先很早就發(fā)明了“鉆木取火”的用具，使人們不再僅僅依靠自然的“恩賜”而得到

“火”。

你知道“鉆木取火”的道理嗎？

提示：做功可以改變物體的內(nèi)能，“鉆木取火”就是通過外力做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

木材內(nèi)能增加，溫度達(dá)到著火點而燃燒。

II歸納總結(jié)一■

1.內(nèi)能與內(nèi)能變化

(1)物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子熱運動的動能和分子勢能之和。

(2)當(dāng)物體溫度變化時，分子平均動能變化。物體體積變化時，分子勢能發(fā)生變化，即

物體的內(nèi)能是由它的狀態(tài)決定的，且物體的內(nèi)能變化只由初、末狀態(tài)決定，與中間過程及方

式無關(guān)。

2.做功與內(nèi)能變化的關(guān)系

(1)做功改變物體內(nèi)能的過程是其他形式的能(如機械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程。

(2)在絕熱過程中，外界對物體做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，物體的

內(nèi)能就增加多少。

3.功和內(nèi)能的區(qū)別

(1)功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量。

(2)在絕熱過程中，做功一定能引起內(nèi)能的變化。

(3)物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多。在絕熱過程中，只有內(nèi)能變化較大時，對應(yīng)著

做功較多。

特別提醒

(1)外界對某一系統(tǒng)做功時，系統(tǒng)的內(nèi)能不一定增加，還要看該系統(tǒng)有沒有向外放熱，

以及向外放熱的多少。

(2)在絕熱過程中，系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界對系統(tǒng)所做的功。

II典例剖析一■

■典例(多選)(2020?山東省濟(jì)寧市實驗中學(xué)高二下學(xué)期檢測)用密封性好、充滿氣

體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示。充氣袋四周被擠壓時，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，

則袋內(nèi)氣體(AC)

充氣袋

易碎品

A.體積減小，內(nèi)能增大

B.體積減小，壓強減小

C.對外界做負(fù)功，內(nèi)能增大

D.對外界做正功，壓強減小

解題指導(dǎo)：（1）氣體體積減小，外界對氣體做正功。

（2）應(yīng)用做功與內(nèi)能變化的關(guān)系判斷內(nèi)能的變化。

解析：實際氣體在溫度不太低、壓強不太大時可看成理想氣體。充氣袋被擠壓，氣體體

積減小，外界對氣體做正功，則w>o,由于袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，即。=0,根據(jù)做功

與內(nèi)能改變的關(guān)系知，內(nèi)能增大，溫度升高，選項A、C正確；根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程華=

C可判斷壓強一定增大，選項B、D錯誤。

II對點訓(xùn)練■

如圖所示，在紫銅管內(nèi)滴入乙醛，蓋緊管塞。用手拉住繩子兩端迅速往復(fù)拉動，管塞會

被沖開。管塞被沖開前（D）

A.外界對管內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大

B.管內(nèi)氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小

C.管內(nèi)氣體內(nèi)能不變，壓強變大

D.管內(nèi)氣體內(nèi)能增大，壓強變大

解析：克服繩與金屬管間的摩擦做功，使管壁內(nèi)能增大，溫度升高。通過熱傳遞，乙醵

的內(nèi)能增大，溫度升高，直至沸騰，管塞會被沖開。管塞被沖開前管內(nèi)氣體內(nèi)能增大，壓強

變大。選項D正確。

核心素養(yǎng)提升

通過重物下落帶動葉片攪水,靠葉片與通過重物下落使發(fā)電機發(fā)電，電

做功方式水摩擦使水溫升高,通過機械功實現(xiàn)能流通過電阻絲做功使水溫升高，

量轉(zhuǎn)化通過電功實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化

實驗條件容器及其中的水組成的系統(tǒng)與外界絕熱

共性外界對系統(tǒng)做功數(shù)值上相同，系統(tǒng)溫度上升數(shù)值相同，內(nèi)能改變相同

?■案例（多選）如圖為焦耳實驗裝置圖，用絕熱性能良好的材料將容器包好，重物

下落帶動葉片攪拌容器里的水，引起水溫升高，關(guān)于這個實驗，下列說法正確的是（AC）

重物

A.這個裝置可測定熱功當(dāng)量B.做功增加了水的熱量

C.做功增加了水的內(nèi)能D.功和熱量是完全等價的，無區(qū)別

解析：該實驗測定做功和內(nèi)能變化的關(guān)系?？梢詼y定熱功當(dāng)量，A正確；該實驗是絕熱

過程，沒有熱傳遞，內(nèi)能的改變是由于做功，C正確；做功表示能量的轉(zhuǎn)化，而熱量表示熱

傳遞中內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，二者有區(qū)別，B、D錯誤。

課堂鞏固達(dá)標(biāo)

1.（2020.江蘇省啟東中學(xué)高二下學(xué)期期末）如圖所示，瓶內(nèi)裝有少量的水，瓶口已塞緊，

水上方空氣中有水蒸氣，用打氣筒向瓶內(nèi)打氣，當(dāng)塞子從瓶口跳出時，瓶內(nèi)出現(xiàn)“白霧”，

這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可以用下面三句話解釋：甲，水蒸氣凝結(jié)成小水珠；乙，瓶內(nèi)氣體推動

瓶塞做功，內(nèi)能減?。槐?，溫度降低。三句話正確的順序是（B）

C.丙、甲、乙D.乙、甲、丙

解析：根據(jù)題意因果順序的進(jìn)程為：空氣推動瓶塞做功——空氣內(nèi)能減小——瓶內(nèi)空氣

溫度降低——瓶內(nèi)水蒸氣液化成小水珠即“白霧”，而瓶塞跳起的原因是用打氣筒往瓶內(nèi)打

氣使氣體壓強增大所致。

2.（2020.江西省南昌二中高二下學(xué)期檢測）如圖所示，帶有活塞的氣缸中封閉著一定質(zhì)量

的氣體（不考慮分子勢能）。將一個熱敏電阻（電阻值隨溫度升高而減?。┲糜跉飧字?，熱敏電

阻與氣缸外的歐姆表連接，氣缸和活塞均具有良好的絕熱性能。下列說法正確的是（D）

A.若拉動活塞使氣缸內(nèi)氣體體積增大，需加一定的拉力，說明氣體分子間有引力

B.若拉動活塞使氣缸內(nèi)氣體體積增大，則歐姆表讀數(shù)將變小

C.若發(fā)現(xiàn)歐姆表讀數(shù)變大，則氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能一定增大

D.若發(fā)現(xiàn)歐姆表讀數(shù)變大，則氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能一定減小

解析：氣體分子間的距離已經(jīng)超過分子間作用力所研究的范圍，所以不能說明分子間有

引力，故A錯誤；若拉動活塞使氣缸內(nèi)氣體體積增大，氣體對外做功，內(nèi)能減小，溫度降

低，電阻增大，則歐姆表示數(shù)將變大，故B錯誤；發(fā)現(xiàn)歐姆表讀數(shù)變大時，熱敏電阻變大，

說明溫度降低，則氣體內(nèi)能減小，故C錯誤，D正確。

3.（2020?河北省張家口市一中高二上學(xué)期期中）如圖，一絕熱容器被隔板K隔開成a,b

兩部分。己知。內(nèi)有一定量的稀薄氣體，》內(nèi)為真空。抽開隔板K后，。內(nèi)氣體進(jìn)入b,最

終達(dá)到平衡狀態(tài)。在此過程中（B）

A.氣體對外界做功，內(nèi)能減少

B.氣體不做功，內(nèi)能不變

C.氣體壓強變小，溫度降低

D.外界對氣體做功，內(nèi)能增加

解析：因。內(nèi)為真空，抽開隔板K后，。內(nèi)氣體對外界不做功，且內(nèi)能不變，故選項A

錯誤，選項B正確；稀薄氣體可看作理想氣體，其內(nèi)能只與溫度有關(guān)，氣體的內(nèi)能不變，

溫度也不變，由m％=01丫2和％＜丫2知Pl12,即氣體壓強變小，故選項C、D錯誤。

第二節(jié)熱和內(nèi)能

【素養(yǎng)目標(biāo)定位】

了解熱傳遞的三種方式

知道熱傳遞和做功都可以改變物體的內(nèi)能

了解熱與內(nèi)能的關(guān)系，區(qū)別熱量與內(nèi)能的概念

【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】

—＞熱與內(nèi)能的關(guān)系I

—“熱量和內(nèi)能I

,物體內(nèi)能的方式I

課前預(yù)習(xí)反饋

知識點1熱傳遞

1.概念

兩個溫度不同的物體相互接觸時溫度高的物體要3溫度低的物體要升溫

即熱量從一高溫一物體傳到了低溫一物體,這個過程就叫作熱傳遞。

2.熱傳遞的方式

.熱傳導(dǎo)一、一熱對流一和.熱輻射.。

3.熱傳遞的條件

.存在溫度差一。

4.實質(zhì)

熱傳遞過程實質(zhì)是轉(zhuǎn)移的過程。

知識點2熱和內(nèi)能

1.熱傳遞與內(nèi)能改變的關(guān)系

(1)在單純熱傳遞中，系統(tǒng)從外界吸收多少熱量，系統(tǒng)的」就增加多少，即。吸

=AU。

(2)在單純熱傳遞中，系統(tǒng)向外界放出多少熱量，系統(tǒng)的—內(nèi)能—就減少多少，即。放

=__AUo

2.熱量

熱量是在單純的熱傳遞過程中系統(tǒng)—內(nèi)能變化—的量度。

辨析思考

『判一判』

(1)熱傳遞過程具有一定的方向性。(J)

(2)在任何情況下，公式AU=。都適用。(X)

(3)溫度高的物體含有的熱量多。(X)

（4）熱量一定從內(nèi)能多的物體傳遞給內(nèi)能少的物體。（X）

（5）做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能。（J）

（6）熱傳遞改變內(nèi)能的實質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)移。（J）

『選一選』

（多選）（2020?上海市金山區(qū)高二期末）下列過程中，主要通過熱傳遞方式改變物體內(nèi)能的

是（ABC）

A.濕衣服中的水蒸發(fā)

B.水中的冰融化

C.池水在陽光的照射下溫度升高

D.錘子敲擊釘子后釘子變熱

解析：濕衣服中的水蒸發(fā)是因為熱傳遞，故A正確；水中的冰融化是因為熱傳遞，故B

正確；池水在陽光的照射下溫度升高是熱量的傳遞，故C正確；錘子敲擊釘子后釘子變熱

是因為錘子對釘子做功轉(zhuǎn)化為熱量，故D錯誤。

『想一想』

如圖所示是熱傳遞的三種方式一傳導(dǎo)、對流和輻射，請在圖片基礎(chǔ)上思考以下問題:

（1）這三種方式在傳遞能量時有什么共同點？

（2）熱傳遞和做功都可以改變物體的內(nèi)能，這兩種方式在改變物體內(nèi)能時本質(zhì)上又有什

么不同？

答案：（1）熱量總是從溫度高的物體向溫度低的物體傳遞。

（2）做功是其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化，熱傳遞是內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)移。

課內(nèi)互動探究

探究

探究功、內(nèi)能、熱量和溫度的區(qū)別與聯(lián)系

II思考討論■

在寒冷的冬季，人們常常生火取暖，當(dāng)我們雙手靠近火源，雙手立即就會感受到手變熱

了。思考一下內(nèi)能的概念，你認(rèn)為改變物體的內(nèi)能有幾種方式?

提示：做功和熱傳遞。

II歸納總結(jié)一■

1.內(nèi)能與溫度

從宏觀看，溫度表示的是物體的冷熱程度；從微觀看，溫度反映了分子熱運動的激烈程

度，是分子平均動能的標(biāo)志。物體的溫度升高，其內(nèi)能一定增加。但向物體傳遞熱量，物體

的內(nèi)能卻不一定增加（可能同時對外做功）。

2.熱量和內(nèi)能

內(nèi)能是由系統(tǒng)狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定，要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變

化，可以通過熱傳遞或做功兩種途徑來完成。而熱量是傳遞過程中的特征物理量，和功一樣,

熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的能量，是用來衡量物體內(nèi)能變化的。有過程，

才有變化，離開過程，毫無意義。就某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能”，根本不存在什么“熱量”

和“功”，因此，不能說一個系統(tǒng)中含有“多少熱量”或“多少功”。

3.熱量與溫度

熱量是系統(tǒng)的內(nèi)能變化的量度，而溫度是系統(tǒng)內(nèi)大量分子做無規(guī)則運動劇烈程度的標(biāo)

o

熱傳遞的前提條件是兩個系統(tǒng)之間要有溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度。

4.熱量與功

熱量和功都是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，都是過程量，一定量的熱量與一定量的功相當(dāng)，熱

量可以通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為功，功也可以通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為熱量，但它們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。

特別提醒

只要存在溫度差，熱傳遞過程就會進(jìn)行，與原來物體內(nèi)能的多少大小無關(guān)。熱傳遞過程

能量可以由內(nèi)能大的物體傳到內(nèi)能小的物體上，也可以由內(nèi)能小的物體傳到內(nèi)能大的物體

上。

II典例剖析一■

■典例對于熱量、功、內(nèi)能三個物理量，下列各種說法中正確的是（D）

A.熱量、功、內(nèi)能的物理意義等同

B.熱量、功都可以作為物體內(nèi)能的量度

C.熱量、功、內(nèi)能的單位不相同

D.熱量和功是由過程決定的，而內(nèi)能是由物體狀態(tài)決定的

解題指導(dǎo)：求解此題應(yīng)把握以下三點：（1）明確功、熱量、內(nèi)能的物理意義；（2）明確功、

熱量、內(nèi)能分別是過程量還是狀態(tài)量；（3）功、熱量、內(nèi)能的單位相同。

解析：物體的內(nèi)能是物體的所有分子動能和分子勢能的總和，而要改變物體的內(nèi)能，可

以通過做功和熱傳遞兩種方式，這三者的物理意義不同，故選項A錯誤；熱量是熱傳遞過

程中，物體內(nèi)能的變化量，而不是內(nèi)能的量度，故選項B錯誤；熱量、功、內(nèi)能三者的單

位一樣，都是焦耳。），故c項錯誤；熱量和功是量度物體內(nèi)能的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的，而物體的

內(nèi)能是由物體本身所處的狀態(tài)，即溫度、體積、摩爾數(shù)決定的，故選項D正確。

II對點訓(xùn)練■

（2020?蘇州市高新區(qū)第一中學(xué)高二下學(xué)期期中）下列說法中正確的是（A）

A.做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種不同的物理過程

B.做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，因此對物體做功就是對物體傳熱

C.熱量是熱傳遞過程中，內(nèi)能大的物體向內(nèi)能小的物體或物體內(nèi)能大的部分向內(nèi)能小

的部分轉(zhuǎn)移的內(nèi)能大小的量度

D.高溫物體具有的熱量多，低溫物體具有的熱量少

解析：做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種不同的物理過程，故A正確；做功和熱傳

遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，但是對物體做功與對物體傳熱的本質(zhì)是不同的，故B錯誤;

熱量是熱傳遞過程中，溫度高的物體向溫度低的物體或物體溫度高的部分向溫度低的部分轉(zhuǎn)

移的內(nèi)能大小的量度，故C錯誤；熱量是熱傳遞過程中，內(nèi)能變化的量度，是過量程，故D

錯誤。

核心素養(yǎng)提升

做功和熱傳遹在改變物體內(nèi)能上的關(guān)系

改變內(nèi)能的兩種方式的比較:

比較項目做功熱傳遞

外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物

內(nèi)能變化

物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少體放出熱量，內(nèi)能減少

不同物體間或同一物體不同

物理實質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化

部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移

相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的

?■案例（多選）器壁透熱的氣缸固定在恒溫環(huán)境中，如圖所示。氣缸內(nèi)封閉著一定

量的氣體，氣體分子間相互作用的分子力可以忽略不計，當(dāng)緩慢推動活塞Q向左運動的過

程中，下列說法正確的是（BC）

A.活塞對氣體做功，氣體的內(nèi)能增加

B.活塞對氣體做功，氣體的平均動能不變

C.氣體的單位分子數(shù)增大，壓強增大

D.氣體向外散熱，內(nèi)能減少

解析：解決本題的關(guān)鍵是理解緩慢推動活塞。的物理含義，推動活塞。使活塞對氣體

做功，本來氣體的溫度應(yīng)升高，但是由于緩慢推動活塞，所以使氣體增加的內(nèi)能又以熱量的

形式釋放到周圍環(huán)境中，由于環(huán)境溫度恒定，所以氣缸內(nèi)氣體的溫度不變，內(nèi)能不變，氣體

的平均動能不變，A、D錯誤，B正確；由于氣體被壓縮，氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大，

所以單位面積上，氣缸受到氣體分子的碰撞次數(shù)增多，因此氣體的壓強增大，C正確。

課堂鞏固達(dá)標(biāo)

1.（2020.海南省三亞吉陽區(qū)校級月考）關(guān)于熱傳遞，下列說法中正確的是（B）

A.熱傳遞的實質(zhì)是溫度的傳遞

B.物體間存在著溫度差，才能發(fā)生熱傳遞

C.熱傳遞可以在任何情況下進(jìn)行

D.物體內(nèi)能發(fā)生改變，一定是吸收或放出了熱量

解析：熱傳遞的實質(zhì)是能量的傳遞。故A錯誤；物體間存在著溫度差，才能發(fā)生熱傳

遞。故B正確；熱傳遞必須在有溫度差的情況下進(jìn)行。故C錯誤；物體的內(nèi)能發(fā)生了改變，

可能是由于發(fā)生了熱傳遞，也可能是由于做功導(dǎo)致的。故D錯誤。

2.（多選）關(guān)于物體內(nèi)能，下列說法中正確的是（BD）

A.將物體舉高或使它們的速度增大，是利用做功來使物體內(nèi)能增大的

B.陽光照曬衣服，衣服的溫度升高，是利用熱傳遞來改變物體內(nèi)能的

C.物體在空中自由下落是用做功增加內(nèi)能

D.拉彎的弓把箭射出去，箭在空氣中飛行的過程中，內(nèi)能增加

解析：將物體舉高或使它們的速度增大，是利用做功來使物體機械能增大，與內(nèi)能無關(guān),

故A錯誤。陽光照曬衣服，衣服的溫度升高，是利用熱傳遞來改變物體的內(nèi)能，故B正確。

物體在空中自由下落，重力做功，增加動能，與內(nèi)能無關(guān)，故C錯誤。拉彎的弓把箭射出

去，箭在空氣中飛行的過程中，克服空氣阻力做功，內(nèi)能增加，故D正確。

3.（多選）（2020?山東省濟(jì)南市部分重點中學(xué)高二檢測）如圖所示，絕熱的容器內(nèi)密閉一

定質(zhì)量的理想氣體（不考慮分子間的作用力），用電阻絲緩慢對其加熱時，絕熱活塞無摩擦地

上升，下列說法正確的是(AD)

A.單位時間內(nèi)氣體分子對活塞碰撞的次數(shù)減少

B.電流對氣體做功，氣體對外做功，氣體內(nèi)能可能減少

C.電流對氣體做功，氣體又對外做功，其內(nèi)能可能不變

D.電流對氣體做的功一定大于氣體對外做的功

解析：由題意知，氣體壓強不變，活塞上升，體積增大，由理想氣體狀態(tài)方程知，氣體

溫度升高，內(nèi)能一定增加，電流對氣體做的功一定大于氣體對外做的功，BC錯誤，D正確；

由氣體壓強的微觀解釋知，溫度升高，氣體分子對活塞的沖力增大，而壓強不變，因此單位

時間內(nèi)氣體分子對活塞的碰撞次數(shù)減少，A正確。

第三節(jié)熱力學(xué)第一定律能量守恒定律

【素養(yǎng)目標(biāo)定位】

※※理解和掌握熱力學(xué)第一定律表達(dá)式，并能用于分析有關(guān)問題并進(jìn)行具體的計算

※※理解和掌握能量守恒定律，明確定律的重要意義

了解第一類永動機及其不能制成的原因

【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】

課前預(yù)習(xí)反饋

知識點1熱力學(xué)第一定律

1.改變內(nèi)能的兩種方式

一做功一和一熱傳遞一。

2.熱力學(xué)第一定律

(1)內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的—數(shù)量—與外界對它所做的

功的和。

(2)表達(dá)式：AU=O+W

知識點2能量守恒定律

1.能量守恒定律內(nèi)容

能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式為另一種形式，或

者從一個物體到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。

2.意義

(1)各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化。

(2)一互不相關(guān)一的物理現(xiàn)象可以用.能量轉(zhuǎn)化和守恒定律.聯(lián)系在一起。

知識點3永動機不可能制成

1.第一類永動機

不需要任何動力或燃料，卻能不斷地.對外做功、的機器。

2.第一類永動機不可能制成的原因

違背了能量守恒一定律。

辨析思考

『判一判』

(1)某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加。(J)

(2)石子從空中落下，最后停止在地面上，說明機械能消失了。(X)

(3)能量既可以轉(zhuǎn)移又可以轉(zhuǎn)化，故能的總量是可以變化的。(X)

(4)違背能量守恒定律的過程是不可能發(fā)生的。(J)

(5)A[/=W+2?該式表示的是功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系，在物理學(xué)中叫作

熱力學(xué)第一定律。(J)

『選一選』

如圖所示是古人鍛造鐵器的過程，關(guān)于改變物體內(nèi)能的方式，下列說法正確的是(C)

鍛打

A.加熱和鍛打?qū)儆跓醾鬟f，淬火屬于做功

B.加熱屬于熱傳遞，鍛打和淬火屬于做功

C.加熱和淬火屬于熱傳遞，鍛打?qū)儆谧龉?/p>

D.加熱和淬火屬于做功，鍛打?qū)儆跓醾鬟f

解析：用鐵錘鍛打鐵器，鐵器會發(fā)熱，屬于做功改變物體內(nèi)能；用火對鐵器加熱，鐵器

從火中吸收熱量，把鐵器放在水中淬火，鐵器向水中放熱，所以加熱和淬火屬于熱傳遞改變

物體內(nèi)能，故選項C正確。

『想一想』

有一種所謂“全自動”機械手表，既不需要上發(fā)條，也不用任何電源，卻能不停地走下

去。這是不是一種永動機？如果不是，你知道維持表針走動的能量是從哪兒來的嗎？

答案：不是永動機，手表戴在手上，手運動的能量一部分轉(zhuǎn)化為手表的能量（動能）。

課內(nèi)互動探究

探究

對熱力學(xué)第一定律的理解

II思考討論L■

如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體由a狀態(tài)變化到b狀態(tài),請在圖象基礎(chǔ)上思考以下問題:

2------.------?

0V

（1）在變化過程中氣體對外做功，還是外界對氣體做功？

（2）在變化過程中氣體吸熱，還是向外放熱？氣體內(nèi)能增加了，還是減少了？

提示：（1）氣體對外做功（2）吸熱；內(nèi)能增加

II歸納總結(jié)一■

1.對AU=W+Q的理解

熱力學(xué)第一定律將單純的絕熱過程和單純的熱傳遞過程中內(nèi)能改變的定量表述推廣到

一般情況，既有做功又有熱傳遞的過程，其中△。表示內(nèi)能改變的數(shù)量，卬表示做功的數(shù)量,

Q表示外界與物體間傳遞的熱量。

2.與熱力學(xué)第一定律相匹配的符號法則

做功W熱量。內(nèi)能的改變AU

取正值“+”外界對系統(tǒng)做功系統(tǒng)從外界吸收熱量系統(tǒng)的內(nèi)能增加

取負(fù)值“一”系統(tǒng)對外界做功系統(tǒng)向外界放出熱量系統(tǒng)的內(nèi)能減少

3.幾種特殊情況:

(1)若過程是絕熱的，即Q=0,則AU=W,物體內(nèi)能的增加量等于外界對物體做的功。

(2)若過程中不做功，即W=0,則AU=。，物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的

熱量。

(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即AU=O,則W=—。(或。=—W),外界對物

體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對外界做的功)。

4.判斷是否做功的方法：

一般情況下外界對物體做功與否，需看物體的體積是否變化。

(1)若物體體積增大，表明物體對外界做功，W<0o

(2)若物體體積減小，表明外界對物體做功，W>0o

特別提醒

(1)當(dāng)做功和熱傳遞同時發(fā)生時，物體的內(nèi)能可能增加，也可能減小，還可能保持不變。

(2)物體內(nèi)能發(fā)生變化可能是由做功引起的，也可能是由熱傳遞引起的，還可能是兩者

共同作用的結(jié)果。

||典例剖析一■

■典例1(2020?北京高三模擬卷1)如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)

歷狀態(tài)從c到達(dá)狀態(tài)d,己知一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能與溫度滿足U=WU為常數(shù))。該

氣體在狀態(tài)。時溫度為7b,求：

①氣體在狀態(tài)d時的溫度；

②氣體從狀態(tài)。到達(dá)狀態(tài)d過程從外界吸收的熱量。

解題指導(dǎo)：①由。到1氣體發(fā)生等壓變化，由蓋呂薩克定律可以求出氣體的溫度；②求

出氣體由。到d做的功，然后應(yīng)用熱力學(xué)第一定律求出從外界吸收的熱量。

解析：①狀態(tài)。與狀態(tài)1壓強相等，由：苧=苧可得：Td=3To

laId

②依題意可知：Ua=kTo,Ud=3kTo

由熱力學(xué)第一定律，有：Ud-Ua=Q+W

氣體增大對外做功：W=~3Po(Vc-Vb)

聯(lián)立可得：。=2/乃+6Poy0

答案：①入=3公②。=2kT0+6p0V0

II對點訓(xùn)練.■

1.如圖是封閉的氣缸，內(nèi)部封閉有一定質(zhì)量的理想氣體。外力推動活塞P壓縮氣體,

對汽缸內(nèi)氣體做功800J,同時氣體向外界放熱200J,則汽缸內(nèi)氣體的(A)

A.溫度升高,內(nèi)能增加600J

B.溫度升高,內(nèi)能減少200J

C.溫度降低,內(nèi)能增加600J

D.溫度降低，內(nèi)能減少200J

解析：由熱力學(xué)第一定律：得AU=800J+(—200J)=600J,一定質(zhì)量的理

想氣體的內(nèi)能大小只與溫度有關(guān)，AU=600J>0,故溫度一定升高，A選項正確。

探究

對能量守恒定律的理解

II思考討論2一■

請思考：(1)下面的永動機能實現(xiàn)嗎？

(2)熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律是什么關(guān)系？

提示：(1)不能，違反了能量守恒定律。

(2)能量守恒定律是各種形式的能相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程，總能量保持不變，它包括各

個領(lǐng)域，其范圍廣泛。熱力學(xué)第一定律是物體內(nèi)能與其他形式的能之間的相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，

是能量守恒定律的具體體現(xiàn)。

II歸納總結(jié)一■

1.能量的存在形式及相互轉(zhuǎn)化

各種運動形式都有對應(yīng)的能：機械運動有機械能，分子的熱運動有內(nèi)能，還有諸如電磁

能、化學(xué)能、原子能等。

各種形式的能，通過做功可以相互轉(zhuǎn)化，例如：利用電爐取暖或燒水，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;

煤燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；列車剎車后，輪子溫度升高，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

2.守恒條件

與某種運動形式對應(yīng)的能是否守恒是有條件的，例如，物體的機械能守恒，必須是只有

重力做功；而能量守恒定律是沒有條件的，它是一切自然界現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。

3.能量守恒定律的重要意義

(1)找到了各種自然現(xiàn)象的公共量度——能量，從而把各種自然現(xiàn)象用能量規(guī)律聯(lián)系起

來，揭示了自然規(guī)律的多樣性和統(tǒng)一性。

(2)突破了人們關(guān)于物質(zhì)運動的機械觀念的范圍，從本質(zhì)上表明了各種運動形式之間相

互轉(zhuǎn)化的可能性。能量守恒定律比機械能守恒定律更普遍，它是物理學(xué)中解決問題的重要思

維方法。能量守恒定律與電子的發(fā)現(xiàn)、達(dá)爾文的進(jìn)化論并稱19世紀(jì)自然科學(xué)中三大發(fā)現(xiàn)，

其重要意義由此可見。

(3)具有重大實踐意義，即徹底粉碎了永動機的幻想。

特別提醒

(1)能量守恒定律是一個自然界中普遍適用的規(guī)律，凡是遇到涉及能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移問

題時可優(yōu)先考慮使用其解決。

(2)層出不窮的永動機設(shè)計方案，由于違背了能量守恒定律，無一例外地宣布失敗，人

類制造永動機的企圖是沒有任何成功希望的。

II典例剖析一■

■典例2如圖所示，密閉絕熱容器內(nèi)有一絕熱的具有一定質(zhì)量活塞，活塞的上部

封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁間的摩擦忽略不計。置于真空中的輕彈簧一端固定于

容器的底部，另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時彈簧的彈性勢能為穌(彈

簧處在自然長度時的彈性勢能為零)。現(xiàn)繩突然斷開，彈簧推動活塞向上運動，經(jīng)過多次往

復(fù)運動后活塞靜止，氣體達(dá)到平衡狀態(tài)。經(jīng)過此過程(D)

I封閉氣體1

A.經(jīng)全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能

B.Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能，其余部分仍為彈簧的彈性勢能

C.6全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能和氣體的內(nèi)能

D.Ep一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能，一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能，其余部分仍為彈簧

的彈性勢能

解題指導(dǎo)：利用能量守恒定律解決問題時，首先應(yīng)明確題目中涉及哪幾種形式的能量，

其次分析哪種能量增加了，哪種能量減少了，確定研究的系統(tǒng)后，用能量守恒的觀點求解。

解析：當(dāng)繩子突然斷開時，活塞受彈簧的彈力尸、活塞的重力G、封閉氣體對活塞向下

的壓力F'共同作用，如圖所示，其合力向上，經(jīng)多次往復(fù)運動后活塞靜止時，活塞處于

三力平衡狀態(tài)，氣體體積必減小，外力對氣體做正功，由于絕熱，氣體的內(nèi)能增加，而活塞

最終的靜止位置比初始位置高，其重力勢能增加，最終彈力與另外兩個力的合力平衡，彈簧

仍有形變。設(shè)最終彈簧的彈性勢能為場,，由能量守恒定律得穌=穌'+活塞增加的重力

勢能+氣體增加的內(nèi)能，所以D選項正確。

II對點訓(xùn)練■

2.柴油在柴油機的氣缸中燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)

能，高溫高壓的氣體推動活塞做功，氣體的內(nèi)能又轉(zhuǎn)化為柴油機的機械能，燃燒相同的柴油，

輸出的機械能越多，柴油機越節(jié)能。有經(jīng)驗的柴油機維修師傅，不用任何儀器，只要將手伸

到柴油機排氣管附近,去感知一下尾氣的溫度,就能夠判斷出這臺柴油機是否節(jié)能。真是“行

家伸伸手，就知有沒有”，關(guān)于尾氣的溫度跟柴油機是否節(jié)能之間的關(guān)系，下列說法中正確

的是(A)

A.尾氣的溫度越低，柴油機越節(jié)能

B.尾氣的溫度越高，柴油機越節(jié)能

C.尾氣的溫度高低與柴油機是否節(jié)能無關(guān)

D.以上說法均不正確

解析：高溫高壓的燃?xì)馔苿踊钊蛳逻\動，對活塞做功，燃?xì)獾膬?nèi)能大部分轉(zhuǎn)化為活塞

的機械能，在做功的過程中，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機械能越多，尾氣的溫度越低，柴油機越節(jié)

能，故A正確，BCD錯誤。

核心素養(yǎng)提升

永動機不可能制成

1.第一類永動機

人們把設(shè)想中的不消耗能量的機械叫作第一類永動機，第一類永動機是不可能制成的。

2.第一類永動機失敗的原因分析

如果沒有外界熱源供給熱量，則有u2-u^w,就是說，如果系統(tǒng)內(nèi)能減少，即

則W<0,系統(tǒng)對外做功是要以內(nèi)能減少為代價的，若想源源不斷地做功，就必須使系統(tǒng)不

斷回到初始狀態(tài)，在無外界能量供給的情況下，是不可能的。

?■案例如圖所示，一演示用的“永動機”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末

端裝有用形狀記憶合金制成的葉片。輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動

轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長時間轉(zhuǎn)動。下列說法正確的是

(D)

A.轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動，不需要消耗外界能量

B.轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形狀記憶合金自身

C.轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動熱水，水溫升高

D.葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量

解析：形狀記憶合金進(jìn)入水后受熱形狀發(fā)生改變而攪動熱水，由能量守恒知能量來源于

熱水，故A、B、C錯；由能量守恒知，葉片吸收的能量一部分轉(zhuǎn)化成葉片的動能，一部分

釋放于空氣中，故D對。

課堂鞏固達(dá)標(biāo)

1.（2020?北京市高三學(xué)業(yè)水平等級考）如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)。變化到

狀態(tài)6,其過程如p—M圖中從a到b的直線所示。在此過程中（C）

ov

A.氣體溫度一直降低

B.氣體內(nèi)能一直減小

C.氣體一直對外做功

D.氣體一直向外界放熱

解析:一定質(zhì)量的理想氣體從a到6的過程，由理想氣體狀態(tài)方程空=挈可知〃＞幾,

即氣體的溫度一直升高，故A錯誤；根據(jù)理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，溫度升高，內(nèi)能

增大，可知氣體的內(nèi)能一直增加，故B錯誤；由于從。到6的過程中氣體的體積一直增大，

所以氣體一直對外做功，故C正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律AU=W+Q,從。到6的過程中，

氣體一直從外界吸熱，故D錯誤。

2.（2020?江蘇省新沂市潤新學(xué)校高三下學(xué)期月考）如圖所示，絕熱容器中封閉一定質(zhì)量的

理想氣體，現(xiàn)通過電熱絲緩慢加熱，當(dāng)氣體吸收熱量。時，活塞恰好緩慢上移H,已知活

塞橫截面積為S,重量忽略不計，大氣壓強為po,求封閉氣體內(nèi)能增加量。

H

電熱絲

答案：Q—poSH

解析：加熱過程中氣體做等壓變化，封閉氣體壓強為〃=〃0,氣體對外做功為W=poSH

由熱力學(xué)第一定律知內(nèi)能的增加量為

AU=Q-W=Q~poSH

3.(2020.重慶一中高二下學(xué)期期中)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了

A^B^C^D-A的循環(huán)，該過程每個狀態(tài)都視為平衡態(tài)，各狀態(tài)參數(shù)如圖所示。A狀態(tài)的

壓強為PA=1.2X105Pa,求：

(1)2狀態(tài)的溫度TB;

(2)C狀態(tài)壓強pc;

(3)完成一個循環(huán)，氣體與外界熱交換的熱量是多少？是吸熱還是放熱？

答案：(1)600K(2)3X105Pa(3)180J放熱

解析：(1)理想氣體從A狀態(tài)到8狀態(tài)的過程中，壓強保持不變

根據(jù)蓋?呂薩克定律有孕=孕

V2X]()—3

代入數(shù)據(jù)解得醒=黃1=[乂--3X300K=600K

VA1A1U

5

⑵由理想氣體狀態(tài)方程：畢=吟得：pc=3X10Pa

lA1C

(3)理想氣體從A狀態(tài)到8狀態(tài)的過程中，外界對氣體做功Wi=-pA(VA-VB)

解得：Wi=-120J；氣體從B狀態(tài)到C狀態(tài)過程中，體積不變，外界對氣體做功為

零；從C狀態(tài)到。狀態(tài)的過程中，外界對氣體做功W2=pc(Vc—0)，解得牝=300J；從

。狀態(tài)到A狀態(tài)過程中，體積不變，外界對氣體做功為零；

一次循環(huán)過程中外界對氣體所做的總功

W=WI+W2=180J

理想氣體從A狀態(tài)完成一次循環(huán)，回到A狀態(tài)，始末溫度不變，所以內(nèi)能不變

根據(jù)熱力第一定律AU=W+Q,解得。=—180J

故完成一個循環(huán)，氣體對外界放熱180Jo

第=節(jié)熱力學(xué)第二定律

第五節(jié)熱力學(xué)第二定律的微觀解件

【素養(yǎng)目標(biāo)定位】

了解熱力學(xué)第二定律的多種表述

知道熱傳導(dǎo)及宏觀過程的方向性

了解熱力學(xué)第二學(xué)定律的微觀解釋

知道崎及燧增加原理

【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】

課前預(yù)習(xí)反饋

知識點1熱力學(xué)第二定律的一種表述

1.可逆與不可逆過程（熱傳導(dǎo)的方向性）

熱傳導(dǎo)的過程可以自發(fā)地由—高溫—物體向.低溫一物體進(jìn)行，但相反方向卻不能

自發(fā)地一進(jìn)行,即熱傳導(dǎo)具有方向.性,是一個不可逆過程。

2.熱力學(xué)第二定律的一種表述（克勞修斯表述）

熱量不能自發(fā)地從物體傳遞到空溫一物體。

知識點2熱力學(xué)第二定律的另一種表述

1.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(chǎn)生其他影響。

2.熱力學(xué)第二定律的其他描述

（1）一切宏觀自然過程的進(jìn)行都具有一方向性一。

（2）氣體向真空的自由膨脹是一不可逆.的。

知識點3有序和無序宏觀態(tài)和微觀態(tài)

1.有序

只要確定了某種規(guī)則，—符“這個規(guī)則的就叫作有序。

2.無序

不符合某種—確定規(guī)則—的稱為無序。

3.宏觀態(tài)

符合一某種規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)，叫作熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀態(tài)。

4.微觀態(tài)

在宏觀狀態(tài)下，符合_的規(guī)定、規(guī)則的狀態(tài)叫作這個宏觀態(tài)的微觀態(tài)。

知識點4氣體向真空的擴散

熱力學(xué)第二定律的微觀意義:一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方

向進(jìn)行。

知識點5炳及爆增加原理

1.端

(1)微觀狀態(tài)的數(shù)目用。表示，用S表示嫡，則5=6nA,左稱為玻耳茲曼常數(shù)。

(2)燧和系統(tǒng)內(nèi)能一樣都是一個狀態(tài)函數(shù)，僅由系統(tǒng)的狀態(tài)-決定。從分子動理論的

觀點來看，燧是分子熱運動無序(混亂)程度的定量量度。

2.炳增加原理

在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總燧一不會減小一，叫作嫡增加原理。對于其他情

況，系統(tǒng)的嫡可能增加，也可能減小。

辨析思考

『判一判』

(1)機械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(J)

(2)內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機械能。(X)

(3)能夠制成的熱機既不違背能量守恒定律，也不違背熱力學(xué)第二定律。(J)

(4)一個系統(tǒng)中個體排列的“有序”和“無序”是絕對的。(義)

(5)一個宏觀態(tài)所對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目越多，則燧越大。(J)

(6)熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。(J)

『選一選』

下列說法正確的是(D)

A.熱量不能從低溫物體傳到高溫物體

B.功可以完全變成熱，熱不能完全變成功

C.改進(jìn)熱機的生產(chǎn)工藝，總有一天熱機的效率可以達(dá)到100%

D.氣體向真空的自由膨脹是不可逆的

解析：在一定條件下熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，A錯；在一定條件下熱可以全

部變成功，B錯；熱機的效率在任何條件下都不可能達(dá)到100%,C錯；一切宏觀自然過程

的進(jìn)行都具有方向性，D正確。

『想一想』

成語“覆水難收”指的是一盆水潑出去后是不可能再倒回盆中的。請從不同宏觀態(tài)所對

應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目不同這個角度，解釋為什么水不會自發(fā)地聚到盆中。

答案：由于盆的形狀確定，水在盆中所處的宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目少，較為有序。當(dāng)

把水潑出后，它的形狀不受盆的限制，各種可能的形狀都有，此時所處的宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀

態(tài)數(shù)目將變得非常多，較為無序。因為自發(fā)的過程總是從有序向無序發(fā)展，所以水不會自發(fā)

地聚到盆中。

課內(nèi)互動探究

探究

熱力學(xué)第二定律的理解

II思考討論L?

一種冷暖兩用型空調(diào)，銘牌標(biāo)注：輸入功率IkW,制冷能力1.2X104kJ/h,制熱能力

1.3X104kj/鼠這樣，該空調(diào)在制熱時，每消耗1J電能，將放出3J多熱量，是指標(biāo)錯誤還

是能量不守恒？

提示：都不是?？照{(diào)制冷（制熱）靠壓縮機做功，從室內(nèi)（室外）吸收熱量放到室外（室內(nèi)）。

在制熱時，放出的熱量等于消耗的電能與從室外吸收的熱量之和，完全可以大于電能消耗。

這既不違背熱力學(xué)第一定律，也不違背熱力學(xué)第二定律。

II歸納總結(jié)一■

1.單一熱庫

指溫度均勻并且恒定不變的系統(tǒng)。若一系統(tǒng)各部分溫度不相同或者溫度不穩(wěn)定，則構(gòu)成

機器的工作物質(zhì)可以在不同溫度的兩部分之間工作，從而可以對外做功。據(jù)報道，有些國家

已在研究利用海水上下溫度不同來發(fā)電。

2.其他影響

指除了從單一熱庫吸收的熱量，以及所做的功以外的其他一切影響；或者除了從低溫物

體吸收熱量、高溫物體得到相同的熱量外，其他一切影響和變化。不是不能從單一熱庫吸收

熱量而對外做功，而是這樣做的結(jié)果，一定伴隨著其他變化或影響。同樣，也不是熱量不能

從低溫物體傳到高溫物體，而是指不產(chǎn)生其他影響的自動熱傳遞是不可能的。

3.關(guān)于“不可能”

實際上熱機或制冷機系統(tǒng)循環(huán)終了時，除了從單一熱庫吸收熱量對外做功，以及熱量從

低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒煲酝猓^程所產(chǎn)生的其他一切影響，不論用任何曲折復(fù)雜的辦法都不

可能加以消除。

4.適用條件

只能適用于由很大數(shù)目分子所構(gòu)成的系統(tǒng)及有限范圍內(nèi)的宏觀過程。而不適用于少量的

微觀體系，也不能把它擴展到無限的宇宙。

5.兩種表述是等價的

兩種表述都揭示了熱現(xiàn)象宏觀過程的方向性。兩種表述可以相互推導(dǎo)。

||典例剖析一■

■典例1根據(jù)熱力學(xué)定律，下列判斷正確的是(