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最出名的三大定律引言在科学和自然界中，定律是一种描述自然规律的规则或原则。
这些定律通过观察和实验证据得出，可以被广泛接受和应用。
在科学史上，有许多著名的定律，其中最出名的三大定律是指：牛顿三大运动定律、热力学三大定律和量子力学三大定律。
这些定律对于我们理解和解释自然界中的现象至关重要。
本文将对这三大定律进行全面、详细、完整且深入地探讨。
一、牛顿三大运动定律1. 第一定律：惯性定律•牛顿第一定律也被称为惯性定律，它表明物体在没有外力作用时将保持静止或匀速直线运动的状态。
•惯性定律的核心思想是物体具有惯性，即物体会保持其运动状态直到外力改变其状态。
•举例：当我们在车上突然刹车时，人会因惯性而向前倾斜。
2. 第二定律：动量定律•牛顿第二定律描述了力、质量和加速度之间的关系，可以表述为F=ma，其中F是作用力，m是物体质量，a是加速度。
•动量定律说明了物体的运动状态受到力的影响，力的大小与物体的质量和加速度成正比。
•举例：用力推动一个小球和推动一个大球，大球的加速度较小，小球的加速度较大。
3. 第三定律：作用-反作用定律•牛顿第三定律也称为作用-反作用定律，它说明了任何作用力都会产生一个大小相等、方向相反的反作用力。
•作用-反作用定律强调了力的相互作用，即所有力都是成对出现的，且大小相等、方向相反。
•举例：当我们站在冰面上，用力踢冰球，我们会因为冰球的反作用力而后退一步。
二、热力学三大定律1. 第一定律：能量守恒定律•热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，表明能量在系统中不能被创造或破坏，只能从一种形式转化为另一种形式。
•能量守恒定律的核心思想是能量的总量在封闭系统中保持不变。
•举例：一个火炉中的化学能转化为热能，使室温升高。
2. 第二定律：熵增定律•热力学第二定律描述了热能传递的方向，它表明自然界中热量总是从高温物体流向低温物体。
•熵增定律说明了系统的无序度（熵）在孤立系统中会增加，且不会减少。
•举例：一杯热水冷却时，热量会从水中传递到周围环境中，使水温降低。
热力学三大定律总结热力学第一定律是能量守恒定律。
热力学第二定律有几种表述方式：克劳修斯表述为热量可以自发地从温度高的物体传递到温度低的物体，但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体；开尔文-普朗克表述为不可能从单一热源吸取热量，并将这热量完全变为功，而不产生其他影响。
以及熵增表述：孤立系统的熵永不减小。
热力学第三定律通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零，或者绝对零度（T=0）不可达到。
一、第一定律热力学第一定律也就是能量守恒定律。
自从焦耳以无以辩驳的精确实验结果证明机械能、电能、内能之间的转化满足守恒关系之后，人们就认为能量守恒定律是自然界的一个普遍的基本规律。
1、内容一个热力学系统的内能U增量等于外界向它传递的热量Q与外界对它做功A的和。
（如果一个系统与环境孤立，那么它的内能将不会发生变化。
）2、符号规律热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功，向外界散热和内能减少的情况，因此在使用：△E=-W+Q时，通常有如下规定：①外界对系统做功，A>0,即W为正值。
②系统对外界做功，A<0,即W为负值。
③系统从外界吸收热量，Q>0，即Q为正值④系统从外界放出热量，Q<0，即Q为负值⑤系统内能增加，△U>0，即△U为正值⑥系统内能减少，△U<0，即△U为负值3、理解从三方面理解（1）如果单纯通过做功来改变物体的内能，内能的变化可以用做功的多少来度量，这时系统内能的增加（或减少)量△U就等于外界对物体（或物体对外界）所做功的数值，即△U=A（2）如果单纯通过热传递来改变物体的内能，内能的变化可以用传递热量的多少来度量，这时系统内能的增加（或减少)量△U就等于外界吸收（或对外界放出）热量Q的数值，即△U=Q（3）在做功和热传递同时存在的过程中，系统内能的变化，则要由做功和所传递的热量共同决定。
在这种情况下，系统内能的增量△U 就等于从外界吸收的热量Q和外界对系统做功A之和。
高中物理| 10.3热力学第一定律能量守恒定律详解热力学第一定律能量守恒定律热力学是研究物质世界中有关热现象的宏观理论，它不涉及物质的微观结构，而是将一物质系统中大量粒子看作一个整体，研究系统所表现的各种宏观性质和规律。
热力学第一定律是热力学的基本定律，是一个包括热现象在内的能量守恒与转化的定律。
热力学第一定律首先涉及到内能功热量的基本概念内能功热量内能广义上的内能，是指某物体系统由其内部状态所决定的能量。
某给定理想气体系统的内能，是组成该气体系统的全部分子的动能之和，其值为，由状态参量T决定，内能E=E（T），是状态参量T的单值函数。
真实气体的内能除了其全体分子的动能外还包括分子之间的引力势能。
实验证明人，真实气体的内能，是状态参量T 和V （或ρ）的函数，即E=E（T，V）或E=E（T，P）。
总之，某给定气体系统的内能。
只由该系统的状态所决定，在热力学中内能是一个重要的状态量。
功气体系统体积变化过程所做的功（体积功）元功气体膨胀dV＞0 系统对外做正功dA＞0气体被压缩 dV＜0 系统对外做负功dA＜0体积从 Va变到Vb系统所做的功沿a c d过程的功不等于沿a d b过程的功系统通过体积变化实现作功。
热力学中的功是与系统始末状态和过程都有关的一种过程量。
热量热量是系统与外界仅由于温度不同而传递的能量。
若改用摩尔热容C，即1mol的物质温度升高1K时所吸收的热量则系统由温度T1 变到温度T2的过程中所吸收的热量系统吸收的热量为正Q＞0。
若计算结果Q＜0则表示系统放热。
热量必须与过程相联系，只有发生过程才有吸收或放出热量可言。
系统从某一状态变到另一状态，若其过程不同，则吸或放的热量也会不同。
故热量也是过程量内能功热量的国际标准单位都是焦耳（J ）热力学第一定律在任何一个热力学过程中，系统所吸收的热量等于系统内能的增量E2-E1与系统对外作功 A 之和。
Q=E2-E1+A热力学第一定律是包括热现象在内的能量守恒与转化定律的一种表达形式。
第3节热力学第一定律能量守恒定律学习目标：1.理解热力学第一定律并会应用于实际.2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题.3.理解能量守恒定律及其应用，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律.4.知道第一类永动机是不可能制成的．一、热力学第一定律[课本导读]预习教材54页“热力学第一定律”部分，请同学们关注以下问题：1．改变内能有哪种方式？2．热力学第一定律的内容及表达式是什么？[知识识记]1．改变内能的两种方式做功和热传递．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．(2)表达式：ΔU＝Q＋W.二、能量守恒定律和永动机[课本导读]预习教材54～56页“能量守恒定律”及“永动机不可制成”部分，请同学们关注以下问题：1．能量守恒定律的内容是什么？2．能量守恒定律的意义是什么？3．永动机为什么不可能制成？[知识识记]1．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．2．永动机不可能制成(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器．(2)不可制成的原因：违背了能量守恒定律．1．做功和热传递在改变物体内能上是不等效的．()[答案]×2．运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了．()[答案]×3．功和能可以相互转化．()[答案]×4．第一类永动机不能制成，是因为它违背了能的转化和守恒定律．()[答案]√5．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加．() [答案]√6．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒．()[答案]√要点一热力学第一定律的应用——重难点突破型[知识精要]1．应用热力学第一定律解题的思路(1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统．(2)分别找出题目中研究对象吸收或放出的热量；外界对研究对象所做的功或研究对象对外界所做的功；研究对象内能的增加量或减少量．(3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解．(4)特别注意物理量的正负号及其物理意义．2．公式ΔU＝W＋Q中符号的规定(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)．4．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.[典例剖析]如图所示是封闭的汽缸，内部封有一定质量的理想气体．外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，则缸内气体的()A．温度升高，内能增加600 JB．温度升高，内能减少200 JC．温度降低，内能增加600 JD．温度降低，内能减少200 J[审题指导]应用热力学第一定律ΔU＝Q＋W时，要注意各项的正负．[尝试解答]由热力学第一定律W＋Q＝ΔU得：ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，ΔU ＝600 J>0，故温度一定升高，A选项正确．[答案]A应注意以下三点(1)内能的变化由ΔU＝Q＋W求解．(2)根据ΔU的正负判断内能的增减．(3)根据内能的变化判断温度的变化．[题组训练]1．一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式中正确的是() A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 JB．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 JC．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 JD．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J[解析]因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU ＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－2×105 J，B正确．[答案]B2．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体．气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c 状态温度相同，如V－T图所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为p b和p c，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Q ab和Q ac，则()A．p b>p c，Q ab>Q ac B．p b>p c，Q ab>Q acC．p b<p c，Q ab>Q ac D．p b<p c，Q ab<Q ac[解析]由题图可知，a→b有p a V aT a＝p b V bT b，a→c有p a V aT a＝p c V aT c，T c＝T b，则有p b V b＝p c V a，又V b>V a，则p b<p c，排除A、B两项．又T b＝T c，则ΔT a→b＝ΔT a→c，由热力学第一定律和ΔU a→b＝ΔU a→c知，W ab＋Q ab＝W ac＋Q ac.a→b过程，V增大，W ab<0，而a→c过程，V 不变，W ac＝0，故Q ab>Q ac，C项对，D项错．[答案]C要点二对能量守恒定律的理解及应用——重难点突破型[知识精要]1．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，还有诸如电磁能、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．2．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．3．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．[典例剖析]如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在在活塞上方加一质量为15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm.求在这一过程中气体的内能增加多少．(g 取10 m/s2，不考虑活塞的大气压力及摩擦阻力)[审题指导]应用能量守恒定律解答问题时，要搞清题目中共涉及几种形式的能量，以及相互转化的情况．[尝试解答]由能量的转化与守恒定律可知，内能的增加等于活塞和物体重力势能的减少，即ΔU＝ΔE＝(M＋m)gΔh＝20 J[答案]20 J用能量守恒定律解题的步骤(1)确定研究的对象和范围，分析在研究的过程中有多少种不同形式的能(包括动能、势能、内能、电能等)发生变化．(2)找出减少的能并求总的减少量ΔE减，找出增加的能并求总的增加量ΔE增．(3)由能量守恒ΔE减＝ΔE增列方程．(4)代入已知条件求解方程．[题组训练]1．如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的摩擦忽略不计．置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩到底后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为E p(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)．现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡状态．经过此过程()A．E p全部转换为气体的内能B．E p一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能C．E p全部转换成活塞的重力势能和气体的内能D．E p一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能[解析]当绳子突然断开时，活塞受弹簧的弹力F、活塞的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F′共同作用，如图所示，其合力向上，经多次往复运动后活塞静止时，活塞处于三力平衡状态，气体体积必减小，外力对气体做正功，由于绝热，气体的内能增加，而活塞最终的静止位置比初始位置高，其重力势能增加，最终弹力与另外两个力的合力平衡，弹簧仍有形变．设最终弹簧的弹性势能为E p′，由能量守恒定律得E p＝E p′＋活塞增加的重力势能＋气体增加的内能．所以D选项正确．[答案]D2．如图所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定．A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热．原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡．在这个过程中，下面说法正确的是()A．大气压力对水做功，水的内能增加B．水克服大气压力做功，水的内能减少C．大气压力对水不做功，水的内能不变D．大气压力对水不做功，水的内能增加[解析]由W＝p·S·Δh＝p·ΔV可知大气压力对A、B两管中水做功代数和为零，但由于水的重心下降，重力势能减小，由能量守恒定律可知水的内能增加，D对．[答案]D[直达高考]1．如图所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J.在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J．求气体完成一次循环对外界所做的功．[解析]完成一次循环气体内能不变，则ΔU＝0，吸收的热量Q＝(20＋12－4－20)J＝8 J，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，W＝－8 J，则气体对外做功8 J.[答案]8 J2．(多选)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p－T图象如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是()A．气体在a、c两状态的体积相等B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功[解析]由pVT＝C得p＝CV·T(C为常量)，因对角线ac的延长线过原点O，即p＝kT，故体积V不变，即V a＝V c，选项A正确；一定量的理想气体的内能由温度T决定，而T a>T c，故E a>E c，选项B 正确；cd过程为等温加压过程，外界对系统做正功，但系统内能不变，故系统要对外放热，放出热量Q＝W外，选项C错误；da过程为等压升温过程，体积增加，对外界做功，系统内能增加，故系统要从外界吸热，且吸收热量Q＝W外＋ΔE内>W外，选项D错误；bc过程为等压降温过程，由V1T1＝V2T2可知，气体体积会减小，W＝pΔV＝CΔT bc，同理da过程中，W′＝p′ΔV′＝CΔT da，因为|ΔT bc|＝|ΔT da|，故|W|＝|W′|，选项E正确．[答案]ABE3．(1)如图，用隔板将一绝热气缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空．现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个气缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积．假设整个系统不漏气．下列说法正确的是__________．A．气体自发扩散前后内能相同B．气体在被压缩的过程中内能增大C．在自发扩散过程中，气体对外界做功D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变(2)一热气球体积为V ，内部充有温度为T a 的热空气，气球外冷空气的温度为T b .已知空气在1个大气压、温度为T 0时的密度为ρ0，该气球内、外的气压始终都为1个大气压，重力加速度大小为g .①求该热气球所受浮力的大小；②求该热气球内空气所受的重力；③设充气前热气球的质量为m 0，求充气后它还能托起的最大质量．[解析] (1)气体自由膨胀，不对外做功，内能不变，选项A 正确，C 错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，温度升高，气体分子的平均动能增大，选项BD 正确，E 错误．(2)①设1个大气压下质量为m 的空气在温度为T 0时的体积为V 0，密度为ρ0＝m V 0① 在温度为T 时的体积为V T ，密度为ρ(T )＝m V T② 由盖－吕萨克定律得V 0T 0＝V T T③ 联立①②③式得ρ(T )＝ρ0T 0T ④气球所受到的浮力为f ＝ρ(T b )gV ⑤联立④⑤式得f ＝Vgρ0T 0T b⑥ ②气球内热空气所受的重力为G ＝ρ(T a )Vg ⑦联立④⑦式得G ＝Vgρ0T 0T a⑧ ③设该气球还能托起的最大质量为m ，由力的平衡条件得mg ＝f －G －m 0g ⑨联立⑥⑧⑨式得m ＝Vρ0T 0⎝ ⎛⎭⎪⎫1T b －1T a －m 0 ⑩ [答案] (1)ABD (2)①Vgρ0T 0T b ②Vgρ0T 0T a③Vρ0T 0⎝ ⎛⎭⎪⎫1T b －1T a －m 0[知识体系][本节小结]1．热力学第一定律：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．2．热力学第一定律的表达式ΔU＝Q＋W，要熟悉其符号法则．3．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别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．4．第一类永动机不可能制成，因为它违背了能量守恒定律．。
