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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律综合与测试教案配套ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律综合与测试教案配套ppt课件，共25页。PPT课件主要包含了章末小结，知识网络构建，能量守恒定律，方法归纳提炼，进考场练真题，BCD，答案2×105J等内容，欢迎下载使用。
热量不能自发地从低温物体传到高温物体
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变
成功，而不产生其他影响
(2)若气体膨胀，则气体对外做功，W＜0；若气体被压缩，体积减小，则外界对气体做功，W＞0。(3)若温度升高，则内能增大，ΔU＞0；若温度降低，则内能减小，ΔU＜0；若温度不变，则内能不变，ΔU＝0。(4)最后根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，判断Q的正负，若Q＞0，则气体吸收热量；若Q＜0，则气体放出热量；若Q＝0，则气体既不吸热也不放热，属于绝热过程。
如图所示，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体。p0和T0分别为大气的压强和温度，已知气体内能U与温度T的关系为U＝aT，a为正的常量；汽缸内气体的所有变化过程都是缓慢的，求：(1)缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q。
思路点拨：解答此类问题首先是选好研究过程，然后找出该过程的三个状态参量，根据温度判断内能的变化，根据体积判断做功情况。
答案：(1)0.5 V (2)0.5p0V＋aT0
二、热力学第二定律的理解及其应用1．热力学第二定律的两种表述(1)按照热传递的方向性表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，这是热力学第二定律的克劳修斯表述。(2)按照机械能与内能转化的方向性表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响，这是热力学第二定律的开尔文表述。
2．热力学第二定律的微观意义(1)一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。(2)用熵来表示热力学第二定律：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
3．对熵概念的理解(1)熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样。系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大。(2)系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展。(3)任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中增加或减少。在一切自发进行的过程中，总熵必定不会减少。
(多选)如图所示，为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。
下列说法正确的是 ( )A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律解析：热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；再根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，A错误，B正确，故选B、C。
一、高考真题探析 (多选)[2020·全国卷Ⅲ·33(1)]如图，一开口向上的导热气缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中( )A．气体体积逐渐减小，内能增加B．气体压强逐渐增大，内能不变C．气体压强逐渐增大，放出热量D．外界对气体做功，气体内能不变E．外界对气体做功，气体吸收热量
素养聚焦：本题重点考查热力学第一定律与理想气体状态方程的综合应用，难度不大，但涉及知识点较多，综合性强，体现了新高考对知识的综合应用能力的素养要求。
二、临场真题练兵1．(2020·天津卷·5)水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )A．压强变大B．对外界做功C．对外界放热D．分子平均动能变大
解析：随着水向外喷出，气体的体积增大，由于温度不变，根据PV＝恒量可知气体压强减小，A错误；由于气体体积膨胀，对外界做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q气体温度不变，内能不变，一定从外界吸收热量，B正确，C错误；温度是分子平均动能的标志，由于温度不变，分子的平均动能不变，D错误。
2．[2020·全国卷Ⅱ·33(1)]下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有______，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有______。(填正确答案标号)A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
解析：A．燃烧汽油产生的内能一方面向机械能转化，同时热传递向空气转移。既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律；B．冷水倒入保温杯后，没有对外做功，同时也没有热传递，内能不可能减少，故违背热力学第一定律；C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，必然产生其他影响故C选项违背热力学第二定律；D．制冷机消耗电能工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，发生了内能的转移，同时对外界产生了影响。既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。
热量不能自发地从低温物体传到高温物体
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变
成功，而不产生其他影响
(2)若气体膨胀，则气体对外做功，W＜0；若气体被压缩，体积减小，则外界对气体做功，W＞0。(3)若温度升高，则内能增大，ΔU＞0；若温度降低，则内能减小，ΔU＜0；若温度不变，则内能不变，ΔU＝0。(4)最后根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，判断Q的正负，若Q＞0，则气体吸收热量；若Q＜0，则气体放出热量；若Q＝0，则气体既不吸热也不放热，属于绝热过程。
如图所示，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体。p0和T0分别为大气的压强和温度，已知气体内能U与温度T的关系为U＝aT，a为正的常量；汽缸内气体的所有变化过程都是缓慢的，求：(1)缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q。
思路点拨：解答此类问题首先是选好研究过程，然后找出该过程的三个状态参量，根据温度判断内能的变化，根据体积判断做功情况。
答案：(1)0.5 V (2)0.5p0V＋aT0
二、热力学第二定律的理解及其应用1．热力学第二定律的两种表述(1)按照热传递的方向性表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，这是热力学第二定律的克劳修斯表述。(2)按照机械能与内能转化的方向性表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响，这是热力学第二定律的开尔文表述。
2．热力学第二定律的微观意义(1)一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。(2)用熵来表示热力学第二定律：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。
3．对熵概念的理解(1)熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样。系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大。(2)系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。从熵的意义上说，系统自发变化时总是向着熵增加的方向发展。(3)任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中增加或减少。在一切自发进行的过程中，总熵必定不会减少。
(多选)如图所示，为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。
下列说法正确的是 ( )A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律解析：热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；再根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功，A错误，B正确，故选B、C。
一、高考真题探析 (多选)[2020·全国卷Ⅲ·33(1)]如图，一开口向上的导热气缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中( )A．气体体积逐渐减小，内能增加B．气体压强逐渐增大，内能不变C．气体压强逐渐增大，放出热量D．外界对气体做功，气体内能不变E．外界对气体做功，气体吸收热量
素养聚焦：本题重点考查热力学第一定律与理想气体状态方程的综合应用，难度不大，但涉及知识点较多，综合性强，体现了新高考对知识的综合应用能力的素养要求。
二、临场真题练兵1．(2020·天津卷·5)水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )A．压强变大B．对外界做功C．对外界放热D．分子平均动能变大
解析：随着水向外喷出，气体的体积增大，由于温度不变，根据PV＝恒量可知气体压强减小，A错误；由于气体体积膨胀，对外界做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q气体温度不变，内能不变，一定从外界吸收热量，B正确，C错误；温度是分子平均动能的标志，由于温度不变，分子的平均动能不变，D错误。
2．[2020·全国卷Ⅱ·33(1)]下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有______，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有______。(填正确答案标号)A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
解析：A．燃烧汽油产生的内能一方面向机械能转化，同时热传递向空气转移。既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律；B．冷水倒入保温杯后，没有对外做功，同时也没有热传递，内能不可能减少，故违背热力学第一定律；C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，必然产生其他影响故C选项违背热力学第二定律；D．制冷机消耗电能工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，发生了内能的转移，同时对外界产生了影响。既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。
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