粤教版高中物理选择性必修第三册第三章热力学定律本章小结3课件

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第三章　热力学定律本章小结构建知识网络归纳专题小结我们知道，做功和热传递都可以改变物体的内能．在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q就等于物体内能的增量ΔU，即ΔU＝Q＋W.此即为热力学第一定律，式中各物理量符号的含义规定如下：专题1　热力学第一定律及其符号法则应用热力学第一定律解题时，应注意挖掘题目隐含的条件：(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的变化量．(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收(或放出)的热量等于物体内能的变化量．(3)若过程的始、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．例1　一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回到原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？解：(1)由热力学第一定律得：ΔU＝W＋Q＝280 J－120 J＝160 J，内能增加了160 J.(2)ΔU′＝－ΔU＝－160 J，Q′＝－240 J，由热力学第一定律得：W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做了80 J的功．热力学第一定律与气体实验定律的结合量是气体的体积和温度，当温度变化时，气体的内能变化；当体积变化时，气体将伴随着做功．解题时要掌握气体变化过程的特点：1．等温过程：内能不变ΔU＝0.2．等容过程：W＝0.3．绝热过程：Q＝0.专题2　热力学定律与气体实验定律的结合例2　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为正数常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的．求：(1)汽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.1．用于分析宏观过程的方向性“自动地”和“不引起其他变化”是理解热力学第二定律的关键．第二定律的每一种表述，都揭示了自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性．2．分析永动机不可能制成的原因第一类永动机违背了能量守恒定律，不可能制成．第二类永动机也是不可能制成的，它虽然不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律中宏观热现象的方向性．专题3　热力学第二定律3．热力学第二定律在生活中的综合应用(1)生活中有时也会出现热量从低温物体传到高温物体的机器，如最典型的制冷类型机器，像电冰箱、空调等，但这些都是有条件的，即有外界参与的．让热量无条件地、自发地从低温物体传到高温物体是不可能的．(2)用热力学第二定律的两种表述来解释有关物理现象，是判断物理过程能否发生的依据．例3　(多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的是 (　　)A．电流的能量不可能全部变为内能B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能而不引起其他变化D．在热传递中，热量可能自发地从低温物体传递给高温物体解析：根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能量可全部变为内能(由焦耳定律可知)，而内能不可能全部变为电能而不产生其他影响．机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能而不产生其他影响．在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以选项B、C正确．答案：BC典练素养提升1．[物理观念](多选)如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中 (　　)A．气体对外界做功，内能减少B．气体不做功，内能不变C．气体压强变小，温度不变D．气体压强变大，温度不变【答案】BC【解析】由于b内为真空，抽开隔板K后，a内气体进入b，气体不做功，内能不变，A错误，B正确．由于气体体积增大，温度不变，气体压强变小，C正确，D错误．2．[物理观念]密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能) (　　)A．内能减小，吸收热量 B．内能减小，外界对其做功C．内能增大，放出热量 D．内能增大，对外界做功【答案】B【解析】因不计分子势能，所以瓶内空气内能由温度决定，内能随温度降低而减小．空气内能减小、外界对空气做功，根据热力学第一定律可知空气向外界放热．故A、C、D错误，B正确．3．[科学思维](多选)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，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汽缸．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【答案】ABD【解析】由于隔板右侧与绝热活塞之间是真空，气体在真空中自发扩散，不对外界做功，又由于绝热汽缸，与外界无热量交换，根据热力学第一定律，所以气体自发扩散前后内能相同，选项A正确，C错误；气体被压缩时，体积减小，外界对气体做功W>0 ，而Q＝0，根据热力学第一定律，ΔU＝Q＋W，则ΔU>0，即气体在被压缩的过程中内能增大，选项B、D正确．4．[物理观念](多选)如图所示，一定质量的理想气体经历了A→B→ C的状态变化过程，则下列说法正确的是 (　　)A．A→B过程中，压强不变B．A→B过程中，外界对气体做负功C．B→C过程中，气体分子间距增大D．B→C过程中，气体分子无规则热运动变剧烈【答案】BD5．[物理观念](多选)如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装配用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是 (　　)A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金从热水中吸收的热量C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量【答案】BD【解析】根据能量守恒定律知，形状记忆合金从热水中吸收热量后，一部分能量在伸展划水时转变为水和转轮的动能，另一部分释放到空气中．转轮转动的过程中克服摩擦力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功，故A错误，B正确．转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程，同时水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减小，故水温降低，故C错误．根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其他变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，也一定大于水和转轮获得的动能，故D正确．6．[物理观念](多选)一定质量的理想气体，从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图像如图所示，已知气体处于状态A时的温度为300 K，则下列判断正确的是 (　　)A．气体处于状态B时的温度为900 KB．气体处于状态C时的温度为300 KC．从状态A变化到状态C过程气体内能一直增大D．从状态A变化到状态B过程气体放热【答案】AB7．[科学思维](多选)(2023年广东学业考试)将一个踩扁的乒乓球放到热水中，乒乓球会恢复原形，则在乒乓球恢复原形的过程中，球内气体 (　　)A．吸收的热量等于其增加的内能B．压强变大，分子平均动能变大C．吸收的热量大于其增加的内能D．对外做的功大于其吸收的热量【答案】BC【解析】将一个踩扁的乒乓球放入热水中，一段时间后，乒乓球恢复为球形，是因为乒乓球中的气体吸收热量，温度升高，气体内能增大；压强变大，体积膨胀，所以对外做功．吸收的热量一部分转化为气体的内能，一部分用来对外做功，因此吸收的热量大于其增加的内能，B、C正确．8．[科学思维](多选)(2022年天津卷)采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率．将涡轮增压简化为两个过程：一定质量的理想气体首先经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度，则 (　　)A．绝热过程中，气体分子平均动能增加B．绝热过程中，外界对气体做负功C．等压过程中，外界对气体做正功D．等压过程中，气体内能不变【答案】AC9．[科学思维](2023年梅州联考)在党的二十大会议中要求坚定实施创新驱动发展战略，向创新要动力．压缩空气储能(CAES)是一种利用压缩空气来储存能量的新型储能技术，绝热压缩空气储能方式是压缩空气并将产生的热能储存在各种介质当中，比如混凝土、石头、矿洞矿石中等．需要发电的时候让压缩空气推动发电机工作，这种方式能够将压缩空气储能的效率提升．对于上述过程的理解，下列说法正确的是 (　　)A．绝热压缩空气，分子平均动能不变B．绝热压缩空气，温度升高，气体内能一定增大C．该方式能够将压缩空气储能的效率提升到100%D．压缩空气推动发电机工作，是气体对外做功，内能增大【答案】B【解析】绝热压缩空气前后，外界对气体做功，根据热力学第一定律，内能增大，温度升高，分子平均动能增大，A错误，B正确；压缩空气储能的过程涉及热运动的能量转换过程，任何转换过程效率都不可能达到100%，C错误；压缩空气膨胀推动发电机工作，是气体体积增大对外做功，根据热力学第一定律可知，内能减少，D错误．10．[科学思维]在如图所示的坐标系中，一定质量的某种理想气体发生以下两种状态变化：第一种变化是从状态A到状态B，外界对该气体做功为6 J；第二种变化是从状态A到状态C，该气体从外界吸收的热量为9 J，图线AC的反向延长线通过坐标原点O，B、C两状态的温度相同，理想气体的分子势能为零，求：(1)从状态A到状态C的过程，外界对该气体做的功W1和气体内能的增量ΔU1；(2)从状态A到状态B的过程，该气体内能的增量ΔU2及其从外界吸收的热量Q2.解：(1)从状态A到状态C过程，气体发生等容变化，该气体对外界做功W1＝0，根据热力学第一定律有ΔU1＝W1＋Q1，内能的增量ΔU1＝Q1＝9 J.(2)已知从状态A到状态B的过程中，外界对气体做功，体积减小，温度升高，由B、C两状态的温度相同，知该气体内能的增量ΔU2＝ΔU1＝9 J，根据热力学第一定律有ΔU2＝W2＋Q2，从外界吸收的热量Q2＝ΔU2－W2＝3 J．