人教版高中物理选修3-3第十章热力学定律讲义：第十章 章末整合

第十章热力学定律本章概览本章首先讲述了研究热现象的宏观理论,通过学习应明确：本章研究热现象的出发点和方法与分子动理论有所不同,在研究中不考虑物质的微观结构和过程，以观察和实验为依据，用能量的观点分析研究宏观物体热现象，能量传递和转化的关系及条件。

其次讲述了研究热现象的宏观理论的基础知识,包括热力学第一定律和第二定律。

要深刻理解能量传递和转化的数量关系,了解热现象中能量传递和转化的方向性，了解能源和环境与人生存的关系,认识能源的开发利用和可持续发展的意义.尊敬的读者：本文由我和我的同事在百忙中收集整编出来，本文档在发布之前我们对内容进行仔细校对，但是难免会有不尽如人意之处，如有疏漏之处请指正，希望本文能为您解开疑惑,引发思考。

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解析：由能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 ， ΔU ＝ ΔE ＝ (M ＋ m)gh ＝ (15 ＋
5)×10×(50－40)×10－2 J＝20 J。
答案：20 J
(3)功和能可以相互转化。
(× )
(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。
(√ )
(5)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。
(√ )
(6)自由摆动，但
总能量守恒。
(√ )
2．自主探究 (1)快速推动活塞对汽缸内气体做功 10 J，气体内
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 2]如图所示，容器 A、B 各有一个可以自由 移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大 气压恒定。A、B 的底部由带阀门 K 的管道相连， 整个装置与外界绝热。原先 A 中水面比 B 中的高，打开阀门， 使 A 中的水逐渐向 B 中流动，最后达到平衡。在这个过程中( ) A．大气压对水做正功，水的内能减少 B．水克服大气压做功，水的内能减少 C．大气压对水不做功，水的内能不变 D．大气压对水不做功，水的内能增加
对能量守恒定律的理解及应用
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。

------------------------- 天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳------------------------------第十章热力学定律章末复习课【知识系统】[ 答案填写 ] ①无②Δ＝③p V ④温度差⑤做功⑥Δ ＝⑦ ＋⑧U W U Q W Q不行能⑨自觉的⑩单调? 100% ? 增大? 低质量主题 1热力学第必定律1．做功与热传达的差别与联系．做功和热传达是改变物体内能的两种方式，它们在改变物体的内能上是等效的，但它们的实质不一样．做功是其余形式的能和内能之间的转变，热传达则是物体间内能的转移．2．热力学第必定律．U＝ W＋ Q.正确理解公式的意义及符号含义是解决本类问题的重点．(1)外界对物体做功， W>0；物体对外做功， W<0；(2)物体从外界吸热， Q>0；物体放出热量， Q<0；(3)U>0，物体的内能增添；U<0，物体的内能减少．剖析题干，确立内能改变的方式( W，Q) →判断W，Q的符号→代入公式U＝ W＋ Q→得出结论：------------------------- 天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳 ------------------------------U >0，则内能增添 |U | ；<0，则内能减少 ||.UU【例 1】 (2016 ·全国Ⅱ卷 )( 多项选择 ) 必定量的理想气体从状态 a 开始，经历等温或等压 过程、 bc 、 、da 回到原状态，其- 图象如下图，此中对角线 ac 的延伸线过原点ab cdp TO . 以下判断正确的选项是 ________．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 中气体从外界汲取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分析： 由理想状态方程知 ca 为等容线，体积相等则 A 正确； a 、c 两状态 a 的温度大于c 的温度，则 a 的内能大于 c 的内能故 B 正确；由热力学第必定律 U ＝ W ＋ Q 知， cd 过程温 度不变 ( 内能不变 ) ，则 ＝－ ，故 C 错误；da 过程温度高升内能增大，则汲取的热量大于Q W对外做的功，故 D 错误； bc 过程温度降低量和 da 过程温度的高升量同样则内能的变化量相同，由热力学第必定律知E 正确．答案： ABE针对训练1．(2015 ·重庆卷 ) 某驾驶员发现中正午车胎内的气压高于清早时的，且车胎体积增大． 若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么以下正确的选项是( )A ．外界对胎内气体做功，气体内能减小B ．外界对胎内气体做功，气体内能增大C ．胎内气体对外界做功，内能减小D ．胎内气体对外界做功，内能增大分析： 对车胎内的理想气体剖析知，由于是理想气体分子势能以为是0，内能只看分子动能，正午温度高升，分子均匀动能增大故内能增大，体积增大为气体对外做功，应选D.答案： D主题 2热力学第二定律1．热力学第二定律的两种表述：(1) 依据热传达的方向性表述为：热量不可以自觉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) 依据机械能与内能转变的方向性表述为：不行能从单调热库汲取热量，使之完整变成功，而不产生其余影响．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)全部自然过程老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．在整个自然界中，不论有无生命，全部宏观的自觉过程都拥有单向性，都是不行逆过程．如河水向下游流，重物向着落，房子由新到旧直至坍毁，人要从婴儿到老年直至死亡等．【例 2】( 多项选择 ) 依据热力学定律，以下说法正确的选项是()A．电冰箱的工作过程表示，热量能够从低温物体向高温物体传达B．空调机在制冷过程中，从室内汲取的热量少于向室外放出的热量C．科技的进步能够使内燃机成为单调的热源热机D．对能源的过分耗费使自然界的能量不停减少，形成“能源危机”分析：在外界帮助的状况下，热量能够从低温物体向高温物体传达， A 对；空调在制冷时，把室内的热量向室外开释，需要耗费电能，同时产生热量，因此向室外放出的热量大于从室内汲取的热量， B 对；依据热力学第二定律，可知内燃机不行能成为单调热源的热机，C 错；由于自然界的能量是守恒的，能源的耗费其实不会使自然界的总能量减少，D 错．答案： AB针对训练2． ( 多项选择 ) 以下对于热现象的描绘正确的选项是()A．据热力学定律，热机的效率不行能达到100%B．做功和热传达都是经过能量转变的方式改变系统内能的C．温度是描绘热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热均衡时两系统温度同样D．物体由大批分子构成，其单个分子的运动是无规则的，大批分子的运动也是无规律的分析：依据热力学第二定律可知，热机的效率不行能达到100%，故 A 正确；做功是通过能量转变的方式改变系统内能的，热传达是经过能量转移的方式改变系统内能的，故 B 错误；依据热力学第二定律，温度是描绘热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度同样，故 C 正确；物体由大批分子构成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动是有规律的，故D错误．答案： AC统揽考情金戈铁制卷本章考察多以选择题的形式出现， 主要考察热力学第必定律， 改变内能的门路： 做功和热传达，并联合理想气体状态方程进行考察．对热力学第二定律主要以一个选项的形式出现，主假如热力学第二定律的两种表述及其微观意义．真题例析(2016 ·全国Ⅰ卷 )( 多项选择 ) 对于热力学定律，以下说法正确的选项是__________．A ．气体吸热后温度必定高升B ．对气体做功能够改变其内能C ．理想气体等压膨胀过程必定放热D ．热量不行能自觉地从低温物体传到高温物体E ．假如两个系统分别与状态确立的第三个系统达到热均衡，那么这两个系统相互之间也必然达到热均衡分析： 气体内能的改变U ＝Q ＋ W ，故对气体做功可改变气体内能， B 选项正确；气体 吸热为 Q ，但不确立外界做功 W 的状况，故不可以确立气体温度变化， A 选项错误；理想气体等压膨胀， W<0，由理想气体状态方程pV p 不变， V 增大，气体温度高升，内能增大，＝ ，TC由 U ＝ Q ＋W ，气体过程中必定吸热， C 选项错误；由热力学第二定律， D 选项正确；依据均衡性质， E 选项正确．答案： BDE针对训练( 多项选择 ) 必定量的理想气体从状态a 开始，经历三个过程 、 、 回到原状态， 其p-Tab bc ca 图象如下图，以下判断正确的选项是 ()A ．过程 ab 中气体必定吸热B ．过程 bc 中气体既不吸热也不放热C ．过程 ca 中外界气体所做的功等于气体所放的热D ． a 、b 和 c 三个状态中，状态a 分子的均匀动能最小E ． b 和 c 两个状态中，容器壁单位面积单位时间内遇到气体分子撞击的次数不一样分析： 在 ab 段体积不变则W ＝ 0，但温度高升物体内能增大即U>0，由热力学第必定律U ＝ W ＋Q ，则吸热，故 A 正确．过程 bc 中温度不变则内能不变即 U ＝ 0，但体积增大，气体对外做功 W<0，由热力学第必定律U ＝ W ＋ Q ， Q >0 故吸热则 B 错．过程 ca 中温度减小即 U <0，体积减小外界对气体做功， 由热力学第必定律U ＝ W ＋ Q ，二者不会相等， 放出的热量多故 C 错． a 、 b 和 c 三个状态中，状态a 的温度最小，故分子的均匀动能最小，则 D------------------------- 天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳 ------------------------------正确． b 和 c 两个状态中温度同样分子均匀动能相等，但体积增大分子密集程度变小造成撞击次数减小，故 E 正确．答案： ADE1. 如图，必定质量的理想气体， 由状态 a 经过 ab 过程抵达状态 b 或许经过 ac 过程抵达状态 . 设气体在状态 b 和状态 c 的温度分别为 T 和 T ，在过程 ab 和 ac 中汲取的热量分别b c为Q 和Q ，则()abacA ． T b >T c ，Q ab >Q acB ． T b >T c ， Q ab<Q ac C ．T ＝T ，Q >QD ．T ＝T ，Q <Qbcabacbc ab ac2 0p 02 0分析： 由理想气体状态方程在 p VVbcbc 两点： T c＝T b ，则 T ＝ T ，过程 ab 和过程 ac 内 能的增量同样且U >0. 过程 ab 体积增大则对外做功， 即 W <0，由热力学第必定律 U ＝W ＋ Q ， 则汲取的热量 Q ＝ U ＋| W | ，过程 ac 体积不变 W ＝0，则 U ＝Q ，则 C 正确．abac答案： C2.(2016 ·海南卷 )( 多项选择 ) 必定量的理想气体从状态 M 能够经历过程 1 或许过程 2 抵达状态 N ，其 p-V 图象如下图．在过程1 中，气体一直与外界无热量互换；在过程2 中，气体先经历等容变化再经历等压变化．对于这两个过程，以下说法正确的选项是 _______．A ．气体经历过程 1，其温度降低B ．气体经历过程 1，其内能减小C ．气体在过程 2 中向来对外放热D ．气体在过程 2 中向来对外做功E ．气体经历过程 1 的内能改变量与经历过程2 的同样分析： 气体经历过程 1，压强减小体积变大，膨胀对外做功，内能减小，故温度降低，pV选项 A 、 B 正确；气体在过程 2 中，依据理想气体状态方程T ＝ C ，刚开始时气体体积不变，金戈铁制卷-------------------------天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳------------------------------压强减小，则温度降低，对外放热；而后压强不变，体积变大，膨胀对外做功，温度高升吸热，故 C、D 错误；不论是经过过程 1 仍是经过过程2，初、末状态同样，故内能改变量相同，选项 E 正确．答案： ABE3． (2016 ·全国Ⅲ卷 )( 多项选择 ) 对于气体的内能，以下说法正确的选项是________．A．质量和温度都同样的气体，内能必定同样B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C．气体被压缩时，内能可能不变D．必定量的某种理想气体的内能只与温度相关E．必定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能必定增添分析：温度同样，分子均匀动能同样，质量固然同样但两种气体分子个数不必定同样，则内能不必定同样，故A、 B 错误；理想气体的内能只与温度相关，等压膨胀温度必高升，故 D、 E 正确；由热力学第必定律知，外界对气体做功但可能放热故内能可能不变，则 C 正确．答案： CDE4.( 多项选择）如下图，内壁圆滑、导热优秀的气缸顶用活塞封闭有必定质量的理想气体. 当环境温度高升时，缸内气体(）A. 内能增添B. 对外做功C. 压强增大D. 分子间的引力和斥力都增大mg分析：对活塞： p＝ p0＋S知：压强不变；由等压变化规律：温度高升体积增大，体积增大则对外做功；导热优秀则温度与环境温度同样，增大，内能增大；对理想气体不考虑分子间的互相作使劲. 应选 AB.答案： AB5．压缩过程中，两个阀门均封闭．若此过程中，气室中的气体与外界无热量互换，内能增添了 3.4 × 104 J，则该气体的分子均匀动能________( 填“增添”“减少”或“不变”) ，活塞对该气体所做的功________( 填“大于”“小于”或“等于”)3.4 × 104 J.金戈铁制卷-------------------------天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤劳------------------------------分析：无热互换即Q＝0，内能增添了 3. 4 × 104 J ，由热力学第必定律知外界对气体做功：U＝ W.对理想气体不考虑分子势能，内能增添则分子均匀动能增添．答案：增添等于金戈铁制卷。

第十章 热力学定律
本章概览
三维目标
认识热力学定律的基本观点，了解焦耳实验的原理.
知道什么是内能以及物体内能跟温度和体积有关，内能的变化可以分别由功和热量来量度.
知道内能改变的两种方式，做功和热传递，它们改变物体的内能是等效的.使学生学会用一分为二的观点分析问题.
知道热力学第一定律，能量守恒定律的内容，了解永动机为什么不能制成的原因；会用ΔU=W ＋Q 分析和解决问题.
理解热力学第二定律的两种表述以及热力学第二定律的微观解释；培养人类必须遵循自然界规律的思想.
了解什么是能源，什么是常规能源，能源与人类需求的矛盾；养成热爱自然、节约能源的习惯和意识.提高学生的科学观念和社会责任感.
知识网络
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能量定恒定律符号规则表达式内容热力学第一定律恒定律热力学第一定律能量守热和内能热传递热和内能内能焦耳实验功和内能热力学定律,:U Q W。