第三章+章末提升　熱力學(xué)定律（課件）新教材高中物理選擇性必修第三冊(cè)同步導(dǎo)學(xué)案（粵教版）++

熱力學(xué)定律素養(yǎng)提能章末檢測卷(三)素養(yǎng)1

物理觀念——熱力學(xué)定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律定律揭示的問題它從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內(nèi)能改變量三者的定量關(guān)系它指出自然界中出現(xiàn)的宏觀過程是有方向性的機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化當(dāng)摩擦力做功時(shí)，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全變成機(jī)械能熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律熱量的傳遞熱量可以從高溫物體自發(fā)地傳向低溫物體說明熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體表述形式只有一種表述形式有多種表述形式兩定律的關(guān)系在熱力學(xué)中，兩者既相互獨(dú)立，又互為補(bǔ)充，共同構(gòu)成了熱力學(xué)知識(shí)的理論基礎(chǔ)2.能量守恒定律的應(yīng)用(1)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化①自然界中能量存在的形式：物體運(yùn)動(dòng)具有機(jī)械能、分子運(yùn)動(dòng)具有內(nèi)能、電荷的運(yùn)動(dòng)具有電能、原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)具有原子能等，可見，在自然界中不同的能量形式與不同的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng)。②不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化：摩擦生熱是通過克服摩擦力做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；水壺中的水沸騰時(shí)水蒸氣對(duì)壺蓋做功將壺蓋頂起，表明內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電流通過電熱絲做功可將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等。這些實(shí)例說明了不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且這一轉(zhuǎn)化過程是通過做功來完成的。(2)應(yīng)用能量守恒定律解題的步驟①認(rèn)清有多少種形式的能(例如動(dòng)能、勢(shì)能、內(nèi)能、電能、化學(xué)能、光能等)在相互轉(zhuǎn)化。②分別寫出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達(dá)式。③根據(jù)下列兩種思路列出能量守恒方程：ΔE減＝ΔE增a．某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。b．某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量與增加量一定相等。④列方程，代入數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果。角度1熱力學(xué)定律[典例1]關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是(

)A．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以全部用來做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B．第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，第二類永動(dòng)機(jī)可以制造出來C．凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體D．不可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣解析]

根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，機(jī)械能可能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以全部用來做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，但會(huì)引起其他變化，故A正確；第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律，第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造出來，故B錯(cuò)誤；凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量能自發(fā)從高溫物體傳遞給低溫物體，不能自發(fā)從低溫物體傳遞給高溫物體，但在引起其他變化的情況下，可以從低溫物體傳遞給高溫物體，故C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Γ珪?huì)引起其他變化，故D錯(cuò)誤。[答案]

A[素養(yǎng)提升]

(1)自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，都是不可逆的。(2)理解的關(guān)鍵是“自發(fā)地”和“不引起其他變化”。(3)第一類永動(dòng)機(jī)不能制成的原因是違背能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)不能制成的原因是違背熱力學(xué)第二定律。角度2能量守恒定律[典例2]如圖，一個(gè)木塊放在光滑的水平面上，一子彈射入木塊中(未穿出)，射入深度為d，平均阻力為f，在兩物體達(dá)到共速時(shí)，木塊的位移為s，則下列說法正確的是(

)A．子彈損失的動(dòng)能為fdB．子彈對(duì)木塊所做的功為f(s＋d)C．整個(gè)過程中產(chǎn)生的內(nèi)能為fdD．整個(gè)過程中系統(tǒng)的總動(dòng)能損失為f(s＋d)[解析]

選地面為參考系，則對(duì)于子彈而言，利用動(dòng)能定理得－f(s＋d)＝ΔEk彈，故子彈損失的動(dòng)能為f(s＋d)，故A錯(cuò)誤；對(duì)于木塊而言，木塊對(duì)地位移為s，子彈對(duì)木塊做的功為fs，故B錯(cuò)誤；整個(gè)過程中摩擦產(chǎn)生的熱量即系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能為摩擦力與木塊和子彈的相對(duì)位移的乘積，即fd，故C正確；整個(gè)過程中系統(tǒng)的總動(dòng)能損失轉(zhuǎn)化為因摩擦產(chǎn)生的熱，即fd，故D錯(cuò)誤。[答案]

C[素養(yǎng)提升]

(1)自然界存在著多種不同形式的運(yùn)動(dòng)，每種運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)著一種形式的能量。如機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)機(jī)械能；分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)內(nèi)能；電磁運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)電磁能。

(2)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化。摩擦可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熾熱電燈發(fā)光可以將電能轉(zhuǎn)化為光能。

(3)能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律。

(4)熱力學(xué)第一定律、機(jī)械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現(xiàn)。(5)能量守恒定律適用于任何物理現(xiàn)象和物理過程。

(6)能量守恒定律的重要意義第一，能量守恒定律是支配整個(gè)自然界運(yùn)動(dòng)、發(fā)展、變化的普遍規(guī)律，學(xué)習(xí)這個(gè)定律，從能量形式的多樣化及其相互聯(lián)系、互相轉(zhuǎn)化的事實(shí)出發(fā)去認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的多樣性及其普遍聯(lián)系，并切實(shí)樹立能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失的觀點(diǎn)，作為以后學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)踐中處理一切實(shí)際問題的基本指導(dǎo)思想之一。第二，宣告了第一類永動(dòng)機(jī)的失敗。素養(yǎng)2

科學(xué)思維——分子力曲線和分子勢(shì)能曲線的比較和應(yīng)用分子力隨分子間距離的變化圖像與分子勢(shì)能隨分子間距離的變化圖像非常相似，但卻有著本質(zhì)的區(qū)別?，F(xiàn)比較如下表：

曲線項(xiàng)目

分子力曲線分子勢(shì)能曲線圖像

曲線項(xiàng)目分子力曲線分子勢(shì)能曲線坐標(biāo)軸縱坐標(biāo)表示分子力，橫坐標(biāo)表示分子間距離縱坐標(biāo)表示分子勢(shì)能，橫坐標(biāo)表示分子間距離

曲線項(xiàng)目分子力曲線分子勢(shì)能曲線圖像的意義橫軸上方的虛線表示斥力；下方的虛線表示引力。分子力為引力與斥力的合力橫軸上方的曲線表示分子勢(shì)能為正值；下方的曲線表示分子勢(shì)能為負(fù)值，且正值一定大于負(fù)值分子距離r＝r0時(shí)分子力為零分子勢(shì)能最小，但不為零[典例3]

(多選)甲、乙兩圖分別表示兩個(gè)分子之間分子力和分子勢(shì)能隨分子間距離變化的圖像。由圖像判斷以下說法中正確的是

(

)A．當(dāng)分子間距離為r0時(shí)，分子力和分子勢(shì)能均最小且為零B．當(dāng)分子間距離r>r0時(shí)，分子力隨分子間距離的增大而增大C．當(dāng)分子間距離r>r0時(shí)，分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而增加D．當(dāng)分子間距離r<r0時(shí)，分子間距離逐漸減小，分子力和分子勢(shì)能都逐漸增加[解析]

由題圖可知，當(dāng)分子間距離為r0時(shí)，分子力和分子勢(shì)能均達(dá)到最小，但此時(shí)分子力為零，而分子勢(shì)能不為零，是一負(fù)值，A錯(cuò)誤；當(dāng)分子間距離r>r0時(shí)，分子力隨分子間距離的增大先增大后減小，此時(shí)分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加，B錯(cuò)誤，C正確；當(dāng)分子間距離r<r0時(shí)，分子間距離逐漸減小，分子力逐漸增大，而此過程中分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加，D正確。[答案]

CD[素養(yǎng)提升]

(1)當(dāng)r＝r0時(shí)，分子力為零，分子勢(shì)能最小，為負(fù)值。(2)功能關(guān)系：分子力做功是分子勢(shì)能變化的量度，分子力做正功，分子勢(shì)能減少；分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加。素養(yǎng)3

科學(xué)思維——熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合分析氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的結(jié)合點(diǎn)是溫度和體積。注意三種特殊過程的特點(diǎn)：(1)等溫過程：內(nèi)能不變，ΔU＝0。(2)等容過程：體積不變，W＝0。(3)絕熱過程：Q＝0。[典例4]如圖所示，倒懸的導(dǎo)熱氣缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，輕質(zhì)活塞可無摩擦地上下移動(dòng)，活塞的橫截面積為S，活塞的下面吊著一個(gè)重為G的物體，大氣壓強(qiáng)恒為p0，起初環(huán)境的熱力學(xué)溫度為T0時(shí)，活塞到氣缸底面的距離為L。當(dāng)環(huán)境溫度逐漸升高，導(dǎo)致活塞緩慢下降，該過程中活塞下降了0.1L，氣缸中的氣體吸收的熱量為Q。求：(1)氣缸內(nèi)部氣體內(nèi)能的增量ΔU；(2)最終的環(huán)境溫度T。[答案]

(1)Q－0.1p0SL＋0.1LG

(2)1.1T0[典例5]一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)從A→B→C→D→A的變化過程可用如圖所示的p-V圖線描述，其中D→A為等溫線，氣體在狀態(tài)A時(shí)溫度為TA＝300K。(1)求氣體在狀態(tài)C時(shí)溫度TC。(2)若氣體在A→B過程中吸熱1000J，則在A→B過程中氣體內(nèi)能如何變化？變化了多少？[解析]

(1)D→A為等溫線，則TD＝TA＝300K，對(duì)C到D過程，由蓋-呂薩克定律得＝所以TC＝375K。(2)A到B過程壓強(qiáng)不變