高中物理第十章熱力學(xué)定律階段核心素養(yǎng)提升10課件新人教版選修3-

第十章熱力學(xué)定律階段核心素養(yǎng)提升核心素養(yǎng)脈絡(luò)構(gòu)建核心素養(yǎng)整合提升一、熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用1．熱力學(xué)第一定律揭示了內(nèi)能的增量(ΔU)與外界對(duì)物體做功(W)與物體從外界吸熱(Q)之間的關(guān)系，即ΔU＝W＋Q，正確理解公式的意義及符號(hào)的含義是解決此類問(wèn)題的保證。(1)外界對(duì)物體做功，W>0；物體對(duì)外界做功，W<0。(2)物體從外界吸熱，Q>0；物體放出熱量，Q<0。(3)ΔU>0，物體的內(nèi)能增加；ΔU<0，物體的內(nèi)能減少。2．注意問(wèn)題：(1)只有絕熱過(guò)程Q＝0，ΔU＝W，用做功可判斷內(nèi)能變化。(2)只有在氣體體積不變時(shí)，W＝0，ΔU＝Q，用吸熱放熱情況可判斷內(nèi)能的變化。(3)若物體內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q，功和熱量符號(hào)相反，大小相等。因此判斷內(nèi)能變化問(wèn)題一定要全面進(jìn)行考慮。

(2020·江蘇省鹽城中學(xué)高二下學(xué)期檢測(cè))如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過(guò)狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A。其中，A→B和C→D為等溫過(guò)程，B→C和D→A為絕熱過(guò)程(氣體與外界無(wú)熱量交換)。這就是著名的“卡諾循環(huán)”。典例1(1)該循環(huán)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是_____。A．A→B過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功B．B→C過(guò)程中，氣體分子的平均動(dòng)能增大C．C→D過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多D．D→A過(guò)程中，氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化(2)該循環(huán)過(guò)程中，內(nèi)能減小的過(guò)程是________(選填“A→B”

“B→C”“C→D”或“D→A”)。若氣體在A→B過(guò)程中吸收63kJ的熱量，在C→D過(guò)程中放出38kJ的熱量，則氣體完成一次循環(huán)對(duì)外做的功為______kJ。C

B→C

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解析：(1)A→B體積增大，氣體對(duì)外做功，A錯(cuò)誤；B→C體積增大，氣體對(duì)外做功，W<0，Q＝0，由熱力學(xué)第一定律，ΔU＝W＋Q知內(nèi)能減小，溫度降低，分子平均動(dòng)能減小，B錯(cuò)誤；C→D，T不變，V減小，p增大，C正確；D→A，V減小，外界對(duì)氣體做功，W>0，Q＝0，ΔU>0，T增大，氣體分子平均速率增大，D錯(cuò)誤。(2)由(1)可知，B→C過(guò)程內(nèi)能減小。經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)，ΔU＝0，所以對(duì)外做功W＝(63－38)kJ＝25kJ。二、熱力學(xué)第二定律及應(yīng)用1．熱力學(xué)第二定律的幾種表現(xiàn)形式(1)熱傳遞具有方向性：兩個(gè)溫度不同的物體接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，而低溫物體不可能自發(fā)地將熱量傳給高溫物體。要實(shí)現(xiàn)低溫物體向高溫物體傳遞熱量，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化。(2)氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象具有方向性：兩種不同的氣體可以自發(fā)地進(jìn)入對(duì)方里面，最后成為均勻的混合氣體，但這種均勻的混合氣體，絕不會(huì)自發(fā)地分開，成為兩種不同的氣體。(3)機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性：物體在地面上運(yùn)動(dòng)，因摩擦而逐漸停下來(lái)，但絕不可能出現(xiàn)物體吸收原來(lái)傳遞出去的熱量后，在地面上重新運(yùn)動(dòng)起來(lái)的現(xiàn)象。(4)氣體向真空膨脹具有方向性：氣體可自發(fā)地向真空容器膨脹，但絕不可能出現(xiàn)氣體自發(fā)地再?gòu)娜萜髦辛骰?，使容器變?yōu)檎婵铡?．熱力學(xué)第二定律的微觀解釋一切自然過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行，即在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減少。

(多選)如圖所示，為電冰箱的工作原理示意圖，壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)，在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過(guò)冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說(shuō)法正確的是(

)典例2A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸．電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D．電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律答案：BC解析：熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過(guò)程，故C正確，D錯(cuò)誤；再根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，必須借助于其他系統(tǒng)做功，A錯(cuò)誤，B正確，故選B、C。實(shí)戰(zhàn)演練觸及高考內(nèi)能的改變、做功與熱傳遞在高考中是熱點(diǎn)，但難度不會(huì)太大，屬于基礎(chǔ)題型。熱力學(xué)第一、第二定律在高考中是一新興熱點(diǎn)，考查時(shí)題型靈活，既可綜合考查亦可單獨(dú)命題，再加上近幾年能源與環(huán)境的關(guān)系成為社會(huì)廣泛關(guān)注的問(wèn)題，本章知識(shí)在高考中出現(xiàn)概率變大，應(yīng)引起我們的足夠注視。例題BCD

(多選)(2020·全國(guó)卷Ⅲ·33(1))如圖，一開口向上的導(dǎo)熱氣缸內(nèi)。用活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與氣缸壁間無(wú)摩擦。現(xiàn)用外力作用在活塞上。使其緩慢下降。環(huán)境溫度保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)。在活塞下降過(guò)程中(

)A．氣體體積逐漸減小，內(nèi)能增加B．氣體壓強(qiáng)逐漸增大，內(nèi)能不變C．氣體壓強(qiáng)逐漸增大，放出熱量D．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能不變E．外界對(duì)氣體做功，氣體吸收熱量【一高考真題探析】B

【二臨場(chǎng)真題練兵】1．(2020·天津卷·5)水槍是孩子們喜愛的玩具，常見的氣壓式水槍儲(chǔ)水罐示意如圖。從儲(chǔ)水罐充氣口充入氣體，達(dá)到一定壓強(qiáng)后，關(guān)閉充氣口?？蹌?dòng)扳機(jī)將閥門M打開，水即從槍口噴出。若在不斷噴出的過(guò)程中，罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變，則氣體(

)A．壓強(qiáng)變大 B．對(duì)外界做功C．對(duì)外界放熱 D．分子平均動(dòng)能變大解析：隨著水向外噴出，氣體的體積增大，由于溫度不變，根據(jù)PV＝恒量可知?dú)怏w壓強(qiáng)減小，A錯(cuò)誤；由于氣體體積膨脹，對(duì)外界做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q氣體溫度不變，內(nèi)能不變，一定從外界吸收熱量，B正確，C錯(cuò)誤；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，由于溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變，D錯(cuò)誤。2．(2020·全國(guó)卷Ⅱ·33(1))下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的敘述，違背熱力學(xué)第一定律的有_____，不違背熱力學(xué)第一定律、但違背熱力學(xué)第二定律的有_____。(填正確答案標(biāo)號(hào))A．汽車通過(guò)燃燒汽油獲得動(dòng)力并向空氣中散熱B．冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低C．某新型熱機(jī)工作時(shí)將從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為功，而不產(chǎn)生其他影響D．冰箱的制冷機(jī)工作時(shí)從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)B

C

解析：A．燃燒汽油產(chǎn)生的內(nèi)能一方面向機(jī)械能轉(zhuǎn)化，同時(shí)熱傳遞向空氣轉(zhuǎn)移。既不違背熱力學(xué)第一定律，也不違背熱力學(xué)第二定律；B．冷水倒入保溫杯后，沒(méi)有對(duì)外做功，同時(shí)也沒(méi)有熱傳遞，內(nèi)能不可能減少，故違背熱力學(xué)第一定律；