新教材同步系列2024春高中物理第三章熱力學(xué)定律本章小結(jié)課件粵教版選擇性必修第三冊(cè)

第三章熱力學(xué)定律本章小結(jié)構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)歸納專題小結(jié)我們知道，做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能．在一般情況下，如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過(guò)程，那么外界對(duì)物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q就等于物體內(nèi)能的增量ΔU，即ΔU＝Q＋W.此即為熱力學(xué)第一定律，式中各物理量符號(hào)的含義規(guī)定如下：專題1熱力學(xué)第一定律及其符號(hào)法則物理量符號(hào)＋－W外界對(duì)系統(tǒng)做功系統(tǒng)對(duì)外界做功Q系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱ΔU內(nèi)能增加內(nèi)能減少應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題時(shí)，應(yīng)注意挖掘題目隱含的條件：(1)若過(guò)程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的變化量．(2)若過(guò)程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收(或放出)的熱量等于物體內(nèi)能的變化量．(3)若過(guò)程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量．例1一定質(zhì)量的氣體，在從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)的過(guò)程中，吸收熱量280J，并對(duì)外做功120J，試問(wèn)：(1)這些氣體的內(nèi)能發(fā)生了怎樣的變化？(2)如果這些氣體又返回到原來(lái)的狀態(tài)，并放出了240J熱量，那么在返回的過(guò)程中是氣體對(duì)外界做功，還是外界對(duì)氣體做功？做功多少？解：(1)由熱力學(xué)第一定律得：ΔU＝W＋Q＝280J－120J＝160J，內(nèi)能增加了160J.(2)ΔU′＝－ΔU＝－160J，Q′＝－240J，由熱力學(xué)第一定律得：W′＝ΔU′－Q′＝－160J－(－240J)＝80J，即外界對(duì)氣體做了80J的功．熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的結(jié)合量是氣體的體積和溫度，當(dāng)溫度變化時(shí)，氣體的內(nèi)能變化；當(dāng)體積變化時(shí)，氣體將伴隨著做功．解題時(shí)要掌握氣體變化過(guò)程的特點(diǎn)：1．等溫過(guò)程：內(nèi)能不變?chǔ)＝0.2．等容過(guò)程：W＝0.3．絕熱過(guò)程：Q＝0.專題2熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的結(jié)合例2如圖所示，體積為V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞；汽缸內(nèi)密封有溫度為2.4T0、壓強(qiáng)為1.2p0的理想氣體．p0和T0分別為大氣的壓強(qiáng)和溫度．已知?dú)怏w內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為U＝aT，a為正數(shù)常量；容器內(nèi)氣體的所有變化過(guò)程都是緩慢的．求：(1)汽缸內(nèi)氣體與大氣達(dá)到平衡時(shí)的體積V1；(2)在活塞下降過(guò)程中，汽缸內(nèi)氣體放出的熱量Q.1．用于分析宏觀過(guò)程的方向性“自動(dòng)地”和“不引起其他變化”是理解熱力學(xué)第二定律的關(guān)鍵．第二定律的每一種表述，都揭示了自然界中涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性．2．分析永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因第一類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，不可能制成．第二類永動(dòng)機(jī)也是不可能制成的，它雖然不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律中宏觀熱現(xiàn)象的方向性．專題3熱力學(xué)第二定律3．熱力學(xué)第二定律在生活中的綜合應(yīng)用(1)生活中有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)熱量從低溫物體傳到高溫物體的機(jī)器，如最典型的制冷類型機(jī)器，像電冰箱、空調(diào)等，但這些都是有條件的，即有外界參與的．讓熱量無(wú)條件地、自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體是不可能的．(2)用熱力學(xué)第二定律的兩種表述來(lái)解釋有關(guān)物理現(xiàn)象，是判斷物理過(guò)程能否發(fā)生的依據(jù)．例3

(多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律，下列判斷正確的是 (

)A．電流的能量不可能全部變?yōu)閮?nèi)能B．在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔蹸．熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能而不引起其他變化D．在熱傳遞中，熱量可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體解析：根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性，電流的能量可全部變?yōu)閮?nèi)能(由焦耳定律可知)，而內(nèi)能不可能全部變?yōu)殡娔芏划a(chǎn)生其他影響．機(jī)械能可全部變?yōu)閮?nèi)能，而內(nèi)能不可能全部變成機(jī)械能而不產(chǎn)生其他影響．在熱傳遞中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫物體，所以選項(xiàng)B、C正確．答案：BC典練素養(yǎng)提升1．[物理觀念](多選)如圖所示，一絕熱容器被隔板K隔開(kāi)成a、b兩部分．已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體，b內(nèi)為真空．抽開(kāi)隔板K后，a內(nèi)氣體進(jìn)入b，最終達(dá)到平衡狀態(tài)．在此過(guò)程中 (

)A．氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減少B．氣體不做功，內(nèi)能不變C．氣體壓強(qiáng)變小，溫度不變D．氣體壓強(qiáng)變大，溫度不變【答案】BC【解析】由于b內(nèi)為真空，抽開(kāi)隔板K后，a內(nèi)氣體進(jìn)入b，氣體不做功，內(nèi)能不變，A錯(cuò)誤，B正確．由于氣體體積增大，溫度不變，氣體壓強(qiáng)變小，C正確，D錯(cuò)誤．2．[物理觀念]密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁，此過(guò)程中瓶?jī)?nèi)空氣(不計(jì)分子勢(shì)能) (

)A．內(nèi)能減小，吸收熱量

B．內(nèi)能減小，外界對(duì)其做功C．內(nèi)能增大，放出熱量

D．內(nèi)能增大，對(duì)外界做功【答案】B【解析】因不計(jì)分子勢(shì)能，所以瓶?jī)?nèi)空氣內(nèi)能由溫度決定，內(nèi)能隨溫度降低而減?。諝鈨?nèi)能減小、外界對(duì)空氣做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知空氣向外界放熱．故A、C、D錯(cuò)誤，B正確．3．[科學(xué)思維](多選)如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有理想氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空．現(xiàn)將隔板抽開(kāi)，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸．待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來(lái)的體積．假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣．下列說(shuō)法正確的是

(

)A．氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B．氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大C．在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功D．氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功【答案】ABD【解析】由于隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空，氣體在真空中自發(fā)擴(kuò)散，不對(duì)外界做功，又由于絕熱汽缸，與外界無(wú)熱量交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，所以氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同，選項(xiàng)A正確，C錯(cuò)誤；氣體被壓縮時(shí)，體積減小，外界對(duì)氣體做功W>0，而Q＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，ΔU＝Q＋W，則ΔU>0，即氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大，選項(xiàng)B、D正確．4．[物理觀念](多選)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了A→B→C的狀態(tài)變化過(guò)程，則下列說(shuō)法正確的是 (

)A．A→B過(guò)程中，壓強(qiáng)不變B．A→B過(guò)程中，外界對(duì)氣體做負(fù)功C．B→C過(guò)程中，氣體分子間距增大D．B→C過(guò)程中，氣體分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)變劇烈【答案】BD5．[物理觀念](多選)如圖所示，一演示用的“永動(dòng)機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝配用形狀記憶合金制成的葉片．輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)．離開(kāi)熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)．下列說(shuō)法正確的是

(

)A．轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要消耗外界能量B．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)所需能量來(lái)自形狀記憶合金從熱水中吸收的熱量C．轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片不斷攪動(dòng)熱水，水溫升高D．葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量【答案】BD【解析】根據(jù)能量守恒定律知，形狀記憶合金從熱水中吸收熱量后，一部分能量在伸展劃水時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樗娃D(zhuǎn)輪的動(dòng)能，另一部分釋放到空氣中．轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中克服摩擦力做功，轉(zhuǎn)輪的速度越來(lái)越小，所以要維持轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)需要外力做功，故A錯(cuò)誤，B正確．轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片不斷攪動(dòng)熱水的過(guò)程是水對(duì)轉(zhuǎn)輪做功的過(guò)程，同時(shí)水會(huì)向四周放出熱量，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知水的內(nèi)能減小，故水溫降低，故C錯(cuò)誤．根據(jù)熱力學(xué)第二定律，物體不可能從單一熱源吸收能量全部用來(lái)對(duì)外做功而不引起其他變化，故葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量，也一定大于水和轉(zhuǎn)輪獲得的動(dòng)能，故D正確．6．[物理觀念](多選)一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過(guò)程的p－V圖像如圖所示，已知?dú)怏w處于狀態(tài)A時(shí)的溫度為300K，則下列判斷正確的是 (

)A．氣體處于狀態(tài)B時(shí)的溫度為900KB．氣體處于狀態(tài)C時(shí)的溫度為300KC．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)C過(guò)程氣體內(nèi)能一直增大D．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B過(guò)程氣體放熱【答案】AB7．[科學(xué)思維](多選)(2023年廣東學(xué)業(yè)考試)將一個(gè)踩扁的乒乓球放到熱水中，乒乓球會(huì)恢復(fù)原形，則在乒乓球恢復(fù)原形的過(guò)程中，球內(nèi)氣體 (

)A．吸收的熱量等于其增加的內(nèi)能B．壓強(qiáng)變大，分子平均動(dòng)能變大C．吸收的熱量大于其增加的內(nèi)能D．對(duì)外做的功大于其吸收的熱量【答案】BC【解析】將一個(gè)踩扁的乒乓球放入熱水中，一段時(shí)間后，乒乓球恢復(fù)為球形，是因?yàn)槠古仪蛑械臍怏w吸收熱量，溫度升高，氣體內(nèi)能增大；壓強(qiáng)變大，體積膨脹，所以對(duì)外做功．吸收的熱量一部分轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，一部分用來(lái)對(duì)外做功，因此吸收的熱量大于其增加的內(nèi)能，B、C正確．8．[科學(xué)思維](多選)(2022年天津卷)采用渦輪增壓技術(shù)可提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)效率．將渦輪增壓簡(jiǎn)化為兩個(gè)過(guò)程：一定質(zhì)量的理想氣體首先經(jīng)過(guò)絕熱過(guò)程被壓縮，然后經(jīng)過(guò)等壓過(guò)程回到初始溫度，則 (

)A．絕熱過(guò)程中，氣體分子平均動(dòng)能增加B．絕熱過(guò)程中，外界對(duì)氣體做負(fù)功C．等壓過(guò)程中，外界對(duì)氣體做正功D．等壓過(guò)程中，氣體內(nèi)能不變【答案】AC9．[科學(xué)思維](2023年梅州聯(lián)考)在黨的二十大會(huì)議中要求堅(jiān)定實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，向創(chuàng)新要?jiǎng)恿Γ畨嚎s空氣儲(chǔ)能(CAES)是一種利用壓縮空氣來(lái)儲(chǔ)存能量的新型儲(chǔ)能技術(shù)，絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能方式是壓縮空氣并將產(chǎn)生的熱能儲(chǔ)存在各種介質(zhì)當(dāng)中，比如混凝土、石頭、礦洞礦石中等．需要發(fā)電的時(shí)候讓壓縮空氣推動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，這種方式能夠?qū)嚎s空氣儲(chǔ)能的效率提升．對(duì)于上述過(guò)程的理解，下列說(shuō)法正確的是 (

)A．絕熱壓縮空氣，分子平均動(dòng)能不變B．絕熱壓縮空氣，溫度升高，氣體內(nèi)能一定增大C．該方式能夠?qū)嚎s空氣儲(chǔ)能的效率提升到100%D．壓縮空氣推動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，是氣體對(duì)外做功，內(nèi)能增大【答案】B【解析】絕熱壓縮空氣前后，外界對(duì)氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，內(nèi)能增大，溫度升高，分子平均動(dòng)能增大，A錯(cuò)誤，B正確；壓縮空氣儲(chǔ)能的過(guò)程涉及熱運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，任何轉(zhuǎn)換過(guò)程效率都不可能達(dá)到100%，C錯(cuò)誤；壓縮空氣膨脹推動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，是氣體體積增大對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，內(nèi)能減少，D錯(cuò)誤．10．[科學(xué)思維]在如圖所示的坐標(biāo)系中，一定質(zhì)量的某種理想氣體發(fā)生以下兩種狀態(tài)變化：第一種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)B，外界對(duì)該氣體做功為6J；第二種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)C，該氣體從外界吸收的熱量為9J，圖線AC的反向延長(zhǎng)線通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O，B、C兩狀態(tài)的溫度相同，理想氣體的分子勢(shì)能為零，求：(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程，外界對(duì)該氣體做的功W1和氣體內(nèi)能的增量ΔU1；(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過(guò)程，該氣體內(nèi)能的增量ΔU2及其從外界吸收的熱量Q2.解：