第三章 章末提升 热力学定律（课件）- 【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案（教科版）

热力学定律 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 素养1　物理观念——物理概念和规律的辨析 对温度、内能、热量、功的理解 概念 温度 内能 热量 功 含义 表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能大小的标志，它是大量分子热运动的整体表现，对个别分子无意义 物体内所有分子动能和分子势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能 是热传递过程中内能的改变量，用来度量热传递过程中内能转移的多少 做功过程是机械能或其他形式的能与内能之间的转化过程。功是该过程能量转化的量度 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 关系 温度和内能是状态量，热量和功则是过程量，热传递的前提条件是存在温差，传递的是热量而不是温度，实质上是内能的转移 (1)温度、内能、热量和功是热学中相互关联的四个物理量。当物体的内能改变时，温度不一定改变。只有当通过热传递改变物体内能时才会有热量传递，能量的形式没有发生变化。 (2)热量是热传递过程中的特征物理量，离开过程谈热量毫无意义。就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”，因此不能说一个系统中含有多少“热量”或多少“功”。 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 [典例1] 下列关于温度、内能、热量和功的说法正确的是(　　) A．同一物体温度越高，内能越大 B．要使物体的内能增加，一定要吸收热量 C．要使物体的内能增加，一定要对物体做功 D．物体内能增加，它的温度就一定升高 A 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 [解析]　物体的内能与温度有关，同一物体温度越高，内能越大，A正确。做功和热传递在改变物体内能上是等效的，使物体内能增加既可以通过吸收热量也可以通过对物体做功来实现，B、C错误。物体内能是分子动能与分子势能的总和，内能增加可能只是分子势能的增加，分子平均动能可能不变，即温度可能不变，D错误。 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 [典例2]　把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速下压活塞时，由于被压缩的空气骤然变热，温度升高，达到乙醚的燃点，浸有乙醚的棉花燃烧起来。此实验的目的是要说明(　　) A．做功可以升高物体的温度 B．做功可以改变物体的内能 C．做功一定可以增加物体的内能 D．做功可以增加物体的热量 B 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 [解析]当快速下压活塞时，活塞对玻璃筒内的空气做功，改变了气体的内能，气体的温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，故B正确。做功改变的是物体的内能，温度升高是内能增大的表现，热量是过程量，所以A、D错误。若外界对系统做功，同时系统对外放出热量，系统内能不一定增加，C错误。 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 素养2 科学思维——热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 一、热力学第一定律与理想气体状态方程的综合应用 热力学第一定律与理想气体状态方程的结合点是温度和体积。注意三种特殊过程的特点： (1)等温过程：内能不变，ΔU＝0。 (2)等容过程：体积不变，W＝0。 (3)绝热过程：Q＝0。 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 [典例3] 如图所示，倒悬的导热气缸中封闭着一定质量的理想气体，轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重力为G的物体，大气压强恒为p0，起初环境的热力学温度为T0时，活塞到气缸底面的距离为L。当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了0.1L，气缸中的气体吸收的热量为Q。求： (1)气缸内部气体内能的增量ΔU； [答案]　Q－0.1p0SL＋0.1LG　 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 (2)最终的环境温度T。 [答案]1.1T0 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 二、热力学第一定律与气体状态图像的综合应用 [典例4] 一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的pV图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为TA＝300 K。 (1)求气体在状态C时温度TC。 [答案]　375 K 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 (2)若气体在A→B过程中吸热1 000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？ [答案]气体内能增加　400 J [解析]A到B过程压强不变，有 W＝－pΔV＝－2×105×3×10－3 J＝－600 J 由热力学第一定律，得 ΔU＝Q＋W＝1 000 J－600 J＝400 J 则气体内能增加，增加了400 J。 教科物理必修第三册 返回导航 下页 上页 素养3 科学态度与责任——热力学定律在STSE问题中的