第3章 章末综合提升-2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册【名师导航】同步Word教参(鲁科版)

[巩固层·知识整合] [提升层·能力强化] 热力学第一定律与能量守恒 热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体表现形式．它给出了做功和热传递在改变物体内能上是等价的． 热力学第一定律揭示了内能的增量(ΔU)与外界对物体做的功(W)和物体从外界吸收的热量(Q)之间的关系，即ΔU＝W＋Q，正确理解公式的意义及符号的含义是解决本类问题的关键． (1)外界对物体做功，W＞0；物体对外界做功，W＜0． (2)物体从外界吸热，Q＞0；物体向外界放热，Q＜0． (3)ΔU＞0，物体的内能增加；ΔU＜0，物体的内能减少． 解题思路：分析题干，确定改变内能的方式(W、Q)→判断W、Q的符号→代入公式ΔU＝W＋Q→得出结论 注意的问题 (1)只有绝热过程时Q＝0，ΔU＝W，用做功可判断内能的变化． (2)只有在气体体积不变时，W＝0，ΔU＝Q，用吸热、放热情况可判断内能的变化． (3)若物体内能不变，即ΔU＝0，W和Q不一定等于零，而是W＋Q＝0，功和热量符号相反，大小相等，因此判断内能变化问题一定要全面考虑． (4)对于气体，做功W的正负一般要看体积变化，气体体积缩小，W＞0；气体体积增加，W＜0． 【例1】　如图所示的圆柱形容器内用活塞密封一定质量的气体，已知容器横截面积为S．活塞重力为G，大气压强为p0．若活塞固定，密封气体温度升高1 ℃，需吸收的热量为Q1；若活塞不固定，且可无摩擦滑动，仍使密封气体温度升高1 ℃，需吸收的热量为Q2． Q1和Q2哪个大些？气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会不同？ [解析]　设密闭气体温度升高1 ℃，内能的增量为ΔU，则有 ΔU＝Q1， ΔU＝Q2＋W， 因气体体积膨胀，W＜0，故Q1<Q2， 由此可见，质量相等的同种气体，在定容和定压两种不同情况下，尽管温度变化相同，但吸收的热量不同，所以同种气体在定容下的比热容与在定压下的比热容是不同的． [答案]　Q1＜Q2　见解析 [一语通关]　 应用热力学定律和能量守恒时的步骤 (1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化． (2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式． (3)列出能量守恒方程：ΔE减＝ΔE增． 热力学第二定律及其应用 1．热力学第二定律的两种表述 (1)按照热传递的方向性表述为：热量不能自发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)按照机械能与内能转化的方向性表述为：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．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)一切自然过程总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．分析问题的方法 (1)热力学第二定律的本质是对宏观自然过程进行方向的说明． (2)凡是对这种宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述． (3)对热力学第二定律的各种表述都是等效的． 【例2】　(多选)根据热力学定律，下列说法正确的是(　　) A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 C．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 D．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量等于向室外放出的热量 AB　[热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，如电冰箱要消耗电能，A对；空调机工作过程中，电流做功产生热，所以向室外放热多，从室内吸热少，B对，D错；单一热源的热机违反了热力学第二定律，C错．] [培养层·素养升华] “永动机”的历史和现实 大约在300多年前，有位德国博士奥尔菲留斯发明了一个“永动机”——自动轮．1717年，波兰国王把这位博士请到了波兰，并派了一位名叫格森·卡赛尔斯基的州长鉴定其真伪．这位州长为奥尔菲留斯创造了条件，把安装机器的房子与四周隔离．1717年11月12日，自动轮安装完毕，开始转动．州长亲自锁上了门，贴上了封条，派了两名卫兵昼夜看守这座房子．两周以后州长亲自启封开锁，看到轮子还在转动，于是再次上锁加封，又过了40天．1718年1月4日再次开封，轮子还在转．这位认真的州长还不放心，又观察了两个月，看到了轮子确实“永动”．于是州长就给奥尔菲留斯颁发了鉴定证书，从此以后奥尔菲留斯名声大噪，他周游欧洲列国展出他的自动轮，卖票赚了许多钱，并得到各国大人物的褒奖和舆论界的赞扬． 消息传到俄国，彼得大帝对该发明极感兴趣，派了一位专使苏马赫找奥尔菲留斯谈判，想连人带机器买到俄国去．奥尔菲留斯开价是10万卢布！苏马赫向彼得大帝汇报了两个情况：一是他看到轮子真的不停地转，二是介绍了法国和英国学者的看法，他们无