第3章 热力学定律 章末整合提升（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册【精讲精练】鲁科版

热力学定律 一、对温度、内能、热量、功的理解[科学思维] 概念 温度 内能(热能) 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，对个别分子来说，温度没有意义 物体内所有分子动能和势能的总和，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，热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能和内能之间的转化过程 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 说明　(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”。 [例1]　下列关于温度、内能、热量和做功的说法正确的是(　　) 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 [解析]　物体的内能与温度有关，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，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。 [答案]　A 1．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，使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 解析　当快速下压活塞时，对玻璃筒内的空气做功，改变了气体的内能，使气体的温度升高，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，外界对系统做功可使系统内能增大，系统对外做功可使系统内能减小，C错误。 答案　B 二、热力学定律及应用[科学思维] 1．热力学第一定律。 (1)不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等价的，而且给出了内能的增量(ΔU)与外界对物体做功(W)和物体从外界吸热(Q)之间的定量关系，即ΔU＝W＋Q，此公式为标量式，应用时各物理量应统一用国际单位制中的“焦耳”。 (2)正确理解公式的意义及符号含义是解决此类问题的保证。 ①外界对物体做功，W>0；物体对外做功，W<0。 对理想气体，体积减小(压缩)，外界对物体做功；体积增大(膨胀)，物体对外界做功。 ②物体从外界吸热，Q>0；物体放出热量，Q<0。 ③ΔU>0，物体的内能增加；ΔU<0，物体的内能减少。 对一定质量的理想气体，其内能只与温度有关，因此可以从温度的变化判断内能的变化情况：温度升高，内能增加，温度降低，内能减少。 2．热力学第二定律。 热力学第一定律是能的转化与守恒定律在改变物体内能上的具体表现，表达式其实就是利用能量的“得”“失”列方程，方程符合能量守恒。 [例2]　(2022·渭南模拟)如图甲所示，粗细均匀的足够长玻璃管的一端开口，另一端封闭，管的横截面积S＝10 cm2，沿水平方向放置时，一段长h＝38 cm的水银柱封闭着一定质量的理想气体，管内气柱长度L1＝30 cm，大气压强恒为p0＝76 cmHg，室内热力学温度恒为T1＝300 K。现将玻璃管沿逆时针方向缓慢转过90°。取76 cmHg＝1×105 Pa。 (1)求稳定后管内气柱的长度； (2)使玻璃管的封闭端浸入冰水混合物中，管内气体的温度缓慢降低，求管内气体的温度降低的过程中，水银柱对管内气体做的功。 [解析]　(1)设稳定后管内气柱的长度为L2，对管内封闭气体初态时p1＝p0＝76 cmHg，V1＝L1S，T1＝300 K。末态时p2＝ cmHg＝114 cmHg，V2＝L2S 根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2 解得L2＝20 cm。 (2)设稳定后管内气柱的长度为L3，V3＝L3S，T3＝273 K 气体发生等压变化，有＝，可得L3＝18.2 cm 水银柱对管内气体做的功W＝p2S 解得W＝2.7 J。 [答案]　(1)20 cm　(2)2.7 J ●规律点拨 对一定质量的理想气体，其内能只与温度有关，因此可以从温度的变化判断内能的变化情况，温度升高，内能增加，温度降低，内能减少。或根据热力学第一定律确定内能变化情况后再反过