第3章 热力学定律 章末素养提升 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（教科版2019）

DISANZHANG 第三章 章末素养提升 再现素养 知识 物理 观念 热力学第一定律 (1)内容：系统内能的增加量ΔU等于系统从外界吸收的______与外界对系统 之和 (2)表达式：ΔU＝________ 热力学第二定律 (1)克劳修斯表述：热量不可能_____地从低温物体传递到高温物体 (2)开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之___________，而不产生其他影响 (3)第二类永动机不能制成的原因：违背了_________________ 能量守恒定律 内容：能量既不会凭空_____，也不会凭空_____，它只能从一种形式______为另一种形式，或者从一个物体_____到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量___________ 第一类永动机不能制成的原因：违背了_______________ 热量Q 所做的功W Q＋W 自发 全部变成功 热力学第二定律 产生 消失 转化 转移 保持不变 能量守恒定律 科学思维 1.经历绝热过程模型的构建过程，会推导热力学第一定律 2.能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化和转移问题 3.能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题 科学态度 与责任 1.通过对能量守恒的探索过程，领会人类对自然的认识要有实践的过程 2.了解永动机的探索过程，领会科学探索的艰辛与曲折性 (2023·全国甲卷)在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是_______。 A.气体的体积不变，温度升高 B.气体的体积减小，温度降低 C.气体的体积减小，温度升高 D.气体的体积增大，温度不变 E.气体的体积增大，温度降低 例1 提能综合 训练 ABD 气体的体积不变，温度升高，则气体的内能升高，W＝0，因此气体吸收热量，A正确； 气体的体积减小，温度降低，则气体的内能降低，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知气体对外放热，B正确； 气体的体积减小，温度升高，则气体的内能增大，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，C错误； 气体的体积增大，温度不变，则气体的内能不变，气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，即气体吸收热量，D正确； 气体的体积增大，温度降低，则气体的内能减小，气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q可能等于零，即可能没有热量交换过程，E错误。 例2 　(多选)(2022·遂宁市高二期末)气闸舱的原理如图所示。座舱A与气闸舱B间装有阀门K，A中充满空气，B内为真空。航天员由太空返回到B后，将B封闭，打开阀门K，A中的空气进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统保持温度不变，舱内空气可视为理想气体，不考虑航天员的影响，则此过程中 A.气体分子对A舱壁的压强减小 B.气体向外界放出热量 C.气体膨胀对外做功，内能减小 D.一段时间后，B内空气绝不可能自发地全部回到A中 √ √ 气体温度不变，平均动能不变，但是气体向B舱 扩散时，A舱中单位体积内分子个数减少，所以 气体压强减小，故A正确； 气体向真空方向扩散不对外做功，又因为气体的温度不变，内能不变，则气体与外界无热交换，选项B、C错误； 由热力学第二定律可知，与热现象有关的物理过程都是不可逆的，则一段时间后，B内气体不可能自发地全部回到A中去，故D正确。 　一定质量的理想气体，由温度为T1的状态1经等容变化到温度为T2的状态2，再经过等压变化到状态3，最后回到初态1，其变化过程如图所示，则 A.从1到2过程中，气体对外做功，内能减小 B.从2到3过程中，气体对外做功，内能减小 C.从1到2到3到再回到1的过程中，气体一定从外界 吸热 D.从3到1过程中，气体分子数密度变大，内能增加 例3 √ 从1到2过程中为等容变化，体积不变，气体不对外做功，选项A错误； 从1到2过程中气体对外不做功；2到3过程中，体积增大，气体对外做功；3到1过程中，体积减小，外界对气体做功。根据p－V图像中图线与V轴所围面积表示气体做功大小可知，整个过程气体对外做功大于外界对气体做功，而内能不变，根据 热力学第一定律可知气体一定从外界吸热，选项C正确。 　(2022·滨州市高二期中)绝热的活塞与气缸之间封闭一定质量的理想气体，气缸开口向上置于水平面上，活塞与气缸壁之间无摩擦，缸内气体的内能UP＝72 J，如图甲所示。已知活塞横截面积S＝5×10－4 m2，其质量为m＝1 kg，大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g＝10 m/s2。如果通过电热丝给封闭气体缓慢加热，活塞由原来的P位置移动到Q位置，此过程封闭气体的V－T图像如图乙 所示，且知气体内能与热力学温 度成正比。求： (1)封闭气体最后的体积； 例4 答案　6×10－4 m3　 以气体为研究对象，根据等压变化规律， 解得VQ＝6×10－4 m3 (2)封闭气体吸收的热量。 答案　60 J 解得UQ＝108 J 活塞从P位置缓慢移到Q位置，活塞受力平衡，气体为等压变化，以活塞为研究对象有pS＝p0S＋mg， 气体对外界做功，则W＝－p(VQ－VP)＝－24 J 由热力学第一定律有UQ－UP＝Q＋W， 得气体变化过程吸收的总热量为Q＝60 J。 　(2022·南京市高二期末)如图所示，上端开口的光滑圆柱形气缸竖直放置，横截面积为10 cm2的活塞，将一定质量的理想气体封闭在气缸内。在气缸内距缸底30 cm处设有卡槽a、b两限制装置，使活塞只能向上滑动。开始时活塞放在a、b上，活塞的质量为5 kg，气体温度为180 K。现缓慢加热气缸内气体，当温度为300 K，活塞恰好离开卡槽a、b；若继续给气缸内气体缓慢加热，活塞上升10 cm 的过程中，气体的内能增加了240 J。(设大气压强为p0＝1.0×105 Pa，g取10 m/s2)求： (1)开始时气缸内气体的压强； 例5 答案　9×104 Pa　 活塞刚好离开卡槽时，有mg＋p0S＝p2S (2)活塞上升10 cm时气缸内气体的温度； 答案　400 K　 活塞离开卡槽后，气体为等压变化， (3)活塞离开卡槽a、b之后上升10 cm的过程中，气体吸收的热量。 答案　255 J 活塞离开卡槽后，气体对外界做功 则W＝－p2·SΔh＝－15 J 根据热力学第一定律得Q＝ΔU－W＝255 J。 从2到3过程中，体积增大，气体对外做功；压强不变，根据＝C可知温度升高，内能增大，选项B错误； 从3到1过程中，体积减小，气体分子数密度变大；由题图可知，p1V1<p3V3，由＝C可知，T3>T1，温度降低，内能减少，选项D错误； 有＝ 由气体的内能与热力学温度成正比有＝ 解得p＝p0＋＝1.2×105 Pa， 根据等容变化规律得＝ 解得p1＝p2＝9×104 Pa。 根据等压变化规律得＝ 解得T3＝T2＝400 K。 $$