第三章 热力学定律 章末整合提升-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步学习方案（人教版2019）

第三章 热力学定律 3.如图所示,绝热的汽缸被一个绝热的活塞 A.气体在向真空膨胀的过程中对外做功, 分成左、右两部分,活塞质量不计,活塞用 气体内能减少 销钉锁住,活塞与汽之间没有摩擦,汽封 B.气体在向真空膨胀的过程中,分子平均 左边装有一定质量的理想气体,右边为真 动能变小 空,现在拔去销钉,抽去活塞,让气体向右 C.气体在向真空膨胀的过程中,气体内能 边的真空做绝热自由膨胀,下列说法正确 增加 的是 ( ) D.若无外界的干预,气体分子不可能自发 地退回到左边,使右边重新成为真空 气体 真空 请完成[知能达标训练]作业(十一) 章末整合提升 体系构建 (功和内能:在绝热情况下, 是内能变化的量度 内能热量和内能:只发生热传递时,热量是 变化的量度 做功和热传递在改变内能上是 的 (内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和 表达式:△U一 热力学第一定律 能量守恒定律 永动机不能制成的原因:违背 [克劳修斯表述: 热力学第二定律开尔文表述: 能源是有限的 分项提升 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 一、对温度、内能、热量、功的理解[科学思维] 时,温度不一定改变,只有当通过热传递改 * 温度 内能(热能) 热量 概念 变物体内能时才会有热量传递,能量的形 表示物体的冷 式没有发生变化。 物体内所有 热程度,是物 做功过 (2)热量是热传递过程中的特征物理量,离 分子动能和是热传递过 体分子平均动 程是机 势能的总程中内能的 开过程谈热量毫无意义。就某一状态而 能大小的标 械能或 和,它是由改变量,热 志,它是大量 其他形 言,只有“内能”,根本不存在“热量”和 含义 大量分子的量用来度量 分子热运动的 式能和 “功”,因此不能说一个系统中含有多少“热 热运动和分 热传递过程 整体表现,对 内能之 子的相对位中内能转移 量”或多少“功”。 个别分子来 间的转 例 置所决定的多少 下列关于温度、内能、热量和做功的 说,温度没有 的能 化过程 说法正确的是 意义 ( ) 温度和内能是状态量,热量和功则是过程量,热 A.同一物体温度越高,内能越大 关系 传递的前提条件是存在温差,传递的是热量而不 B.要使物体的内能增加,一定要吸收 是温度,实质上是内能的转移 热量 71 物理·选择性必修 第三册(配RJ版) C.要使物体的内能增加,一定要对物体 2.热力学第二定律 做功 热力学第一定律是能的转化与守恒定律在 D.物体内能增加,它的温度就一定升高 改变物体内能上的具体表现,表达式其实 C针对训练 就是利用能量的“得”“失”列方程,方程符 合能量守恒。 1.把浸有乙醋的一小块棉花放在厚玻璃简的 1例2 (2022·全国甲卷) 底部,当快速下压活塞时,由于被压缩的空 一定量的理想气体从状态 气骤然变热,温度升高,达到乙献的燃点, a变化到状态6,其过程如 使浸有乙献的棉花燃烧起来,此实验的目 p-T图上从a到b的线 ( 的是要说明 ) 段所示。在此过程中 (填正确 A.做功可以升高物体的温度 答案标号) B. 做功可以改变物体的内能 A.气体一直对外做功 C.做功一定可以增加物体的内能 B.气体的内能一直增加 D.做功可以增加物体的热量 C.气体一直从外界吸热 二、热力学定律及应用[科学思维 D. 气体吸收的热量等于其对外做的功 1.热力学第一定律 E. 气体吸收的热量等于其内能的增加量 (1)不仅反映了做功和热传递这两种改变 核心素养·思维升华 内能的方式是等价的,而且给出了内能的 对一定质量的理想气体,其内能只与温度有 增量(AU)与外界对物体做功(W)和物体 关,因此可以从温度的变化判断内能的变化情 从外界吸热(Q)之间的定量关系,即△U 况,温度升高,内能增加,温度降低,内能减少。 W十Q,此公式为标量式,应用时各物理量 或根据热力学第一定律确定内能变化情况后再 应统一用国际单位制中的“焦耳”。 反过来判断温度的升降。 (2)正确理解公式的意义及符号含义是解 例③ 下列说法正确的是 ( 决此类问题的保证。 A.冰箱能使热量从低温物体传递到高温 ①外界对物体做功,W>0;物体对外做功, 物体,因此不遵从热力学第二定律 W<0。 B.空调工作时消耗的电能与室内温度降 对理想气体,体积减小(压缩),外界对物体 低所放出的热量可以相等 做功;体积增大(膨胀),物体对外界做功。 C. 自发的热传导是不可逆的 ②物体从外界吸热,Q>0;物体放出热量 D. 不可能通过给物体加热而使它运动起 Q<0。 来,因为违背热力学第一定律 ③AU>0,物体的内能增加;AU<0,物体 C针对训练 的内能减少。 2.如图所示,一定质量的 对一定质量的理想气体,其内能只与温度 理想气体从状态A依次 有关,因此可以从温度的变化判断内能的 经过状态B、C和D后 变化情况:温度升高,内能增加;温度降低 再回到状态A。其中, 内能减少。 A→B和C→D为等温。 72 第三章 热力学定律 过程,B→C和D→A为绝热过程(气体与 潮时,开闸放水发电(图b)。设海湾水库面 外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺 积为5.0×10{}m^{2},平均潮差为3.0m,一天 循环”。 涨落潮两次,发电的平均能量转化率为 (1)该循环过程中,下列说法正确的是 10%,则一天内发电的平均功率约为(o取 1.0×10{kg/m3,g取10m/s{) A. A→B过程中,外界对气体做功 水坝 水坝 B. B→C过程中,气体分子的平均动能 _ 增大 1放 C.C→D过程中,单位时间内碰撞单位面 →放水发电 积器壁的分子数增多 甲 D.D→A过程中,气体分子的速率分布曲 A.2.6×10*kW B.5.2×10*kW 线不发生变化 C.2.6×10{}kW (2)该循环过程中,内能减小的过程是 D.5.2×10^{}kW (选填“A→B”“B→C”“C→D”或 (2)图乙为双水库潮沙电站原理示意图。 “D→A”)。若气体在A→B过程中吸收 堤坝 {行难 63kJ的热量,在C→D过程中放出38k 阐门A 海水 的热量,则气体完成一次循环对外做的功 {红线 阐门B 为 kJ。 三、科学态度与社会责任[科学探究 乙 例4 我国自古有“昼涨称潮,夜涨称汝” 两个水库之间始终保持着水位差,可以全 的说法,潮沙主要是由太阳和月球对海水 天发电,涨潮时,间门的开关情况是 的引力造成的,以月球对海水的引力 为主。 落潮时,间门的开关情况是 ,从能量的角度说,该电站是将 (1)图甲中a、b是某些潮沙发电示意图。涨 海水的 转化为水轮机的动能,再 潮时开闸门(图a),水由通道进入海湾水库 蓄水,待水面升至最高点时关闭间门,当落 推动发电机发电的。 提示:[章末达标检测]请完成检测卷(三) 73章末整合提升 可知，气体一直从外界吸热，且气体吸收的热量等于内 【体系构建】 能增加量，选项C、E正确，D错误。 功内能等价WQ能量守恒定律热量不能自 故选BCE。 [答案]BCE 发地从低温物体传到高温物体不可能从单一热库吸收 [例3][解析]有外界的帮助和影响，热量可以从低温 热量，使之完全变成功，而不产生其他影响 物体传递到高温物体，A错误：空调消耗的电能必大于 【分项提升】 室内温度降低所放出的热量，B错误：不可能通过给物 [例1][解析]物体的内能与温度有关，温度越高内能 体加热而使它运动起来，因为违背了热力学第二定律， 越大，A正确：做功和热传递在改变物体内能上是等效 D错误， 的，使物体内能增加既可以通过吸收热量也可以通过对 [答案]C 物体做功，B、C错误：物体内能是分子动能与分子势能 [针对训练] 的总和，内能增加可能只是分子势能的增加，分子平均 ;2.解析(1)A→B体积增大，气体对外界微功，A错误； 动能可能不变，即温度可能不变，D错误。 B→C体积增大，气体对外界做功，W<0,Q=0,由热力 学第一定律△U=W十Q知内能减小，温度降低，分子平 [答案]A 均动能减小，B错误；C→D,T不变，V减小，p增大，C [针对训练] 正确：D→A,V减小，外界对气体做功，W>0,Q=0, 1.B当快速下压活塞时，对玻璃筒内的空气做功，改变了 △U>0,T增大，气体分子平均速率增大，D错误。 气体的内能，使气体的温度升高，达到乙醚的燃点，使浸 (2)由(1)可知，B→C过程内能减小。经过一个循环， 有乙醚的棉花燃烧起来，故B正确；做功改变的是物体 △U=0,所以对外做功W=(63一38)kJ=25kJ。 的内能，温度升高是内能增大的表现，热量是过程量，所 答案(1)C(2)B→C25 以A、D错误：外界对系统做功可使系统内能增大，系统 [例4][解析](1)发电时水减少的势能△Ep=mg△M= 对外做功可使系统内能减小，C错误。 PShg△h,其中△M=会，一天发电两次，转化成的电能 [例)】[解析]因从a到6的T困像过原点，由学 E=2△E,×10%,P=￡，代入数值得P=5,2× C可知从a到b气体的体积不变，则从a到b气体不对 104kW. 外做功，选项A错误； (2)涨潮时，高水位水库储存水，因此闸门的开关情况为 因从a到b气体温度升高，可知气体内能增加，选项B A关B开；落潮时，低水位水库放水，所以闸门应B关 正确； A开。从能量转化的角度来说，该电站是将海水的重力 因W=0,△U>0,根据热力学第一定律 势能转化为水轮机的动能再发电。 △U-W+Q [答案](1)B(2)A关B开B关A开重力势能 第四章 原子结构和波粒二象性 1普朗克黑体辐射理论 [针对训练] 预习案必备知识·问题导学 : 1.C黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故A错误；黑 体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有 一、1.反射2.(1)向外(2)温度 二、1.增加2.较短 关，故B错误，C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁 波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故D错溪。 三、1.整数倍能量子2.hy普朗克常量 探究点二 3.量子化分立 [例2][解析]一个光子的能量为E=w,y为光的频 [自我诊断] 率，光的波长与频率有以下关系c=v, 1.BC 2.B能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的 光源每秒发出的光子的个数为一一 物体称为黑体，故A正确；黑体辐射随着波长越短、温 P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光 度越高则辐射越强，所以黑体辐射电磁波的强度按波长 源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为 的分布只与黑体的温度有关，故B错误；黑体辐射随着 R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个， 波长越短、温度越高辐射越强，且辐射强度的极大值向 波长较短的方向移动，故C正确：普朗克通过研究黑体 那么此处球面的表面积为S=4πR2,则号=3X10“, 辐射提出能量子的概念，带电微粒辐射和吸收的能量， 联立以上各式解得R≈3X102m,故选B。 只能是某一最小能量值的整数倍，故D正确。 [答案]B 探究案关键能力·互动探究 [针对训练 探究点一 2.A每个能量子（光子）的能量为e==h只， [例1门[解析]根据黑体辐射的实验规律：随温度升 高，各种波长的辐射强度都有增加，故图线不会有交点， 点光源一秒辐射的光子数为m=P-P以」 E hc 选项C、D错误；另一方面，辐射强度的极大值会向波长 较短方向移动，选项A错误，B正确。 若美引老视定有N-R×R=愿 [答案]B 正确选项为A。 17