第3章 热力学定律 章末整合 素养提升-【成才之路·学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步新课程学习指导(人教版)

078 章末整合 素养提升 ●知识网络构建 焦耳的实验：精确测定做功和传热对系统内能改变的影响 功与内能的改变：绝热过程，△U= (物体间能量的转化) 功、热和内能的改变 热与内能的改变：单纯传热，△U= (物体间能量的转移) 做功和传热的等效性 内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的 功的和 热力学第表达式：△U= 一定律 △U:内能增加，△U 0:内能减少，△U 0 热 符号法则W:外界对气体做功，W 0;气体对外界做功，W 0 力 Q:从外界吸收热量，Q 0;向外界放出热量：Q 0 学 「内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他 定能量守 或者从一个物体转移到别的 在转化或转移的过程中，能量的总量 弹 恒定律 第一类永动机是不可能制成的：违背了 克劳修斯表述：热量不能 地从低温物体传到高温物体 热力学第 开尔文表述：不可能从 吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响 二定律 第二类永动机不可能制成的原因：违背了 能量耗散：分散在环境中的内能不能自动聚集起来驱动机器做功，这样的转 能源是有限的 化过程叫作“ 能源与人类社会发展：节约能源，开发新能源，推动社会可持续发展 ●高考真题专练 缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内 壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的 热点专练1热力学第一定律的应用 形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞 1.（2025·河北卷)某同学将一充气皮球遗忘在 初始时静止在汽缸正中间，后因活塞密封不严 操场上，找到时发现因太阳曝晒皮球温度升 发生缓慢移动，活塞重新静止后 ( 高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则 皮球内封闭气体 理想气体 真空 A.对外做功 W B.向外界传递热量 活塞 C.分子的数密度增大 D.每个分子的速率都增大 A.弹簧恢复至自然长度 热点专练2能量守恒定律的应用 B.活塞两侧气体质量相等 2.（多选)(2024·河北卷)如图，水平放置的密闭 C.与初始时相比，汽缸内气体的内能增加 绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封 D.与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体 闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与汽 分子数减少 079 热点专练3热力学第一定律与气体状态变化 (1)求此时胎内气体的压强P2; 图像的综合应用 (2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为 3.（2024·山东卷)一定质量 7.608×104J,求胎内气体的内能增加 理想气体经历如图所示的循 量△U. 环过程，a→b过程是等压过 程，bc过程中气体与外界 无热量交换，c→a过程是等 温过程。下列说法正确的是 A.ab过程，气体从外界吸收的热量全部用 于对外做功 B.bc过程，气体对外做功，内能增加 C.a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部 用于对外做功 D.ab过程，气体从外界吸收的热量等于c→ a过程放出的热量 4.(多选)(2025·甘肃 卷)如图，一定量的理 6.(2024·贵州卷)制作水火箭是青少年科技活 想气体从状态A经等 动的常见项目之一。某研究小组为了探究水 容过程到达状态B,然 火箭在充气与喷水过程中气体的热学规律，把 后经等温过程到达状 水火箭的塑料容器竖直固定，其中A、C分别 态C。已知质量一定的某种理想气体的内能 是塑料容器的充气口、喷水口，B是气压计，如 只与温度有关，且随温度升高而增大。下列说 图(a)所示。在室温环境下，容器内装入一定 法正确的是 质量的水，此时容器内的气体体积为V,压强 A.A→B过程为吸热过程 为Po,现缓慢充气后压强变为4po,不计容器的 B.B→C过程为吸热过程 容积变化。 C.状态A压强比状态B的小 D.状态A内能比状态C的小 5.(2025·陕晋青宁卷)某种卡车轮胎的标准胎 空气 4p 支架 压范围为2.8×10Pa~3.5×10Pa。卡车行驶 水 过程中，一般胎内气体的温度会升高，体积及压 强也会增大。若某一行驶过程中胎内气体压强 p随体积V线性变化如图所示，温度T,为300K LMA7KKK4447 V 时，体积V和压强P1分别为0.528m3、3.0× 图(a) 图(b) 10Pa:当胎内气体温度升高到T2为350K时 (1)设充气过程中气体温度不变，求充入的气 体积增大到V,为0.560m3,气体可视为理想 体在该室温环境下压强为P时的体积； 气体。 (2)打开喷水口阀门，喷出一部分水后关闭阀 +pl(105Pa) 门，容器内气体从状态M变化到状态N, ------------- 其压强p与体积V的变化关系如图(b)中 3.0 实线所示，已知气体在状态N时的体积为 V,压强为P1。求气体在状态N与状态M 0》 0.528 0.560Vm3 时的热力学温度之比； 080 (3)图(b)中虚线MW'是容器内气体在绝热8.（2025·山东卷)如图所示，上端开口，下端封 (既不吸热也不放热)条件下压强p与体 闭的足够长玻璃管竖直固定于调温装置内。 积V的变化关系图线，试判断气体在图 玻璃管导热性能良好，管内横截面积为S,用 (b)中沿实线从M到N的过程是吸热还 轻质活塞封闭一定质量的理想气体。大气压 是放热。（不需要说明理由) 强为P。,活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小 恒为。As,等于最大静摩擦力。用调温 装置对封闭气体缓慢加热，T=330K时，气柱 高度为h1,活塞开始缓慢上升；继续缓慢加热 至T,=440K时停止加热，活塞不再上升；再 缓慢降低气体温度，活塞位置保持不变，直到 降温至T3=400K时，活塞才开始缓慢下降； 温度缓慢降至T,=330K时，保持温度不变， 活塞不再下降。求： 活塞口 温装 LWWW 热点专练4热力学第一定律与理想气体状态 (1)T2=440K时，气柱高度h2; 方程的综合应用 (2)从T,状态到T状态的过程中，封闭气体 7.（2025·四川卷)如图1所示，用活塞将一定质 吸收的净热量Q(扣除放热后净吸收的热 量的理想气体密封在导热汽缸内，活塞稳定在 量)。 a处。将汽缸置于恒温冷水中，如图2所示， 活塞自发从α处缓慢下降并停在b处，然后保 持汽缸不动，用外力将活塞缓慢提升回a处。 不计活塞与汽缸壁之间的摩擦。则() 活塞 冷水 图1 图2 A.活塞从a到b的过程中，汽缸内气体压强 升高 B.活塞从a到b的过程中，汽缸内气体内能 不变 C.活塞从b到a的过程中，汽缸内气体压强 升高 素养等级测评 D.活塞从b到a的过程中，汽缸内气体内能 请同学们认真完成考案（三） 不变服摩擦力做功且最终停止运动时，机械能全部转化为内能)， 内能无法全部转化为机械能而不引起其他变化，故C正确，D 错误。 跟踪训练1：ACD热力学第二定律指明了一切与热现象有关的 宏观自然过程都具有方向性。无论采用任何设备和手段进行 能量转化，根据热机工作原理，热机工作时从高温热库吸热， 部分对外做功，一部分产生热量排出，热机的机械效率总小 于100%，故A正确：火力发电机发电时，能量转化的过程为 内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对 外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，故C正 确；热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助 外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律克 劳修斯表述的主要思想，故D正确；由电流热效应中的焦耳定 律可知，电能可以全部转化为内能，故B错误。 探究点2能源是有限的 要点归纳 1.高品质3.能源 例2：C能量耗散是能量在转化过程中以内能的形式发散到周 围环境中，使得能量品质降低，且耗散在环境中的内能很难被 人类再利用，但能量耗散遵守能量守恒定律，另外，各种形式 的能量在一定条件下向内能转化是能够全额发生的，故A、B、 D正确，C错误。 素养能力提升 例3：D第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背 热力学第二定律，A、B错误：由热力学第一定律可知W≠0， Q≠0，但△U=Q+W可以等于0，C错误；由热力学第二定律 可知选项D中的现象是可能的，但会产生其他影响，D正确。 跟踪训练2：BC汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散 热，既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律；冷水 倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低，违背了热力学 第一定律：热机工作时吸收的热量不可能全部用来对外做功， 而不产生其他影响，显然C选项遵循热力学第一定律，但违背 了热力学第二定律；冰箱的制冷机工作时，可以从箱内低温环 境中提取热量散发到温度较高的室内，是因为有压缩机做功】 既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律。 章末整合素养提升 知识网络构建 WQW+Q><><><形式物体保 持不变能量守恒定律自发单一热库热力学第二定律 能量耗散 高考真题专练 1.A皮球体积变大，气体膨胀，对外界做功，故A正确；太阳曝 晒使气体温度升高，是外界对气体传热（气体吸热），而非气 体向外界传递热量，故B错误；皮球未漏气，分子总数不变，体 积变大，分子的数密度减小，故C错误；温度升高，分子平均动 能增大，但并非每个分子速率都增大，只是“平均”情况，故D 错误。故选A。 .209 2.ACD初始状态活塞受到左侧气体向右的压力和弹簧向左的 弹力处于平衡状态，弹簧处于压缩状态。因活塞密封不严，可 知左侧气体向右侧真空漏出。左侧气体压强变小，右侧出现 气体，对活塞有向左的压力，最终左、右两侧气体压强相等，且 弹簧恢复原长，故A正确；由题知活塞初始时静止在汽缸正中 间，但由于活塞向左移动，左侧气体体积小于右侧气体体积， 则左侧气体质量小于右侧气体质量，故B错误：密闭的汽缸绝 热，与外界没有能量交换，但弹簧弹性势能减少了，可知气体 内能增加，故C正确；初始时气体在左侧，最终气体充满整个 汽缸，则初始左侧单位体积内气体分子数应该是最终左侧的 两倍，故D正确。故选ACD。 3.Cab过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做 功W<0,由盖一吕萨克定律可知T4>T。,即内能增大，△U> 0,根据热力学第一定律△U=Q+W可知αb过程，气体从外 界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内能， A错误；方法一：b→c过程中气体与外界无热量交换，即Q= 0,又由气体体积增大可知W<0,由热力学第一定律△U=Q +W可知气体内能减少。方法二：c→a过程为等温过程，所以 T=T,结合T,>T.分析可知T>T。,所以b到c过程气体的 内能减少，B错误；c→a过程为等温过程，可知T。=T.,△U= 0,根据热力学第一定律可知a→b→c过程，气体从外界吸收 的热量全部用于对外做功，C正确：根据热力学第一定律结合 上述解析可知：a→b→c→a一整个热力学循环过程△U=0,整 个过程气体对外做功，因此由热力学第一定律可得△U=Q -Q-W=0,故a→b过程气体从外界吸收的热量Q不等于 c→a过程放出的热量-Qm,D错误。故选C。 4.ACDA→B过程，体积不变，则W=0,温度升高，则△0>0， 根据热力学第一定律△U=W+Q,可知Q>0,即该过程吸热， 选项A正确：B→C过程，温度不变，则△U=0,体积减小，则 W>0,根据热力学第一定律△U=W+Q,可知Q<0,即该过程 为放热过程，选项B错误；A→B过程，体积不变，温度升高，根 据光-C,可知，压强变大，即状态A压强比状态B压强小，选 项C正确：状态A的温度低于状态C的温度，可知状态A的内 能比状态C的小，选项D正确。故选ACD。 5.(1)3.3×103Pa(2)6.6×10J 解析：(1)气体可视为理想气体， 限据理港气体状态方型兴岩 -pT,=3.3×10Pa 整理代入数据得P=T,Y, (2)p-V图线与y轴围成的面积代表做功的大小，该过程气 体体积增大，则气体对外做功， 可得外界对气体做功为W=-严(5，-y)=-1.008× 2 104J 由热力学第一定律△U=Q+W 代入数据可得△U=6.6×104J。 6.(1)3。(2)业(3)吸热 4po Vo 解析：(1)设充入的气体在该室温环境下压强为P。时的体积 为V,充气过程中气体温度不变，则有PV。+PoV=4po 解得V=3Vo。 (2)容器内气体从状态M变化到状态N,由理想气体的状态 方程可得，。P上 可欲 (3)由p-V图像与横坐标轴所围面积表示气体做功可知，从 M到N的过程对外做功更多，N和N'都是从M状态变化而 来应该相同，可得工，>， 可知从M到N的过程内能降低的更少。 由热力学第一定律△U=Q+W可知，从M到N的过程绝热， 内能降低等于对外做功；从M到N的过程对外做功更多，内 能降低反而更少，则气体必然吸热。 7.D根据题意可知活塞从a到b的过程中，汽缸内气体，温度 降低，则内能减小，体积减小，压强不变，故A、B错误；根据题 意可知活塞从b到α的过程中汽缸内气体温度不变，则内能 不变，体积增大，根据玻意耳定律pV=C可知压强减小，故C 错误，D正确。故选D。 8(1)号，(2)826s 63 解析：(1)活塞开始缓慢上升，由受力平衡PoS+f。=P1S .22 可得封闭的理想气体压强P=2P% T一万升湿过程中，等压影账，由装一吕萨克定件- 解得h:=子A。 (2)T1→T2升温过程中，等压膨胀，外界对气体做功 W=-p (ha h )=_22pohS 63 T2→T3降温过程中，等容变化，外界对气体做功W,=0 活塞受力平衡有poS=f%+P3S 20 解得封闭的理想气体压强P乃=2% T→7，降温过程中，等压压缩，由盖一吕萨克定律_= 解得，= 外界对气体做功W,=n,(h,-h,)S=14h的 63 全程中外界对气体做功甲=取+肠+W,=一85 63 因为T=T4,故封闭的理想气体总内能变化△U=0 利用热力学第一定律△U=W+Q 解得Q=8hS 63 款封阅气保吸收的净然莹0：治、 第四章原子结构和波粒二象性 1.普朗克黑体辐射理论 探究点1黑体与黑体辐射 要点归纳 1.(1)完全吸收不发生反射 2.(1)辐射(2)温度 判断正误 (1)V(2)×(3)V 例1：ABD黑体的热辐射实际上是电磁辐射，故A正确；能够完 全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑 体，故B正确；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的 温度有关，故C错误：黑体辐射的强度与温度有关，温度越高， 黑体辐射的强度越大，随着温度升高，可以辐射出任何频率的 电磁波，故D正确。 探究点2黑体辐射的实验规律 (1)温度(2)增加(3)大(4)短 例2：BCD在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最 大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间，故A错 误，B正确：黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射 的强度越大，辐射强度的极大值越大，故C正确；随着温度的 升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故D 正确。 探究点3能量子 1.(1)整数(2)hw电磁波2.量子化分立 判断正误 (1)V(2)V(3)×(4)V 例：A带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值一一能量 子￡的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的。故选 项A正确，B、C、D错误。 跟踪训练1：C能量量子化假说是由普朗克最早提出来的，故A 错误：根据普朗克能量量子化假说，微观粒子的能量是不连续 的，放B错误；能量子6=加=A片，所以电磁波波长越长，其 能量子越小，故C正确，D错误。故选C。 素养能力提升 例4：(1)EA(2)PA 4ud-he 解析：(1)单个光子的能量ε=hm=hC 光源每秒(t=1s)发出的光子数为n, 则Pt=ne, 0