第三章 热力学定律（复习课件）物理人教版选择性必修第三册

第三章 热力学定律 人教版（2019）选择性必修 第三册 单元复习 单元学习目标 理解热力学第一定律的内容、表达式及各物理量的正负规定，能运用定律分析和解决理想气体状态变化中的内能变化问题。 掌握热力学第一定律与气体实验定律的综合应用，能结合气体等温、等容、等压过程的特点，分析内能、做功与吸放热的关系。 理解能量守恒定律的普遍意义，能运用能量守恒定律分析热现象中的能量转化与转移问题。 理解热力学第二定律的两种表述，能判断宏观热现象的方向性，了解第二类永动机不可能制成的原因。 单元学习目标 了解熵的概念与熵增加原理，能从宏观和微观角度理解自然过程的方向性。 理解热力学定律在生活、生产中的应用，能结合实例分析热机效率、制冷循环等相关问题。 1. 本章思维导图 2. 各节知识清单 3. 题型剖析及针对训练 4. 课堂巩固 5. 课堂总结 学习内容 一、本章思维导图 第三章 热力学定律 本章思维导图 第三章 热力学定律 二、各节知识清单 第三章 热力学定律 第1节 功、热和内能的改变 第1节 功、热和内能的改变 第1节 功、热和内能的改变 第1节 功、热和内能的改变 第1节 功、热和内能的改变 第2、3节 热力学第一定律 能量守恒定律 第2、3节 热力学第一定律 能量守恒定律 第2、3节 热力学第一定律 能量守恒定律 第2、3节 热力学第一定律 能量守恒定律 第2、3节 热力学第一定律 能量守恒定律 第2、3节 热力学第一定律 能量守恒定律 第2、3节 热力学第一定律 能量守恒定律 第4节 热力学第二定律 第4节 热力学第二定律 第4节 热力学第二定律 第4节 热力学第二定律 三、题型剖析及针对训练 第三章 热力学定律 题型一：热力学第一定律与能量守恒定律 1.热力学第一定律的理解 (1)内能的变化常用热力学第一定律进行分析。 (2)做功情况看气体的体积:体积增大，气体对外做功，W为负;体积缩小，外界对气体做功，W为正。 (3)与外界绝热，则不发生传热，此时Q＝0。 (4)如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。 题型一：热力学第一定律与能量守恒定律 2.三种特殊情况 过程 含义 内能变化 物理意义 绝热 Q＝0 ΔU＝W 外界对物体做的功等于物体内能的增加量 等容 W＝0 ΔU＝Q 物体吸收的热量等于物体内能的增加量 等温 ΔU＝0 W＝－Q 外界对物体做的功，等于物体放出的热量 题型一：热力学第一定律与能量守恒定律 【例1】(2024·北京卷，3)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变。在上浮过程中气泡内气体(　　) A.内能变大 B.压强变大 C.体积不变 D.从水中吸热 题型一：热力学第一定律与能量守恒定律 【解析】气泡内气体在恒温水槽中缓慢上浮过程如图所示，设气泡上浮到某位置处距水槽水面的高度为h，则该位置处气泡内气体压强p＝p0＋ρgh，其中p0为外界大气压、ρ为水的密度，g为重力加速度，可知上浮过程中气泡内气体压强变小，又恒温水槽温度不变，由玻意耳定律pV＝C(C为常量)可知，上浮过程中气泡内气体体积变大，B、C错误;由于温度是分子平均动能的标志，则气泡在恒温水槽内上浮过程中，气泡内气体分子平均动能不变，又气体分子个数不变，气泡内气体为理想气体，则上浮过程中气泡内气体内能不变，即ΔU＝0，气体体积变大，外界对气体做负功，即W<0，结合热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q>0，即上浮过程中气泡内气体从水中吸热，A错误，D正确。 题型一：热力学第一定律与能量守恒定律 【变式训练1】(多选)(2024·河北卷，9)如图，水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与汽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，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后(　 　) A.弹簧恢复至自然长度 B.活塞两侧气体质量相等 C.与初始时相比，汽缸内气体的内能增加 D.与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子 数减少 题型一：热力学第一定律与能量守恒定律 【解析】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，左侧气体向右侧真空逸散，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，故弹簧恢复原长，A正确;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，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，由能量守恒定律可知气体内能增加，C正确;初始时气体在左侧，最终气体充满整个汽缸，则左侧单位体积内气体分子数减少，D正确。 题型二：热力学第二定律 1.对热力学第二定律关键词的理解 (1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。 (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程。 (3)热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 题型二：热力学第二定律 2.热力学过程的方向性分析 题型二：热力学第二定律 题型二：热力学第二定律 题型二：热力学第二定律 题型二：热力学第二定律 题型二：热力学第二定律 题型二：热力学第二定律 题型三：热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 解决热力学定律与气体实验定律综合问题的一般思路 题型三：热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 题型三：热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 题型三：热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 题型三：热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 题型三：热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 题型三：热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 题型四：热力学第一定律与气体状态变化图像的综合应用 1.在某一过程中，气体的p、V、T的变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程＝C分析。 2.气体的做功情况、内能变化及吸、放热关系可由热力学第一定律分析。 (1)由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功。 (2)由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小。 题型四：热力学第一定律与气体状态变化图像的综合应用 题型四：热力学第一定律与气体状态变化图像的综合应用 题型四：热力学第一定律与气体状态变化图像的综合应用 题型四：热力学第一定律与气体状态变化图像的综合应用 题型四：热力学第一定律与气体状态变化图像的综合应用 题型四：热力学第一定律与气体状态变化图像的综合应用 四、课堂巩固 第三章 热力学定律 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 四、课堂巩固 五、课堂总结 第三章 热力学定律 五、课堂总结 你是否理解热力学第一定律的表达式，能正确判断做功、热传递对内能变化的影响？ 你是否掌握热力学第一定律中各物理量（W、Q、ΔU）的正负号规定，并能应用定律解决实际问题？ 你是否理解能量守恒定律的内容，能分析机械能、内能、化学能等不同形式能量间的转化与守恒？ 你是否了解第一类永动机的概念，并能解释其无法制成的根本原因？ 你是否理解热力学第二定律的两种表述（克劳修斯表述、开尔文表述）及其物理意义？ 你是否能区分宏观热现象中的自发过程与非自发过程，理解热现象的方向性？ 五、课堂总结 你是否了解第二类永动机的概念，并能解释其无法制成的原因？ 你是否理解熵的概念与熵增加原理，能用熵的观点分析宏观热现象的方向性？ 你是否能结合热力学定律，分析常见热现象（如热传递、气体做功、热机效率）中的能量变化与过程方向？ 你是否理解热力学定律对认识自然和利用能源的指导意义？ (1)高温物体低温物体 (2)功热 (3)气体体积V1(较小)气体体积V2(较大) (4)不同气体A和B混合气体AB $