第三章+章末提升　熱力學定律（課件）新教材高中物理選擇性必修第三冊同步導學案（粵教版）++

熱力學定律素養(yǎng)提能章末檢測卷(三)素養(yǎng)1

物理觀念——熱力學定律熱力學第一定律熱力學第二定律定律揭示的問題它從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內能改變量三者的定量關系它指出自然界中出現(xiàn)的宏觀過程是有方向性的機械能和內能的轉化當摩擦力做功時，機械能可以全部轉化為內能內能不可能在不引起其他變化的情況下完全變成機械能熱力學第一定律熱力學第二定律熱量的傳遞熱量可以從高溫物體自發(fā)地傳向低溫物體說明熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體表述形式只有一種表述形式有多種表述形式兩定律的關系在熱力學中，兩者既相互獨立，又互為補充，共同構成了熱力學知識的理論基礎2.能量守恒定律的應用(1)不同形式的能量之間可以相互轉化①自然界中能量存在的形式：物體運動具有機械能、分子運動具有內能、電荷的運動具有電能、原子核內部的運動具有原子能等，可見，在自然界中不同的能量形式與不同的運動形式相對應。②不同形式的能量之間的轉化：摩擦生熱是通過克服摩擦力做功，將機械能轉化為內能；水壺中的水沸騰時水蒸氣對壺蓋做功將壺蓋頂起，表明內能轉化為機械能；電流通過電熱絲做功可將電能轉化為內能等。這些實例說明了不同形式的能量之間可以相互轉化，且這一轉化過程是通過做功來完成的。(2)應用能量守恒定律解題的步驟①認清有多少種形式的能(例如動能、勢能、內能、電能、化學能、光能等)在相互轉化。②分別寫出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達式。③根據下列兩種思路列出能量守恒方程：ΔE減＝ΔE增a．某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。b．某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量與增加量一定相等。④列方程，代入數(shù)據，計算結果。角度1熱力學定律[典例1]關于熱力學定律，下列說法正確的是(

)A．機械能可以全部轉化為內能，內能也可以全部用來做功轉化成機械能B．第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，隨著科技的進步和發(fā)展，第二類永動機可以制造出來C．凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體D．不可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣解析]

根據熱力學第二定律可知，機械能可能全部轉化為內能，內能也可以全部用來做功轉化成機械能，但會引起其他變化，故A正確；第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，但違背熱力學第二定律，第二類永動機不可能制造出來，故B錯誤；凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量能自發(fā)從高溫物體傳遞給低溫物體，不能自發(fā)從低溫物體傳遞給高溫物體，但在引起其他變化的情況下，可以從低溫物體傳遞給高溫物體，故C錯誤；根據熱力學第二定律可知，可以從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)楣?，但會引起其他變化，故D錯誤。[答案]

A[素養(yǎng)提升]

(1)自然界中一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，都是不可逆的。(2)理解的關鍵是“自發(fā)地”和“不引起其他變化”。(3)第一類永動機不能制成的原因是違背能量守恒定律，第二類永動機不能制成的原因是違背熱力學第二定律。角度2能量守恒定律[典例2]如圖，一個木塊放在光滑的水平面上，一子彈射入木塊中(未穿出)，射入深度為d，平均阻力為f，在兩物體達到共速時，木塊的位移為s，則下列說法正確的是(

)A．子彈損失的動能為fdB．子彈對木塊所做的功為f(s＋d)C．整個過程中產生的內能為fdD．整個過程中系統(tǒng)的總動能損失為f(s＋d)[解析]

選地面為參考系，則對于子彈而言，利用動能定理得－f(s＋d)＝ΔEk彈，故子彈損失的動能為f(s＋d)，故A錯誤；對于木塊而言，木塊對地位移為s，子彈對木塊做的功為fs，故B錯誤；整個過程中摩擦產生的熱量即系統(tǒng)產生的內能為摩擦力與木塊和子彈的相對位移的乘積，即fd，故C正確；整個過程中系統(tǒng)的總動能損失轉化為因摩擦產生的熱，即fd，故D錯誤。[答案]

C[素養(yǎng)提升]

(1)自然界存在著多種不同形式的運動，每種運動對應著一種形式的能量。如機械運動對應機械能；分子熱運動對應內能；電磁運動對應電磁能。

(2)不同形式的能量之間可以相互轉化。摩擦可以將機械能轉化為內能；熾熱電燈發(fā)光可以將電能轉化為光能。

(3)能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律。

(4)熱力學第一定律、機械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現(xiàn)。(5)能量守恒定律適用于任何物理現(xiàn)象和物理過程。

(6)能量守恒定律的重要意義第一，能量守恒定律是支配整個自然界運動、發(fā)展、變化的普遍規(guī)律，學習這個定律，從能量形式的多樣化及其相互聯(lián)系、互相轉化的事實出發(fā)去認識物質世界的多樣性及其普遍聯(lián)系，并切實樹立能量既不會憑空產生，也不會憑空消失的觀點，作為以后學習和生產實踐中處理一切實際問題的基本指導思想之一。第二，宣告了第一類永動機的失敗。素養(yǎng)2

科學思維——分子力曲線和分子勢能曲線的比較和應用分子力隨分子間距離的變化圖像與分子勢能隨分子間距離的變化圖像非常相似，但卻有著本質的區(qū)別?，F(xiàn)比較如下表：

曲線項目

分子力曲線分子勢能曲線圖像

曲線項目分子力曲線分子勢能曲線坐標軸縱坐標表示分子力，橫坐標表示分子間距離縱坐標表示分子勢能，橫坐標表示分子間距離

曲線項目分子力曲線分子勢能曲線圖像的意義橫軸上方的虛線表示斥力；下方的虛線表示引力。分子力為引力與斥力的合力橫軸上方的曲線表示分子勢能為正值；下方的曲線表示分子勢能為負值，且正值一定大于負值分子距離r＝r0時分子力為零分子勢能最小，但不為零[典例3]

(多選)甲、乙兩圖分別表示兩個分子之間分子力和分子勢能隨分子間距離變化的圖像。由圖像判斷以下說法中正確的是

(

)A．當分子間距離為r0時，分子力和分子勢能均最小且為零B．當分子間距離r>r0時，分子力隨分子間距離的增大而增大C．當分子間距離r>r0時，分子勢能隨分子間距離的增大而增加D．當分子間距離r<r0時，分子間距離逐漸減小，分子力和分子勢能都逐漸增加[解析]

由題圖可知，當分子間距離為r0時，分子力和分子勢能均達到最小，但此時分子力為零，而分子勢能不為零，是一負值，A錯誤；當分子間距離r>r0時，分子力隨分子間距離的增大先增大后減小，此時分子力做負功，分子勢能增加，B錯誤，C正確；當分子間距離r<r0時，分子間距離逐漸減小，分子力逐漸增大，而此過程中分子力做負功，分子勢能增加，D正確。[答案]

CD[素養(yǎng)提升]

(1)當r＝r0時，分子力為零，分子勢能最小，為負值。(2)功能關系：分子力做功是分子勢能變化的量度，分子力做正功，分子勢能減少；分子力做負功，分子勢能增加。素養(yǎng)3

科學思維——熱力學定律與氣體實驗定律的綜合分析氣體實驗定律和熱力學第一定律的結合點是溫度和體積。注意三種特殊過程的特點：(1)等溫過程：內能不變，ΔU＝0。(2)等容過程：體積不變，W＝0。(3)絕熱過程：Q＝0。[典例4]如圖所示，倒懸的導熱氣缸中封閉著一定質量的理想氣體，輕質活塞可無摩擦地上下移動，活塞的橫截面積為S，活塞的下面吊著一個重為G的物體，大氣壓強恒為p0，起初環(huán)境的熱力學溫度為T0時，活塞到氣缸底面的距離為L。當環(huán)境溫度逐漸升高，導致活塞緩慢下降，該過程中活塞下降了0.1L，氣缸中的氣體吸收的熱量為Q。求：(1)氣缸內部氣體內能的增量ΔU；(2)最終的環(huán)境溫度T。[答案]

(1)Q－0.1p0SL＋0.1LG

(2)1.1T0[典例5]一定質量的理想氣體，狀態(tài)從A→B→C→D→A的變化過程可用如圖所示的p-V圖線描述，其中D→A為等溫線，氣體在狀態(tài)A時溫度為TA＝300K。(1)求氣體在狀態(tài)C時溫度TC。(2)若氣體在A→B過程中吸熱1000J，則在A→B過程中氣體內能如何變化？變化了多少？[解析]

(1)D→A為等溫線，則TD＝TA＝300K，對C到D過程，由蓋-呂薩克定律得＝所以TC＝375K。(2)A到B過程壓強不變