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【成才之路】2014-2015学年高中物理 第十章 热力学定律章末小结课件 新人教版选修3-3


成才之路 · 物理
人教版 ·选修3-3

路漫漫其修远兮 吾将上下而求索

第十章
热力学定律

第十章
章末小结

1

知识结构

2

规律方法

4

考题

探析

3

触及高考

5

临场练兵

知识结构

规律方法

一、热力学第一定律及其应用 1 .热力学第一定律揭示了内能的增量 (ΔU) 与外界对物体 做功(W)与物体从外界吸热(Q)之间的关系,即ΔU=W+Q,正 确理解公式的意义及符号的含义是解决此类问题的保证。

(1)外界对物体做功,W>0;物体对外界做功,W<0。
(2)物体从外界吸热,Q>0;物体放出热量,Q<0。 (3)ΔU>0,物体的内能增加;ΔU<0,物体的内能减少。

2.注意问题:
(1) 只有绝热过程 Q = 0 , ΔU = W ,用做功可判断内能变 化。 (2)只有在气体体积不变时,W= 0,ΔU=Q,用吸热放热 情况可判断内能的变化。

(3)若物体内能不变,即ΔU=0,则W=-Q,功和热量符
号相反,大小相等。因此判断内能变化问题一定要全面进行考 虑。

( 济南市 2013~ 2014 学年高三模拟 ) 如图所示,
一定质量的理想气体从状态 A 经等压过程到状态 B 。此过程 中,气体压强p=1.0×105Pa,吸收的热量Q=7.0×102J,求此 过程中气体内能的增量。

解析: 本题考查了热力学第一定律和理想气体的内能变 化,解题关键明确气体膨胀过程中,气体对外做功。 VA VB 气体发生等压变化,由 T = T 得 A B 4.0×102 TB -3 -3 3 3 VB=T VA= 2×6.0×10 m =8.0×10 m 3.0×10 A VB>VA,说明气体对外做功,外界对气体做负功。 W =- P(VB - VA) =- 1.0×105×(8.0×10 - 3 - 6.0×10 - 3)J =-2.0×102J

根据热力学第一定律,有 ΔU=Q+W=(7.0×102-2.0×102)J=5.0×102J 此过程中气体内能增加5.0×102J

答案:5.0×102J

二、热力学第二定律及应用
1.热力学第二定律的几种表现形式 (1)热传递具有方向性:两个温度不同的物体接触时,热量 会自发地从高温物体传给低温物体,而低温物体不可能自发地 将热量传给高温物体。要实现低温物体向高温物体传递热量,

必须借助外界的帮助,因而产生其他影响或引起其他变化。
(2)气体的扩散现象具有方向性:两种不同的气体可以自发 地进入对方里面,最后成为均匀的混合气体,但这种均匀的混 合气体,绝不会自发地分开,成为两种不同的气体。

(3)机械能和内能的转化过程具有方向性:物体在地面上运
动,因摩擦而逐渐停下来,但绝不可能出现物体吸收原来传递 出去的热量后,在地面上重新运动起来的现象。 (4)气体向真空膨胀具有方向性:气体可自发地向真空容器 膨胀,但绝不可能出现气体自发地再从容器中流回,使容器变

为真空。
2.热力学第二定律的微观解释 一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进 行,即在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减少。

如图所示,为电冰箱的工作原理示意图,压缩
机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环,在蒸发 器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液 化,放出热量到箱体外。下列说法正确的是( )

A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外 界,是因为其消耗了电能

C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律

解析:热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转 化规律,是能的转化和守恒定律的具体表现,适用于所有的热 学过程,故 C正确, D错误;再根据热力学第二定律,热量不 能自发地从低温物体传到高温物体,必须借助于其他系统做

功,A错误,B正确,故选B、C。
答案:BC

触及高考

内能的改变、做功与热传递在高考中是热点,但难度不会 太大,属于基础题型。热力学第一、第二定律在高考中是一新 兴热点,考查时题型灵活,既可综合考查亦可单独命题,再加

上近几年能源与环境的关系成为社会广泛关注的问题,本章知
识在高考中出现机率变大,应引起我们的足够注视。

考题探析

(2014·江苏物理,12A)一种海浪发电机的气室
如图所示。工作时,活塞随海浪上升或下降,改变气室中空气 的压强,从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭。气室先后 经历吸入、压缩和排出空气的过程,推动出气口处的装置发 电。气室中的空气可视为理想气体。

(1)下列对理想气体的理解,正确的有________。 A.理想气体实际上并不存在,只是一种理想模型 B.只要气体压强不是很高就可视为理想气体 C.一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关

D.在任何温度、任何压强下,理想气体都遵循气体实验
定律

(2)压缩过程中,两个阀门均关闭。若此过程中,气室中的
气体与外界无热量交换,内能增加了3.4×104J,则该气体的分 子平均动能 ________(选填“增大”、“减小”或“不变” ), 活塞对该气体所做的功 ________( 选填“大于”、“小于”或 “等于”)3.4×104J。

(3) 上述过程中,气体刚被压缩时的温度为 27℃,体积为
0.224m3 ,压强为 1个标准大气压。已知 1mol 气体在 1 个标准大 气 压 、 0℃ 时 的 体 积 为 22.4L , 阿 伏 加 德 罗 常 数 NA = 6.02×1023mol - 1 。计算此时气室中气体的分子数。 ( 计算结果 保留一位有效数字)

解析:(1)理想气体是一种理想的模型,实际并不存在,但 实际气体在温度不太高,压强不太大时都可视为理想气体,故 选项A正确,B错误;理想气体的内能仅与温度有关,选项C错 误;理想气体遵循气体实验定律,选项D正确。

(2)气体内能增加,温度升高,分子的平均动能将增大;由
热力学第一定律W+Q=ΔE知, W=ΔE=3.4×104J。

V V1 (3)设气体在标准状态时的体积为 V1,等压过程T= T1 V1 VT1 气体物质的量 n= ,且分子数 N=nNA,解得 N= N V0 V0T A 代入数据得 N≈5×1024(或 N≈6×1024)

答案:(1)AD

(2)增大

等于

(3)5×1024(或 6×1024)

临场练兵

1.(2014·新课标全国卷Ⅰ,33)一定量的理想气体从状态
a开始,经历三个过程 ab、 bc 、 ca回到原状态,其 p - T图像如 图所示,下列判断正确的是________。

A.过程ab中气体一定吸热 B.过程bc中气体既不吸热也不放热 C.过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热 D.a、b和c三个状态中,状态a分子的平均动能最小

E.b和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气
体分子撞击的次数不同 答案:ADE

解析:本题综合考查气体的状态变化和热力学第一定律。 从 a→b 为等容变化、温度升高、内能增大,不做功,所以要 吸热,A 对,过程 bc 为等温膨胀,要吸热,B 不正确。ca 过 程为等压降温,体积减小,外界对气体做功,而内能减小,所 以要放热,但 W≠Q,C 错。温度是平均动能的标志,Ta<Tb 2 =Tc, D 正确。 由 p= nEk 可知, 由于 pb>pc 3 E 对。 Ek 相等所以 nb>nc,

2.(2014·山东理综,37)如图,内壁光滑、导热良好的气
缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体。当环境温度升高时, 缸内气体________。(双选,填正确答案标号)

A.内能增加
B.对外做功 C.压强增大 D.分子间的引力和斥力都增大

答案:AB 解析:气体的内能只与温度有关,温度升高,内能增大, 选项 A正确;气体体积增大,对外做功,选项 B 正确;气体的

压强不变,选项 C 错误;理想气体不考虑分子间的引力和斥
力,选项D错误。

3.(2014·重庆理综,10)
(1)重庆出租车常以天然气作为燃料。加气站储气罐中天然 气的温度随气温升高的过程中,若储气罐内气体体积及质量均 不变,则罐内气体(可视为理想气体)( A.压强增大,内能减小 )

B.吸收热量,内能增大
C.压强减小,分子平均动能增大 D.对外做功,分子平均动能减小

(2) 如图为一种减震垫,上面布满 了圆柱状薄膜气泡,每个气泡内充满 体积为 V0 ,压强为 p0 的气体,当平板 状物品平放在气泡上时,气泡被压

缩。若气泡内气体可视为理想气体,
其温度保持不变,当体积压缩到 V 时 气泡与物品接触面的面积为S,求此时

每个气泡内气体对接触面处薄膜的压
力。

V0 答案:(1)B (2) V p0S 解析:(1)温度升高,内能增大,压强增大,气体运动的平

均动能增大,故选项 A、C 错误,B 正确;由于体积不变,气 体并不对外做功,选项 D 错误。 (2)应用玻意耳定律和压强公式可求得结论。 设压力为 F,压缩后气体压强为 p。 由 p0V0=pV 和 F=pS V0 得 F= V p0S


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