2019-2020学年高中物理 阶段核心素养提升10课件 新人教版选修3-3

第十章热力学定律阶段核心素养提升1核心素养脉络构建2核心素养整合提升3实战演练触及高考核心素养脉络构建核心素养整合提升一、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，W0；物体对外界做功，W0。(2)物体从外界吸热，Q0；物体放出热量，Q0。(3)ΔU0，物体的内能增加；ΔU0，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。(2018·江苏省盐城中学高二下学期检测)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。(1)该循环过程中，下列说法正确的是_______。A．A→B过程中，外界对气体做功B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化典例1C(2)该循环过程中，内能减小的过程是____________(选填“A→B”、“B→C”、“C→D”或“D→A”)。若气体在A→B过程中吸收63kJ的热量，在C→D过程中放出38kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为____________kJ。解析：(1)A→B体积增大，气体对外做功，A错误；B→C体积增大，气体对外做功，W0，Q＝0，由热力学第一定律，ΔU＝W＋Q知内能减小，温度降低，分子平均动能减小，B错误；C→D，T不变，V减小，p增大，C正确；D→A，V减小，外界对气体做功，W0，Q＝0，ΔU0，T增大，气体分子平均速率增大，D错误。(2)由(1)可知，B→C过程内能减小。经过一个循环，ΔU＝0，所以对外做功W＝(63－38)kJ＝25kJ。B→C25二、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。(多选)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()典例2BCA．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。实战演练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。(2018·全国Ⅰ，33)如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体，下列说法正确的是()A．过程①中气体的压强逐渐减小B．过程②中气体对外界做正功C．过程④中气体从外界吸收了热量D．状态c、d的内能相等E．状态d的压强比状态b的压强小例题BDE一、高考真题探析解析：A错：过程①中，气体由a到b，体积V不变、T升高，则压强增大。B对：过程②中，气体由b到c，体积V变大，对外界做功。C错：过程④中，气体由d到e，温度T降低，内能ΔU减小，体积V不变，气体不做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得Q0，即气体放出热量。D对：状态c、d温度相同，所以内能相同。E对：由b到c的过程，作过状态b、c的等压线，分析可得pbpc，由c到d的过程，温度不变，VcVd，所以pcpd，所以pbpcpd。1．(2019·全国卷Ⅰ，33)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度_________(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度_________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。低于二、临场真题练兵大于解析：由于初始时封闭在容器中的空气的压强大于外界压强，容器和活塞绝热性能良好，容器中空气与外界没有热量交换，容器中的空气推动活塞对外做功，由热力学第一定律可知，空气内能减小。根据理想气体内能只与温度有关可知，活塞缓慢移动后容器中空气的温度降低，即容器中的空气温度低于外界温度。因压强与气体温度和分子的密集程度有关，当容器中的空气压强与外界压强相同时，容器中空气温度小于外界空气温度，故容器中空气的密度大于外界空气密度。2．(2018·全国卷Ⅲ，33)如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p－V图中从a到b的直线所示。在此过程中()A．气体温度一直降低B．气体内能一直增加C．气体一直对外做功D．气体一直从外界吸热E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功BCD解析：A错：在p－V图中理想气体的等温线是双曲线的一支，而且离坐标轴越远温度越高，故从a到b温度升高。B对：一定质量的理想气体的内能由温度决定，温度越高，内能越大。C对：气体体积膨胀，对外做功。D对：根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得Q＝ΔU－W，由于ΔU＞0、W＜0，故Q＞0，气体吸热。E错：由Q＝ΔU－W可知，气体吸收的热量一部分用来对外做功，一部分用来增加气体的内能。3．(2018·江苏卷，12A)如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0×105Pa，经历A→B→C→A的过程，整个过程中对外界放出61.4J热量。求该气体在A→B过程中对外界所做的功。答案：138.6J解析：整个过程中，外界对气体做功W＝WAB＋WCA，且WCA＝pA(VC－VA)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得WAB＝－(Q＋WCA)代入数据得WAB＝－138.6J，即气体对外界做的功为138.6J。4．(2019·江苏卷，13)如题图所示，一定质量理想气体经历A→B的等压过程，B→C的绝热过程(气体与外界无热量交换)，其中B→C过程中内能减少900J。求A→B→C过程中气体对外界做的总功。答案：1500J解析：A→B过程W1＝－p(VB－BA)B→C过程，根据热力学第一定律W2＝ΔU则对外界做的总功W＝－(W1＋W2)代入数据得W＝1500J