2019-2020学年高中物理 第十章 热力学定律 章末优化总结课件 新人教版选修3-3

章末优化总结核心素养规律归纳热点素养聚焦章末综合检测[核心素养规律归纳]核心素养构建物理观念：功、热传递、有序、无序、微观态、宏观态、能量耗散、新能源科学思维：(1)热力学第一定律(2)热力学第二定律(3)能量守恒定律(4)熵增加原理科学探究：探究做功与内能变化的关系、探究热机的工作原理和效率规律总结归纳一、热力学第一定律1．功和内能：ΔU＝W(能量的转化)2．热和内能：ΔU＝Q(内能的转移)3．做功和热传递在改变内能方面是等效的4．热力学第一定律：ΔU＝W＋Q(注意符号法则)5．第一类永动机不可制成，违背了能量守恒定律二、热力学第二定律1．克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体2．开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量使之完全变成功，而不产生其他影响3．微观解释：一切自然过程总是沿分子热运动无序性增大的方向进行4．熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立的系统总熵不会减小5．第二类永动机不能制成的原因：违背了热力学第二定律三、能源与可持续性发展能量耗散：一切能量最终要转化成不可回收的能量环境污染：温室效应、酸雨、光化学烟雾开发新能源：太阳能、生物质能、风能、水能等[热点素养聚焦]热点素养1热力学第一定律及其应用1．表达式：ΔU＝Q＋W.2．ΔU、Q、W的正负问题凡是能使物体内能增加的，取正号，如内能增加，ΔU为正．外界对物体做功，W取正号．外界向物体传递热量，Q取正号，反之取负号．3．两个标志对于气体要抓住体积V变化是做功的标志(一般情况下，V变大，气体对外界做功，W＜0，反之，外界对气体做功，W＞0)；对于理想气体要抓住温度T变化是内能变化的标志(T升高，内能增加ΔU＞0，反之，内能减少ΔU＜0)．4．注意的问题热力学第一定律中的功是指能够转化为内能的那一部分功，如汽车在牵引力作用下前进，这个牵引力做的功对汽车内能的改变没有任何影响，它只能改变汽车动能的大小，而汽车克服摩擦力所做的功使得汽车的内能增大．[典例1]如图所示，一定质量的理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时，从外界吸收热量420J，同时膨胀对外做功300J．当气体从状态B经过程Ⅱ回到状态A时，外界压缩气体做功200J，求此过程气体吸收或放出的热量是多少．[思路点拨]解答该题应把握热力学第一定律及各量的符号．[解析]气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时，从外界吸收的热量Q1大于气体膨胀对外做的功W1，气体内能增加，由热力学第一定律，气体内能增加量为ΔU＝Q1＋W1＝420J＋(－300J)＝120J.气体由状态B经过程Ⅱ回到状态A时，气体内能将减少120J，而此过程中外界又压缩气体做了W2＝200J的功，因而气体必向外界放热，放出的热量为Q2＝－ΔU－W2＝－120J－200J＝－320J.[答案]放出热量320J(1)理想气体无分子势能．(2)气体体积增大，对外界做功；体积减小，外界对气体做功．(3)绝热过程Q＝0.1.如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中．设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小，空气一定()A．从外界吸热B．内能增大C．向外界放热D．内能减小解析：水温恒定，即空气分子动能不变；不计分子间相互作用，即分子势能不变，由此可知空气内能不变．筒内空气体积减小，说明外界对空气做功，根据热力学第一定律知空气放出热量．正确选项为C.答案：C热点素养2热力学第二定律及其应用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，使容器变为真空的情况．2．热力学第二定律的微观解释一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，即在任何自发过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．[典例2]如图所示将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散到整杯水中，呈均匀分布．试说明这个过程中熵的变化．[思路点拨]从热力学第二定律的微观角度解释，从有序性、无序性进行分析．[解析]一滴红墨水和一杯清水这两个系统是比较有序的，也可以说无序程度较小，即熵值较小．当把这两个系统混合后，随着红墨水扩散的进行，系统内这种宏观状态的无序程度增强，所以系统的熵值增大．[答案]见解析在任何自发过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．2.(多选)根据热力学定律，下列说法正确的是()A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量等于向室外放出的热量解析：热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，如电冰箱要消耗电能，A对；空调机工作过程中，电流做功产生热，所以向室外放热多，从室内吸热少，B对，D错；单一热源的热机违反了热力学第二定律，C错．答案：AB