新教材2024年高中物理第3章热力学定律章末综合提升教师用书粤教版选择性必修第三册

第3章热力学定律主题1热力学第肯定律与能量守恒热力学第肯定律是能量守恒定律在热学中的详细表现形式．它给出了做功和热传递在变更物体内能上是等价的．热力学第肯定律揭示了内能的增量(ΔU)与外界对物体做的功(W)和物体从外界汲取的热量(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本类问题的关键．(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；物体向外界放热，Q＜0．(3)ΔU＞0，物体的内能增加；ΔU＜0，物体的内能削减．解题思路：分析题干，确定变更内能的方式(W、Q)→推断W、Q的符号→代入公式ΔU＝W＋Q→得出结论eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(ΔU＞0，则内能增加|ΔU|，,ΔU＜0，则内能削减|ΔU|.))留意的问题：(1)只有绝热过程时Q＝0，ΔU＝W，用做功可推断内能的变更．(2)只有在气体体积不变时，W＝0，ΔU＝Q，用吸热、放热状况可推断内能的变更．(3)若物体内能不变，即ΔU＝0，W和Q不肯定等于零，而是W＋Q＝0，功和热量符号相反，大小相等，因此推断内能变更问题肯定要全面考虑．(4)对于气体，做功W的正负一般要看体积变更，气体体积缩小，W＞0；气体体积增加，W＜0．【典例1】如图所示的圆柱形容器内用活塞密封肯定质量的气体，已知容器横截面积为S．活塞重力为G，大气压强为p0．若活塞固定，密封气体温度上升1℃，需汲取的热量为Q1；若活塞不固定，且可无摩擦滑动，仍使密封气体温度上升1℃，需汲取的热量为Q2．问：Q1和Q2哪个大些？气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会不同？[解析]设密闭气体温度上升1℃，内能的增量为ΔU，则有ΔU＝Q1，ΔU＝Q2＋W，因气体体积膨胀，W＜0，故Q1<Q2，由此可见，质量相等的同种气体，在定容和定压两种不同状况下，尽管温度变更相同，但汲取的热量不同，所以同种气体在定容下的比热容与在定压下的比热容是不同的．[答案]Q1＜Q2见解析应用热力学定律和能量守恒解题时的步骤：1．认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化．2．分别写出削减的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．3．列出能量守恒方程：ΔE减＝ΔE增．主题2热力学其次定律及其应用1．热力学其次定律的两种表述(1)依据热传递的方向性表述为：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．这是热力学其次定律的克劳修斯表述．(2)依据机械能与内能转化的方向性表述为：不行能从单一热库汲取热量，使之完全变胜利，而不产生其他影响．这是热力学其次定律的开尔文表述．2．热力学其次定律的微观意义(1)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．(2)用熵来表示热力学其次定律：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．3．分析问题的方法(1)热力学其次定律的本质是对宏观自然过程进行方向的说明．(2)凡是对这种宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学其次定律的表述．(3)对热力学其次定律的各种表述都是等效的．【典例2】(多选)依据热力学定律，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，从室内汲取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，从室内汲取的热量等于向室外放出的热量AB[热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变更，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其次定律，C错．]在应用热力学其次定律解决问题时，关键要留意以下两点：1．在热力学其次定律的表述中，对“自发地”“不引起其他变更”的含义的理解是解题的关键之一．“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性．在传递过程中不会对其他物体产生影响或不须要借助其他物体供应能量等．“不引起其他变更”的含义是使热量从低温物体传递到高温物体或从单一热源汲取热量全部用来做功，必需通过第三者的帮助，这里的帮助是指供应能量等方式，否则是不行能