高中 物理 必修第三册 第三章 热力学定律《章末整合提升》教学设计

eq\a\vs4\al(章末整合提升)素养1热力学第一定律和图像的结合【例1】一定质量的理想气体，经历从a→b→c→a的状态变化过程，其p－V图像如图所示，Ta＝250K，从a→b过程气体对外界做功为100J。(1)气体在状态b、c时的温度分别为多少？(2)气体从b状态到c状态外界对气体做功多少，气体内能改变了多少？[解析](1)气体从a→b过程发生的是等压变化，则eq\f(V0,Ta)＝eq\f(3V0,Tb)，解得Tb＝750K气体从c→a过程发生的是等容变化，则eq\f(3p0,Tc)＝eq\f(p0,Ta)，解得Tc＝750K。(2)从a→b过程气体对外界做功W0＝p0·(3V0－V0)＝2p0·V0＝100J。气体从b→c的状态变化过程中，外界对气体做功为W＝eq\x\to(p)ΔV＝200J，因为b、c两状态等温，所以内能不变。[答案](1)750K750K(2)200J内能不变素养2热力学第一定律和气体实验定律的结合【例2】某课外兴趣小组用试管制作温度计，把上端A封闭，下端B开口的玻璃管插入水中，放掉适当的空气后放手，让玻璃管竖直地浮在水中，A端露出水面，如图所示，室温为T0时，水面上方的空气柱长度为x0，水面下方空气柱长度为h，室温升高至Tx时，水面以上空气柱长度变为x。已知空气柱横截面积为S，大气压强为p0，水的密度为ρ，重力加速度为g，试管足够长且保持竖直。(1)求Tx。(2)已知升温过程中气体内能增加了ΔU，求气体吸收的热量Q。[解析](1)气体在升温过程中做等压变化，初态，V1＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x0＋h))S，T1＝T0，末态，V2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x＋h))S，T2＝Tx，根据盖­吕萨克定律可得eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)，解得Tx＝eq\f(x＋h,x0＋h)T0。(2)温度升高，气体膨胀对外做功，则有W＝pΔV＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0＋ρgh))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x－x0))S，则外界对气体做功为－W，根据热力学第一定律可得气体吸收的热量Q＝ΔU＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0＋ρgh))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x－x0))S。[答案](1)eq\f(x＋h,x0＋h)T0(2)ΔU＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0＋ρgh))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x－x0))S素养3热力学第二定律热力学第二定律的表述(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)用熵表述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。【例3】(多选)根据热力学第二定律可知，下列说法正确的是()A．不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化B．没有冷凝器，只有单一的热库，能将从单一热库吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机是可以实现的C．制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中，而不引起其他变化D．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化[解析]热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须借助外界的帮助，即会引起其他变化，A正确，B错误