资源简介

章末核心素养提升
一、热力学第一定律的综合应用
1.热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W。
2.符号法则
(1)外界对物体做功，则W为正；物体对外界做功，则W为负。
(2)物体从外界吸热，则Q为正；物体向外界放热，则Q为负。
(3)物体内能增加，ΔU为正；物体内能减少，ΔU为负。
3.三个物理量正负的判断方法
(1)外界对气体做功W的正负的判断：对于气体一般要看体积如何变化，体积变大，对外做功，W为负；体积变小，外界对气体做功，W为正。
提示：气体向真空扩散，尽管体积变大，但并不对外做功。
(2)在热传递过程中热量Q的正负的判断：物体温度低于外界环境温度，物体吸热，Q为正；物体温度高于外界环境温度，物体放热，Q为负。
(3)内能变化情况的判断：对于理想气体要抓住温度变化是内能变化的标志，温度升高，内能增加，ΔU为正；温度降低，内能减少，ΔU为负。
4.利用＝C或图像分析参量，并利用热力学第一定律分析求解。
例1 (2023·1月浙江选考，17)某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S＝100 cm2、质量m＝1 kg 的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA＝300 K、活塞与容器底的距离h0＝30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d＝3 cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度Tc＝363 K 的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU＝158 J。取大气压p0＝0.99×105 Pa，求气体：
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(1)在状态B的温度；
(2)在状态C的压强；
(3)由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练1 (多选)(2023·山东卷，9)一定质量的理想气体，初始温度为300 K，压强为1×105 Pa，经等容过程，该气体吸收400 J的热量后温度上升100 K；若经等压过程，需要吸收600 J的热量才能使气体温度上升100 K。下列说法正确的是(　　)
A.初始状态下，气体的体积为6 L
B.等压过程中，气体对外做功400 J
C.等压过程中，气体体积增加了原体积的
D.两个过程中，气体的内能增加量都为400 J
训练2 (2022·福建卷)带有活塞的气缸内封闭一定质量的理想气体，气体开始处于a状态，然后经过a→b→c状态变化过程到达c状态。在V－T图中变化过程如图所示。
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(1)气体从a状态经过a→b到达b状态的过程中压强________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)气体从b状态经过b→c到达c状态的过程要________(填“吸收”或“放出”)热量。
二、热力学第二定律的理解与应用
1.热力学第二定律的两种表述
(1)按照热传递的方向性表述为：不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。
(2)按照功热转化的方向性表述为：不可能从单一热源吸收热量，使之全部用来做功而不引起其他变化。这是热力学第二定律的开尔文表述。
2.热力学第二定律的微观意义
(1)与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序性增大的方向进行。
(2)用熵来表示热力学第二定律：在孤立系统中的宏观过程必然朝着熵增加的方向进行。
例2 如图，某厂家声称所生产的空气能热水器能将热量从空气吸收到储水箱。下列说法中正确的是(　　)
A.热量可以自发地从大气传递到储水箱内
B.空气能热水器的工作原理违反了能量守恒定律
C.空气能热水器的工作原理违反了热力学第二定律
D.空气能热水器能够不断地把空气中的热量传到水箱内，但必须消耗电能
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练3 (2024·广东珠海市10月联考)礼花喷射器原理如图，通过扣动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中，罐内气体(　　)
A.分子冲向纸管是分子做热运动
B.分子冲向纸管后能全部自发回到罐内
C.通过做功方式改变自身的内能
D.分子冲向纸管过程中速率均变大
章末核心素养提升
知识网络构建
吸收　转化　转移　越有序　越无序　增大　熵增加　品质
核心素养提升
例1 (1)330 K　(2)1.1×105 Pa　(3)188 J
解析　(1)气体由状态A变化到状态B的过程中，封闭气体的压强不变，则有＝
解得TB＝TA＝330 K。
(2)从状态A到状态B的过程中，活塞缓慢上升，则
pBS＝p0S＋mg
解得pB＝1×105 Pa
根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，气体的体积不变，则有
＝
解得pC＝pB＝1.1×105 Pa。
(3)根据题意可知，从状态A到状态C的过程中气体对外做功为W0＝pBSd＝30 J
外界对气体做功W＝－W0
由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W
解得Q＝ΔU－W＝188 J。
训练1 AD　[设理想气体的初始状态的压强、体积和温度分别为p1＝p0，V1＝V0，T1＝300 K，经等容过程有V2＝V1＝V0，T2＝400 K，若经过等压过程有p3＝p0，T3＝400 K，由理想气体状态方程可得＝＝，解得p2＝p0，V3＝V0，即体积增加了原来的，C错误；等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W＝400 J，等容或等压过程的初末温度相同，即内能变化相同，因此内能增加量都为400 J，D正确；等压过程内能增加了400 J，吸收热量为600 J，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知W＝－200 J，即气体对外做功为200 J，B错误；由W＝pΔV得气体做功的大小为W＝p0＝200 J，解得V0＝6 L，A正确。]
训练2 (1)增大　(2)放出　[(1)由V－T图像可知，气体从a状态经过a→b到达b状态的过程中，气体的体积保持不变，温度升高，根据＝C可知气体的压强增大。
(2)由V－T图像可知，气体从b状态经过b→c到达c状态的过程，气体的温度保持不变，则气体的内能保持不变；气体的体积减小，则外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体对外放出热量。]
例2 D　[该热水器将空气中的能量转移到热水中的能量，符合能量守恒定律，但是热量不可能自发地从低温物体转移到高温物体，实质上在产生热水的过程中，必须消耗电能才能实现， 因此也符合热力学第二定律。故A、B、C错误，D正确。]
训练3 C　[扣动气阀释放压缩气罐内气体产生冲击，气体分子冲向纸管不是分子做热运动的结果，而是气流的定向移动引起的，且分子冲向纸管过程中速率并未均变大，故A、D错误；根据热力学第二定律可知，分子冲向纸管后不可能全部自发回到罐内，故B错误；在喷出礼花彩条的过程中，罐内的压缩空气对礼花彩条做功，空气的内能转化为礼花彩条的机械能，故C正确。](共20张PPT)
章末核心素养提升
第3章 热力学定律
目 录
CONTENTS
知识网络构建
01
核心素养提升
02
知识网络构建
1
吸收
转化
转移
越有序
越无序
增大
熵增加
品质
核心素养提升
2
一、热力学第一定律的综合应用
1.热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W。
2.符号法则
(1)外界对物体做功，则W为正；物体对外界做功，则W为负。
(2)物体从外界吸热，则Q为正；物体向外界放热，则Q为负。
(3)物体内能增加，ΔU为正；物体内能减少，ΔU为负。
3.三个物理量正负的判断方法
(1)外界对气体做功W的正负的判断：对于气体一般要看体积如何变化，体积变大，对外做功，W为负；体积变小，外界对气体做功，W为正。
提示：气体向真空扩散，尽管体积变大，但并不对外做功。
(2)在热传递过程中热量Q的正负的判断：物体温度低于外界环境温度，物体吸热，Q为正；物体温度高于外界环境温度，物体放热，Q为负。
(3)内能变化情况的判断：对于理想气体要抓住温度变化是内能变化的标志，温度升高，内能增加，ΔU为正；温度降低，内能减少，ΔU为负。
例1 (2023·1月浙江选考，17)某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S＝100 cm2、质量m＝1 kg 的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA＝300 K、活塞与容器底的距离h0＝30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d＝3 cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动,气体被继续加热至温度Tc＝363 K 的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU＝158 J。取大气压p0＝0.99×105 Pa，求气体：
(1)在状态B的温度；
(2)在状态C的压强；
(3)由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。
解析　(1)气体由状态A变化到状态B的过程中，封闭气体的压强不变，
(2)从状态A到状态B的过程中，活塞缓慢上升，则
pBS＝p0S＋mg
解得pB＝1×105 Pa
(3)根据题意可知，从状态A到状态C的过程中气体对外做功为W0＝pBSd＝30 J
外界对气体做功W＝－W0
由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W
解得Q＝ΔU－W＝188 J。
答案　(1)330 K　(2)1.1×105 Pa　(3)188 J
AD
训练1 (多选)(2023·山东卷，9)一定质量的理想气体，初始温度为300 K，压强为1×105 Pa，经等容过程，该气体吸收400 J的热量后温度上升100 K；若经等压过程，需要吸收600 J的热量才能使气体温度上升100 K。下列说法正确的是(　　)
训练2 (2022·福建卷)带有活塞的气缸内封闭一定质量的理想气体，气体开始处于a状态，然后经过a→b→c状态变化过程到达c状态。在V－T图中变化过程如图所示。
(1)气体从a状态经过a→b到达b状态的过程中压强
________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)气体从b状态经过b→c到达c状态的过程要________
(填“吸收”或“放出”)热量。
答案　(1)增大　(2)放出
二、热力学第二定律的理解与应用
1.热力学第二定律的两种表述
(1)按照热传递的方向性表述为：不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。
(2)按照功热转化的方向性表述为：不可能从单一热源吸收热量，使之全部用来做功而不引起其他变化。这是热力学第二定律的开尔文表述。
2.热力学第二定律的微观意义
(1)与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序性增大的方向进行。
(2)用熵来表示热力学第二定律：在孤立系统中的宏观过程必然朝着熵增加的方向进行。
D
例2 如图，某厂家声称所生产的空气能热水器能将热量从空气吸收到储水箱。下列说法中正确的是(　　)
A.热量可以自发地从大气传递到储水
箱内
B.空气能热水器的工作原理违反了能量
守恒定律
C.空气能热水器的工作原理违反了热力
学第二定律
D.空气能热水器能够不断地把空气中的热量传到水箱内，但必须消耗电能
解析　该热水器将空气中的能量转移到热水中的能量，符合能量守恒定律，但是热量不可能自发地从低温物体转移到高温物体，实质上在产生热水的过程中，必须消耗电能才能实现， 因此也符合热力学第二定律。故A、B、C错误，D正确。
C
训练3 (2024·广东珠海市10月联考)礼花喷射器原理如图，通过扣动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中，罐内气体(　　)
A.分子冲向纸管是分子做热运动
B.分子冲向纸管后能全部自发回到罐内
C.通过做功方式改变自身的内能
D.分子冲向纸管过程中速率均变大
解析　扣动气阀释放压缩气罐内气体产生冲击，气体分子冲向纸管不是分子做热运动的结果，而是气流的定向移动引起的，且分子冲向纸管过程中速率并未均变大，故A、D错误；根据热力学第二定律可知，分子冲向纸管后不可能全部自发回到罐内，故B错误；在喷出礼花彩条的过程中，罐内的压缩空气对礼花彩条做功，空气的内能转化为礼花彩条的机械能，故C正确。

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