資源簡介

章末核心素養提升
一、熱力學第一定律的綜合應用
1.熱力學第一定律的表達式：ΔU＝Q＋W。
2.符號法則
(1)外界對物體做功，則W為正；物體對外界做功，則W為負。
(2)物體從外界吸熱，則Q為正；物體向外界放熱，則Q為負。
(3)物體內能增加，ΔU為正；物體內能減少，ΔU為負。
3.三個物理量正負的判斷方法
(1)外界對氣體做功W的正負的判斷：對于氣體一般要看體積如何變化，體積變大，對外做功，W為負；體積變小，外界對氣體做功，W為正。
提示：氣體向真空擴散，盡管體積變大，但并不對外做功。
(2)在熱傳遞過程中熱量Q的正負的判斷：物體溫度低于外界環境溫度，物體吸熱，Q為正；物體溫度高于外界環境溫度，物體放熱，Q為負。
(3)內能變化情況的判斷：對于理想氣體要抓住溫度變化是內能變化的標志，溫度升高，內能增加，ΔU為正；溫度降低，內能減少，ΔU為負。
4.利用＝C或圖像分析參量，并利用熱力學第一定律分析求解。
例1 (2023·1月浙江選考，17)某探究小組設計了一個報警裝置，其原理如圖所示。在豎直放置的圓柱形容器內用面積S＝100 cm2、質量m＝1 kg 的活塞密封一定質量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動。開始時氣體處于溫度TA＝300 K、活塞與容器底的距離h0＝30 cm的狀態A。環境溫度升高時容器內氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3 cm恰好到達容器內的卡口處，此時氣體達到狀態B。活塞保持不動，氣體被繼續加熱至溫度Tc＝363 K 的狀態C時觸動報警器。從狀態A到狀態C的過程中氣體內能增加了ΔU＝158 J。取大氣壓p0＝0.99×105 Pa，求氣體：
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(1)在狀態B的溫度；
(2)在狀態C的壓強；
(3)由狀態A到狀態C過程中從外界吸收熱量Q。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
訓練1 (多選)(2023·山東卷，9)一定質量的理想氣體，初始溫度為300 K，壓強為1×105 Pa，經等容過程，該氣體吸收400 J的熱量后溫度上升100 K；若經等壓過程，需要吸收600 J的熱量才能使氣體溫度上升100 K。下列說法正確的是(　　)
A.初始狀態下，氣體的體積為6 L
B.等壓過程中，氣體對外做功400 J
C.等壓過程中，氣體體積增加了原體積的
D.兩個過程中，氣體的內能增加量都為400 J
訓練2 (2022·福建卷)帶有活塞的氣缸內封閉一定質量的理想氣體，氣體開始處于a狀態，然后經過a→b→c狀態變化過程到達c狀態。在V－T圖中變化過程如圖所示。
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(1)氣體從a狀態經過a→b到達b狀態的過程中壓強________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(2)氣體從b狀態經過b→c到達c狀態的過程要________(填“吸收”或“放出”)熱量。
二、熱力學第二定律的理解與應用
1.熱力學第二定律的兩種表述
(1)按照熱傳遞的方向性表述為：不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。這是熱力學第二定律的克勞修斯表述。
(2)按照功熱轉化的方向性表述為：不可能從單一熱源吸收熱量，使之全部用來做功而不引起其他變化。這是熱力學第二定律的開爾文表述。
2.熱力學第二定律的微觀意義
(1)與熱現象有關的自然發生的宏觀過程總是沿著大量分子熱運動無序性增大的方向進行。
(2)用熵來表示熱力學第二定律：在孤立系統中的宏觀過程必然朝著熵增加的方向進行。
例2 如圖，某廠家聲稱所生產的空氣能熱水器能將熱量從空氣吸收到儲水箱。下列說法中正確的是(　　)
A.熱量可以自發地從大氣傳遞到儲水箱內
B.空氣能熱水器的工作原理違反了能量守恒定律
C.空氣能熱水器的工作原理違反了熱力學第二定律
D.空氣能熱水器能夠不斷地把空氣中的熱量傳到水箱內，但必須消耗電能
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
訓練3 (2024·廣東珠海市10月聯考)禮花噴射器原理如圖，通過扣動氣閥可釋放壓縮氣罐內氣體產生沖擊，將紙管里填充的禮花彩條噴向高處，營造氣氛。在噴出禮花彩條的過程中，罐內氣體(　　)
A.分子沖向紙管是分子做熱運動
B.分子沖向紙管后能全部自發回到罐內
C.通過做功方式改變自身的內能
D.分子沖向紙管過程中速率均變大
章末核心素養提升
知識網絡構建
吸收　轉化　轉移　越有序　越無序　增大　熵增加　品質
核心素養提升
例1 (1)330 K　(2)1.1×105 Pa　(3)188 J
解析　(1)氣體由狀態A變化到狀態B的過程中，封閉氣體的壓強不變，則有＝
解得TB＝TA＝330 K。
(2)從狀態A到狀態B的過程中，活塞緩慢上升，則
pBS＝p0S＋mg
解得pB＝1×105 Pa
根據題意可知，氣體由狀態B變化到狀態C的過程中，氣體的體積不變，則有
＝
解得pC＝pB＝1.1×105 Pa。
(3)根據題意可知，從狀態A到狀態C的過程中氣體對外做功為W0＝pBSd＝30 J
外界對氣體做功W＝－W0
由熱力學第一定律有ΔU＝Q＋W
解得Q＝ΔU－W＝188 J。
訓練1 AD　[設理想氣體的初始狀態的壓強、體積和溫度分別為p1＝p0，V1＝V0，T1＝300 K，經等容過程有V2＝V1＝V0，T2＝400 K，若經過等壓過程有p3＝p0，T3＝400 K，由理想氣體狀態方程可得＝＝，解得p2＝p0，V3＝V0，即體積增加了原來的，C錯誤；等容過程中氣體做功為零，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W＝400 J，等容或等壓過程的初末溫度相同，即內能變化相同，因此內能增加量都為400 J，D正確；等壓過程內能增加了400 J，吸收熱量為600 J，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知W＝－200 J，即氣體對外做功為200 J，B錯誤；由W＝pΔV得氣體做功的大小為W＝p0＝200 J，解得V0＝6 L，A正確。]
訓練2 (1)增大　(2)放出　[(1)由V－T圖像可知，氣體從a狀態經過a→b到達b狀態的過程中，氣體的體積保持不變，溫度升高，根據＝C可知氣體的壓強增大。
(2)由V－T圖像可知，氣體從b狀態經過b→c到達c狀態的過程，氣體的溫度保持不變，則氣體的內能保持不變；氣體的體積減小，則外界對氣體做正功，根據熱力學第一定律可知，氣體對外放出熱量。]
例2 D　[該熱水器將空氣中的能量轉移到熱水中的能量，符合能量守恒定律，但是熱量不可能自發地從低溫物體轉移到高溫物體，實質上在產生熱水的過程中，必須消耗電能才能實現， 因此也符合熱力學第二定律。故A、B、C錯誤，D正確。]
訓練3 C　[扣動氣閥釋放壓縮氣罐內氣體產生沖擊，氣體分子沖向紙管不是分子做熱運動的結果，而是氣流的定向移動引起的，且分子沖向紙管過程中速率并未均變大，故A、D錯誤；根據熱力學第二定律可知，分子沖向紙管后不可能全部自發回到罐內，故B錯誤；在噴出禮花彩條的過程中，罐內的壓縮空氣對禮花彩條做功，空氣的內能轉化為禮花彩條的機械能，故C正確。](共20張PPT)
章末核心素養提升
第3章 熱力學定律
目 錄
CONTENTS
知識網絡構建
01
核心素養提升
02
知識網絡構建
1
吸收
轉化
轉移
越有序
越無序
增大
熵增加
品質
核心素養提升
2
一、熱力學第一定律的綜合應用
1.熱力學第一定律的表達式：ΔU＝Q＋W。
2.符號法則
(1)外界對物體做功，則W為正；物體對外界做功，則W為負。
(2)物體從外界吸熱，則Q為正；物體向外界放熱，則Q為負。
(3)物體內能增加，ΔU為正；物體內能減少，ΔU為負。
3.三個物理量正負的判斷方法
(1)外界對氣體做功W的正負的判斷：對于氣體一般要看體積如何變化，體積變大，對外做功，W為負；體積變小，外界對氣體做功，W為正。
提示：氣體向真空擴散，盡管體積變大，但并不對外做功。
(2)在熱傳遞過程中熱量Q的正負的判斷：物體溫度低于外界環境溫度，物體吸熱，Q為正；物體溫度高于外界環境溫度，物體放熱，Q為負。
(3)內能變化情況的判斷：對于理想氣體要抓住溫度變化是內能變化的標志，溫度升高，內能增加，ΔU為正；溫度降低，內能減少，ΔU為負。
例1 (2023·1月浙江選考，17)某探究小組設計了一個報警裝置，其原理如圖所示。在豎直放置的圓柱形容器內用面積S＝100 cm2、質量m＝1 kg 的活塞密封一定質量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動。開始時氣體處于溫度TA＝300 K、活塞與容器底的距離h0＝30 cm的狀態A。環境溫度升高時容器內氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3 cm恰好到達容器內的卡口處，此時氣體達到狀態B。活塞保持不動,氣體被繼續加熱至溫度Tc＝363 K 的狀態C時觸動報警器。從狀態A到狀態C的過程中氣體內能增加了ΔU＝158 J。取大氣壓p0＝0.99×105 Pa，求氣體：
(1)在狀態B的溫度；
(2)在狀態C的壓強；
(3)由狀態A到狀態C過程中從外界吸收熱量Q。
解析　(1)氣體由狀態A變化到狀態B的過程中，封閉氣體的壓強不變，
(2)從狀態A到狀態B的過程中，活塞緩慢上升，則
pBS＝p0S＋mg
解得pB＝1×105 Pa
(3)根據題意可知，從狀態A到狀態C的過程中氣體對外做功為W0＝pBSd＝30 J
外界對氣體做功W＝－W0
由熱力學第一定律有ΔU＝Q＋W
解得Q＝ΔU－W＝188 J。
答案　(1)330 K　(2)1.1×105 Pa　(3)188 J
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訓練1 (多選)(2023·山東卷，9)一定質量的理想氣體，初始溫度為300 K，壓強為1×105 Pa，經等容過程，該氣體吸收400 J的熱量后溫度上升100 K；若經等壓過程，需要吸收600 J的熱量才能使氣體溫度上升100 K。下列說法正確的是(　　)
訓練2 (2022·福建卷)帶有活塞的氣缸內封閉一定質量的理想氣體，氣體開始處于a狀態，然后經過a→b→c狀態變化過程到達c狀態。在V－T圖中變化過程如圖所示。
(1)氣體從a狀態經過a→b到達b狀態的過程中壓強
________(填“增大”“減小”或“不變”)。
(2)氣體從b狀態經過b→c到達c狀態的過程要________
(填“吸收”或“放出”)熱量。
答案　(1)增大　(2)放出
二、熱力學第二定律的理解與應用
1.熱力學第二定律的兩種表述
(1)按照熱傳遞的方向性表述為：不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。這是熱力學第二定律的克勞修斯表述。
(2)按照功熱轉化的方向性表述為：不可能從單一熱源吸收熱量，使之全部用來做功而不引起其他變化。這是熱力學第二定律的開爾文表述。
2.熱力學第二定律的微觀意義
(1)與熱現象有關的自然發生的宏觀過程總是沿著大量分子熱運動無序性增大的方向進行。
(2)用熵來表示熱力學第二定律：在孤立系統中的宏觀過程必然朝著熵增加的方向進行。
D
例2 如圖，某廠家聲稱所生產的空氣能熱水器能將熱量從空氣吸收到儲水箱。下列說法中正確的是(　　)
A.熱量可以自發地從大氣傳遞到儲水
箱內
B.空氣能熱水器的工作原理違反了能量
守恒定律
C.空氣能熱水器的工作原理違反了熱力
學第二定律
D.空氣能熱水器能夠不斷地把空氣中的熱量傳到水箱內，但必須消耗電能
解析　該熱水器將空氣中的能量轉移到熱水中的能量，符合能量守恒定律，但是熱量不可能自發地從低溫物體轉移到高溫物體，實質上在產生熱水的過程中，必須消耗電能才能實現， 因此也符合熱力學第二定律。故A、B、C錯誤，D正確。
C
訓練3 (2024·廣東珠海市10月聯考)禮花噴射器原理如圖，通過扣動氣閥可釋放壓縮氣罐內氣體產生沖擊，將紙管里填充的禮花彩條噴向高處，營造氣氛。在噴出禮花彩條的過程中，罐內氣體(　　)
A.分子沖向紙管是分子做熱運動
B.分子沖向紙管后能全部自發回到罐內
C.通過做功方式改變自身的內能
D.分子沖向紙管過程中速率均變大
解析　扣動氣閥釋放壓縮氣罐內氣體產生沖擊，氣體分子沖向紙管不是分子做熱運動的結果，而是氣流的定向移動引起的，且分子沖向紙管過程中速率并未均變大，故A、D錯誤；根據熱力學第二定律可知，分子沖向紙管后不可能全部自發回到罐內，故B錯誤；在噴出禮花彩條的過程中，罐內的壓縮空氣對禮花彩條做功，空氣的內能轉化為禮花彩條的機械能，故C正確。

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