最新人教版高中物理选修3-3第十章《热力学定律》

第十章热力学定律
知识建构
专题应用
专题一做功与热传递的区别与联系
做功和热传递是改变物体内能的两种方式，它们在改变物体的内能上是等效的，但它们的本质不同。

做功是其他形式的能和内能之间的转化，热传递则是物体间内能的转移。

理解时应注意以下两点：
(1)存在温度差是发生热传递的必要条件，热量是物体热传递过程中物体内能的改变量，热量与物体内能的多少、温度的高低无关。

(2)机械能是描述物体机械运动状态的量，而内能是描述物体内部状态的量。

两者没有直接关系，但可以相互转化。

【专题训练1】在下述现象中没有做功而使物体内能改变的是()。

A．电流通过电炉而使温度升高
B．在阳光照射下，水的温度升高
C．铁锤打铁块，使铁块温度升高
D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快
题后反思：由于做功和热传递在改变物体内能上是等效的，所以如果物体内能发生变化，除非事先知道，否则无法断定是通过哪种方式(做功还是热传递)实现的。

专题二热力学第一定律的理解与应用
1．表达式：ΔU＝Q＋W。

2．ΔU、Q、W的正负问题
凡有利于物体内能增大的，取正号，如内能增加ΔU为正，外界对物体做功W取正号，外界给物体传递热量Q取正号，反之取负号。

3．综合问题
要理解内能概念记住影响内能大小的因素，对于气体要抓住体积变化是做功的标志(V变大，对外做功，反之对内做功)，对于理想气体要抓住温度变化是内能变化的标志(T升高，内能变大，反之，内能减小)。

【专题训练2】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，不计空气分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小()。

A．从外界吸热B．内能增大C．向外界放热D．内能减小
专题三能量守恒定律的应用
1．能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在能的转化或转移过程中其总量不变。

能量守恒定律是自然界普遍适用的规律，不同形式的能可以相互转化。

2．应用能量守恒定律解题的方法和步骤
(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)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。

(3)根据下列两种思路列出能量守恒方程：
ΔE减＝ΔE增
①某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。

②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量与增加量一定相等。

(4)解方程，代入数据，计算结果。

【专题训练3】如图所示，两个完全相同的金属球A和B，其中A球放在不导热的水平面上，B球用不导热的细线悬挂起来，现供给两球相同的热量，它们的温度分别升高了Δt A、Δt B，则()。

A．Δt A>Δt B B．Δt A<Δt B
C．Δt A=Δt B D．Δt A、Δt B无法比较
真题放送
1．(2011·江苏单科)(1)如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。

轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。

离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。

下列说法中正确的是()。

A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
(2)如图所示，内壁光滑的汽缸水平放置，一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内，外界大气压强为p0。

现对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2.则在此过程中，气体分子平均动能_______________(选填“增大”“不变”或“减小”)，气体内能变化了_______________。

2．(2011·全国Ⅰ理综)关于一定量的气体，下列叙述中正确的是()。

A．气体吸收的热量可以完全转化为功B．气体体积增大时，其内能一定减少C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加D．外界对气体做功，气体内能可能减少3．(2010·全国Ⅱ理综)如图，一绝热容器被隔板K隔开成A、B两部分。

已知A内有一定量的稀薄气体，B内为真空。

抽开隔板K后，A内气体进入B，最终达到平衡状态。

在此过程中()。

A．气体对外界做功，内能减少B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度降低D．气体压强变小，温度不变
4．(2010·福建理综)(1)1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律，后来有许多实验验证了这一规律。

若以横坐标v表示分子速率，纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比。

下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是______。

(填选项前的字母)
(2)如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞。

今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小。

若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体______。

(填选项前的字母)
A．温度升高，压强增大，内能减少B．温度降低，压强增大，内能减少
C．温度升高，压强增大，内能增加D．温度降低，压强减小，内能增加
答案：专题应用
专题训练1BD点拨：理解透彻做功与热传递的本质是解答此类题的关键。

解析：电流通过电炉做功使电能转化为内能；在阳光照射下，水温升高是靠太阳的热辐射来升温的；铁锤打铁块是做功过程；室内放上冰块是通过热传递的方式来改变室温的。

专题训练2C点拨：由于不计气体分子间的相互作用，所以可将筒内空气视为理想气体。

解析：由热力学第一定律，ΔE＝W＋Q可知，气体内能的变化取决于外界对气体做的功及气体与外界间的热传递两个方面，本题中，金属筒向下压时，外界对筒内的气体做正功，由于筒缓慢向下压，筒内气体有足够的时间与外界发生热传递，这就能保证气体内能不变，
由热力学第一定律可知，气体一定向外界放出热量。

专题训练3 B 点拨：搞清楚两球由于热膨胀对其重心位置的影响是正确处理本题的关键。

解析：两球受热后体积都要增大，A 球因为放在不导热的水平面上，受热膨胀后，重心升高，重力做负功，根据能量转化和守恒定律可知，A 球吸收的热量一部分转化成自身的内能，使温度升高，另一部分需要克服重力做功，使重力势能增加；对于B 球，同样要受热膨胀，膨胀时重心下降，重力做正功，同样由能量转化和守恒定律可知，B 球吸收的热量和重力做的功都要转化成自身的内能，从而使温度升高，由以上分析可知，B 球增加的内能要比A 球多，B 球的温度升高得多，所以有Δt A <Δt B 。

真题放送
1．解析：(1)转轮转动，机械能增加，必须从外界吸收能量，A 、B 项错误；转动叶片从水中吸收能量，水温降低，C 项错误；叶片吸收的热量一部分转化为机械能，选项D 正确。

(2)气体的温度最终升高，分子平均动能增大，内能增大，由热力学第一定律ΔU ＝Q ＋W ，由于气体对外做功，故W ＝－p 0(V 2－V 1)，所以ΔU ＝Q －p 0(V 2－V 1)。

答案：(1)D (2)增大 Q －p 0(V 2－V 1)
2．AD 根据热力学第二定律可知，气体吸收的热量可以完全转化为功，但一定要引起其他的变化，选项A 正确；根据热力学第一定律可知，选项B 、C 错误；根据热力学第一定律可知，若外界对气体做功的同时气体放热，则气体的内能可能减少，选项D 正确。

3．BD 由于B 内为真空，容器绝热，所以A 内气体进入B 时不做功，且内能不变，温度不变，选项B 正确，A 、C 错误；根据气体压强微观解释可知，气体等温膨胀，则压强变小，选项D 正确。

4．解析：(1)分子的速率分布遵循“中间多、两头少”的统计规律，即分子平均速率附近的分子最多，与平均速率差距越大的分子越少，所以选项D 正确。

(2)由于气体密闭在绝热容器中，所以Q ＝0，体积减小，则外界对气体做功，W >0，由
热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q >0，所以气体内能增加，温度升高。

由理想气体状态方程pV T
＝C 可以判断压强增大，选项C 正确。

答案：(1)D (2)C。