高中物理第十章热力学定律教案新人教版选修33.docx

1、高中物理第十章热力学定律教案新人教版选修33第十章热力学定律目录第十章热力学定律 1 功和内能 热和内能 1考点一、功和内能关系的理解 2考点二、热和内能 4 热力学第一定律能量守恒定律 8考点一、热力学第一定律 8二、能量守恒定律 10考点三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用 12 热力学第二定律 16考点一、宏观过程的方向性 16考点二、热力学第二定律的两种表述和热机 18 热力学第二定律的微观解释 能源和可持续发展 22考点一、热力学第二定律的微观意义 22考点二、熵 24考点三、能源和可持续发展 25 专题提升 28第十章热力学定律 功和内能 热和内能目标定位1.知道做功可以改变

2、物体的内能.2.知道热传递与内能变化的关系.3.知道热传递和做功对改变物体内能的等效结果考点一、功和内能关系的理解1内能(1)微观：所有分子的动能和势能之和(2)宏观：只依赖于热力学系统自身状态的物理量(3)状态量2功和内能变化的关系做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的量度，在绝热过程中：(1)外界对系统做功，系统内能增加，即UU2U1W；(2)系统对外界做功，系统内能减少，即WU.3内能与机械能的区别和联系(1)区别：内能与机械能是两个不同的概念(2)联系：在一定条件下可以相互转化，且总量保持不变例1如图1所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气，以E

3、甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中()图1AE甲不变，E乙减小 BE甲不变，E乙增大CE甲增大，E乙不变 DE甲增大，E乙减小答案D解析本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决了做功的情况，对甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大，对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能就减小，故D选项正确借题发挥(1)压缩气体，外界对气体做功，内能增大，温度升高，柴油机就是利用这个原理点火的(2)在绝热过程中，末态内能大于初态内能时，U为正，W为正，外界对系统做功末态内能小于初

4、态内能时，U为负，W为负，系统对外界做功例2下列关于系统的内能的说法正确的是()A系统的内能是由系统的状态决定的B分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的C做功可以改变系统的内能，但单纯地对系统传热不能改变系统的内能D气体在大气中绝热膨胀时对外做了功，但气体的内能不变答案AB解析系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，A对；正因为内能是由系统的状态决定的，所以分子动理论中引入的内能和热力学中引入的内能是一致的，B对；做功和热传递都可以改变系统的内能，C错；气体绝热膨胀时对外界做了功，又因为与外界没有热交换，所以系统的内能要减小，故D错题组一做功

5、与内能的变化1用下述方法改变物体的内能，属于做功的方式是()A用锤子打铁时，铁块发热B用磨刀石磨刀时，刀发热C双手互搓，手发热D用天然气烧水答案ABC解析A、B、C中的过程都是力对系统(铁块、刀、手)做功，内能增加和温度升高的过程而D中用天然气烧水则是通过热传导和热对流来实现水温升高的2在给自行车轮胎打气时，会发现胎内空气温度升高，这是因为()A胎内气体压强不断增大，而容积不变B轮胎从外界吸热C外界空气温度本来就高于胎内气体温度D打气时，外界不断地对胎内气体做功答案D解析给自行车轮胎打气，人对胎内气体做功，气体内能增加，所以温度升高3一定质量的气体封闭在绝热的汽缸内，当用活塞压缩气体时，一定增

6、大的物理量有(不计气体分子势能)()A气体体积 B气体分子密度C气体内能 D气体分子的平均动能答案BCD解析绝热过程外力对系统做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增加4如图1所示为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中()图1A外界对气体做功，气体内能增大B外界对气体做功，气体内能减小C气体对外界做功，气体内能增大D气体对外界做功，气体内能减小答案A解析因为M、N内被封气体体积减小，所以外界对气体做功，又因气体与外界没有热交换即绝热过程，所以UW，且U0，气体内能增加，A正确5如图2所示，绝

7、热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空现将隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡，在此过程中()图2A气体对外界做功，温度降低，内能减少B气体对外界做功，温度不变，内能不变C气体不做功，温度不变，内能不变D气体不做功，温度不变，内能减少答案C解析气体向真空膨胀，不做功；此为绝热容器，无热传递，Q0.6在下述各种现象中，不是由做功引起系统温度变化的是()A在阳光照射下，水的温度升高B用铁锤不断锤打铅块，铅块温度会升高C在炉火上烧水，水的温度升高D电视机工作一段时间，其内部元件温度升高答案AC解析阳光照射下水温升高是热辐射使水的温度升高，在炉火上烧水是热传导和对流使水的温度升高，用铁锤

8、锤打铅块的过程，是做功的过程，铅块温度升高，是由于外界做功引起的电视机工作时，电流通过各元件，电流做功使其温度升高可见A、C不是由做功引起温度变化的，故选A、C.7一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中()A外界对气体做功，气体分子的平均动能增加B外界对气体做功，气体分子的平均动能减少C气体对外界做功，气体分子的平均动能增加D气体对外界做功，气体分子的平均动能减少答案D解析绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，气体对外界做功W0.由UU2U1W可知，气体内能减小由于气体分子间的势能忽略，故气体分子的平均动能减少考点二、热和内能1传

9、热和内能变化的关系系统在单纯传热过程中，内能的增量U等于外界向系统传递的热量Q，即UQ.2区分三组概念(1)内能与热量：内能是状态量，可以说系统具有多少内能而不能说传递多少内能；热量是过程量，不能说系统具有多少热量，只能说传递了多少热量(2)热量与温度热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标志虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是能量，不是温度(3)热量与功热量和功，都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量与一定量的功相当，功是能量变化的量度，但它们之间有着本质的区别例3一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当

10、它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则()A从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量B在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能减少量不等于铁块内能的增加量C达到热平衡时，铜块的温度TD达到热平衡时，两者的温度相等答案AD解析一个系统在热交换的过程中，如果不与外界发生热交换，温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸收的热量，直到温度相等，不再发生热交换为止，而热量是热传递过程中内能的变化量，所以选项A、D都正确，选项B错误；根据热平衡方程c铜m(T1T)c铁m(TT2)，解得T，由此可知选项C是错误的例4若对物体做1 200 J的功，可使物体温度升高3

11、，改用传热的方式，使物体温度同样升高3 ，那么物体应吸收_ J的热量，如果对该物体做3 000 J的功，物体的温度升高5 ，表明该过程中，物体应_(填“吸收”或“放出”)热量_ J.答案1 200放出1 000解析做功和传热在改变物体内能上是等效的，因此物体用做功方式使温度升高3 ，如用吸热方式，也使温度升高3 应吸收1 200 J的热量如对物体做功3 000 J，温度升高5 ，而物体温度升高5 ，需要的功或热量应为E.1 200 Jcm3 ，Ecm5 ，所以E2 000 J.QEW1 000 J，因此物体应放出1 000 J的热量题组二传热与内能的变化1下列关于内能与热量的说法中，正确的是(

12、)A马铃薯所含热量高B内能越大的物体热量也越多C热量自发地从内能大的物体流向内能小的物体D热量自发地从温度高的物体流向温度低的物体答案D解析选项A是一种很常见的说法，但从物理学的角度来看，却有不妥，热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，选项A错；说法B与说法A存在相同的错误，此外，物体的内能与热量之间，在数量上没有必然联系，选项B错；两物体之间热量的流向只与它们的温度有关，与它们的内能无关，选项C错2在一个完全真空的绝热容器中放入两个物体，它们之间没有发生热传递，这是因为()A两物体没有接触B两物体的温度相同C真空容器不能发生热对流D两物体具有相同的内能答案B解析发生热传递的条

13、件是有温度差，而与物体内能的多少、是否接触周围的环境(是否真空)无关，故选项B正确，A、C、D错误题组三综合应用1如图3所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度处，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高到同一值，两球膨胀后，体积相等，则()图3AA球吸收的热量较多BB球吸收的热量较多C两球吸收的热量一样多D无法确定答案B解析A、B两球升高同样的温度，体积变化又相同，则二者内能的变化相同，而B球是处在水银中的，B球膨胀时受到的压力大，对外做功多，因此B球吸收热量较多一些2在外界不做功的情况下，物体

14、的内能增加了50 J，下列说法中正确的是()A一定是物体放出了50 J的热量B一定是物体吸收了50 J的热量C一定是物体分子动能增加了50 JD物体的分子平均动能可能不变答案BD解析在外界不做功的情况下，内能的改变量等于传递的热量，内能增加，一定是吸收了相等能量的热量，故A错，B对；物体内能包括所有分子的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50 J并不一定是分子动能增加了50 J物体的分子平均动能有可能不变，这时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能3如图4所示的容器中，A、B中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，A、B的底部由带

15、阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热打开阀门前，A中水面比B中水面高，打开阀门后，A中的水逐渐向B中流，最后达到同一高度，在这个过程中()图4A大气压力对水做功，水的内能增加B水克服大气压力做功，水的内能减少C大气压力对水不做功，水的内能不变D大气压力对水不做功，水的内能增加答案D解析打开阀门K稳定后，容器A、B中的水面相平，相当于图中画斜线部分的水从A移到B，这部分水的重力势能减少了，即重力对水做了功，同时大气压力对A容器中的水做正功为p0SAhA，对B容器中的水做负功为p0SBhB，因为两部分水的体积相等，所以大气压力对水做的总功为零由于容器绝热，系统与外界之间没有热交换，而重力对系统做正

16、功，故水的内能增加4某同学做了一个小实验；先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图5所示这是因为烧瓶里的气体吸收了水的_，温度_，体积_图5(2)若只对一定质量的理想气体做1 500 J的功，可使其温度升高5 K若改成只用热传递的方式，使气体温度同样升高5 K，那么气体吸收_ J的热量如果对该气体做了2 000 J的功，使其温度升高了5 K，表明在该过程中，气体还_(选填“吸收”或“放出”)热量_J.答案(1)热量升高增大(2)1 500放出500解析(1)烧瓶和烧瓶内的气体要从热水杯中吸收水的热量，温

17、度升高，体积增大(2)做功和热传递都可以改变物体的内能，且是等效的5关于热传递，下列说法中正确的是()A热传递的实质是温度的传递B物体间存在着温度差，才能发生热传递C热传递可以在任何情况下进行D物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量答案B解析热传递的实质是物体间内能的转移，故A错；热传递的条件是物体间存在温度差，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间便不再发生热传递，即达到了热平衡，故B对，C错；物体吸收或放出热量，内能会发生变化，但内能变化不一定是热传递引起的，还可以通过做功的方式实现，故D错6对于热量、功和内能，三者的说法正确的是()A热量、功、内能三者的物理意义

18、等同B热量、功都可以作为物体内能的量度C热量、功、内能的单位不相同D热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的答案D解析物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功或热传递两种途径，这三者的物理意义不同，A错；热量是表示在热传递过程中物体内能变化多少的，而功是量度用做功的方式来改变物体内能多少的，B错；三者单位都是焦耳，C错；热量和功是过程量，内能是状态量，D正确 热力学第一定律能量守恒定律目标定位1.理解热力学第一定律，并掌握其表达式.2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题.3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本

19、规律.4.知道第一类永动机是不可能制成的考点一、热力学第一定律1对热力学第一定律的理解(1)对UWQ的理解：做功和热传递都可以改变内能，如果系统跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对系统所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于系统内能的增加U，即UQW.(2)对U、Q、W符号的规定功W：外界对系统做功，W0，即W为正值；系统对外界做功，W0；系统放热为负，Q0，即U为正值；系统内能减少，U0，即U为负值2判断是否做功的方法一般情况下外界对系统做功与否，需看系统的体积是否变化(1)若系统体积增大，表明系统对外界做功，W0.例1空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2105 J的功，同时空气

20、的内能增加了1.5105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？答案5104 J解析选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有UWQ.由题意可知W2105 J，U1.5105 J，代入上式得QUW1.5105 J2105 J5104 J.负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5104 J.借题发挥应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统(2)分别列出物体或系统吸收或放出的热量；外界对物体或系统所做的功或物体或系统对外所做的功(3)根据热力学第一定律UQW列出方程进行求解(4)特别注意的是物理量的正负号及其物理意义题组一热力学第一定律

21、的应用1关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是()A吸热的物体，其内能一定增加B体积膨胀的物体，其内能一定减少C放热的物体，其内能也可能增加D绝热压缩的物体，其内能一定增加答案CD解析做功和传热都可以改变物体的内能，不能依据一种方式的变化就判断内能的变化2下列过程可能发生的是()A物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D外界对物体做功，同时物体放热，内能增加答案ABD解析当物体吸收的热量多于对外做的功时，物体的内能就增加，A正确；当物体吸收的热量少于对外做的功时，物体的内能就减少，B正确；外界对物体做功，同时物体吸

22、热，则物体的内能必增加，C错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增加，D正确3如图1所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的()图1A温度升高，内能增加600 JB温度升高，内能减少200 JC温度降低，内能增加600 JD温度降低，内能减少200 J答案A解析对一定质量的气体，由热力学第一定律UWQ可知，U800 J(200 J)600 J，U为正表示内能增加了600 J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确4给旱区送水的消

23、防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体()A从外界吸热 B对外界做负功C分子平均动能减小 D内能增加答案A解析胎内气体经历了一个温度不变、压强减小、体积增大的过程温度不变，分子平均动能和内能不变体积增大，气体对外界做正功根据热力学第一定律气体一定从外界吸热5一定量的气体从外界吸收了2.6105 J的热量，内能增加了4.2105 J.(1)是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？(2)如果气体吸收的热量仍为2.6105 J不变，但是内能增加了1.6105 J，计算结果W1.0105 J，是负值，怎样解释这个结果？(3)在

24、热力学第一定律UWQ中，W、Q和U为正值、负值各代表什么物理意义？答案见解析解析(1)根据UWQ得WUQ，将Q2.6105 J，U4.2105 J代入式中得：W1.6105 J0，说明外界对气体做了1.6105 J的功(2)如果吸收的热量Q2.6105 J，内能增加了1.6105 J，即U1.6105 J，则W1.0105 J，说明气体对外界做功(3)在公式UWQ中，U0，物体内能增加；U0，物体吸热；Q0，外界对物体做功；W0，物体对外界做功6关于内能的变化，以下说法正确的是()A物体吸收热量，内能一定增大B物体对外做功，内能一定减少C物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D物体放出热量，

25、同时对外做功，内能可能不变答案C解析根据热力学第一定律UWQ，物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有关，物体吸收热量，内能不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能有可能不变或减少，A错；物体对外做功，还有可能吸收热量，内能可能不变或增大，B错，C正确；放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误7.一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8104 J的功，气体的内能减少了1.2105 J，则下列各式中正确的是()AW8104 J，U1.2105 J，Q4104 JBW8104 J，U1.2105 J，Q2105 JCW8104 J，U1.2105 J，Q2104 JDW8104 J，U1

26、.2105 J，Q4104 J答案B解析因为外界对气体做功，W取正值，即W8104 J；内能减少，U取负值，即U1.2105 J；根据热力学第一定律UWQ，可知QUW1.2105 J8104 J2105 J，B选项正确二、能量守恒定律1不同形式的能量之间可以相互转化(1)各种运动形式都有对应的能，如机械运动对应机械能，分子热运动对应内能等(2)不同形式的能量之间可以相互转化，如“摩擦生热”机械能转化为内能，“电炉取热”电能转化为内能等2能量守恒定律及意义各种不同形式的能之间相互转化或转移时能量的总量保持不变意义：一切物理过程都适用，比机械能守恒定律更普遍，是19世纪自然科学的三大发现之一3第一

27、类永动机是不可能制成的(1)不消耗能量而能源源不断地对外做功的机器，叫第一类永动机因为第一类永动机违背了能量守恒定律，所以无一例外地归于失败(2)永动机给我们的启示人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律(3)第一类永动机：人们把设想的不消耗能量的机器称为第一类永动机(4)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成例2如图1所示，直立容器内部被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，加热气体，并使两部分气体混合均匀，设此过程中气体吸热为Q，气体内能的增量为U，则()图1AUQ BUQ D无法比较答案B解析因A部分气体密度小，B部分气体密度大，以整体为研究对象，开始时，气体的重

28、心在中线以下，混合均匀后，气体的重心应在中线上，所以有重力做负功，使气体的重力势能增大，由能量守恒定律可知，吸收的热量Q有一部分增加气体的重力势能，另一部分增加内能故正确答案为B.题组二能量守恒定律1一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出对于这一过程，下列说法中正确的是()A子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B子弹减少的动能等于木块增加的动能C子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和D子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和答案D解析射穿木块的过程中，由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减小，木块获得动能，同时产生热量，且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失A，B项没有考虑到系统增加的内能，C项中应考虑的是系统减少的机械能等于系统增加的内能故正确答案为D.2汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中()A汽车的机械能守恒B汽车的动能和势能相互转化C汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少D汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒答案C解析汽车能匀速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，机械能转化为内能，一部分内能散发出去，汽车的总能