1、同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 同步导练知识结构复习点津第2页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 第十章 热力学定律知识结构复习点津第3页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 本章小结 知识结构复习点津第4页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 知识结构知识结构复习点津第5页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 知识结构复习点津第6页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 复习点津知识结构复习点津第7页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 一、热力学第一定律1做功和热传递(1)改变内能的两种
2、方式是做功和热传递(2)做功使物体的内能改变时，内能的变化用功的数值来量度；热传递改变物体的内能时，内能的变化用热量来量度(3)做功和热传递在改变物体的内能上是等效的(4)做功和热传递的区别：做功是其他形式的能量转化为内能，热传递只是物体间内能的转移知识结构复习点津第8页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 2热力学第一定律(1)内容：如果系统和外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做的功W 加上物体从外界吸收的热量 Q 等于物体内能的增加 U，即 UQW(2)在上式中 U、Q、W 各量的符号规定如下：物理量正负意义正值 内能增加 U负值内能减少正值 系统从外界吸收热
3、量 Q负值系统向外界放出热量正值 外界对系统做功 W负值系统对外界做功知识结构复习点津第9页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 【例 1】一定质量的理想气体从状态 A 变化到状态 B，再变化到状态 C，其状态变化过程的 pV 图象如图 101 所示已知该气体在状态 A 的温度为 27.(1)试求气体在状态 B、C 时的温度；(2)试求气体从状态 A 到状态 C 的过程中内能的变化量；图 101(3)该气体从状态 B 到状态 C 的过程中，对外做功为 200 J，那么气体从状态 A 到状态C 的过程中传递的热量是多少？是吸热，还是放热？知识结构复习点津第10页同步导练/RJ选修3
4、-3 物理 经典品质/超越梦想 【解析】(1)设气体在状态 A、B、C 时的热力学温度分别为 TA、TB、TC，则由热力学温度与摄氏温度的关系 T273t 可得：TA300 K 气体从状态 A 变化到状态 B，由查理定律得：PATAPBTB 解得：TB100 K 即气体在状态 B 时的温度为 tB173 气体从状态 B 变化到状态 C，由盖吕萨克定律得：VBTBVCTC 解得：TC300 K 即气体在状态 C 时的温度为 tC27 知识结构复习点津第11页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 (2)该理想气体在状态 A 和状态 C 的温度相等，故气体从状态 A 到状态 C 的过程
5、中内能的变化量 U0(3)该理想气体从状态 A 到状态 C 的过程中，内能的变化量 U0，W200 J 由热力学第一定律 UWQ 得 QW200 J 故该理想气体从状态 A 到状态 C 的过程中吸热，吸收的热量为 200 J 知识结构复习点津第12页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 针对训练 1(多选)如图 102 所示，一定质量的理想气体，从状态 A 经绝热过程 AB、等容过程 BC、等温过程 CA 又回到了状态 A，则()图 102AAB 过程气体降温BBC 过程气体内能增加，可能外界对气体做了功CCA 过程气体放热D全部过程气体做功为零知识结构复习点津第13页同步导练/
6、RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 解析：AB 过程气体绝热膨胀，气体对外界做功，其对应的内能必定减小，即气体温度降低，选项 A 正确；BC 过程气体等容升压，由pT恒量可知，气体温度升高，其对应内能增加，因做功 W0，所以 B 错误；CA 过程气体等温压缩，故内能变化为零，但外界对气体做功，因此该过程中气体放热，选项 C 正确；AB 过程气体对外做功，其数值等于 AB 线与横轴包围的面积BC 过程气体不做功CA 过程外界对气体做功，气体内能不变，故向外放热，全过程对气体做功为 ABC 封闭曲线包围的面积，D 错误 答案：AC知识结构复习点津第14页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品
7、质/超越梦想 二、第一类永动机与第二类永动机1第一类永动机(1)第一类永动机，不可能制成是因为它违背了能量守恒定律(2)永动机并不是“永远运动的机器”知识结构复习点津第15页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 2第二类永动机 第二类永动机：从单一的热库吸收热量，并把它全部用来做功，而不产生其他变化的热机，其能量流程如图 103(a)所示，第二类永动机不可能制成在实际热机中的应用：实际热机效率不可能是 100%，其能量图如图 103(b)所示图 103知识结构复习点津第16页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 【例 2】(多选)关于永动机下列说法错误的是()A地球
8、最终一定会停止自转，因为世界上没有永动机B月亮就是一个永动机，因为它可以绕着地球永不停息的转动C只要技术足够发达我们就可以制造出这样一辆汽车，它依靠消耗周围空气的热量而使自己前进，就像现在的太阳能汽车一样D永动机不可能制成是因为违背了能量守恒定律知识结构复习点津第17页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 【解析】第一类永动机指的是，不消耗能量而源源不断的输出能量的机器，地球和月球转动过程中并不输出能量，所以不能算是永动机，A、B 错，C 实际上是第二类永动机违背了热力学第二定律，C 错【答案】ABC【点悟】永动机并不是指“永远运动的机器”，而是指可以不消耗能量而源源不断输出能量
9、的机器 知识结构复习点津第18页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 针对训练 2(多选)下列说法正确的是()A用摄氏温标和热力学温标表示同一系统的温度，同一时刻温度数值不同但相同时间内的温度变化量相同B一定质量的某种气体在某一温度下，速率在某一数值附近的分子数最多，离开这个数值越远，分子数越少C外界对物体做功，同时物体吸热，物体内能一定增加D第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来E能源在利用过程中有能量耗散，这说明能量不守恒知识结构复习点津第19页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 解析：用摄
10、氏温标和热力学温标表示同一系统的温度时，数值不同，但在表示同一温度变化时，数值是相同的，若物体的温度升高 1 K，也可以说物体的温度升高 1，选项 A 正确；一定质量的某种气体在某一温度下，分子速率分布呈现“中间多、两头少”的分布规律，选项 B 正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能必定增加，选项 C 正确；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，选项 D 错误；能量在利用过程中有能量耗散，可利用性降低，但总能量是守恒的，选项 E 错误 答案：ABC知识结构复习点津第20页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典
11、品质/超越梦想 三、热力学第二定律的两种表述1热力学第二定律有多种表述，我们只学习了其中的两种：表述一：不可能使热量从低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化(本质：热传递的方向性)表述二：不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功而不产生其他变化也可以表述为：第二类永动机不可能制成(本质：机械能与内能转化的方向性)知识结构复习点津第21页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 2热力学第二定律的本质：热力学第二定律说明大量分子参与的宏观过程具有方向性几种典型的不可逆过程：理想气体向真空膨胀；两种气体的扩散混合；焦耳的热功当量实验；各种爆炸过程3热力学第二定律的微观意义(1)一切自
12、然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行(2)用熵来表示热力学第二定律：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小知识结构复习点津第22页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 4分析问题的方法 (1)掌握热力学第二定律时，要注意理解其本质，即热力学第二定律是对宏观自然过程进行方向的说明，凡是对这种宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述，本章对热力学第二定律的表述很多，但这些不同形式的表述都是等价的(2)自然过程：自然过程是指没有外来干扰自然进行的过程(3)热传导具有方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可
13、能自发地将热量传给高温物体要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化(4)气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体但这种均匀的混合气体绝不会自发地分开，成为两种不同的气体知识结构复习点津第23页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 (5)机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来(6)气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器内变为真空其实，在整个
14、自然界中，无论有无生命，所有宏观的自发过程都具有单向性，都是不可逆过程如河水向下游流，重物向下落，房屋由新到旧直至倒塌，人要从婴儿到老年直至死亡等知识结构复习点津第24页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 【例 3】空调制冷时，把热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外，此过程()A既遵守热力学第二定律，又遵守能量守恒定律B遵守热力学第二定律而不遵守能量守恒定律C遵守能量守恒定律而不遵守热力学第二定律D既不遵守热力学第二定律，又不遵守能量守恒定律【解析】空调制冷时，把热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外，消耗了电能并不违背热力学第二定律【答案】A知识结构复习点津第25页同步
15、导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 【点悟】对于热力学第二定律的两种表述，应该注意其中的“不发生其他变化”，如果没有这句话，则热量可能从低温物体传递到高温物体，而且也可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功知识结构复习点津第26页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 针对训练 3 关于热力学第二定律，下列表述正确的是()A不可能使热量从低温物体传递到高温物体B不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功C一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行D在任何的自然过程中，一个孤立系统的总熵一定增加解析：如果有外界的帮助，可以使热量从低温物体传递到高温物体，也可以把热
16、量全部用来做功，选项 A、B 错误；任何自然的过程都沿无序性增大的方向进行，选项 C 正确；总熵不会减少即总熵不变或增加，选项 D 错误 答案：C知识结构复习点津第27页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 四、能量守恒定律1内容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别的形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中其总量保持不变知识结构复习点津第28页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 2对能量守恒定律的理解(1)自然界中能量的存在形式：物体运动具有动能、分子运动具有分子动能、电荷具有电能、原子核内部粒子的运动具有原子能等可见，在
17、自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应(2)不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的(3)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等(4)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等(5)在利用能量转化与守恒定律解题时，要注意先搞清楚过程中有几种形式的能在转化或转移，分析初、末状态，确定 E 增、E 减各为多少，再由 E 增E 减列式计算知识结构复习点津第29页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 3能的转化与守恒的应用(1)滑动摩擦力做功使机械能转化为内能对于摩擦力做功要注意：静摩擦力和滑动摩擦力
18、都能对物体做功，但静摩擦力不会使机械能转化为内能滑动摩擦力使机械能转化为内能的多少只能用滑动摩擦力乘以相对路程的功来量度知识结构复习点津第30页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 【解析】产生的内能等于滑动摩擦力所做的功 Q mgs0.250 N400 m4 000 J【例 4】运动员训练中为增强下肢力量，在操场上跑步时，腰中系一根绳，后边拖着一个铁片快速跑了一圈，设铁片质量为 5 kg，与地面间的摩擦因数为 0.2，操场的周长为 400 m，则运动员跑一圈的过程中由于铁片与地面的摩擦而产生的内能为多少？(g10 m/s2)知识结构复习点津第31页同步导练/RJ选修3-3 物理
19、 经典品质/超越梦想 针对训练 4 如图 104 所示，一个质量 m100 g 的金属块恰能从一个长 L4 m、倾角 30的斜面的顶端匀速下滑至底端，损失的机械能有 20%被金属块吸收，求在下滑过程中金属块产生的内能及升高的温度金属块的比热容为 98.7 J/(kg)，金属块可视为质点图 104知识结构复习点津第32页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 解：金属块下滑过程中减少的机械能即为重力势能的减少量，这部分能由于摩擦生热而转化成了等量的内能，仅有 20%被金属块吸收，金属块共产生的内能为 EmgLsin 20%0.19.84sin30 J 0.392 J 由于 QE，Qc
20、mt，则 tEmc 0.39298.70.1 0.04，故金属块升高的温度为 0.04.知识结构复习点津第33页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 (2)碰撞、打击使机械能转化为内能不论是碰撞还是打击过程都会有内能的产生，只不过是有的过程产生的内能多，有的过程产生的内能少一点，在物理学中为了研究问题的方便，有些情况下就可以忽略这种机械能的损失中学物理中的三种碰撞：完全弹性碰撞：没有机械能损失，不产生内能(这是一种理想化的模型，实际当中是不存在的)非弹性碰撞：有机械能损失，产生内能完全非弹性碰撞：碰撞后结合在一起，这种情况下机械能的损失最大，产生的内能最多知识结构复习点津第34页
21、同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 【解析】碰撞过程中，小木块的机械能减少，转化为内能，则内能的增加等于机械能的减少 QEk1Ek296 J.【例 5】如图 105 所示，光滑水平面上有一个质量为 3 kg 的小木块水平向右运动，速度为 10 m/s，与墙壁发生碰撞后返回，返回时的速度为 6 m/s，则小木块与墙壁相互作用过程中系统产生的内能为多少？图 105知识结构复习点津第35页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 (3)改变物体的体积或形状使机械能转化为内能由于气体的体积容易被压缩，所以可通过压缩使其内能增加【例 6】如图 106，A、B 两装置，均由一支一
22、端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同，将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内)，水银柱上升至图示位置停止假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法中正确的是()图 106知识结构复习点津第36页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 AA 中水银的内能增量大于 B 中水银的内能增量BB 中水银的内能增量大于 A 中水银的内能增量CA 和 B 中水银体积保持不变，故内能增量相同DA 和 B 中水银温度始终相同，故内能增量相同【解析】大气压对水银槽内的水银做相同的功，因为玻璃管内吸进的水银一样多，
23、所以水银槽内的液面下降相同的高度，A 管重心高于 B 管，A 管内水银重力势能大于 B 管的，根据能量守恒定律可知，A 管内的内能增加得少，B 管内的内能增加得多【答案】B【点悟】利用能量守恒定律解决问题时，首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量，然后分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，确定研究的系统后，用能量守恒观点求解 知识结构复习点津第37页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 五、实际应用【例 7】某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，总质量 m3103 kg.当它在水平路面上以 v36 km/h 的速度匀速行驶时，驱动电机的输入电流 I50 A，电压 U300 V在此行驶状态
24、下，(1)求驱动电机的输入功率 P 电；(2)若驱动电机能够将输入功率的 90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率 P 机，求汽车所受阻力与车重的比值(g 取 10 m/s2)；(3)设想改用太阳能电池给该车供电，其他条件不变，求所需太阳能电池板的最小面积结合计算结果，简述你对该设想的思考知识结构复习点津第38页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 【解析】(1)驱动电机的输入功率 P 电IU1.5104 W；(2)在匀速行驶时 P 机0.9P 电Fvfv，f0.9P电v，因此汽车所受阻力与车重之比 fmg0.045；已知太阳辐射的总功率 P041026 W，太阳到地球的距离 r1
25、.51011 m，太阳光传播到达地面的过程中大约有 30%的能量损耗，该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%.知识结构复习点津第39页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 (3)当太阳光垂直电池板入射时，所需电池板面积最小，设其为 S 距太阳中心为 r 的球面面积 S04r2 若没有能量损耗，太阳能电池板接收到的太阳能功率为 P，则PP0 SS0 设太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为 P 则 P(130%)P 所以PP0（130%）SS0 由于 P 电15%P，知识结构复习点津第40页同步导练/RJ选修3-3 物理 经典品质/超越梦想 所以电池板的最小面积 S PS00.7P0027.015.04PPr电101 m2 对该设想提出合理的改进建议，只要正确即可
