高中 物理 必修第三冊(cè) 第三章 熱力學(xué)定律《章末整合提升》教學(xué)設(shè)計(jì)

eq\a\vs4\al(章末整合提升)素養(yǎng)1熱力學(xué)第一定律和圖像的結(jié)合【例1】一定質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)歷從a→b→c→a的狀態(tài)變化過(guò)程，其p－V圖像如圖所示，Ta＝250K，從a→b過(guò)程氣體對(duì)外界做功為100J。(1)氣體在狀態(tài)b、c時(shí)的溫度分別為多少？(2)氣體從b狀態(tài)到c狀態(tài)外界對(duì)氣體做功多少，氣體內(nèi)能改變了多少？[解析](1)氣體從a→b過(guò)程發(fā)生的是等壓變化，則eq\f(V0,Ta)＝eq\f(3V0,Tb)，解得Tb＝750K氣體從c→a過(guò)程發(fā)生的是等容變化，則eq\f(3p0,Tc)＝eq\f(p0,Ta)，解得Tc＝750K。(2)從a→b過(guò)程氣體對(duì)外界做功W0＝p0·(3V0－V0)＝2p0·V0＝100J。氣體從b→c的狀態(tài)變化過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功為W＝eq\x\to(p)ΔV＝200J，因?yàn)閎、c兩狀態(tài)等溫，所以內(nèi)能不變。[答案](1)750K750K(2)200J內(nèi)能不變素養(yǎng)2熱力學(xué)第一定律和氣體實(shí)驗(yàn)定律的結(jié)合【例2】某課外興趣小組用試管制作溫度計(jì)，把上端A封閉，下端B開(kāi)口的玻璃管插入水中，放掉適當(dāng)?shù)目諝夂蠓攀?，讓玻璃管豎直地浮在水中，A端露出水面，如圖所示，室溫為T0時(shí)，水面上方的空氣柱長(zhǎng)度為x0，水面下方空氣柱長(zhǎng)度為h，室溫升高至Tx時(shí)，水面以上空氣柱長(zhǎng)度變?yōu)閤。已知空氣柱橫截面積為S，大氣壓強(qiáng)為p0，水的密度為ρ，重力加速度為g，試管足夠長(zhǎng)且保持豎直。(1)求Tx。(2)已知升溫過(guò)程中氣體內(nèi)能增加了ΔU，求氣體吸收的熱量Q。[解析](1)氣體在升溫過(guò)程中做等壓變化，初態(tài)，V1＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x0＋h))S，T1＝T0，末態(tài)，V2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x＋h))S，T2＝Tx，根據(jù)蓋-呂薩克定律可得eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)，解得Tx＝eq\f(x＋h,x0＋h)T0。(2)溫度升高，氣體膨脹對(duì)外做功，則有W＝pΔV＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0＋ρgh))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x－x0))S，則外界對(duì)氣體做功為－W，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得氣體吸收的熱量Q＝ΔU＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0＋ρgh))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x－x0))S。[答案](1)eq\f(x＋h,x0＋h)T0(2)ΔU＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(p0＋ρgh))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x－x0))S素養(yǎng)3熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的表述(1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。(2)開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。(3)用熵表述：在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小。【例3】(多選)根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，下列說(shuō)法正確的是()A．不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化B．沒(méi)有冷凝器，只有單一的熱庫(kù)，能將從單一熱庫(kù)吸收的熱量全部用來(lái)做功，而不引起其他變化的熱機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的C．制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳給外界較高溫度的空氣中，而不引起其他變化D．不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化[解析]熱力學(xué)第二定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程的方向性，機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能要全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必須借助外界的幫助，即會(huì)引起其他變化，A正確，B錯(cuò)誤