第三章 微专题3 气体实验定律与热力学第一定律的综合问题-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册同步全程学习课件PPT（人教版） 

微专题3　气体实验定律与热力学第一定律的综合问题 [定位·学习目标] 1.能综合应用气体实验定律与热力学第一定律解决相关问题。 2.能解决气体状态图像与热力学第一定律的综合问题。 突破·关键能力 要点一　气体实验定律与热力学第一定律的综合问题 气体实验定律与热力学定律的综合应用要注意的四点 (1)气体实验定律和热力学第一定律的结合点是温度和体积,注意三种特殊过程的特点。 ①等温过程:内能不变,ΔU=0; ②等容过程:体积不变,W=0; ③绝热过程:Q=0。 (2)一定质量的理想气体内能的变化要看温度。气体温度升高,内能增大;气体温度降低,内能减小。 (3)气体与外界的做功情况要看体积。气体体积膨胀,对外做功;气体体积减小,外界对气体做功;理想气体自由膨胀,不做功。 (4)在等压变化中,由公式W=pΔV求解做功情况,其中ΔV为气体体积的变化;在p-V图像中,曲线与V轴所围成的面积表示气体所做的功。 [例1] 如图所示在绝热汽缸内,有一绝热轻活塞封闭一定质量的气体,开始时缸内气体温度为 27 ℃,封闭气柱长为9 cm,活塞横截面积S=50 cm2。现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间,此过程中气体吸热22 J,稳定后气体温度变为127 ℃。已知大气压强等于105 Pa,活塞与汽缸间无摩擦,求: (1)加热后活塞到汽缸底部的距离; 答案:(1)12 cm [例1] 如图所示在绝热汽缸内,有一绝热轻活塞封闭一定质量的气体,开始时缸内气体温度为 27 ℃,封闭气柱长为9 cm,活塞横截面积S=50 cm2。现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间,此过程中气体吸热22 J,稳定后气体温度变为127 ℃。已知大气压强等于105 Pa,活塞与汽缸间无摩擦,求: (2)此过程中气体内能改变了多少。 答案:(2)7 J 解析:(2)在该过程中,气体对外做功W=F·ΔL=p0S(L2-L1)=105×50×10-4× (12-9)×10-2 J=15 J, 由热力学第一定律ΔU=Q-W=22 J-15 J=7 J。 气体实验定律与热力学第一定律的综合问题的解题思路 [即时训练1] 如图所示,用导热材料制成的横截面积相等、长度均为45 cm的汽缸A、B,通过带有阀门的管道连接。初始时阀门关闭,厚度不计的光滑活塞C位于B内左侧,在A内充满压强 pA=2.8×105 Pa的理想气体,B内充满压强 pB=1.4×105 Pa的理想气体,忽略连接汽缸的管道体积,室温不变。现打开阀门,求: (1)平衡后活塞向右移动的距离和B中气体的压强; 解析:(1)设平衡后活塞向右移动的距离为x,B中气体的压强为p,活塞向右移动达到稳定后,对A中气体,有pALS=p(L+x)S, 对B中气体,有pBLS=p(L-x)S, 联立解得x=15 cm,p=2.1×105 Pa。 答案:(1)15 cm　2.1×105 Pa　 [即时训练1] 如图所示,用导热材料制成的横截面积相等、长度均为45 cm的汽缸A、B,通过带有阀门的管道连接。初始时阀门关闭,厚度不计的光滑活塞C位于B内左侧,在A内充满压强 pA=2.8×105 Pa的理想气体,B内充满压强 pB=1.4×105 Pa的理想气体,忽略连接汽缸的管道体积,室温不变。现打开阀门,求: (2)自打开阀门到平衡,B内气体是吸热还是放热(简要说明理由)。 解析:(2)活塞C向右移动,对B中气体做功,而气体做等温变化,内能不变,由热力学第一定律可知B内气体放热。 答案:(2)放热,理由见解析 要点二　气体状态图像与热力学第一定律的综合问题 1.首先明确气体状态图像的物理意义。 (1)等温线(如图甲所示):一定质量的理想气体,T1>T2。a→b,等温降压膨胀,内能不变,吸收的热量等于对外做的功。b→c,等容升温升压,不做功,吸收的热量等于内能增加。c→a,等压降温压缩,放出的热量等于外界做的功和内能减少量之和。 (2)等容线(如图乙所示):一定质量的理想气体,V1>V2。a→b,b→c,c→a,状态及能量变化同等温线分析。 (3)等压线(如图丙所示):一定质量的理想气体,p1>p2。a→b,等温升压压缩,内能不变,外界做的功等于放出的热量;b→c,等压升温膨胀,吸收的热量等于内能增加量和对外做的功之和;c→a,等容降温降压,内能减少量等于放出的热量。 2.能结合气体实验定律的方程列式,列式时要找出气体初态和末态的位置以及状态参量。 3.挖掘气体状态参量的变化因素与热力学第一定律ΔU=W+Q中各物理量的对应关系。 [例2] (2021·福建漳州一模)一定质量的理想气体,状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p-V图线描述,其中D→A为等温线,气体在状态A时的温度为TA=300 K。 (1)求气体在状态C时的温度TC; 答