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全书word（人教版）

品牌书店·知名教辅·正版资源 学科网书城 趣身边的互联网+教辅专家 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 ⑩要点归纳 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=O； 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。 ⑩典例研习 [例1] _______独家授权侵权必究_ 学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 6 zxxk.com● 您身边的互联网+教辅专家 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9cm,活塞横截面积S=50 C2。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 22J,稳定后气体温度变为127℃。已知大气压强等于105Pa,活塞 与汽缸间无摩擦，求： (1)加热后活塞到汽缸底部的距离： (2)此过程中气体内能改变了多少。 解析：(1)取被封闭的气体为研究的对象，开始时气体的体积为LS,温 度为 T1=(273+27)K=300K, 末状态的体积为L2S,温度为 T2-(273+127）)K=400K, 气体做等压变化，根据盖-吕萨克定律有 竿袋， 代入数据得L212cm。 (2)在该过程中，气体对外做功 W=F·△L=poS(L2L)= 105×50×10-4×(12-9)×102J=15J, 由热力学第一定律 ·独家授权侵权必究· 学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com● 您身边的互联网+教辅专家 △U=Q-W=22J-15J=7J。 答案：(1)12cm(2)7J Q规律方法 气体实验定律与热力学第一定律的 综合问题的解题思路 确定研究 气体 对象 汽缸、活塞、液柱等 状态参量 气体实验定律 初、末态之间 发生的变化 两类分析 做功情况 热力学定律 吸、放热情况 内能变化情况 选用规律 气体的三个实验定律、理想气 列方程求解 体状态方程、热力学第一定律 [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 45cm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pA2.8×105Pa的 理想气体，B内充满压强P1.4×105Pa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： (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）。 ·独家授权侵权必究· 学科网书城圆 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.2 xxk.com● 您身边的互联网+教辅专家 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(Lx)S, 联立解得x=15cm,p=2.1×105Pa。 (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：(1)15cm2.1×105Pa (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 ②要点归纳 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→℃，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。 p/Pa p/Pa Vm30 T/K 甲 乙 (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。 ·独家授权侵权必究 学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 (3)等压线（如图丙所示）：一定质量的理想气体，p1>p2a一→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