第三章 4 素养提升课二 热力学第一定律与气体实验定律的综合问题-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修3同步课堂高效讲义配套课件（粤教版）

素养提升课二　热力学第一定律与气体实验定律的综合问题 　　　 第三章　热力学定律 提升点二　热力学第一定律与气体实验定律的综合问题 提升点一　热力学中的图像问题 随堂演练 课时精练 内 容 索 引 提升点一　热力学中的图像问题 索引 1．热力学第一定律与理想气体状态方程相结合问题的分析思路 (1)利用体积的变化分析做功情况。气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功。 (2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化。一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减少。 (3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热。 由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可得Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程。 重难诠释 2．对于气体的p-V图像问题，图像与横坐标轴所围成的图形的面积表示气体对外界做的功或外界对气体做的功，即|W|＝S，如图所示。 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，试求： 例1 典题应用 (1)气体在状态C时的温度TC； 答案：375 K 气体由A到B为等压变化，则W＝－pΔV＝－2×105×3×10－3 J＝－600 J， 由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W＝1 000 J－600 J＝400 J， 则气体内能增加了400 J。 (2)若气体在A→B过程中吸热1 000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？ 答案：增加　增加了400 J 针对练．(多选)一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其T-V图像如图所示。已知a(V0，2T0)、b(3V0，T0)、c(3V0，2T0)，下列说法正确的是 A．气体在a→b过程中压强增大 B．气体在b→c过程中从外界吸收的热量等于增加的内能 C．气体在c→a过程中外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量 D．气体在a→b过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量 √ √ 根据理想气体状态方程＝ c，可知气体在a→b过程中，体积膨胀，温度降低，因此压强减小，A错误；气体在b→c过程中，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，体积保持不变，则没有做功过程，则从外界吸收的热量全部用来增加物体的内能，B正确；气体在c→a过程中，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，温度保持不变，也就是内能不变，外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量，C正确；由于a、c状态温度相同，则a、c状态内能相同，因此a→b过程中内能的减少量等于b→c过程中内能的增加量，D错误。 索引 提升点二　热力学第一定律与气体实验定律的综合问题 索引 1．关于气体状态参量的计算方法 计算气体的压强、温度、体积时，一般先找准初、末状态，根据气体实验定律列方程求解。 2．关于气体内能的变化量、做功及吸热、放热问题的计算 (1)做功的计算 气体对外界做的功或外界对气体做的功可以用W＝p·ΔV来计算。 (2)吸热、放热的计算 根据内能的变化，由ΔU＝Q＋W可以计算吸热、放热情况。 重难诠释 下图中A、B气缸的长度为L＝30 cm，横截面积为S＝20 cm2，C是可在气缸内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，D为阀门。整个装置均由导热材料制成。起初阀门关闭，A内有压强pA＝2.0×105Pa的氮气，B内有压强pB＝1.0×105Pa的氧气。阀门打开后，活塞C向右移动，最后达到平衡。 例2 典题应用 由题意可知，温度不变，根据玻意耳定律，对A中的气体有pALS＝p(L＋x)S 对B中的气体有pBLS＝p(L－x)S 联立并代入数据解得x＝10 cm，p＝1.5×105 Pa。 (1)求活塞C移动的距离及平衡后B中气体的压强； 答案：10 cm　1.5×105 Pa 气体发生等温变化，内能不变，即ΔU＝0 根据题意，A中气体对外做功为25 J，即W＝－25 J 根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W 解得Q＝25 J 由此可知，A中气体从外界吸热，吸收的热量为25 J。 (2)活塞C移动过程中A中气体对外做功为25 J，则A中气体是吸热还是放热？吸收或者放出的热量为多少？(假定氧气和氮气均为理想气体，连接气缸的管道体积可忽略) 答案：吸热，吸收的热量为25 J 针对练．(2023·重庆八中预测)如图所示，某种药瓶的容积为V0，内装有V1(V1<V0)的药液，药液上方为空气，压强为p0。护士把注射器针插入药液中，拉动注射器手柄，抽出体积为V2的药液。瓶内空气温度保持不变，且视为理想气体。 (1)判断该次抽药液过程中瓶内空气是吸热还是放热，并说明理由； 抽液过程，体积变大，