第三章 课程阶段总结(三)-【正禾一本通】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(人教版）

物理 选择性必修第三册（人教） 第三章 热力学定律 课程阶段总结(三) 　知识体系建构·关键理清 　学科素养提升·整合培优 一、热力学第一定律的综合应用 1．热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W。 2．符号法则 (1)外界对物体做功，则W为正；物体对外界做功，则W为负。 (2)物体从外界吸热，则Q为正；物体放出热量，则Q为负。 (3)物体内能增加，ΔU为正；物体内能减少，ΔU为负。 3．三个物理量正负的判断方法 (1)外界对气体做功W的正负的判断：对于气体一般要看体积如何变化，体积变大，对外做功，W为负；体积变小，外界对气体做功，W为正。 提醒：气体向真空扩散，尽管体积变大，但并不对外做功。 (2)在传热过程中热量Q的正负的判断：物体温度低于外界环境温度，物体吸热，Q为正；物体温度高于外界环境温度，物体放热，Q为负。 (3)内能变化情况的判断：对于理想气体要抓住温度变化是内能变化的标志，温度升高，内能增加，ΔU为正；温度降低，内能减少，ΔU为负。 4．利用＝C或图像分析参量，并利用热力学第一定律分析求解。 [对点练1] 如图所示，一篮球内气体的压强为p0、体积为V0、温度为T0，用打气筒对球充入压强为p0、温度为T0的气体，使球内气体压强变为3p0，同时温度升至2T0，充气过程中气体向外放出Q的热量。假设篮球体积不变，气体内能U与温度的关系为U＝kT(k为正常数)，求： (1)打气筒对篮球充入压强为p0、温度为T0的气体的体积； (2)打气筒对篮球充气过程中打气筒对气体做的功。 解析：(1)设打气筒对篮球充入压强为p0、温度为T0的气体的体积为V，以篮球内气体及充入的气体整体为研究对象， 气体的初状态参量：p1＝p0、V1＝V0＋V、T1＝T0 气体的末状态参量：p2＝3p0，V2＝V0、T2＝2T0 根据理想气体状态方程有＝ 解得V＝0.5V0。 (2)因为气体内能U与温度的关系为U＝kT 所以打气过程内能变化ΔU＝k(2T0－T0)＝kT0 由热力学第一定律得ΔU＝W＋(－Q) 解得打气筒对气体做的功W＝Q＋kT0。 答案：(1)0.5V0　(2)Q＋kT0 [对点练2] 爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食。高压爆米花机的装置图如图所示，玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，“嘭”的一声，气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花。设当地温度为t＝27 ℃，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0，取T＝t＋273 K。 (1)试判断容器内的气体能否看作理想气体？求密闭容器打开前瞬间气体的温度。 (2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功15 kJ，并向外释放了20 kJ的热量。试分析：容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？ 解析：(1)由于密闭容器内气体的温度不太低，压强不太大，可以将这样的实际气体看作理想气体。 初状态：p1＝p0，T1＝300 K 末状态：p2＝4p0 根据查理定律有＝ 解得T2＝1 200 K，所以t2＝927 ℃。 (2)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W 解得ΔU＝－20 kJ－15 kJ＝－35 kJ 所以气体的内能减少35 kJ。 答案：(1)能看作理想气体　927 ℃　(2)减少　35 kJ [对点练3] 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p ­V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(V0，2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)。以下判断正确的是(　　 ) A．气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功 B．气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量 C．在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量 D．气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量 解析：选C。气体在a→b过程中体积增大，气体对外做功，在b→c过程中体积增大，气体对外做功，根据p ­V图像与横轴所围的面积表示做的功可知，在这两个过程中气体对外做的功相等，选项A错误。气体在a→b过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知，a、b两个状态温度相等，内能不变，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功；气体在b→c过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知，c状态的温度高于b状态的温度，内能增加，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功与内能增加量之和，即气体在a→b过程中吸收的热量小于气体在b→c过程中吸收的热量，选项B错误。气体在c→a的过程中，体积减小，温度降低，外界对气体做功，内能减小，根据热力学第一定律，外界对气体做的功小于气体放出的热量，选项C正确。由理想气体状态