专题十八 命题点(二) 热力学第一定律与气体实验定律的结合（Word教参）-【新高考方案】2024年高考物理二轮复习专题增分方略（新教材 江苏北京专用）

　命题点(二)　热力学第一定律与气体实验定律的结合 [典例]　(2023·宿迁质检)如图所示，向一个空的铝制饮料罐(即易拉罐)中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱(长度可以忽略)。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。已知铝罐的容积是358 cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为0.2 cm2，吸管的有效长度为20 cm，当温度为300 K时，油柱离管口10 cm。已知大气压强为105 Pa。(结果保留到小数点后一位) (1)这个气温计的刻度是否均匀； (2)这个气温计的最大测量值是多少； (3)已知气温计的温度从300 K缓慢上升到最大值的过程中，气体从外界吸收了0.7 J的热量，则此过程中气体内能增加了多少？ [解析]　(1)封闭气体做等压变化，根据＝＝可知，温度与气体在细管中的长度成线性关系，可知气温计的刻度是均匀的。 (2)封闭气体做等压变化，当油柱到达吸管的最外端时，气体的温度最高，由盖—吕萨克定律知＝ 可得T2＝T1＝×300≈301.7 K。 (答案为28.5 ℃～28.7 ℃也算正确) (3)气温计的温度从300 K缓慢上升到最大值的过程中，气体对外做功W＝p·ΔV＝105×0.1×0.2×10－4 J＝0.2 J 由热力学第一定律知ΔU＝Q－W＝0.5 J。 [答案]　(1)均匀　(2)301.7 K　(3)0.5 J [深化提能] 1．气体实验定律及选取原则 (1)三大实验定律 (2)选取原则：理想气体在质量一定的情况下，p、V、T中有一个量不发生变化，则选取对应的实验定律列方程求解。 2．应用热力学第一定律分析理想气体内能相关问题 (1)做功情况看体积 体积V减小→外界对气体做功→W＞0； 体积V增大→气体对外界做功→W＜0； 无阻碍地自由膨胀→W＝0。 (2)内能变化看温度 温度T升高→内能增加→ΔU＞0； 温度T降低→内能减少→ΔU＜0。 (3)吸热还是放热，一般题目中会告知，或由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，知道W和ΔU后确定Q。 [考法全训] 1.(2023·无锡调研)用气压式开瓶器开红酒瓶，如图所示，通过针头向瓶内打几次气，然后便能轻松拔出瓶塞，则(　 ) A．打气后瓶塞未拔出前，分子斥力明显增大 B．打气后瓶塞未拔出前，单位时间内与瓶塞碰撞的分子数增多 C．快速拔出瓶塞的过程中，气体吸热，内能增大 D．快速拔出瓶塞的过程中，瓶塞克服摩擦力所做的功等于气体内能的减少 解析：选B　打气后瓶塞未拔出前，气体分子间距离很大，分子间作用力非常小，可以忽略不计，故A项错误；打气后瓶塞未拔出前，单位体积内的分子数增加，气体压强变大，根据压强微观意义可知，单位时间内与瓶塞碰撞的分子数增多，故B项正确；快速拔出瓶塞的过程中，气体体积变大，对外做功，由于是快速拔出瓶塞，可认为该过程没有发生热传递，根据热力学第一定律可知，气体内能减少，拔出瓶塞的过程中，瓶塞除了克服摩擦力做功，还需要克服大气压强做功，故瓶塞克服摩擦力所做的功不等于气体内能的减少，故C、D项错误。 2.(2023·江苏高考)如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中(　 ) A．气体分子的数密度增大 B．气体分子的平均动能增大 C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小 D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小 解析：选B　根据＝C，可得p＝T，则从A到B为等容线，即从A到B气体体积不变，则气体分子的数密度不变，A错误；从A到B气体的温度升高，则气体分子的平均动能增大，B正确；从A到B气体的压强变大，气体分子的平均速率变大，则单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力变大，C错误；气体分子的数密度不变，从A到B气体分子的平均速率增大，则单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数增大，D错误。 3．(2023·新课标卷改编)如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后(　 ) A．h中的气体内能减少 B．f与g中的气体温度相等 C．f与h中的气体温度相等 D．f与h中的气体压强相等 解析：选D　当电阻丝对f中的气体缓慢加热时，f中的气体内能增大，温度升高，根据理想气体状态方程＝C，可知f中的气体压强增大，会缓慢推动左边活塞，则弹簧被压缩，与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用，缓慢向右推动右边活塞，故活塞对h中的气体做正功，因为是绝热过程，由热力学第一定律可知，h中的气体内能增加，A错误；未加热前，三部分中气体的温度、体积、压强均相等，当系统稳定时，活塞受力平衡，可知弹簧处于压缩状态，对左边活塞分析pfS＝