热力学第一定律与气体实验的综合问题 导学案 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理导学案聚焦热力学第一定律与气体实验的综合问题，围绕图像结合（重点）及实验定律综合（难点）两大专题，通过例题解析、变式训练搭建学习支架，引导学生掌握状态分析、能量计算的解题步骤，衔接前后知识点。 资料特色在于深化物理观念（能量、气体状态），培养科学思维（图像分析、模型建构、推理论证），分层例题与变式训练助力学生突破综合问题，参考答案设计便于自主学习与教师评估，提升教学效率。

专题强化6 热力学第一定律与气体实验的综合问题 1．会分析热力学第一定律与气体图像结合的问题(重点)。 2．会分析热力学第一定律和气体实验定律的综合问题(难点)。 专题探究 一、热力学第一定律与气体图像的结合 此类问题的解决步骤： 例1． 如图所示，一定质量的理想气体从状态A经过状态B、C又回到状态A.下列说法正确的是(　　) A．A→B过程中气体分子的平均动能增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增加 B．C→A过程中单位体积内分子数增加，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少 C．A→B过程中气体吸收的热量大于B→C过程中气体放出的热量 D．A→B过程中气体对外做的功小于C→A过程中外界对气体做的功 变式训练1． 一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p－T图像上从a到b的线段所示。在此过程中（ ） A．气体一直对外做功 B．气体的内能一直增加 C．气体一直从外界吸热 D．气体吸收的热量等于其内能的增加量 变式训练2． 一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V－T图像如图所示。下列说法正确的有（ ） A．A→B的过程中，气体对外界做功 B．A→B的过程中，气体放出热量 C．B→C的过程中，气体压强不变 D．A→B→C的过程中，气体内能增加 二、热力学第一定律和气体实验定律的综合 热力学第一定律和气体实验定律的综合问题的解题思路 例2． 如图所示一U形玻璃管竖直放置，右端开口，左管用光滑活塞和水银封闭一段空气柱。外界大气压为p0＝1.0×105 Pa，封闭气体的温度t0＝27 ℃，玻璃管的横截面积为S＝5.0 cm2，管内水银柱及空气柱长度如图所示。已知水银的密度为ρ＝13.6×103 kg/m3，重力加速度g＝10 m/s2；封闭气体的温度缓慢降至t1＝－3 ℃。 （1）求温度t1＝－3 ℃时空气柱的长度L； （2）已知该过程中气体向外界放出5.0 J的热量，求气体内能的变化量。(结果保留两位有效数字) 变式训练3． 如图所示，一个开口向下内壁光滑的汽缸竖直吊在天花板上。汽缸口设有卡口，厚度不计的活塞横截面积S＝2×10－3 m2 ，质量m＝4 kg ，活塞只能在汽缸内活动，活塞距汽缸底部h1＝20 cm，距缸口h2＝10 cm。汽缸内封闭一定质量的理想气体。已知环境的温度为T1＝300 K，大气压强p0＝1.0×105 Pa，g＝10 m/s2，汽缸与活塞导热性能良好。升高环境温度使活塞缓慢下降到缸口，继续升高温度至T2＝900 K时。 （1）求此时气体压强； （2）在此过程中气体从外界吸收Q＝30 J的热量，求气体内能的增加量ΔU。 变式训练4． 一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内，汽缸壁导热良好，活塞重力不计，横截面积为S，可沿汽缸壁无摩擦地滑动。开始时外界的温度为T0，大气压强为p0，活塞下表面距汽缸底部的高度为h。现将一小物块轻放在活塞上表面，活塞缓慢向下移动，平衡时，活塞下表面距汽缸底部的高度为 h，如图所示，整个过程外界大气压强保持不变，外界温度不变，重力加速度大小为g。 （1）求小物块的质量m； （2）若此后外界温度缓慢升高，当活塞恢复到原位置时，缸内气体吸收的热量为Q，求此时外界的温度T和此过程中缸内气体内能变化量。 【参考答案】 专题探究 例1．【答案】C　 变式训练1．【答案】BCD 变式训练2．【答案】BC 例2．【答案】 （1）36 cm；（2）减少2.5 J 变式训练3．【答案】 （1）1.6×105 Pa；（2）14 J 变式训练4．【答案】 （1） ；（2） ；Q－ 学科网（北京）股份有限公司 $