专题提升课3 热力学定律与气体实验定律的综合(Word教参)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

本讲义聚焦热力学定律与气体实验定律的综合应用这一核心知识点，系统梳理热力学第一定律与p-V、p-T、V-T图像的结合分析，以及与气体实验定律的综合计算，搭建从图像识别到规律应用的学习支架。 该资料通过多省市真题案例（如江苏一模p-V图像问题、陕西安康期末汽缸加热计算），强化物理观念中的能量观念，培养科学思维中的科学推理与模型建构能力。课中辅助教师高效授课，课后助力学生通过典型例题巩固知识，查漏补缺。

专题提升课3　热力学定律与气体实验定律的综合 微专题一　热力学第一定律与图像的结合 1．内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。 2．做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外界做功，W为负；体积减小，外界对气体做功，W为正。 3．与外界绝热，则不发生传热，此时Q＝0。 4．如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。 角度1　p－V图像与热力学第一定律 　(2024·江苏一模)一定质量的理想气体经历a→b→c过程，其中a→b是等温过程，b→c是等压过程，则(　　) A．a、b、c三个状态中，气体在c状态分子平均动能最大 B．a、b、c三个状态中，气体在b状态分子数密度最大 C．a→b过程中，气体既不吸热也不放热 D．b→c过程中，气体放出的热量大于外界对气体做的功 [解析]　由题图可知，b→c过程，气体发生等压变化，气体体积与热力学温度成正比，则Ta＝Tb>Tc所以气体在c状态分子平均动能最小，故A错误；由题图可知气体在c状态体积最小，所以气体在c状态分子数密度最大，故B错误；a→b是等温过程，内能不变，但体积增大，对外做功，所以为吸热过程，故C错误；b→c过程中，体积减小，外界对气体做了功，同时温度降低，内能减小，所以气体放出的热量大于外界对气体做的功，故D正确。 [答案]　D 角度2　p－T图像与热力学第一定律 　(多选)(2024·山西太原期末)一定质量的理想气体在a→b→c→a的循环过程中，气体压强p随热力学温度T变化的关系如图所示。ab的延长线过坐标原点，bc平行于p轴，下列说法正确的是(　　) A.气体在状态a时的内能最大 B．a→b过程中，气体分子数密度增大 C．b→c过程中，气体向外界放热 D．c→a过程中，气体对外界做的功大于气体吸收的热量 [解析]　ab延长线过原点，在a→b过程，压强与热力学温度成正比，气体温度降低，内能减小，b→c过程气体温度不变，内能不变，c→a过程中温度升高，内能增大，所以气体在状态a时的内能最大，故A正确；在a→b过程中气体体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功，气体分子数密度不变，故B错误；在b→c过程中气体温度不变，内能不变，压强增大，体积减小，外界对气体做功，气体向外放出热量，故C正确；在c→a过程中气体温度升高，内能增大，压强减小，体积增大，所以气体对外界做功，根据热力学第一定律可得，气体对外界做的功小于气体吸收的热量，故D错误。 [答案]　AC 角度3　V－T图像与热力学第一定律 　(2024·天津蓟州期末)一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态B和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，气体内能增加 B．B→C的过程中，气体吸收热量 C．A→B的过程中，气体压强增大 D．B→C的过程中，气体压强减小 [解析]　A→B的过程中，气体温度不变，内能不变，气体做等温变化，由p1V1＝p2V2可知，气体体积减小时，压强增大，故A错误，C正确；B→C的过程中，气体体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减少，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知气体放热，由图像及＝C可知，气体做等压变化，故B、D错误。 [答案]　C 微专题二　热力学第一定律与气体实验定律的综合 　(2024·陕西安康期末)如图所示，一圆柱形绝热汽缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体。活塞的横截面积为S，初始时封闭气体的压强为1.1p0(p0为大气压强且不变)，热力学温度为T1。现通过电热丝缓慢加热气体，当活塞上升的高度为Δh时，气体的内能增加E，气体的热力学温度上升到T2。已知重力加速度大小为g，不计活塞与汽缸的摩擦。求： (1)活塞的质量m及活塞与汽缸底部初始的间距h； (2)加热过程中气体吸收的热量Q。 [解析]　(1)活塞处于平衡状态， 则pS＝p0S＋mg 汽缸内气体的压强p＝p0＋，解得m＝ 加热过程中气体做等压变化，有＝ 解得h＝Δh。 (2)加热过程气体对外做功，有W＝－pSΔh 由热力学第一定律有E＝Q＋W 解得Q＝E＋1.1p0SΔh。 [答案]　(1)　Δh　(2)E＋1.1p0SΔh 　(2024·云南昭通模拟预测)一定质量的理想气体，从A状态经B、C变化到D状态的变化过程的p－V图像如图所示，AB与横轴平行，BC与纵轴平行，ODC在同一直线上。已知气体在A状态时温度为400 K，从A状态至C状态的过程中气体吸收了480 J的热量，求： (1)气体在D状态时的温度； (2)从A状态到C状态的过程中，气体内能的改变量。 [解析]　(1)由题图可得 pD＝×1.2×105 Pa＝0.9×105 Pa 根据理想气体状态方程得 ＝ 代入数据解得TD＝225 K。 (2)从A状态到B状态的过程中，气体对外做功，因p－V图像与坐标轴围成的面积等于功的大小，可得WAB＝－2.4×105×2×10－3 J＝－480 J 从B状态到C状态的过程中WBC＝0 根据热力学第一定律可得 ΔU＝Q＋WAB＋WBC＝0。 [答案]　(1)225 K　(2)0 1．(热力学第一定律与图像的综合)(2024·河北张家口开学考)一定质量的理想气体由状态a经①过程到状态b，由状态b经②过程到状态c，由状态c又经③过程回到状态a，①过程气体不与外界发生热传递，③过程温度保持不变。整个过程压强p与体积V的关系如图所示，下列说法正确的是(　　) A．①过程外界对气体做正功 B．②过程气体从外界吸热 C．③过程气体既不吸热也不放热 D．整个过程初末状态气体体积相等，外界不对气体做功 解析：选B。①过程气体体积增大，外界对气体做负功，故A错误；②过程为等容变化，压强增大，温度升高，气体内能增大，外界没有对气体做功，气体从外界吸热，故B正确；③过程温度不变，内能不变，外界对气体做的正功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故C错误；在p－V图像中，图像与坐标轴围成的面积等于功的大小，②过程外界没有对气体做功，③过程外界对气体做的正功大于①过程外界对气体做的负功，因此全过程外界对气体做正功，故D错误。 2．(热力学第一定律与图像的综合)(2024·江苏盐城阶段练)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，最后变化到状态C，V－T图像如图所示。已知该气体在状态B时的压强为1.0×105 Pa。下列说法正确的是(　　) A.状态A时的气体压强为2.0×105 Pa B．A→B过程气体吸热 C．B→C过程气体压强增大 D．B→C过程气体对外界做功200 J 解析：选D。从状态A变化到状态B，气体发生等温变化，根据玻意耳定律可得pAVA＝pBVB，解得pA＝0.5×105 Pa，故A错误；气体从状态A到状态B温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，W>0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知气体放热，故B错误；根据理想气体状态方程＝C变形得V＝T，可知V－T图像的斜率为，根据图像可知B→C斜率不变，所以B→C过程气体压强不变，故C错误；B→C过程气体体积变大，对外做功，则有W＝－p(VC－VB)，代入数据解得W＝－200 J，负号表示气体对外界做功，故D正确。 3.(热力学第一定律与气体实验定律的综合)(2024·广东惠州三模)如图所示，将一容积V0＝480 ml的空玻璃瓶从空气中开口向下缓缓压入水中。设水温均匀且恒定，玻璃瓶中的气体可视为理想气体，大气压强p0＝1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2，玻璃瓶高度相对于水深可忽略不计，当压入水中h＝2 m深处时： (1)求瓶内空气的压强。 (2)求瓶内空气的体积。 (3)被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体是吸热还是放热，为什么？ 解析：(1)由平衡条件，瓶内空气的压强p满足 p＝p0＋ρgh 解得p＝1.2×105 Pa。 (2)将玻璃瓶缓缓压入水温均匀且恒定的水中，瓶内的理想气体温度保持不变，由玻意耳定律得p0V0＝pV，代入数据解得V＝400 mL。 (3)被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体放热。由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W， 因为瓶内气体体积减小，所以外界对气体做正功，即W>0，而气体温度不变从而内能保持不变，即ΔU＝0，解得Q<0，故气体要放热。 答案：(1)1.2×105 Pa　(2)400 mL　(3)见解析 4．(热力学第一定律与气体实验定律的综合)(2024·海南省直辖县级单位开学考)如图1所示，导热性能良好、内壁光滑的汽缸开口向上放置，其上端口装有固定卡环。质量m＝0.5 kg、横截面积S＝4 cm2的活塞将一定质量的理想气体封闭在缸内。现缓慢升高环境温度，气体从状态A变化到状态C的V－T图像如图2所示，已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。求： (1)状态C时气体的压强； (2)气体从A到C的过程中吸收的热量为3×104 J，则此过程气体内能的变化量。 解析：(1)A状态气体压强pA＝p0＋ 由B变化到C，由等容变化＝，又pA＝pB 联立得pC＝1.5×105 Pa。 (2)气体从A到B过程中对外做功 W＝pA(VB－VA) 根据热力学第一定律ΔU＝Q－W 联立得ΔU＝7.5×103 J 即此过程中内能增加7.5×103 J。 答案：(1)1.5×105 Pa　(2)7.5×103 J 学科网（北京）股份有限公司 $