专题强化　热力学第一定律和气体实验定律的综合应用 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

第 三 章 专题：热力学第一定律和气体实验定律的综合应用 1.会分析热力学图像的物理意义，并结合热力学第一定律分析有关能量问题(重难点)。 2.会综合分析热力学第一定律和气体实验定律结合的有关问题(重难点)。 学习目标 内容索引 一、热力学第一定律与气体状态图像的结合 二、热力学第一定律与气体实验定律的综合 < 一 > 热力学第一定律与气体状态图像的结合 如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请思考以下问题： (1)在变化过程中是气体对外界做功还是外界对气体做功？p-V图像与V轴围成的面积表示什么？ 答案　由a状态变化到b状态，气体体积变大，因此气体对外界做功，即W<0。 p-V图像中图线与V轴所围面积表示做功的绝对值，|W|=p1(V2-V1)。 (2)在变化过程中气体内能增加了还是减少了？气体吸热还是放热？ 答案　由理想气体状态方程结合p-V图像知从a状态变化到b状态，温度升高，故ΔU>0，内能增加。由ΔU=W+Q得Q>0，即气体吸热。 (2025·重庆市九龙坡区高二期末)“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。在“空气充电宝”某个工作过程中，“空气充电宝”内一定质量理想气体的p-T图像如图所示。下列说法正确的是 A.a到b过程中，外界对“空气充电宝”内气体做正功 B.a到b过程中，“空气充电宝”内气体从外界吸收热量 C.b到c过程中，“空气充电宝”内气体内能不变 D.b到c过程中，外界对“空气充电宝”内气体做正功 例1 √ 由题图知，a到b过程中，气体压强不变，温度升高，根据=C可知气体 体积增大，则气体对外做功，外界对“空气充电宝”内气体做负功，故A错误； a到b过程中，“空气充电宝”内气体温度升高，内能增大，ΔU>0，气体对外做功，W<0，根据热力学第一定律ΔU=Q+W，可知Q>0，即气体从外界吸收热量，故B正确； 由题图知b到c过程中，“空气充电宝”内气体温度降低，体积增大，则气体内能减小，气体对外界做正功，故C、D错误。 (多选)(2024·沈阳市高二期末)如图所示，一定质量的某种理想气体，沿p-V图像中箭头所示方向，从状态a开始先后变化到状态b、c，再回到状态a。已知状态a气体温度为 27 ℃(绝对零度取-273 ℃)，则下列说法正确的是 A.气体在c状态时的温度为150 K B.从状态a→b→c的过程中，气体内能减小 C.气体在a→b→c→a过程中放出热量100 J D.气体在b→c过程中单位时间内撞击单位面积器壁上的气体分子个数变少 例2 √ √ 气体在b→c过程中，压强不变，体积变大，则温度升高，分子平均动能增大，则单位时间内撞击单位面积器壁上的气体分子个数变少，故D正确； 在a状态气体温度为Ta=(273+27) K=300 K，根据理想气体状态方程，对a、c两状态有=，结合题图，求得气体在c状态的温度为Tc=400 K， 故A错误； 根据题图可知，理想气体在经历状态a→b→c的过程中，先等容变化， 后等压变化，根据理想气体状态方程=C，可知温度先降低后升高， 则气体内能先减小后增大，故B错误； 气体在a→b→c→a过程中，根据p-V图像与V轴围成的面积的物理意义， 可得外界对气体做的功为W== J=100 J，根据热 力学第一定律有ΔU=Q+W=0，可得Q=-W=-100 J，即气体放出100 J的热量，故C正确。 (多选)如图所示，一定质量的某种理想气体在状态a时的压强为p0。从状态a到状态c，该气体从外界吸收的热量为Q，在V-T图像中图线ca的延长线通过坐标原点O，从状态c到状态b温度不变，则 A.气体在状态c的体积为1.5V0 B.气体在状态b的压强为p0 C.从状态a到状态c，气体对外界做功为-p0V0 D.从状态a到状态b，气体内能的变化量为Q-p0V0 例3 √ √ 由题意可知ca的延长线通过坐标原点O，从a到c气体压强不变， 则有pc=p0 根据盖—吕萨克定律有= 解得Vc=2V0，故A错误； cb为等温过程， 根据玻意耳定律可得pcVc=pb·3V0 解得pb=p0，故B正确； 从状态a到状态c为等压变化，气体膨胀， 气体对外界做正功，其值为W=p0(Vc-Va)=p0(2V0-V0)=p0V0 根据热力学第一定律可得该过程气体内能变化量ΔU=Q-W=Q-p0V0 由于从状态c到状态b为等温变化，所以从状态a到状态b和从状态a到状态c的过程，气体内能的变化量相同，圴为Q-p0V0，故C错误，D正确。 返回 < 二 > 热力学第一定律与气体实验定律的综合 　(多选)(2024·河北省高二期末)在打乒乓球时如果不小心把乒乓球压瘪了，但还不漏气，可以把被压瘪的乒乓球放进杯子里，再往杯子里倒入热水，过一会儿乒乓球就可以复原。如图，压瘪的乒乓球内气体的体积为30 mL，气体的压强为1.12×105 Pa，温度为27 ℃，倒入热水复原后球内气体的体积为32 mL，温度为87 ℃，球内气体可视为理想气体。则下列说法正确的是 A.乒乓球内气体温度升高后，每个气体分子的动能都增大 B.乒乓球复原过程中外界对球内气体做功 C.乒乓球复原过程中球内气体吸收热量 D.乒乓球复原后球内气体的压强为1.26×105 Pa 例4 √ √ 温度是分子平均动能的标志，所以乒乓球内气体温度升高后分子平均动能增大，但不是每个气体分子的动能都增大，故A错误； 乒乓球恢复成原来的圆球形的过程气体体积增大，对外做功，即W<0，故B错误； 气体的温度升高，则内能增大，即ΔU>0，根据热力学第一定律ΔU=Q+ W，则Q>0，即气体从外界吸收热量，故C正确； 乒乓球恢复成原来的圆球形过程，初态温度为T1=27 ℃=300 K，末态温度为T2=87 ℃=360 K，根据理想气体状态方程有=，解得p2=1.26 ×105 Pa，故D正确。 　(2023·浙江1月选考)某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S=100 cm2、质量m=1 kg的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA=300 K、活塞与容器底的距离h0=30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d=3 cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度TC=363 K的状态C时触动报警器。从 状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU=158 J。取大 气压p0=0.99×105 Pa，g取10 m/s2，求气体  (1)在状态B的温度； 例5 答案　330 K 根据题意可知，气体由状态A变化到状态B的过程中，压强不变， 则有= 又VA=h0S，VB=(h0+d)S 联立解得TB=330 K (2)在状态C的压强； 答案　1.1×105 Pa 根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，体积不变， 则有= 又pB=p0+=1.0×105 Pa 解得pC=pB=1.1pB=1.1×105 Pa (3)由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。 答案　188 J 根据题意可知，从状态A到状态C的过程中气体对外做功， 则W0=-pBΔV=-30 J 由热力学第一定律有ΔU=W0+Q 解得Q=ΔU-W0=188 J。 热力学第一定律和气体实验定律的综合问题的解题思路 总结提升 返回 本课结束 第 三 章 $