专题10.6 热力学定律与气体的习题课-高中物理人教版选修3-3（全册）

热力学定律基本思路热力学第一定律与气体实验定律的综合应用例1(2017·河北冀州2月模拟)如图4甲所示，横截面积为S，质量为M的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体，现对缸内气体缓慢加热，使其温度从T1升高了ΔT，气柱的高度增加了ΔL，吸收的热量为Q.不计汽缸与活塞的摩擦，外界大气压强为p0，重力加速度为g.求：(1)此加热过程中气体内能增加了多少？图4答案Q－(p0S＋Mg)ΔL答案解析解析设缸内气体的温度为T1时压强为p1，活塞受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，则有Mg＋p0S＝p1S气体膨胀对外界做功为W＝p1SΔL根据热力学第一定律有Q－W＝ΔU联立可得ΔU＝Q－(p0S＋Mg)ΔL(2)若保持缸内气体温度不变，再在活塞上放一砝码，如图乙所示，使缸内气体的体积又恢复到初始状态，则所放砝码的质量为多少？答案解析解析设所放砝码的质量为m，缸内气体的温度为T2时压强为p2，活塞和砝码整体受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，则有(M＋m)g＋p0S＝p2S变式1(2017·广东华南三校联考)如图5所示，汽缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡，已知活塞距缸口h＝50 cm，活塞面积S＝10 cm2，封闭气体的体积为V1＝1 500 cm3，温度为0℃，大气压强p0＝1.0×105Pa，重物重力G＝50 N，活塞重力及一切摩擦不计.缓慢升高环境温度，封闭气体吸收了Q＝60 J的热量，使活塞刚好升到缸口.整个过程重物未触地，求：(1)活塞刚好升到缸口时，气体的温度是多少？答案解析图5答案364 K解析封闭气体的初态：V1＝1 500 cm3，T1＝273 K末态：V2＝1 500 cm3＋50×10 cm3＝2 000 cm3缓慢升高环境温度，封闭气体做等压变化解得T2＝364 K(2)汽缸内气体对外界做多少功？答案解析答案25 J解析设封闭气体做等压变化时的压强为p对活塞：p0S＝pS＋G汽缸内气体对外界做功W＝pSh解得W＝25 J(3)气体内能的变化量为多少？答案解析答案35 J解析由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化量ΔU＝Q－W得ΔU＝35 J故汽缸内的气体内能增加了35 J例22016年江苏高考(2016·全国Ⅱ卷·33(1))一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，