第三章　专题强化6　热力学第一定律与气体实验定律的综合问题 学案（学生版+教师版）—2024年春高中物理人教版选择性必修三

专题强化6　热力学第一定律与气体实验定律的综合问题 [学习目标]　 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)。 一、热力学第一定律与气体图像的结合 如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图像基础上思考以下问题： (1)在变化过程中是气体对外界做功还是外界对气体做功？做了多少功？ (2)在变化过程中气体吸热还是放热？气体内能如何变化？ _____ _____ _____ _____ 例1　(2022·镇江市高二期末)一定质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。在此过程中不正确的是(　　) A．气体的内能一直增加 B．气体一直对外做功 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 例2　(2022·江苏卷)如图所示，一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程，其中a→b为等温过程，状态b、c的体积相同，则(　　) A．状态a的内能大于状态b B．状态a的温度高于状态c C．a→c过程中气体吸收热量 D．a→c过程中外界对气体做正功 例3　(2022·盐城市高二期中)如图所示为一定质量的理想气体状态变化的V－T图像。已知气体在状态A时的压强为p0，则(　　) A．状态C时的压强为2p0 B．B→C过程中气体从外界吸热 C．A→B过程中外界对气体做功p0V0 D．A→B过程中单个分子对容器壁的平均撞击力不变 二、热力学第一定律和气体实验定律的综合 例4　(2023·南京市高二月考)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) _____ _____ _____ _____ 例5　(2023·无锡市高二期中)一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸内，如图所示水平放置。活塞的质量m＝20 kg，横截面积S＝100cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始时汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离L1＝12 cm，离汽缸口的距离L2＝3 cm。外界气温为27 ℃，大气压强为1.0×105 Pa，将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，已知g＝10 m/s2，求： (1)此时气体的温度为多少？ (2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q＝370 J的热量，则气体增加的内能ΔU多大？ _____ _____ _____ _____ 热力学第一定律和气体实验定律的综合问题的解题思路 专题强化6　热力学第一定律与气体实验定律的综合问题 [学习目标]　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)。 一、热力学第一定律与气体图像的结合 如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图像基础上思考以下问题： (1)在变化过程中是气体对外界做功还是外界对气体做功？做了多少功？ (2)在变化过程中气体吸热还是放热？气体内能如何变化？ 答案　(1)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图像中所围面积表示做功绝对值大小，W＝p1(V2－V1)。 (2)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。由ΔU＝W＋Q得Q>0，即气体吸热，内能增加。 例1　(2022·镇江市高二期末)一定质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。在此过程中不正确的是(　　) A．气体的内能一直增加 B．气体一直对外做功 ... ...