第三章 综合融通　热力学第一定律与气体实验定律的综合问题（课件 学案 练习）高中物理人教版（2019）选择性必修 第三册

综合·融通　热力学第一定律与气体实验定律的综合问题 (融会课—主题串知综合应用) 热力学第一定律和气体实验定律是高考命题的重点和热点，有单独考查，也有热力学第一定律和气体实验定律及相关图像的综合考查。 主题(一)　热力学第一定律与气体实验定律的综合问题 [知能融会通] 1．利用体积的变化分析做功情况。气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功。 2．利用温度的变化分析理想气体内能的变化。一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减少。 3．利用热力学第一定律判断是吸热还是放热。由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程。 [典例]　(2024·湖北高考)如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为T0，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升h再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为ΔU＝CΔT，C为已知常数，大气压强恒为p0，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求： (1)再次平衡时容器内气体的温度。 (2)此过程中容器内气体吸收的热量。 尝试解答： /方法技巧/ 求解热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的思路 [题点全练清] 1．(2024·北京高考)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变。在上浮过程中气泡内气体(　　) A．内能变大 B．压强变大 C．体积不变 D．从水中吸热 2．如图所示，一质量M＝3 kg、底面积S＝6 cm2的导热汽缸内由活塞将一定质量的理想气体封闭在其中，活塞通过一不可伸长的轻绳竖直悬挂在固定的天花板上，活塞和汽缸内壁间光滑无摩擦。初始时用手托住汽缸，汽缸内、外气体压强均为大气压强p0＝1×105 Pa，活塞与汽缸底部的距离为l0＝0.1 m。将汽缸由静止释放，经过足够长的时间后汽缸最终静止，此时活塞仍将气体封闭，整个过程中不漏气。取重力加速度g＝10 m/s2。周围环境温度保持不变。 (1)求汽缸最终静止时活塞与汽缸底部的距离； (2)整个过程中，缸内气体是从外界吸收热量还是向外界放出热量？数值为多少？ 主题(二)　热力学第一定律与气体状态变化图像的综合问题 [知能融会通] 1．“两明确”巧析气体状态变化图像 (1)明确点、线的物理意义：点表示一个平衡状态，对应相应气体状态参量；线表示理想气体状态变化的一个过程。 (2)明确斜率的物理意义：利用＝C变形为正比例函数关系，确定斜率的意义。 2．通过分析，选择相应气体方程。列式分析、计算。 3．做功分析与计算 (1)体积增大，气体对外界做功；体积减小，外界对气体做功。 (2)等压变化利用W＝pΔV计算；p V图像中图线与V轴所围面积表示做功绝对值大小。 4．利用ΔU＝W＋Q分析求解问题。 [典例]　(2024·广东清远高二月考)某同学用光滑活塞将一定质量的空气(视为理想气体)封闭在汽缸内，并对汽缸内气体加热，气体从状态A变化到状态B过程中的p V图像如图所示，已知气体在状态A时的热力学温度TA＝280 K，该过程中气体吸收的热量Q＝120 J，求： (1)气体在状态B时的热力学温度TB； (2)该过程中气体内能的增量ΔU。 尝试解答： /方法技巧/ 热力学第一定律与气体状态变化图像综合问题的分析思路 [题点全练清] 1．(多选)一定质量的理想气体从状态a开始，经历等温和等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p T 图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是(　　) A．气体在a、c两状态的体积相等 B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 C．在过程cd ... ...