第3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）高中物理鲁科版（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) 通过本节课的学习，学会利用热力学第一定律与气体实验定律综合分析理想气体内能变化问题及图像综合问题，这也是近几年高考命题的热点问题。 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]　如图所示，一质量M＝3 kg、底面积S＝6 cm2的导热气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，活塞和气缸内壁间光滑无摩擦。初始时用手托住气缸，气缸内、外气体压强均为大气压强p0＝1×105 Pa，活塞与气缸底部的距离为l0＝0.1 m。将气缸由静止释放，经过足够长的时间后气缸最终静止，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，不计气缸壁厚度，周围环境温度保持不变。 (1)求气缸最终静止时活塞与气缸底部的距离； (2)整个过程中，气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？ 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.(2023·天津高考)如图是爬山所带的氧气瓶，爬高过程中，氧气瓶里的气体体积和质量均不变，温度降低，则气体(　　) A．对外做功 　　 B．内能减少 C．吸收热量 　　 D．压强不变 2．(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。 3．(2024·福建厦门高二检测)如图所示为一电风扇自动控制装置，用轻质活塞和导热性能良好的气缸密封一定质量的理想气体，活塞的面积S＝50 cm2，上表面有一轻质金属触片。当环境温度t1＝27 ℃时，活塞距气缸底部h1＝30 cm；当环境温度升高到t2＝32 ℃时，活塞上升到恰使金属触片与导线触点接通的位置，电风扇开始工作。已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，T＝(t＋273)K，不计活塞与气缸间的摩擦，在环境温度由27 ℃升高到32 ℃的过程中，求： (1)活塞上升的高度； (2)气体对外做的功； (3)若该过程中气体从外界吸收的热量为3.0 J，求气体内能的增加量。 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 ①点表示一个平衡状态，对应相应气体状态参量。 ②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．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图像中所围面积表示做功绝对值大小。 (一)热力学第一定律与p V图像的综合 [例1]　(2024·山东高考)一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是(　　) A．a→b ... ...