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课件网) 微专题3 气体实验定律与 热力学第一定律的 综合问题 1.能综合应用气体实验定律与热力学第一定律解决相关问题。2.能解决气体状态图像与热力学第一定律的综合问题。 [定位·学习目标] 突破·关键能力 要点一 气体实验定律与热力学第一定律的综合问题 1.气体实验定律与热力学第一定律的区别和联系 在研究气体状态变化的问题中,气体的实验定律描述了状态参量变化的关系;热力学第一定律描述了状态参量变化的条件。 2.注意三种特殊过程的特点 (1)等温过程:内能不变,ΔU=0。 (2)等容过程:体积不变,W=0。 (3)绝热过程:Q=0。 「要点归纳」 3.掌握做功、内能变化情况的判断方法 (1)理想气体内能的变化看温度。气体温度升高,内能增大;气体温度降低,内能减小。 (2)气体做功情况看体积。体积膨胀则对外做功;体积减小则外界对气体做功;理想气体向真空膨胀则不做功。 (3)在等压变化中W=pΔV,其中ΔV为气体体积的变化。 「典例研习」 [例1] 如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为 n1∶n2=5∶1,原线圈接在电压有效值U=220 V的家庭用电上,副线圈接电阻 R=11 Ω的电热丝,电热丝密封在绝热容器内,容器内封闭有一定质量的理想气体。接通电路开始加热,加热前气体温度为T0=300 K,体积V0=1×10-3 m3,大气压强 p0=1×105 Pa。 (1)求副线圈的电流有效值I2; 【答案】 (1)4 A (2)绝热容器竖直放置,开口处由轻质活塞封闭,在加热过程中活塞缓慢移动,不计摩擦。气体吸收的热量Q与其温度变化量ΔT成正比,即Q=kΔT,此时k= 2 J/K,当温度T1=600 K时,求气体内能的变化量ΔU。 【答案】 (2)500 J 公式法解答气体状态变化中功能关系问题的一般思路 ·规律方法· 要点二 气体状态变化关系图像与热力学第一定律的综合问题 1.明确气体状态变化关系图像与做功、内能变化的情况。 (1)p-V图像中的等温线(如图甲所示):一定质量的理想气体的不同等温线的温度不同,其中T1>T2。a→b为等温膨胀,内能不变,吸收的热量等于对外做的功。b→c为等容升温,气体不做功,吸收的热量等于内能的增加量。c→a为等压压缩,放出的热量等于外界做的功与内能减少量之和。 「要点归纳」 (2)p-T图像中的等容线(如图乙所示):一定质量的理想气体的不同等容线的体积不同,其中V1>V2。a→b,b→c,c→a的状态变化及对应的传热、内能的变化同(1)中分析。 (3)V-T图像中的等压线(如图丙所示):一定质量的理想气体的不同等压线的压强不同,其中p1>p2。a→b为等温压缩,内能不变,外界做的功等于放出的热量;b→c为等压升温,吸收的热量等于内能增加量和对外做的功之和;c→a为等容降温,内能减少量等于放出的热量。 2.对气体某一过程的初、末状态,能够结合气体实验定律列出对应的方程式。 3.挖掘气体状态参量的变化过程中对应的做功、内能变化及传热情况,运用热力学第一定律ΔU=W+Q求出未知量。 [例2]一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再变化到状态C,其状态变化过程的p-V图像如图所示。已知该气体在状态A时的热力学温度为450 K。 「典例研习」 (1)求该气体在状态B时的热力学温度。 【答案】 (1)150 K (2)该气体从状态A经状态B到状态C全程是吸热还是放热 与外界交换的热量是多少 【答案】 (2)吸热 200 J 解得TC=450 K,因为状态A和状态C温度相等, 且一定质量理想气体的内能只与温度有关,所以在这个过程中ΔU=0, 由热力学第一定律ΔU=Q+W得Q=-W, 在整个过程中,气体由B到C过程对外做功,因此W=-pBΔV=-200 J, 即Q=-W=200 J,是正值, 所以气体从状态A经状态B到状态C过程中是吸热,吸收的热量为Q=200 J。 检测·学习效果 1.2022年5月,我国自主研发的极目一号Ⅲ型浮空艇创造了海拔 9 032米的大气科学观测世界纪录。在浮空艇某段下降过程中,艇内气 ... ...
