人教版高中物理选择性必修第三册热力学定律与气体实验定律的综合应用课件

第三章热力学定律热力学定律与气体实验定律的综合应用13精彩动图13学习目标31、知道热力学定律与气体实验定律综合问题的解题思路和方法2、会处理热力学定律与气体图像结合的问题一

热力学定律与气体实验定律综合问题///////二热力学定律与气体图像结合///////一、热力学第一定律与气体实验定律的综合应用1.热力学定律与气体实验定律问题的处理方法(1)气体实验定律研究对象是一定质量的某种理想气体。(2)解决具体问题时,分清气体的变化过程是求解问题的关键,根据不同的变化,找出与之相关的气体状态参量,利用相关规律解决。(3)对理想气体,只要体积变化,外界对气体(或气体对外界)就要做功,如果是等压变化,W=pΔV;只要温度发生变化,其内能就发生变化。(4)结合热力学第一定律ΔU=W+Q求解问题。2解决热力学定律与气体实验定律的综合问题的思路【典例体验】有关热力学定律与气体实验定律的综合问题的处理方法

(1)气体实验定律的研究对象是一定质量的理想气体。

(2)解决具体问题时，弄清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同的变化，找出与之相关的气体状态参量，利用相关规律解决。

(3)对理想气体，通常只要体积变化，外界对气体(或气体对外界)要做功，如果是等压变化，W＝pΔV；只要温度发生变化，其内能就发生变化。

(4)结合热力学第一定律ΔU＝W＋Q求解问题。【针对训练】1、如图所示是某气压式柱形保温瓶的结构示意简图，现倒入热水，封闭活塞a，其与液面间封闭一定质量的理想气体，此时瓶内气体温度为T1，压强为p0，经过一段

时间温度降为T2，忽略这一过程中气体体积的变化.(1)求温度降为T2时瓶内气体的压强p；(2)封闭气体温度由T1降为T2过程中，其传递的热量为Q，则气体的内能如何变化？求此变化量的大小ΔU.

（2）封闭气体温度由T1下降到T2过程为等容变化过程，W＝0，温度降低，则气体内能减少，由热力学第一定律得W＋Q＝ΔU，解得ΔU＝Q.

二、热力学第一定律与图像的综合应用1.在某一过程中，气体的p、V、T的变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程

＝C分析。2.气体的做功情况、内能变化及吸、放热关系可由热力学第一定律分析。(1)由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功。(2)由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小。(3)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断气体是吸热还是放热。(4)在p－V图像中，图像与横轴所围面积表示气体对外界或外界对气体整个过程中所做的功。【典例体验】【例2】如图甲所示，一圆柱形绝热汽缸开口向上竖直放置，通过绝热活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸内，活塞质量m＝1kg、横截面积S＝5×10－4m2，原来活塞处于A位置。现通过电热丝缓慢加热气体，直到活塞缓慢到达新的位置B，在此过程中，缸内气体的V－T图象如图乙所示，已知大气压强p0＝1.0×105Pa，忽略活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度g＝10m/s2。答案(1)1.2×105Pa

6×10－4m3

(2)60J(1)求缸内气体的压强和活塞到达位置B时缸内气体的体积；(2)若缸内气体原来的内能U0＝72J，且气体内能与热力学温度成正比，求缸内气体变化过程中从电热丝吸收的总热量。有哪个状态参量不变吗？【例3】(多选)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

图象如图所示，已知气体处于状态A时的温度为300K，则下列判断正确的是(

)A．气体处于状态B时的温度为900KB．气体处于状态C时的温度为300KC．从状态A变化到状态C过程气体内能一直增大D．从状态A变化到状态B过程气体放热E．从状态B变化到状态C过程气体放热【例4】如图所示，用带孔橡皮塞把塑料瓶口塞住，向瓶内迅速打气，在瓶塞弹出前，外界对气体做功15J，橡皮塞的质量为20g，橡皮塞被弹出的速度为10m/s，若橡皮塞增加的动能占气体对外做功的10%，瓶内的气体可视为理想气体。则瓶内气体的内能变化量为________J，瓶内气体的温度________(选填“升高”“不变”或“降低”)。5升高【针对训练】2．如图所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部高度h1＝0.50m，气体的温度t1＝27℃。给汽缸缓慢加热至t2＝207℃，活塞缓慢上升到距离汽缸底某一高度h2处，此过程中缸内气体增加的内能ΔU＝300J，已知大气压强p0＝1.0×105Pa，活塞横截面积S＝5.0×10－3m2。求：

(ⅰ)活塞距离汽缸底部的高度h2；(ⅱ)此过程中缸内气体吸收的热量Q。3．一横截面积为S的汽缸竖直倒放，汽缸内有一质量为m的活塞，将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，气柱的长度为L，活塞与汽缸壁无摩擦，气体处于平衡状态，如图甲所示，现保持温度不变，把汽缸倾斜，使汽缸侧壁与竖直方向夹角θ＝37°，重新达到平衡后，如图乙所示，设大气压强为p0，汽缸导热良好，已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度为g，求：(1)此时气柱的长度；(2)分析说明汽缸从竖直倒放到倾斜过程，理想气体吸热还是放热。A．A→B过程中，气体的内能不变B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大C．C→D过程中，气体分子数密度增大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D．D→A过程中，外界对气体做的功小于气体内能的增加量E．若气体在A→B过程中吸收63kJ的热量，在C→D过程中放出38kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为25kJ4．(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)。该循环过程中，下列说法正确的是(

)解析A→B为等温过程，气体的内能不变，选项A正确；B→C为绝热过程，气体没有与外界热交换，体积增大，气体对外界做功，内能减小，所以B→C过程中，气体分子的平均动能减小，选项B错误；C→D为等温过程，C→D过程中，气体体积减小，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，选项C正确；D→A过程中，气体与外界无热量交换，体积减小，外界对气体做功，外界对气体做的功等于气体内能的增加量，选项D错误；气体完成一次循环，气体的内能不变，由热力学第一定律可如，气体对外做的功为63kJ－38kJ＝25kJ，选项E正确。答案ACE5．一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图象如图4所示。已知该气体在状态A时的温度为27℃。求：(1)该气体在状态B时的温度；(2)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量。－173℃

200J6.如图所示，竖直放置的汽缸，活塞横截面积为S＝0.10m2，活塞的质量忽略不计，气缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通。开始活塞被锁定，汽缸内封闭了一段高为80cm的气柱(U形管内的气体体积不计)，此时缸内气体温度为27℃，U形管内水银面高度差h1＝15cm。已知大气压强p0＝1.0×105Pa，水银的密度ρ＝13.6×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2。(1)让汽缸缓慢降温，直至U