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- 2021-05-22 发布
专题突破与题型专练 热力学定律与气体实验定律的综合问题
[
学习目标
]
1.
理解和掌握热力学第一定律的表达式
,
并会运用于有关分析和计算
.
2.
理解和掌握能量守恒定律
,
明确定律的主要意义
.
3.
了解第一类永动机及其不可能制成的原因
.
课堂探究
随堂演练
题型一 气体实验定律与热力学定律的综合应用
课堂探究 突破要点
[例1]
(
2019
·
广东深圳质检
)绝热汽缸倒扣在水平地面上,缸内装有一电热丝,缸内有一光滑的绝热活塞,封闭一定质量的理想气体,活塞下吊着一重为G的重物,活塞重为G
0
,活塞的横截面积为S,开始时封闭气柱的高为h,气体的温度为T
1
,大气压强为p
0
.现给电热丝缓慢加热,若气体吸收热量Q时,活塞下降了h,求:
(1)
气体的温度升高多少
;
答案
:
(1)T
1
(2)
气体的内能增加多少
.
答案
:
(2)Q+(G+G
0
)h-p
0
Sh
规律方法
气体实验定律与热力学定律的综合应用的四点注意
(1)
气体实验定律和热力学第一定律的结合点是温度和体积
.
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.
(2)
一定质量的理想气体内能的变化要看温度
.
气体温度升高
,
内能增大
;
气体温度降低
,
内能减小
.
(3)
气体与外界的做功情况要看体积
.
气体体积膨胀
,
对外做功
;
气体体积减小
,
外界对气体做功
;
理想气体自由膨胀
,
不做功
.
(4)
在等压变化中
,
由公式
W=pΔV
求解做功情况
,
其中
ΔV
为气体体积的变化
;
在
p
-
V
图象中
,
曲线与
V
轴所围成的面积表示气体所做的功
.
[
跟踪训练
1]
如图所示
,
两个截面积都为
S
的圆柱形容器
,
右边容器高为
H,
上端封闭
,
左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的质量为
M
的活塞
.
两容器由装有阀门的极细管道相连
,
容器、活塞和细管都是绝热的
.
开始时阀门关闭
,
左边容器中装有理想气体
,
平衡时活塞到容器底的距离为
H,
右边容器内为真空
.
现将阀门缓慢打开
,
活塞便缓慢下降
,
直至系统达到新的平衡
,
此时理想气体的温度增加为原来的
1.4
倍
,
已知外界大气压强为
p
0
,
求此过程中气体内能的增加量
.
题型二 气体状态变化图象与热力学定律的综合应用
[
例
2]
(
2019
·
江西萍乡检测
)
如图所示
,
一定质量的理想气体从状态
A
先后经过等压、等容和等温过程完成一个循环
,A,B,C
状态参量如图所示
,
气体在状态
A
的温度为
27 ℃,
求
:
(1)
气体在状态
B
的温度
TB;
(2)
气体从
A→B→C
状态变化过程中与外界交换的总热量
Q.
(2)
根据热力学第一定律有
ΔU=Q+W
其中
W=-2p
0
V
0
,ΔU=0
解得
Q=2p
0
V
0
(
吸热
).
答案:
(1)600 K (2)2p
0
V
0
规律方法
[跟踪训练2]
如图所示,一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B.此过程中,气体压强p=1.0×10
5
Pa,吸收的热量Q=7.0×10
2
J,求此过程中气体内能的增量.
答案
:
5.0×10
2
J
随堂演练 检测效果
1.(
2019
·
江苏宿迁检测
)(
多选
)
如图所示
,
一定质量的理想气体由
a
状态变化到
b
状态
,
下列说法正确的有
(
)
A.
外界对气体做功
B.
气体对外界做功
C.
气体向外界放热
D.
气体从外界吸热
BD
解析:
由图可看出从a到b气体体积增大,温度升高,内能增大,气体对外界做功,气体从外界吸收热量,故选项B,D正确.
2.(
2019
·
海南中学检测
)
如图
,
一定质量的理想气体
,
由状态
a
经过
ab
过程到达状态
b
或者经过
ac
过程到达状态
c.
设气体在状态
b
和状态
c
的温度分别为
T
b
和
T
c
,
在过程
ab
和
ac
中吸收的热量分别为
Q
ab
和
Q
ac
.
则
(
)
A.T
b
>T
c
,Q
ab
>Q
ac
B.T
b
>T
c
,Q
ab
Q ac D.T b =T c ,Q ab