人教版高中物理選擇性必修第三冊熱力學定律與氣體實驗定律的綜合應用課件

第三章熱力學定律熱力學定律與氣體實驗定律的綜合應用13精彩動圖13學習目標31、知道熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題的解題思路和方法2、會處理熱力學定律與氣體圖像結(jié)合的問題一

熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題///////二熱力學定律與氣體圖像結(jié)合///////一、熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用1.熱力學定律與氣體實驗定律問題的處理方法(1)氣體實驗定律研究對象是一定質(zhì)量的某種理想氣體。(2)解決具體問題時,分清氣體的變化過程是求解問題的關(guān)鍵,根據(jù)不同的變化,找出與之相關(guān)的氣體狀態(tài)參量,利用相關(guān)規(guī)律解決。(3)對理想氣體,只要體積變化,外界對氣體(或氣體對外界)就要做功,如果是等壓變化,W=pΔV;只要溫度發(fā)生變化,其內(nèi)能就發(fā)生變化。(4)結(jié)合熱力學第一定律ΔU=W+Q求解問題。2解決熱力學定律與氣體實驗定律的綜合問題的思路【典例體驗】有關(guān)熱力學定律與氣體實驗定律的綜合問題的處理方法

(1)氣體實驗定律的研究對象是一定質(zhì)量的理想氣體。

(2)解決具體問題時，弄清氣體的變化過程是求解問題的關(guān)鍵，根據(jù)不同的變化，找出與之相關(guān)的氣體狀態(tài)參量，利用相關(guān)規(guī)律解決。

(3)對理想氣體，通常只要體積變化，外界對氣體(或氣體對外界)要做功，如果是等壓變化，W＝pΔV；只要溫度發(fā)生變化，其內(nèi)能就發(fā)生變化。

(4)結(jié)合熱力學第一定律ΔU＝W＋Q求解問題?！踞槍τ柧殹?、如圖所示是某氣壓式柱形保溫瓶的結(jié)構(gòu)示意簡圖，現(xiàn)倒入熱水，封閉活塞a，其與液面間封閉一定質(zhì)量的理想氣體，此時瓶內(nèi)氣體溫度為T1，壓強為p0，經(jīng)過一段

時間溫度降為T2，忽略這一過程中氣體體積的變化.(1)求溫度降為T2時瓶內(nèi)氣體的壓強p；(2)封閉氣體溫度由T1降為T2過程中，其傳遞的熱量為Q，則氣體的內(nèi)能如何變化？求此變化量的大小ΔU.

（2）封閉氣體溫度由T1下降到T2過程為等容變化過程，W＝0，溫度降低，則氣體內(nèi)能減少，由熱力學第一定律得W＋Q＝ΔU，解得ΔU＝Q.

二、熱力學第一定律與圖像的綜合應用1.在某一過程中，氣體的p、V、T的變化可由圖像直接判斷或結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程

＝C分析。2.氣體的做功情況、內(nèi)能變化及吸、放熱關(guān)系可由熱力學第一定律分析。(1)由體積變化分析氣體做功的情況：體積膨脹，氣體對外做功；氣體被壓縮，外界對氣體做功。(2)由溫度變化判斷氣體內(nèi)能變化：溫度升高，氣體內(nèi)能增大；溫度降低，氣體內(nèi)能減小。(3)由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q判斷氣體是吸熱還是放熱。(4)在p－V圖像中，圖像與橫軸所圍面積表示氣體對外界或外界對氣體整個過程中所做的功。【典例體驗】【例2】如圖甲所示，一圓柱形絕熱汽缸開口向上豎直放置，通過絕熱活塞將一定質(zhì)量的理想氣體密封在汽缸內(nèi)，活塞質(zhì)量m＝1kg、橫截面積S＝5×10－4m2，原來活塞處于A位置?，F(xiàn)通過電熱絲緩慢加熱氣體，直到活塞緩慢到達新的位置B，在此過程中，缸內(nèi)氣體的V－T圖象如圖乙所示，已知大氣壓強p0＝1.0×105Pa，忽略活塞與汽缸壁之間的摩擦，重力加速度g＝10m/s2。答案(1)1.2×105Pa

6×10－4m3

(2)60J(1)求缸內(nèi)氣體的壓強和活塞到達位置B時缸內(nèi)氣體的體積；(2)若缸內(nèi)氣體原來的內(nèi)能U0＝72J，且氣體內(nèi)能與熱力學溫度成正比，求缸內(nèi)氣體變化過程中從電熱絲吸收的總熱量。有哪個狀態(tài)參量不變嗎？【例3】(多選)一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過程的p－V

圖象如圖所示，已知氣體處于狀態(tài)A時的溫度為300K，則下列判斷正確的是(

)A．氣體處于狀態(tài)B時的溫度為900KB．氣體處于狀態(tài)C時的溫度為300KC．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)C過程氣體內(nèi)能一直增大D．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B過程氣體放熱E．從狀態(tài)B變化到狀態(tài)C過程氣體放熱【例4】如圖所示，用帶孔橡皮塞把塑料瓶口塞住，向瓶內(nèi)迅速打氣，在瓶塞彈出前，外界對氣體做功15J，橡皮塞的質(zhì)量為20g，橡皮塞被彈出的速度為10m/s，若橡皮塞增加的動能占氣體對外做功的10%，瓶內(nèi)的氣體可視為理想氣體。則瓶內(nèi)氣體的內(nèi)能變化量為________J，瓶內(nèi)氣體的溫度________(選填“升高”“不變”或“降低”)。5升高【針對訓練】2．如圖所示，用輕質(zhì)活塞在汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間摩擦忽略不計，開始時活塞距離汽缸底部高度h1＝0.50m，氣體的溫度t1＝27℃。給汽缸緩慢加熱至t2＝207℃，活塞緩慢上升到距離汽缸底某一高度h2處，此過程中缸內(nèi)氣體增加的內(nèi)能ΔU＝300J，已知大氣壓強p0＝1.0×105Pa，活塞橫截面積S＝5.0×10－3m2。求：

(ⅰ)活塞距離汽缸底部的高度h2；(ⅱ)此過程中缸內(nèi)氣體吸收的熱量Q。3．一橫截面積為S的汽缸豎直倒放，汽缸內(nèi)有一質(zhì)量為m的活塞，將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸內(nèi)，氣柱的長度為L，活塞與汽缸壁無摩擦，氣體處于平衡狀態(tài)，如圖甲所示，現(xiàn)保持溫度不變，把汽缸傾斜，使汽缸側(cè)壁與豎直方向夾角θ＝37°，重新達到平衡后，如圖乙所示，設大氣壓強為p0，汽缸導熱良好，已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度為g，求：(1)此時氣柱的長度；(2)分析說明汽缸從豎直倒放到傾斜過程，理想氣體吸熱還是放熱。A．A→B過程中，氣體的內(nèi)能不變B．B→C過程中，氣體分子的平均動能增大C．C→D過程中，氣體分子數(shù)密度增大，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多D．D→A過程中，外界對氣體做的功小于氣體內(nèi)能的增加量E．若氣體在A→B過程中吸收63kJ的熱量，在C→D過程中放出38kJ的熱量，則氣體完成一次循環(huán)對外做的功為25kJ4．(多選)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A。其中，A→B和C→D為等溫過程，B→C和D→A為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)。該循環(huán)過程中，下列說法正確的是(

)解析A→B為等溫過程，氣體的內(nèi)能不變，選項A正確；B→C為絕熱過程，氣體沒有與外界熱交換，體積增大，氣體對外界做功，內(nèi)能減小，所以B→C過程中，氣體分子的平均動能減小，選項B錯誤；C→D為等溫過程，C→D過程中，氣體體積減小，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，選項C正確；D→A過程中，氣體與外界無熱量交換，體積減小，外界對氣體做功，外界對氣體做的功等于氣體內(nèi)能的增加量，選項D錯誤；氣體完成一次循環(huán)，氣體的內(nèi)能不變，由熱力學第一定律可如，氣體對外做的功為63kJ－38kJ＝25kJ，選項E正確。答案ACE5．一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過程的p－V圖象如圖4所示。已知該氣體在狀態(tài)A時的溫度為27℃。求：(1)該氣體在狀態(tài)B時的溫度；(2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中與外界交換的熱量。－173℃

200J6.如圖所示，豎直放置的汽缸，活塞橫截面積為S＝0.10m2，活塞的質(zhì)量忽略不計，氣缸側(cè)壁有一個小孔與裝有水銀的U形玻璃管相通。開始活塞被鎖定，汽缸內(nèi)封閉了一段高為80cm的氣柱(U形管內(nèi)的氣體體積不計)，此時缸內(nèi)氣體溫度為27℃，U形管內(nèi)水銀面高度差h1＝15cm。已知大氣壓強p0＝1.0×105Pa，水銀的密度ρ＝13.6×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2。(1)讓汽缸緩慢降溫，直至U