人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律综合与测试精品课件ppt

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一、热力学第一定律与图像的综合应用1.四种图像的比较
2.分析技巧利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析不同温度的两条等温线、不同体积的两条等容线、不同压强的两条等压线的关系,然后利用热力学第一定律分析内能的增量(ΔU)与外界对物体做功(W)和物体从外界吸收热量(Q)之间的关系,即ΔU=W+Q。
例1 (2020山东济南二模)一定质量的理想气体从状态a开始,经历三个过程ab、bc、ca回到原状态,其p-V图像如图所示,已知气体在状态a的压强为p0、体积为V0、温度为T0,气体在状态b的温度Tb=1.5T0,气体在状态c的温度Tc=T0。
(1)求气体在状态b时的体积;(2)分析说明气体由状态c到状态a是吸热还是放热,并求出吸收或放出的热量。
解析(1)从a到b,气体做等压变化,初态:Va=V0,Ta=T0末态:Vb待求,Tb=1.5T0(2)由于a、c状态的温度相同,故内能相同,从c到a,体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,气体放热从b到c气体做等容变化,初态:pb=p0,Tb=1.5T0末态:pc待求,Tc=T0答案(1)1.5V0　(2)见解析
例2 (2020四川宜宾模拟)一定质量的理想气体经过如图所示的变化过程:A→B→C。已知气体在初始A状态的压强为p0,体积为V0,温度为T0,BA连线的延长线经过坐标原点,A→B过程中,气体从外界吸收热量为Q,B状态温度为T。试求:(1)气体在B状态时的体积和在C状态时的压强;(2)气体从A→B→C整个过程中内能的变化量。
二、热力学第一定律与气体实验定律的综合应用解题基本思路
例3 (2020山东泰安四模)如图所示,在竖直放置的导热性能良好的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体,活塞能无摩擦地滑动,容器的横截面积为S,整个装置放在大气压为p0的室内,稳定时活塞与容器底的距离为h0,现把容器移至大气压仍为p0的室外,活塞缓慢上升d后再次平衡,重力加速度大小为g。若此过程中气体吸收的热量为Q,则密闭气体的内能(　　)A.减少了Q-(mg+p0S)dB.减少了Q+(mg+p0S)dC.增加了Q-(mg+p0S)dD.增加了Q+(mg+p0S)d
移至室外,活塞上升的过程中,密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功,所以外界对系统做的功W=-(mg+p0S)d根据热力学第一定律得密闭气体的内能增加了ΔU=Q+W=Q-(mg+p0S)d,故C正确,A、B、D错误。答案C
例4 (2020河北邯郸二模)如图所示,两端开口内壁光滑的导热汽缸竖直固定放置,质量分别为m和2m的两个活塞A、B由长度为2L的轻杆相连,两活塞的横截面积分别为S和2S,活塞间封闭有一定质量的理想气体。开始时,活塞B距离较细汽缸底端为L,整个装置处于静止状态。此时大气压强为p0= ,汽缸周围温度为127 ℃,现在活塞A上部缓慢倒入细沙,直到活塞A恰好位于较细汽缸底部。
(1)求加入细沙的质量;(2)保持细沙质量不变,再缓慢降低气体温度,使活塞回到原来位置,封闭气体的内能减少了ΔU,求此时封闭气体的温度及此过程中气体放出的热量。
解析(1)设初始状态封闭气体的压强为p1,由平衡条件可得p0S+p1·2S+3mg=p0·2S+p1S设活塞A到达汽缸底部时封闭气体的压强为p2、加入细沙的质量为m0,由平衡条件得p0S+p2·2S+3mg+m0g=p0·2S+p2S根据玻意耳定律得p1(LS+2LS)=p2·2L·2S联立解得