粤教版高中物理选择性必修第三册第3章素养提升课2热力学定律的综合应用课件

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第三章　热力学定律素养提升课(二)　热力学定律的综合应用关键能力·情境探究达成01考点1　热力学定律和气体实验定律的综合应用考点2　气体状态变化图像与热力学定律的综合应用考点1　热力学定律和气体实验定律的综合应用对于理想气体，常把热力学第一定律与气体实验定律结合起来分析其状态变化规律，常见的分析思路如下：(1)根据题意确定气体体积和温度变化的情况，并利用气体实验定律和状态方程求解气体的体积和温度．(2)利用体积的变化分析做功问题．气体体积增大，气体对外做功；气体体积减小，外界对气体做功．(3)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小．(4)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程．【典例1】　如图所示，倒悬的导热气缸中封闭着一定质量的理想气体，轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物体，大气压强恒为p0，起初环境的热力学温度为T0时，活塞到气缸底面的距离为L．当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了0.1 L，气缸中的气体吸收的热量为Q．求：(1)气缸内部气体内能的增加量ΔU；(2)最终的环境温度T．  [答案]　(1)Q－0.1p0SL＋0.1LG　(2)1.1T0热力学定律和气体实验定律综合应用的解题关键(1)一定质量的理想气体的内能只由温度决定．(2)根据气体状态变化准确判断出气体在各个状态的温度高低．　√[跟进训练]1．水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意图如图所示．从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口．扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出．若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体(　　)A．压强变大　　　B．对外界做功C．对外界放热 D．分子平均动能变大 考点2　气体状态变化图像与热力学定律的综合应用1．首先明确气体状态图像的物理意义(1)等温线(如图甲所示)：一定质量的理想气体，T1>T2．a→b，等温降压膨胀，内能不变，吸收的热量等于对外做的功；b→c，等容升温升压，对外不做功，吸收的热量等于内能增加量；c→a，等压降温压缩，放出的热量等于外界做的功与内能减少量之和．(2)等容线(如图乙所示)：一定质量的理想气体，V1>V2．a→b、b→c、c→a，状态及能量变化同等温线分析．(3)等压线(如图丙所示)：一定质量的理想气体，p1>p2．a→b，等温升压压缩，内能不变，外界做的功等于放出的热量；b→c，等压升温膨胀，吸收的热量等于内能增加量与对外做的功之和；c→a，等容降温降压，内能减小量等于放出的热量．2．能结合气体实验定律的方程列式，列式时要找出气体初态和末态的状态参量．3．挖掘气体状态参量的变化因素与热力学第一定律ΔU＝W＋Q中各物理量的对应关系．【典例2】　一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p -V图像如图所示．已知三个状态的坐标分别为a(V0，2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)．以下判断正确的是(　　)A．气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功B．气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c 过程中从外界吸收的热量C．在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D．气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量　√[思路点拨]　一定质量的理想气体的p -V图像与横轴所围的面积表示做的功，体积增大过程，气体对外做功；体积减小过程，外界对气体做功．一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大，气体在两个状态温度相等，则内能相等．C　[气体在a→b过程中体积增大，气体对外做功，在b→c过程中体积增大，气体对外做功，根据p -V图像与横轴所围的面积表示做的功可知，在这两个过程中气体对外做的功相等，选项A错误．气体在a→b过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知，气体在a、b两个状态温度相等，内能不变，由热力学第一定律可知，吸收的热量等于气体对外做的功；气体在b→c过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知，气体在c状态的温度高于在b状态的温度，内能增加，由热力学第一定律可知，吸收的热量等于气体对外做的功与内能增加量之和，即气体在a→b过程中吸收的热量小于气体在b→c过程中吸收的热量，选项B错误．气体在c→a的过程中，体积减小，温度降低，外界对气体做功，内能减小，根据热力学第一定律可知，外界对气体做的功小于气体放出的热量，选项C正确．由理想气体状态方程可知，气体在a、b两个状态温度相等，内能相等，所以气体在c→a的过程中内能的减少量等于气体在b→c过程中内能的增加量，选项D错误．]气体三种变化与内能这类问题的关键是注意坐标轴表示的物理量，理解图像的物理意义，注意绝热过程Q＝0．(1)等温变化：内能不变，即ΔU＝0．(2)等容变化：体积不变，即W＝0．(3)等压变化：在p -V图像中，曲线与V轴所围成的面积表示气体所做的功．[跟进训练]2．如图所示，一定质量的理想气体经历了A→B的等压过程，B→C的绝热过程(气体与外界无热量交换)，其中B→C过程中内能减少900 J．求A→B→C过程中气体对外界做的总功．[解析]　A→B过程W1＝－p(VB－VA)＝－6×105×1×10-3＝－600 JB→C为绝热过程，即Q＝0，根据热力学第一定律W2＝ΔU＝－900 J则W＝W1＋W2＝－600－900 J＝－1 500 J．所以气体对外界做的总功为1 500 J．[答案]　1 500 J