第三章热力学定律 网络构建与学科素养提升 学案(含答案)-2021年高中物理人教版(新教材)选择性必修第三册
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1、网络构建与学科素养提升网络构建与学科素养提升 一、根据图像分析气体内能的变化数形结合思想应用能力培养 1.应用气体状态变化图像时要注意以下两点信息 (1)点、线的物理意义:求解气体状态变化的图像问题,应当明确图像上的点表示 一定质量的理想气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图像上的某一条 直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。 (2)斜率的物理意义: 在 VT 图像(或 pT 图像)中, 比较两个状态的压强(或体积) 大小,可以通过比较这两个状态到原点连线的斜率的大小,判断两个状态的压强 (或体积)的大小。 2.判定物体内能变化的方法 (1)内能的变化都要利用热力学第一
2、定律进行综合分析; (2)做功情况要看气体体积的变化情况:体积增大,气体对外做功,W 为负;体积 缩小,外界对气体做功,W 为正; (3)与外界绝热,则不发生传热,此时 Q0; (4)如果研究对象是理想气体,则由于理想气体没有分子势能,所以气体内能的变 化主要体现在分子动能的变化上,从宏观上看就是温度的变化。 例 1 一定质量理想气体的 pV 图像如图所示,其中 ab 为等容过程,bc 为 等压过程,ca 为等温过程,已知气体在状态 a 时的温度 Ta300 K,在状态 b 时的体积 Vb22.4 L。求: (1)气体在状态 c 时的体积 Vc; (2)试比较气体由状态 b 到状态 c 过程从
3、外界吸收的热量 Q 与对外做功 W 的大小 关系,并简要说明理由。 解析 (1)气体 ca 等温变化,根据玻意耳定律得 paVapcVc 又 ab 为等容过程,所以 VaVb22.4 L 解得 VcpaVa pc paVb pc 67.2 L。 (2)气体由状态 b 到状态 c 为等压过程,由盖吕萨克定律可知体积增大且温度升 高,所以气体内能增加,U0,气体对外做功,W0,由热力学第一定律 U QW 可知,气体从外界吸收的热量 Q 大于气体对外做的功 W。 答案 (1)67.2 L (2)气体从外界吸收的热量Q大于气体对外的功W 理由见解析 素养提升练 1.在一个密闭的汽缸内有一定质量的理想气
4、体,如图所示是它从状态 A 变化到状 态 B 的 VT 图像,已知 AB 的反向延长线通过坐标原点 O,气体在 A 状态的压 强为 p1.0105 Pa,在从状态 A 变化到状态 B 的过程中,气体吸收的热量 Q 7.0102 J,求此过程中气体内能的增量U。 解析 由VT图像的图线经过坐标原点可以判断, 理想气体经历的是等压变化。 由盖吕萨克定律得VA TA VB TB 外界对气体做的功 Wp(VBVA) 解得 W200 J 根据热力学第一定律 UWQ 解得 U500 J 答案 500 J 2.如图所示,一定质量理想气体由状态 A 经过程变至状态 B 时,从外界吸收热 量 420 J,同时膨
5、胀对外做功 300 J。当气体从状态 B 经过回到状态 A 时,外界 压缩气体做功 200 J。求过程中气体是吸热还是放热,热量是多少? 解析 气体由状态 A 经过程过程又回到状态 A,初末状态内能不变,由热力 学第一定律: UWQ, 可得:0420300200Q,Q320 J,所以第二过程中气体放热 320 J。 答案 放热 320 J 二、热力学第一定律与气体实验定律的综合问题分析技巧科学思维综合能力 的培养 对于理想气体,常把热力学第一定律与气体实验定律理想气体状态方程结合起来 分析其状态变化规律,常见的分析思路如下:(1)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
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