高中物理 模块要点回眸 第21点 热力学定律与气体实验定律的结合素材 新人教版选修3-3（通用）

高中物理 模块要点回眸 第21点 热力学定律与气体实验定律的结合素材 新人教版选修3-3（通用）

第21点　热力学定律与气体实验定律的结合 ‎ 热力学第一定律与气体实验定律的结合量是气体的体积和温度，当温度变化时，气体的内能变化；当体积变化时，气体将伴随着做功．解题时要掌握气体变化过程的特点：‎ ‎1．等温过程：内能不变ΔU＝0.‎ ‎2．等容过程：W＝0.‎ ‎3．绝热过程：Q＝0.‎ 对点例题　如图1所示，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；气缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体，p0和T0分别为大气的压强和温度．已知：气体内能U与温度T的关系为U＝aT，a为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的．求：‎ 图 ‎(1)气缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；‎ ‎(2)在活塞下降过程中，气缸内气体放出的热量Q.‎ 解题指导　(1)在气体由压强p＝1.2p0下降到p0的过程中，气体体积不变，温度由T＝2.4T0变为T1，由查理定律得＝ 在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1‎ ‎，气体压强不变，由盖—吕萨克定律得＝ 解得V1＝V ‎(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为 W＝p0(V－V1)‎ 在这一过程中，气体内能的减少为 ΔU＝a(T1－T0)‎ 由热力学第一定律得，气缸内气体放出的热量为 Q＝W＋ΔU 解得Q＝p0V＋aT0‎ 答案　(1)V　(2)p0V＋aT0‎ 规律总结　气体实验定律与热力学定律的综合问题的解题思路：‎ ‎1．气体实验定律的研究对象是一定质量的理想气体．‎ ‎2．分清气体的变化过程是求解问题的关键．‎ ‎3．理想气体体积变化对应着做功；温度变化，内能一定变化．‎ ‎4．结合热力学第一定律求解．‎ 如图2所示，导热材料制成的横截面积相等、长度均为‎45 cm的气缸A、B，通过带有阀门的管道连接．初始时阀门关闭，厚度不计的光滑活塞C位于B内左侧，在A内充满压强pA＝2.8×105 Pa的理想气体，B内充满压强pB＝1.4×105 Pa的理想气体，忽略连接气缸的管道体积，室温不变，现打开阀门，求：‎ 图2‎ ‎(1)平衡后活塞向右移动的距离和B中气体的压强；‎ ‎(2)自打开阀门到平衡，B内气体是吸热还是放热(简要说明理由)．‎ 答案　(1)2.1×105 Pa　(2)放热，理由见解析 解析　(1)活塞向右运动后，对A气体，有 pALS＝p(L＋x)S 对B气体，有pBLS＝p(L－x)S 得x＝‎‎15 cm p＝2.1×105 Pa ‎(2)活塞C向右移动，对B中气体做功，而气体做等温变化，内能不变，由热力学第一定律可知B内气体放热．‎