- 2021-05-22 发布 |
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文档介绍
【物理】2018届一轮复习沪教版气体状态方程热力学定律学案
气体状态方程 热力学定律 _______________________________________________________________________________ ___ _______________________________________________________________________________ ___ 1.理解气体状态方程 热力学定律。 2.学会分析气体内能的变化并能够解决相关问题。 理想气体的状态方程： （1）理想气体：能够严格遵守气体实验定律的气体，称为理想气体。理想气体是一种理想 化模型。实际中的气体在压强不太大，温度不太低的情况下，均可视为理想气体。 （2）理想气体的状态方程： 一定质量的理想气体的状态发生变化时，它的压强和体积的乘积与热力学温度的比值 保持不变。即此值为—恒量。 热力学第一定律: CT PV T VP T VP == 或 2 22 1 11 （1）表达式为:ΔE=W+Q 1.改变内能的两种方式：做功和热传递都可以改变物体的内能。 2.做功和热传递的本质区别：做功和热传递在改变物体内能上是等效的。但二者本质上有 差别。做功是把其他形式的能转化为内能。而热传递是把内能从一个物体转移到另一个物体 上。 3.功、热量、内能改变量的关系——热力学第一定律。 ①内容：在系统状态变化过程中，它的内能的改变量等于这个过程中所做功和所传递热 量的总和。 ②实质：是能量转化和守恒定律在热学中的体现。 ③表达式： ④为了区别不同情况，对 、W、Q 做如下符号规定： > 0 表示内能增加 < 0 表示内能减少 Q > 0 表示系统吸热 Q < 0 表示系统放热 W > 0 表示外界对系统做功 W < 0 表示系统对外界做功 能的转化和守恒定律： 1.物质有许多不同的运动形式，每一种运动形式都有一种对应的能。 2.各种形式的能都可以互相转化，转化过程中遵守能的转化和守恒定律。 3.能的转化和守恒定律：能量既不能凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化 为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体。 应注意的问题： 1.温度与热量： ①温度：温度是表示物体冷热程度的物理量。从分子动理论观点看，温度是物体分子平 均动能的标志。温度是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义，对个别分子来说，温度 是没有意义的。温度高低标志着物体内部的分子热运动的剧烈程度。温度的变化反映了分子 平均动能的变化。 ②热量：热量是热传递过程中内能的改变量。离开过程（物体升温降温过程，状态变化 ∆E W Q= + ∆E ∆E ∆E 过程，燃烧过程等。）讲热量，是没有意义的。 ③温度和热量：温度和热量两个完全不同的物理量。它们只是通过热传递过程建立联系。 2.内能与机械能： ①内能：物体内所有分子所具有的动能和势能的总和叫做物体的内能。分子 的动能跟温度有关，分子的势能跟分子间的距离有关，所以物体的内能跟温度、 体积有关。内能还跟物体内所含分子的数目有关。 ②内能与机械能：内能与机械能是截然不同的。内能是由大量分子的热运动 和分子间相对位置所决定的能量。机械能是物体作机械运动和物体形变所决定的能量。机械 能可以等于零，而内能永远不会等于零。 类型一：分子间作用力级分子势能 例 1．一定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 T 图 像如图所示。下列判断正确的是________。(填正确答案标号。) A．过程 ab 中气体一定吸热 B．过程 bc 中气体既不吸热也不放热 C．过程 ca 中外界对气体所做的功等于气体所放的热 D．a、b 和 c 三个状态中，状态 a 分子的平均动能最小 E．b 和 c 两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同 解析： 过程 ab，理想气体等容变化，温度升高，理想气体的内能增大，气体一定吸热，A 正确；过程 bc，理想气体等温变化，压强减小，容器壁单位面积单位时间内受到分子撞击 的次数减小，E 正确；而体积变大，气体对外做功，气体一定吸热，B 错误；过程 ca，理想 气体的压强不变，温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，气体对外放出的热量 大于外界对气体做的功，C 错误；根据上述三过程可知：在 a、b、c 三个状态中，状态 a 的 温度最低，根据温度是分子平均动能的标志，其分子的平均动能最小，D 正确。 答案：ADE 类型二:内能 例 2．对于一定量的稀薄气体，下列说法正确的是( ) A．压强变大时，分子热运动必然变得剧烈 B．保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈 C．压强变大时，分子间的平均距离必然变小 D．压强变小时，分子间的平均距离可能变小 解析： 根据理想气体的状态方程 pV T ＝C，当压强变大时，气体的温度不一定变大，分子热 运动也不一定变得剧烈，选项 A 错误；当压强不变时，气体的温度可能变大，分子热运动也 可能变得剧烈，选项 B 正确；当压强变大时，气体的体积不一定变小，分子间的平均距离也 不一定变小，选项 C 错误；当压强变小时，气体的体积可能变小，分子间的平均距离也可能 变小，选项 D 正确。 答案：BD 类型三：做功问题 例 3. 在“用 DIS 研究在温度不变时，一定质量的气体压强与体积的关系”实验中，某同学 将注射器活塞置于刻度为 10 mL 处，然后将注射器连接压强传感器并开始实验，气体体积 V 每增加 1 mL 测一次压强 p，最后得到 p 和 V 的乘积逐渐增大。 (1)由此可推断，该同学的实验结果可能为图________。 (2)(单选题)图线弯曲的可能原因是在实验过程中( ) A．注射器中有异物 B．连接软管中存在气体 C．注射器内气体温度升高 D．注射器内气体温度降低 解析：(1)由于 p 和 V 的乘积逐渐增大，所以 V－ 1 p图像的斜率变大，图线向上弯曲，选图 (a)；(2)根据理想气体状态方程 pV T ＝k，V－ 1 p图像的斜率的物理意义为 kT，斜率变大，可能 是因为气体温度升高，选 C。 答案：(1)a (2)C 类型四：分子作用力及受力分析 例 4．一种海浪发电机的气室如图所示。工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气 的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭。气室先后经历吸入、压缩和排出空气的 过程，推动出气口处的装置发电。气室中的空气可视为理想气体。 (1)下列对理想气体的理解，正确的有________。 A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型 B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体 C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关 D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律 (2)压缩过程中，两个阀门均关闭。若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内 能增加了 3.4×104 J，则该气体的分子平均动能________(选填“增大”、“减小”或“不 变”)，活塞对该气体所做的功________(选填“大于”、“小于”或“等于”)3.4×104 J。 (3)上述过程中，气体刚被压缩时的温度为 27 ℃，体积为 0.224 m3，压强为 1 个标准大 气压。已知 1 mol 气体在 1 个标准大气压、0 ℃时的体积为 22.4 L，阿伏加德罗常数 NA＝ 6.02×1023mol－1。计算此时气室中气体的分子数。(计算结果保留一位有效数字) 解析：(1)理想气体是一种理想化的模型，实际并不存在，选项 A 正确；在温度不低于零下 几十摄氏度、压强不超过标准大气压的几倍时，把实际气体当成理想气体来处理，选项 B 错 误；一定质量的理想气体的内能只与温度有关，选项 C 错误；在任何温度、任何压强下都遵 从气体实验定律，这样的气体是理想气体，选项 D 正确。 (2)气室中的气体与外界无热交换，内能增加，同时外界对气体做功，故密闭气体的温 度升高，气体分子的平均动能增大。根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W 可知，Q＝0，W＝ΔU， 所以活塞对该气体所做的功等于 3.4×104 J。 (3)设气体在标准状态时的体积为 V1，等压过程 V T＝ V1 T1 气体物质的量 n＝ V1 V0，且分子数 N＝nNA，解得 N＝ VT1 V0T NA 代入数据得 N≈5×1024(或 N≈6×1024) 答案：(1)AD (2)增大 等于 (3)5×1024(或 6×1024) 基础演练 1.关于物体内能的变化,以下说法中正确的是( ) A.物体吸收热量,内能一定增大 B.物体对外做功,内能一定减小 C.物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变 D.物体放出热量,同时对外做功,内能可能不变 答案:C 2.对于一定质量的物体(或系统),有( ) A.吸热物体的温度一定会升高 B.只要气体的体积、温度都变化,则气体的内能一定改变 C.外界对系统做功,系统内能可能不变 D.物体温度不变,则其内能一定也不变 答案:C 3.若在气缸中装有一定量的气体,则( ) A.传递热量给气体,气体的内能一定改变 B.如果气体跟外界交换热量又对外界做功,它的内能一定改变 C.对气体做功,它的内能一定改变 D.以上说法都不对 答案:D 4.在热力学第一定律的表达式 Q+W=△U 中,关于各个物理量的正、负,下列说法中正确的是( ) A.外界对物体做功时 W 为正,吸热时 Q 为负,内能增加时△U 为正 B.外界对物体做功时 W 为负,吸热时 Q 为负,内能增加时△U 为负 C.物体对外界做功时 W 为负,放热时 Q 为负,内能减少时△U 为负 D.物体对外界做功时 W 为正,吸热时 Q 为正,内能增加时△U 为正 答案:C 5.对于在一个大气压下,1kg100℃的水变为 1kg100℃的水蒸气的过程,下列说法中正确的是 ( ) A.水的内能增加,对外界做功,一定是吸热过程 B.水的内能不变,对外界做功,向外界吸热 C.水的内能减少,对外界不做功,向外界放热 D.水的内能增加,对外界做功,向外界放热 答案:A 6.如图所示，容器的左端通过胶塞插进一根气针，中间有一可移动活塞，由螺栓固定，整个 装置是绝热的。用打气筒慢慢向容器内打气，当容器内压强增大到一定 程度时，停止打气。在松开螺栓，活塞向右运动的过程中 （ ） A. 气体内能减少，温度升高 B. 气体内能减少，温度降低 C. 气体内能增加，温度降低 D. 气体内能增加，温度升高 答案:B 7.在汽缸内活塞左边封闭着一定量的气体(不计分子势能)，压强、温度均与外界大气相同， 如图所示。把汽缸和活塞固定，让汽缸内的气体升高一定的温度，气体吸收的热量为 ， 内能变化为 ；如果让活塞可以自由滑动(活塞与汽缸间无摩擦、不 漏气)，也使汽缸内的气体升高相同的温度，其吸收的热量为 ，内能 变化为 ，则：( ) A. < ， = B. < ， < C. > ， > D. = ， = 答案:C 8.质量和温度相同的氢气和氧气(均视为理想气体)( ) A．内能一定相同 B．分子平均动能一定相同 C．氢气内能较大 D．氧气分子平均速率较大 答案:BC 9.如图所示，在光滑水平面上有一个内外壁都光滑的气缸质量为 M，气缸内有一质量为 m 的 塞，已知 M>m。活塞密封一部分理想气体。现对气缸施一水平向左的拉力 F（如图 A）时， 气缸的加速度为 a1，封闭气体的压强为 p1，体积为 V1；若用同样大小的力 F 水平向左推活 塞，如图 B，此时气缸的加速度为 a2，封闭气体的压强为 p2、体积为 V2，设密封气体的质 量和温度均不变。则（ ） 1Q 1U∆ 2Q 2U∆ 1Q 2Q 1U∆ 2U∆ 1Q 2Q 1U∆ 2U∆ 1Q 2Q 1U∆ 2U∆ 1Q 2Q 1U∆ 2U∆ 接打气筒 气针 活塞 A．a1>a2，p1> p2，V1>V2 B．a1查看更多
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