物理新导学笔记选修3-3江苏专用讲义模块要点回眸第17点含答案

第17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相结合的物理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,质量M=40kg的汽缸开口向上放置在水平地面上,缸内活塞面积S=0.02m2,活塞及其上面放置的重物总质量m=100kg.开始时活塞到缸底的距离h=0.2m,缸内气体温度t0=27℃,系统处于平衡状态.后温度缓慢上升到t=127℃,系统达到新的平衡状态.已知气体的内能U与温度t之间满足关系U=C·(t+273)J,C为已知常数,外界大气压强p0=1.0×105Pa,g取10m/s2.求在此过程中:图1(1)缸内气体的压强p;(2)活塞移动的距离x;(3)缸内气体对外做的功;(4)缸内气体吸收的热量Q.解题指导(1)缸内压强等于大气压和活塞共同产生的压强,故p=p0+=1.0×105Pa+Pa=1.5×105Pa.(2)气体等压变化,根据盖—吕萨克定律得===,V=hS解得x=h=×0.2m=m.(3)缸内气体对外做的功W=pΔV=1.5×105××0.02J=200J.(4)内能变化ΔU=(273+127)CJ-(273+27)CJ=100CJ=Q-W,所以Q=(100C+200)J.答案见解析规律总结热力学定律与气体实验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.一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C,其p-V图象如图2所示.已知该气体在状态A时的温度为27℃,则:图2(1)该气体在状态B和C时的温度分别为多少开尔文?(2)该气体从状态A经B再到C的全过程中是吸热还是放热?传递的热量是多少?答案(1)600K300K(2)放热1000J解析(1)对一定质量的理想气体由题图可知,A→B为等容变化,由查理定律得=,代入数据得TB=600K.A→C过程由理想气体状态方程得=,代入数据解得TC=300K.(2)从A到C气体体积减小,外界对气体做正功,由p-V图线与横轴所围成的面积可得W==1000J,由于TA=TC,该气体在状态A和状态C内能相等,ΔU=0.由热力学第一定律ΔU=W+Q,可得Q=-1000J,即气体向外界放热,传递的热量为1000J.

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