資源簡介

章末核心素養提升
一、熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合
例1 （多選）在一汽缸中用活塞封閉著一定質量的理想氣體，發生下列緩慢變化過程，氣體一定與外界有熱量交換的過程是（　　）
A.氣體的體積不變，溫度升高
B.氣體的體積減小，溫度升高
C.氣體的體積增大，溫度不變
D.氣體的體積增大，溫度降低
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 （2022·山東卷，5）如圖所示，內壁光滑的絕熱汽缸內用絕熱活塞封閉一定質量的理想氣體，初始時氣缸開口向上放置，活塞處于靜止狀態，將汽缸緩慢轉動90°過程中，缸內氣體（　　）
A.內能增加，外界對氣體做正功
B.內能減小，所有分子熱運動速率都減小
C.溫度降低，速率大的分子數占總分子數比例減少
D.溫度升高，速率大的分子數占總分子數比例增加
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例3 （2022·湖北卷，3） 一定質量的理想氣體由狀態a變為狀態c，其過程如p－V圖中a→c直線段所示，狀態b對應該線段的中點。下列說法正確的是（　?。?br/>A.a→b是等溫過程
B.a→b過程中氣體吸熱
C.a→c過程中狀態b的溫度最低
D.a→c過程中外界對氣體做正功
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例4 （2023·1月浙江選考，17）某探究小組設計了一個報警裝置，其原理如圖所示。在豎直放置的圓柱形容器內用面積S＝100 cm2、質量m＝1 kg的活塞密封一定質量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動。開始時氣體處于溫度TA＝300 K、活塞與容器底的距離h0＝30 cm的狀態A。環境溫度升高時容器內氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3 cm恰好到達容器內的卡口處，此時氣體達到狀態B?；钊３植粍?，氣體被繼續加熱至溫度Tc＝363 K的狀態C時觸動報警器。從狀態A到狀態C的過程中氣體內能增加了ΔU＝158 J。取大氣壓p0＝0.99×105 Pa，求氣體
（1）在狀態B的溫度；
（2）在狀態C的壓強；
（3）由狀態A到狀態C過程中從外界吸收熱量Q。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
二、熱力學第一定律和熱力學第二定律的應用
例5 我國建成后的“天宮”空間站，是“天和核心艙”、“問天實驗艙”和“夢天實驗艙”的三艙組合體，三艙皆有“氣閘艙”；航天員出站時，要途經“氣閘艙”“減壓”后才能出站；從太空返回空間站時要途經“氣閘艙”“升壓”后才能進站?！皻忾l艙”的原理如圖所示，相通的兩容器A、B之間裝有閥門K，A內充滿氣體，B內為真空；打開閥門K后，A內的氣體進入B中，達到平衡后，再關閉閥門K；B即為“氣閘艙”。若整個系統跟外界沒有熱交換，氣體為理想氣體，則（　?。?br/>A.容器A內的氣體進入容器B的過程中，氣體膨脹，對外做了功
B.容器A內的氣體進入容器B的過程中，氣體膨脹，溫度降低
C.容器A內的氣體進入容器B的過程中，氣體分子勢能減少
D.即使閥門K一直處于打開狀態，容器B中氣體也不可能自發地全部退回到容器A中
章末核心素養提升
知識網絡構建
能量　熱量　等價　內能　Q＋W?。尽。尽。肌‘a生　消失　轉化
轉移　總量　能量守恒定律　低溫　高溫　不可能　熱力學第二定律
核心素養提升
例1 AC　[氣體的體積不變，氣體對外界不做功，即W＝0，溫度升高，即氣體內能U增大，ΔU>0，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W知，Q>0，即氣體從外界吸熱，A正確；氣體的體積減小，W>0，溫度升高，即氣體內能U增大，ΔU>0，則Q可能為零，即氣體可能與外界無熱量交換，B錯誤；氣體的體積增大，氣體對外界做功，即W<0，溫度不變，即氣體內能U不變，ΔU＝0，則Q>0，即氣體從外界吸熱，C正確；氣體的體積增大，W<0，溫度降低，即氣體內能U減小，ΔU<0，則Q可能等于零，即氣體可能與外界無熱量交換，D錯誤。]
例2 C　[初始時汽缸開口向上，活塞處于平衡狀態，由p1S＝mg＋p0S得p1＝p0＋，汽缸水平放置時，缸內氣壓等于大氣壓。汽缸、活塞都是絕熱的，故缸內氣體與外界沒有發生傳熱，汽缸內氣體通過壓強作用將活塞往外推，氣體對外做功，根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知，氣體內能減小，故缸內理想氣體的溫度降低，分子熱運動的平均速率減小，并不是所有分子熱運動的速率都減小，A、B錯誤；氣體內能減小，缸內理想氣體的溫度降低，速率大的分子數占總分子數的比例減小，C正確，D錯誤。]
例3 B　[根據理想氣體的狀態方程＝C，可知a→b氣體溫度升高，內能增加，且體積增大，氣體對外界做功，則W < 0，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，可知a→b過程中氣體吸熱，A錯誤，B正確；根據理想氣體的狀態方程＝C可知，p－V圖像的坐標值的乘積反映溫度，a狀態和c狀態的坐標值的乘積相等，而中間狀態的坐標值乘積最大，所以a→c 過程的溫度先升高后降低，且狀態b的溫度最高，C錯誤；a→c過程氣體體積增大，外界對氣體做負功，D錯誤。]
例4 (1)330 K　(2)1.1×105Pa　(3)188 J
解析　(1)氣體由狀態A變化到狀態B的過程中，封閉氣體的壓強不變，則有＝
解得TB＝TA＝330 K。
(2)從狀態A到狀態B的過程中，活塞緩慢上升
則pBS＝p0S＋mg
解得pB＝1×105 Pa
根據題意可知，氣體由狀態B變化到狀態C的過程中，氣體的體積不變，則有＝
解得pC＝pB＝1.1×105 Pa。
(3)根據題意可知，從狀態A到狀態C的過程中氣體對外做功為
W0＝pBSd＝30 J
外界對氣體做功W＝－W0
由熱力學第一定律有ΔU＝Q＋W
解得Q＝ΔU－W＝188 J。
例5 D　[當閥門K被打開時，容器A中的氣體進入容器B中，由于容器B中為真空，所以氣體體積膨脹，對外不做功，又因為系統與外界無熱交換，所以氣體內能不變，氣體為理想氣體，分子勢能不變，則氣體的溫度也不變，故A、B、C錯誤；由熱力學第二定律知，真空中氣體膨脹具有方向性，在無外界作用時，容器B中氣體不能自發地全部退回到容器A中，故D正確。](共17張PPT)
章末核心素養提升(知識網絡構建＋核心素養提升)
第三章　熱力學定律
目 錄
CONTENTS
知識網絡構建
01
核心素養提升
02
知識網絡構建
1
能量
熱量
等價
內能
Q+W
＞
＞
＜
產生
消失
轉化
轉移
總量
能量守恒定律
低溫
高溫
不可能
熱力學第二定律
核心素養提升
2
AC
一、熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合
例1 (多選)在一汽缸中用活塞封閉著一定質量的理想氣體，發生下列緩慢變化過程，氣體一定與外界有熱量交換的過程是(　　)
A.氣體的體積不變，溫度升高
B.氣體的體積減小，溫度升高
C.氣體的體積增大，溫度不變
D.氣體的體積增大，溫度降低
解析　氣體的體積不變，氣體對外界不做功，即W＝0，溫度升高，即氣體內能U增大，ΔU>0，由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W知，Q>0，即氣體從外界吸熱，A正確；氣體的體積減小，W>0，溫度升高，即氣體內能U增大，ΔU>0，則Q可能為零，即氣體可能與外界無熱量交換，B錯誤；氣體的體積增大，氣體對外界做功，即W<0，溫度不變，即氣體內能U不變，ΔU＝0，則Q>0，即氣體從外界吸熱，C正確；氣體的體積增大，W<0，溫度降低，即氣體內能U減小，ΔU<0，則Q可能等于零，即氣體可能與外界無熱量交換，D錯誤。
C
例2 (2022·山東卷，5)如圖所示，內壁光滑的絕熱汽缸內用絕熱活塞封閉一定質量的理想氣體，初始時氣缸開口向上放置，活塞處于靜止狀態，將汽缸緩慢轉動90°過程中，缸內氣體(　　)
A.內能增加，外界對氣體做正功
B.內能減小，所有分子熱運動速率都減小
C.溫度降低，速率大的分子數占總分子數比例減少
D.溫度升高，速率大的分子數占總分子數比例增加
B
例3 (2022·湖北卷，3) 一定質量的理想氣體由狀態a變為狀態c，其過程如p－V圖中a→c直線段所示，狀態b對應該線段的中點。下列說法正確的是(　　)
A.a→b是等溫過程
B.a→b過程中氣體吸熱
C.a→c過程中狀態b的溫度最低
D.a→c過程中外界對氣體做正功
例4 (2023·1月浙江選考，17)某探究小組設計了一個報警裝置，其原理如圖所示。在豎直放置的圓柱形容器內用面積S＝100 cm2、質量m＝1 kg的活塞密封一定質量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動。開始時氣體處于溫度TA＝300 K、活塞與容器底的距離h0＝30 cm的狀態A。環境溫度升高時容器內氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3 cm恰好到達容器內的卡口處，此時氣體達到狀態B?；钊３植粍樱瑲怏w被繼續加熱至溫度Tc＝363 K的狀態C時觸動報警器。從狀態A到狀態C的過程中氣體內能增加了ΔU＝158 J。取大氣壓p0＝0.99×105 Pa，求氣體
(1)在狀態B的溫度；
(2)在狀態C的壓強；
(3)由狀態A到狀態C過程中從外界吸收熱量Q。
(2)從狀態A到狀態B的過程中，活塞緩慢上升，則pBS＝p0S＋mg
解得pB＝1×105 Pa
根據題意可知，氣體由狀態B變化到狀態C的過程中，氣體的體積不變，則有
(3)根據題意可知，從狀態A到狀態C的過程中氣體對外做功為
W0＝pBSd＝30 J
外界對氣體做功W＝－W0
由熱力學第一定律有ΔU＝Q＋W
解得Q＝ΔU－W＝188 J。
答案　(1)330 K　(2)1.1×105Pa　(3)188 J
二、熱力學第一定律和熱力學第二定律的應用
例5 我國建成后的“天宮”空間站，是“天和核心艙”、“問天實驗艙”和“夢天實驗艙”的三艙組合體，三艙皆有“氣閘艙”；航天員出站時，要途經“氣閘艙”“減壓”后才能出站；從太空返回空間站時要途經“氣閘艙”“升壓”后才能進站?！皻忾l艙”的原理如圖所示，相通的兩容器A、B之間裝有閥門K，A內充滿氣體，B內為真空；打開閥門K后，A內的氣體進入B中，達到平衡后，再關閉閥門K；B即為“氣閘艙”。若整個系統跟外界沒有熱交換，氣體為理想氣體，則(　　)
A.容器A內的氣體進入容器B的過程中，氣體膨脹，對外做了功
B.容器A內的氣體進入容器B的過程中，氣體膨脹，溫度降低
D
C.容器A內的氣體進入容器B的過程中，氣體分子勢能減少
D.即使閥門K一直處于打開狀態，容器B中氣體也不可能自發地全部退回到容器A中
解析　當閥門K被打開時，容器A中的氣體進入容器B中，由于容器B中為真空，所以氣體體積膨脹，對外不做功，又因為系統與外界無熱交換，所以氣體內能不變，氣體為理想氣體，分子勢能不變，則氣體的溫度也不變，故A、B、C錯誤；由熱力學第二定律知，真空中氣體膨脹具有方向性，在無外界作用時，容器B中氣體不能自發地全部退回到容器A中，故D正確。

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