高中物理人教版选择性必修第三册复习课：热力学定律（第二课时）.docx

教学设计

课程基本信息

学科

高中物理

年级

高三

学期

秋季

课题

热力学定律（第二课时）

教学目标

能通过P-V、P-T、V-T图像等获取信息，判断内能变化、吸放热情况和做功情况。

能分析涉及多个过程的热力学问题，求解状态参量和内能变化等。

通过近年高考真题，体会解决热力学第一定律和气体实验定律综合问题的基本思路。

教学重难点

教学重点：会分析热力学第一定律与气体图像结合的问题。

教学难点：会分析热力学第一定律和气体实验定律的综合问题。

教学过程

一、热力学第一定律与图像的综合应用

例1(2022·湖北卷·3)一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p－V图中a→c直线段所示，状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是()

A．a→b是等温过程

B．a→b过程中气体吸热

C．a→c过程中状态b的温度最低

D．a→c过程中外界对气体做正功

答案B

解析根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C可知a→b气体温度升高，内能增加，即ΔU0，且体积增大，气体对外界做功，即W0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知a→b过程中气体吸热，A错误，B正确；根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C可知p－V图像的坐标值的乘积反映温度，a状态和c状态的坐标值的乘积相等，而中间状态的坐标值乘积更大，则a→c过程的温度先升高后降低，且状态b的温度最高，C错误；a→c过程气体体积增大，气体对外界做正功，即外界对气体做负功，D错误。

小结1：

1．在某一过程中，气体的p、V、T的变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C分析。

2．气体的做功情况、内能变化及吸、放热关系可由热力学第一定律分析。

(1)由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功。

(2)由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小。

(3)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断气体是吸热还是放热。

(4)在p－V图像中，图像与横轴所围面积表示气体对外界或外界对气体整个过程中所做的功。

变式1-1(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)，这就是著名的“卡诺循环”。该循环过程中，下列说法正确的是()

A．A→B过程中，外界对气体做功

B．B→C过程中，气体的温度降低

C．C→D过程中，气体要放热

D．一个循环过程，气体内能不变

答案BCD

解析由p－V图像可知，在A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，故A错误；

在B→C过程中，气体体积增大，故气体对外界做功W0，由于B→C为绝热过程，没有热交换Q＝0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，内能减少，温度降低，故B正确；

C→D过程中，温度不变，气体内能不变ΔU＝0，体积减小，外界对气体做功W0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q0，气体放热，故C正确；

一个循环过程，气体又回到初始状态，根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C，气体pV的乘积不变，故气体的温度T不变，故气体内能不变，故D正确。

变式1-2如图所示，一定量的理想气体A经历的三个不同过程，分别是a状态到b状态的等温变化、b状态到c状态的等压变化、c状态回到a状态的等容变化。已知a状态的压强为pa＝3.0×105Pa，温度为Ta＝300K，b状态的压强为pb＝4.0×105Pa，b到c的过程中体积增加了100cm3。

(1)在a到b过程中热量传递的情况(写出是“吸热”或是“放热”)；

(2)求c状态时对应的温度Tc；

(3)求b到c过程中气体对外界做功的大小。

答案(1)放热(2)400K(3)40J

解析(1)a到b过程体积减小，外界对气体做功，因为温度不变，则内能不变，即W0，ΔU＝0

由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，a到b的过程是放热过程。

(2)由查理定律可知eq\f(pa,Ta)＝eq\f(pc,Tc)

得Tc＝eq\f(pc,pa)Ta＝eq\f(pb,pa)Ta＝eq\f(4.0×105,3.0×105)×300K＝400K

(3)b到c过程中气体对外界做功为W＝pbΔV

代入数据解得W＝4.0×105×100×10－6J＝40J。

变式1-3如图甲所示，在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积S＝100cm2的质量不计且光滑的活塞密封一定质量的理想气体，活塞上有一质量为m的重物。图乙是密闭气体从状态A变化到状态B的V－T图像，密闭气体在A点的压强pA＝1.03×105Pa，从状态A变化到状态B的过程中吸收热量Q＝500J。已知外界大气压强p0＝1.01×105Pa，重