粤教版高中物理选择性必修第三册第3章章末综合提升学案

这是一份粤教版高中物理选择性必修第三册第3章章末综合提升学案，共15页。

主题1　热力学第一定律与能量守恒热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体表现形式．它表明了做功和热传递在改变物体内能上是等价的．热力学第一定律揭示了内能的增量(ΔU)与外界对物体做的功(W)和物体从外界吸收的热量(Q)之间的关系，即ΔU＝W＋Q，正确理解公式的意义及符号的含义是解决本类问题的关键．(1)外界对物体做功，W＞0；物体对外界做功，W＜0．(2)物体从外界吸热，Q＞0；物体向外界放热，Q＜0．(3)ΔU＞0，物体的内能增加；ΔU＜0，物体的内能减少．解题思路：分析题干，确定改变内能的方式(W、Q)→判断W、Q的符号→代入公式ΔU＝W＋Q→得出结论ΔU＞0，则内能增加ΔU，ΔU＜0，则内能减少ΔU．注意的问题：(1)只有绝热过程时Q＝0，ΔU＝W，用做功可判断内能的变化．(2)只有在气体体积不变时，W＝0，ΔU＝Q，用吸热、放热情况可判断内能的变化．(3)若物体内能不变，即ΔU＝0，W和Q不一定等于零，而是W＋Q＝0，功和热量符号相反，大小相等，因此判断内能变化问题一定要全面考虑．(4)对于气体，做功W的正负一般要看体积变化，气体体积缩小，W＞0；气体体积增加，W＜0．【典例1】　如图所示的圆柱形容器内用活塞密封一定质量的气体，已知容器横截面积为S．活塞重力为G，大气压强为p0．若活塞固定，密封气体温度升高1 ℃，需吸收的热量为Q1；若活塞不固定，且可无摩擦滑动，仍使密封气体温度升高1 ℃，需吸收的热量为Q2．问：Q1和Q2哪个大些？气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会不同？[解析]　设密闭气体温度升高1 ℃，内能的增量为ΔU，则有ΔU＝Q1ΔU＝Q2＋W，因气体体积膨胀，W＜0，故Q10，所以ΔUA>0，即UA增大．同理，B气室中气体的体积增大，气体对外界(活塞)做功，WB<0，所以ΔUB<0，即UB减小．故选C．]7．河面水温高于河底温度，一个气泡从河底加速上升到水面，在这一过程中，气泡内空气质量不变，气泡内吸热为Q，内能增加为ΔU，则(　　)A．重力对气泡做负功，ΔU>QB．浮力对气泡做正功，Q<ΔUC．合力对气泡做正功，Q<ΔUD．气体膨胀对外做功，Q>ΔUD　[根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，即Q＝ΔU－W．因为上升时，气泡膨胀对外做功W<0，所以Q>ΔU，故选D．]二、多项选择题(本题共3小题，在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求)8．如图所示，气缸放置在水平地面上，质量为m的活塞将气缸分成甲、乙两气室，两气室中均充有气体，气缸、活塞是绝热的且不漏气．开始活塞被销钉固定，现将销钉拔掉，活塞最终静止在原位置下方h处，设活塞移动前后甲气室中气体内能的变化量为ΔE，不计气体重心改变的影响，重力加速度为g，下列说法正确的是(　　)A．甲气室中气体体积减小，温度升高B．ΔE>mghC．ΔE0．由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q>0，D正确．]三、非选择题(本题共5小题)11．如图所示为测量大气压强的实验装置，将一定质量的理想气体密封在烧瓶内，烧瓶通过细玻璃管与注射器和装有水银的U形管连接，最初竖直放置的U形管两臂中的水银柱等高，烧瓶中气体体积为800 mL；现用注射器缓慢向烧瓶中注入200 mL的水，稳定后U形管两臂中水银面的高度差为25 cm，不计玻璃管中气体的体积，环境温度不变．则：(1)此过程中外界对烧瓶内的气体________(选填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体将________(选填“吸热”或“放热”); (2)大气压强p0＝________cmHg．[解析]　(1)气体体积减小，外界对气体做正功，温度不变，气体的内能不变，由热力学第一定律知，气体放热(2)初状态：p1＝p0，V1＝800 mL注入水后：p2＝p0＋p，p＝25 cmHg，V2＝600 mL由玻意耳定律得p1V1＝p2V2，解得p0＝75 cmHg[答案]　(1)做正功　放热　(2)7512．一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C、D再回到A，体积V与温度T的关系如图所示．图中TA、VA和TD为已知量．(1)从状态A到B，气体经历的是__________(选填“等温”“等容”或“等压”)过程．(2)从B到C的过程中，气体的内能__________(选填“增大”“减小”或“不变”)．(3)从C到D的过程中，气体对外______(选填“做正功”“做负功”或“不做功”)，同时______(选填“吸热”或“放热”)．(4)气体在状态D时的体积VD＝______．[解析]　(1)由题图可知，从状态A到B，气体体积不变，故是等容变化．(2)从B到C温度不变，即分子平均动能不变，该理想气体的内能不变．(3)从C到D气体体积减小，外界对气体做正功，W>0，所以气体对外做负功，同时温度降低，说明内能减小，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知气体放热．(4)从D到A是等压变化，由VATA＝VDTD得VD＝TDTAVA．[答案]　(1)等容　(2)不变　(3)做负功　放热　(4)TDTAVA13．如图所示，p-V图中，一定质量的理想气体由状态A经过ACB过程至状态B，气体对外做功280 J，吸收热量410 J；气体又从状态B经BDA过程回到状态A，这一过程中外界对气体做功200 J．求：(1)ACB过程中气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？(2)BDA过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？[解析]　(1)ACB过程中W1＝－280 J，Q1＝410 J由热力学第一定律知UB－UA＝W1＋Q1＝130 J，故ACB过程内能增加130 J．(2)因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，则BDA过程中气体内能变化量UA－UB＝－130 J，又因外界对气体做功200 J，由热力学第一定律UA－UB＝W2＋Q2，Q2＝－330 J故BDA过程中放出热量330 J．[答案]　(1)增加　130 J　(2)放热　330 J14．如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体，活塞与容器壁间能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S．将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d后再次平衡，求：(1)外界空气的温度；(2)在此过程中的密闭气体的内能增加量．[解析]　(1)取密闭气体为研究对象，活塞上升过程为等压变化，由盖-吕萨克定律有VV0＝TT0得外界温度T＝VV0T0＝h0+dh0T0．(2)活塞上升的过程，密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功，所以外界对系统做的功W＝－(mg＋p0S)d，根据热力学第一定律得密闭气体增加的内能ΔU＝Q＋W＝Q－(mg＋p0S)d．[答案]　(1)h0+dh0T0　(2)Q－(mg＋p0S)d15．一种环保高温蒸汽锅炉，其质量为500 kg．为了更方便监控高温蒸汽锅炉外壁的温度变化，在锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的气缸，如图所示，气缸内气体温度可视为与锅炉外壁温度相等．气缸开口向上，用质量为m＝2 kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为S＝1.5 cm2．当气缸内温度为27 ℃时，活塞与气缸底间距为L＝1 cm，活塞上部距活塞0.5 cm处有一用轻质绳悬挂的重物M．当绳上拉力为零时，与绳相连的警报器会发生报警，从而可以有效地防止事故发生(已知T＝t＋273 K)．已知环境空气压强p0＝1.0×105 Pa，活塞与器壁之间摩擦可忽略．求：(1)当活塞刚刚碰到重物M时，锅炉外壁温度为多少？(2)当活塞刚刚碰到重物M时，气体吸收了20 J的热量，那么气体的内能变化了多少？(3)若锅炉外壁的安全温度为887 ℃，那么重物M的质量应是多少？[解析]　(1)活塞刚刚碰到重物M的过程中，气体做等压变化，根据盖-吕萨克定律有V1T1＝V0T0其中V0＝SL，V1＝S(L＋h)，T0＝300 K代入数据解得T1＝450 K．(2)气体对外做的功W＝－p1ΔV＝－(p0＋mgS)ΔV＝－0.175 J根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W＝19.825 J．(3)活塞碰到重物后到绳的拉力为零是等容过程，若锅炉外壁的安全温度为887 ℃，根据查理定律可得p2T2＝p1T1其中T1＝450 K，T2＝1 160 K对整体p2＝p0＋M+mgS解得M＝49790 kg．[答案]　(1)450 K　(2)19.825 J　(3)49790 kg