【物理】2019届一轮复习教科版　热力学定律与气体实验定律的结合学案 2页

第20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的结合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，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体，p0和T0分别为大气的压强和温度．已知：气体内能U与温度T的关系为U＝aT，a为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的．求：‎ 图1‎ ‎(1)汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；‎ ‎(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q.‎ 解题指导　(1)在气体由压强p＝1.2p0下降到p0的过程中，气体体积不变，温度由T＝2.4T0变为T1，由查理定律得＝ 在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变，由盖吕萨克定律得 ＝ 解得V1＝V ‎(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为 W＝p0(V－V1)‎ 在这一过程中，气体内能的减少量为 ΔU＝a(T1－T0)‎ 由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为 Q＝W＋ΔU 解得Q＝p0V＋aT0‎ 答案　(1)V　(2)p0V＋aT0‎ 规律总结　气体实验定律与热力学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．‎ 为适应太空环境，去太空执行任务的航天员都要穿上航天服，航天服有一套生命保障系统，为航天员提供合适的温度、氧气和气压，让航天员在太空中如同在地面上一样．假如在地面上航天服内气压为1 atm，气体体积为2 L，到达太空后由于外部气压低，航天服急剧膨胀，内部气体体积变为4 L，使航天服达到最大体积，假设航天服内气体可视为理想气体且温度不变，将航天服视为封闭系统．‎ ‎(1)求此时航天服内气体的压强，并从微观角度解释压强变化的原因．‎ ‎(2)由地面到太空过程中航天服内气体吸热还是放热，为什么？‎ ‎(3)若开启航天服生命保障系统向航天服内充气，使航天服内的气压缓慢恢复到0.9 atm，则需补充1 atm的等温气体多少升？‎ 答案　见解析 解析　(1)航天服内气体可以视为理想气体，由于做等温变化，由玻意耳定律得p1V1＝p2V2，‎ 解得：p2＝＝0.5 atm.‎ 由于气体的压强与分子数密度和分子平均动能有关，在气体体积变大的过程中，该气体的分子数密度变小，而温度不变，即分子的平均动能不变，故该气体的压强减小．‎ ‎(2)由于一定质量理想气体的内能只与温度有关，而该气体可视为理想气体且温度不变，故其内能不变，即ΔU＝0；由于气体体积变大，故气体对外界做功，即W＜0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可得：Q＞0，即在此过程中气体吸热．‎ ‎(3)设需要1 atm的等温气体体积为V，以该气体和航天服原有气体为研究对象，根据理想气体等温变化规律：p1V1＋p1V＝p3V2‎ 解得：V＝1.6 L．‎