2021学年2 热力学第一定律教案设计

题课

选择性必修三第三章第三节：热力学第一定律和气体实验定律的综合应用

课型

习题

课时

1

教

学

目

标

1. 进一步巩固对热力学第一定律和气体实验定律的理解和应用。2.通过训练，提高综合分析解决问题的能力.

学习重点

热力学第一定律和气体实验定律的综合应用的一般分析思路

学习难点

根据物理情景识别或建构模型的能力、综合分析能力

教     学     过       程

教学环节（含备注）

教        学        内        容

引入新课

讲授新课

学生先练习交流

课后作业

一.引入新课

1.热力学第一定律的内容和表达式是什么？

2.三个气体实验定律内容和表达式是什么？

3.什么叫理想气体？一定质量的理想气体的内能是否随体积变化？为什么？

4. 理想气体状态方程是什么？如何运用？与三个气体实验定律是什么关系？

二.要点复习与提示：                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

1．热力学第一定律和理想气体状态方程综合应用的一般分析思路

对于理想气体，常把热力学第一定律与理想气体状态方程结合起来分析其状态变化规律，常见的分析思路如下：

(1)利用体积的变化分析做功问题。气体体积增大，气体对外做功；气体体积减小，外界对气体做功。

(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化。一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小。

(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热。

由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程。

（4）等压变化气体膨胀对外做功：W=PΔV

2．热力学第一定律与气体实验定律综合应用的注意事项

(1)分清气体的变化过程是求解问题的关键。

(2)理想气体体积变化对应着做功，等容过程W＝0；温度变化，内能一定变化，等温过程ΔU＝0；绝热过程Q＝0。

（3）力学及热力学研究对象首先要明确。同一题研究对象转移时，要注意不同研究对象的联系。

（4）要弄清楚状态参量与过程量的区别。

三.例题讲解：

题型一：由图像分析气体内能变化

例1．一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p­V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时的温度为TA＝300 K。

(1)求气体在状态C时的温度TC；

(2)若气体在A→B过程中吸热1000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？

解析　(1)D→A为等温线，则TA＝TD＝300 K

C→D过程由盖—吕萨克定律有＝   代入图中数据解得TC＝375 K。

(2)A→B过程压强不变，体积增大，由W＝－F·ΔL＝－pS·ΔL＝－p·ΔV

代入数据后可得：W＝－2×105×3×10－3 J＝－600 J

由热力学第一定律可得：ΔU＝Q＋W＝1000 J－600 J＝400 J

则气体内能增加了400 J。

题型二汽缸中理想气体内能变化问题

例2.如图所示，横截面积S＝10 cm2的活塞，将一定质量的理想气体封闭在竖直放置的圆柱形导热汽缸内，开始活塞与汽缸底部距离H＝30 cm。在活塞上放一重物，待整个系统稳定后。测得活塞与汽缸底部距离变为h＝25 cm。已知外界大气压强始终为p0＝1×105 Pa，不计活塞质量及其与汽缸之间的摩擦，取g＝10 m/s2。求：(1)所放重物的质量；(2)在此过程中被封闭气体与外界交换的热量。

解析　(1)封闭气体发生等温变化

气体初状态的压强为p1＝1×105 Pa气体末状态的压强为p2＝p0＋

根据玻意耳定律得p1HS＝p2hS

联立以上各式，解得m＝2 kg。

(2)外界对气体做功W＝(p0S＋mg)(H－h)

根据热力学第一定律知ΔU＝Q＋W＝0

联立以上两式，解得Q＝－6 J，即放出6 J热量。

四.课堂总结：（见板书设计）

五.学习效果检测（见学案“闯关检测题”）

板书设计

热力学第一定律和气体实验定律的综合应用

1. 气体体积增大，气体对外做功。

2. 一定质量的理想气体的内能仅与温度有关

3. 等压变化气体膨胀对外做功：W=PΔV

4. ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，Q的正负判断是吸热还是放热

课后反思