高二物理素养提升学案(人教版选择性必修第三册)专题气体图像(原卷版+解析)

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选择性必修三学案 第二章 气体、固体和液体 专题 气体状态变化的图像分析方法 1.常见气体状态变化的图像 2.解决图像问题应注意的几点 （1）看清坐标轴，理解图像的意义：图像上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态；图像上的一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程。 （2）观察图像，弄清图像中各量的变化情况，看是否属于特殊变化过程，如等温变化、等容变化或等压变化。 （3）若不是特殊过程，可在坐标系中作特殊变化的图像（如等温线、等容线或等压线）实现两个状态的比较。 （4）涉及微观量的考查时，要注意各宏观量和相应微观量的对应关系。 【典例】 如图所示，1、2、3为一定质量理想气体在p−V图中的三个状态。该理想气体由状态1经过程1→ 2→ 3到达状态3，其中2→ 3之间图线为双曲线。已知状态1的参量为p1=1.0×105Pa，V1=2 L，T1=200 K。 （1）若状态2的压强p2=4.0×105Pa，则温度T2是多少？ （2）在（1）的前提下，若状态3的体积V3=6 L，则压强p3是多少？ 迁移应用 1.（多选）一定质量的理想气体的状态变化过程的p−V图像如图所示，其中A是初状态，B、C是中间状态，A→B是等温变化，如将上述变化过程改用p−T图像和V−T图像表示，则下列各图像中正确的是 A. B. C. D. 高考体验 1．（2022高考北京卷）如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，沿图示路径先后到达状态b和c。下列说法正确的是（ ） A．从a到b，气体温度保持不变 B．从a到b，气体对外界做功 C．从b到c，气体内能减小 D．从b到c，气体从外界吸热 2. （2022高考辽宁物理）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统（ ）  A. 对外界做正功 B. 压强保持不变 C. 向外界放热 D. 内能减少 3（8分）（2022重庆高考）某同学探究一封闭气缸内理想气体的状态变化特性，得到压强p随温度t的变化如图所示。已知图线Ⅰ描述的是体积为的等容过程，当温度为时气体的压强为；图线Ⅱ描述的是压强为的等压过程。取为，求 ①等容过程中，温度为时气体的压强； ②等压过程中，温度为时气体的体积。 4（2022·全国理综甲卷·33（1））（5分）一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如图上从a到b的线段所示。在此过程中________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分） A．气体一直对外做功 B．气体的内能一直增加 C．气体一直从外界吸热 D．气体吸收的热量等于其对外做的功 E．气体吸收的热量等于其内能的增加量 5. （2022新高考江苏卷）如图所示，一定质量的理想气体分别经历和两个过程，其中为等温过程，状态b、c的体积相同，则（　　） A. 状态a的内能大于状态b B. 状态a的温度高于状态c C. 过程中气体吸收热量 D. 过程中外界对气体做正功 6（2021重庆高考）（4分）图1和图2中曲线I、II、III分别描述了某物理量随分子之间的距离变化的规律，r0为平衡位置。现有如下物理量：①分子势能，②分子间引力，③分子间斥力，④分子间引力和斥力的合力，则曲线I、II、III对应的物理量分别是 （在给出的4个选项中。只有一个符合要求的） A. ①③② B.②④③ C. ④①③ D. ①④③ 7.（2021全国甲，33，15分）（1）如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积-温度(V−t)图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；t0为它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0=−273.15∘C；a为直线Ⅰ上的一点。由图可知，气体在状态a和b的压强之比papb= ;气体在状态b和c的压强之比pbpc= 。 8.（2020北京，4，3分）如图所示，一定量的理想气体从状态A开始，经历两个过程，先后到达状态B和C。有关A、B和C三个状态温度TA、TB和TC的关系，正确的是( ) A.TA=TB，TB=TC B.TATC D.TA=TC，TBpB，则TC>TB，气体的压强增大，温度升高；由C→A，气体经历的是等压变化过程，根据盖-吕萨克定律得VCTC=VATA，VC>VA，则TC>TA，气体的体积减小，温度降低。A项中，BC连线未过原点，A错误；C项中，B→C体积减小，C错误；B、D两项符合全过程。 高考体验 1．（2022高考北京卷）如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，沿图示路径先后到达状态b和c。下列说法正确的是（ ） A．从a到b，气体温度保持不变 B．从a到b，气体对外界做功 C．从b到c，气体内能减小 D．从b到c，气体从外界吸热 【答案】D 【命题意图】此题考查对气体p——V图像的理解及其相关知识点。 【解析】一定质量的理想气体从状态a到状态b，体积不变，温度降低，放出热量；从状态b到c，气体体积增大，对外做功，温度升高，内能增大，根据热力学第一定律，可知从外界吸热，选项D正确。 2. （2022高考辽宁物理）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统（ ）  A. 对外界做正功 B. 压强保持不变 C. 向外界放热 D. 内能减少 【答案】A 【命题意图】本题考查对V——T图像的理解、理想气体的状态方程、热力学第一定律及其相关知识点. 【解析】 理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，理想气体对外界做正功，选项A正确；由题图V——T图像可知V = V0 + kT，根据理想气体的状态方程有，联立有，可看出T增大，p增大，选项B错误；理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，选项D错误；理想气体从状态a变化到状态b，由选项AD可知，理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知气体向外界吸收热量，选项C错误。 3（8分）（2022重庆高考）某同学探究一封闭气缸内理想气体的状态变化特性，得到压强p随温度t的变化如图所示。已知图线Ⅰ描述的是体积为的等容过程，当温度为时气体的压强为；图线Ⅱ描述的是压强为的等压过程。取为，求 ①等容过程中，温度为时气体的压强； ②等压过程中，温度为时气体的体积。 【答案】.①；② 【解析】①在等容过程中，设0℃时气体压强为p0，根据查理定律，= 解得 p0= ②当压强为p2，温度为0℃时，设此时体积为V2，根据理想气体状态方程 = 解得：V2= 4（2022·全国理综甲卷·33（1））（5分）一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如图上从a到b的线段所示。在此过程中________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分） A．气体一直对外做功 B．气体的内能一直增加 C．气体一直从外界吸热 D．气体吸收的热量等于其对外做的功 E．气体吸收的热量等于其内能的增加量 【答案】BCE 【命题意图】本题考查对p—T图像的理解、理想气体状态方程、热力学第一定律。 【解题思路】根据理想气体状态方程可知，过原点的p—T图像的斜率与体积V有关，一定质量理想气体从状态a到状态b，体积不变，对外不做功，选项A错误；根据理想气体的内能只与温度有关，可知一定质量理想气体从状态a到状态b，温度一直升高，内能一直增加，选项B正确；由热力学第一定律可知，气体一直从外界吸热，气体吸收的热量等于其内能的增加量，选项D错误CE正确。 5. （2022新高考江苏卷）如图所示，一定质量的理想气体分别经历和两个过程，其中为等温过程，状态b、c的体积相同，则（　　） A. 状态a的内能大于状态b B. 状态a的温度高于状态c C. 过程中气体吸收热量 D. 过程中外界对气体做正功 【答案】C 【命题意图】本题考查对p——V图像的理解及其相关知识点。 【解题思路】由于a→b的过程为等温过程，即状态a和状态b温度相同，根据温度是气体分子平均动能的标志，可知状态a和状态b的分子平均动能相同，而理想气体内能只与温度有关，所以理想气体状态a的内能等于状态b的内能，选项A错误；由于状态b和状态c体积相同，且，根据理想气体状态方程 ，可知Tb＜Tc，又因为Tb=Tc，故Ta＜Tc，选项B错误； 因为a→c过程气体体积增大，气体对外界做正功；而气体温度升高，内能增加，根据热力学第一定律，，可知气体吸收热量；选项C正确，D错误。 6（2021重庆高考）（4分）图1和图2中曲线I、II、III分别描述了某物理量随分子之间的距离变化的规律，r0为平衡位置。现有如下物理量：①分子势能，②分子间引力，③分子间斥力，④分子间引力和斥力的合力，则曲线I、II、III对应的物理量分别是 （在给出的4个选项中。只有一个符合要求的） A. ①③② B.②④③ C. ④①③ D. ①④③ 【答案】D 【解析】根据分子处于平衡位置（即分子之间距离为r0）时分子势能最小可知，曲线I为分子势能随分子之间距离r变化的图像；根据分子处于平衡位置（即分子之间距离为r0）时分子力为零，可知曲线II为分子力随分子之间距离r变化的图像；根据分子之间斥力随分子之间距离的增大而减小，可知曲线III为分子斥力随分子之间距离r变化的图像；选项D正确。 7.（2021全国甲，33，15分）（1）如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积-温度(V−t)图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；t0为它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0=−273.15∘C；a为直线Ⅰ上的一点。由图可知，气体在状态a和b的压强之比papb= ;气体在状态b和c的压强之比pbpc= 。 答案：（1）1 V2V1 解析：（1）根据V−t图像画出V−T图像。 a、b在图线I上，ab图线过原点，是等压线，可知pa=pb，所以papb=1；b'、c'两点温度相同，根据玻意耳定律可得pb'V1=pc'V2，由等压线知pb=pb'，pc=pc'，解得pbpc=V2V1。 （2）（ⅰ）B气体等温变化：p0V=pBV2解得pB=2p0 隔板静止时，pA=pB+0.5p0=2.5p0 A气体等温变化：p0V=2.5p0VA VA=0.4V （ⅱ）活塞回到初始位置的过程中，B气体等温变化，设B的压强为pB'，体积为VB' p0V=pB'VB' A气体等温变化，设A的压强为pA'，体积为VA' p0V=pA'VA' 当pB'比pA'大0.5p0时，隔板停止运动，pB'=pA'+0.5p0 VA'+VB'=2V 联立解得VA'=(5−1)V，pB'=3+54p0 8.（2020北京，4，3分）如图所示，一定量的理想气体从状态A开始，经历两个过程，先后到达状态B和C。有关A、B和C三个状态温度TA、TB和TC的关系，正确的是( ) A.TA=TB，TB=TC B.TATC D.TA=TC，TBVA，故TB>TA；而状态B到状态C是一个等容变化过程，有pBTB=pCTC，因为pB>pC，故TB>TC；对状态A和C有2p0×35V0TA=35p0×2V0TC，可得TA=TC；综上分析，可知C项正确。 名称图像特点其他图像等温线p−VpV=CT（C为常量），即pV越大的等温线对应的温度越高，离原点越远p−1Vp=CTV，斜率k=CT，即斜率越大，对应的温度越高等容线p−Tp=CVT，斜率k=CV，即斜率越大，对应的体积越小p−t图线的延长线均过点（−273.15，0），斜率越大，对应的体积越小等压线V−TV=CpT，斜率k=Cp，即斜率越大，对应的压强越小V−tV与t成线性关系，但不成正比，图线延长线均过点（−273.15，0），斜率越大，对应的压强越小