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        氣體狀態(tài)變化圖像的易錯(cuò)點(diǎn)分析及正確應(yīng)用

        2019-10-12 02:51:52張聯(lián)慶
        關(guān)鍵詞:內(nèi)能等溫外界

        ◎張聯(lián)慶

        氣體狀態(tài)變化圖像問題是熱學(xué)中常見的問題,在2019年高考全國卷Ⅱ中的33題(1)又打破常規(guī)的5選3,以填空的形式考查學(xué)生的處理問題能力?,F(xiàn)就學(xué)生在分析該部分內(nèi)容的幾個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)進(jìn)行歸納并總結(jié)對一般情況下圖像問題的基本處理方法。

        一、氣體實(shí)驗(yàn)定律圖像特征[1]

        1.等溫變化——P-V圖像

        P與V成反比,圖像為雙曲線,且以x軸和y軸為漸近線。

        2.等壓變化——T-V圖像

        T與V成正比,圖像為過原點(diǎn)的傾斜直線。

        3.等容變化——P-T圖像

        P與T成正比,圖像為過原點(diǎn)的傾斜直線。

        二、圖像易錯(cuò)點(diǎn)

        1.若P-V圖像為曲線,則必為等溫變化

        例1.一定量的理想氣體從狀態(tài)M可以經(jīng)歷過程1或者過程2到達(dá)狀態(tài)N,其p-V圖象如圖1所示.在過程1中,氣體始終與外界無熱量交換;在過程2中,氣體先經(jīng)歷等容變化再經(jīng)歷等壓變化.對于這兩個(gè)過程,下列說法正確的是()

        A.氣體經(jīng)歷過程1,其溫度降低

        B.氣體經(jīng)歷過程1,其內(nèi)能減小

        C.氣體在過程2中一直對外放熱

        D.氣體在過程2中一直對外做功

        E.氣體在過程1的內(nèi)能改變量與經(jīng)歷過程2的相同

        錯(cuò)解:認(rèn)為1變化圖像為曲線,則為等溫變化,認(rèn)為A錯(cuò),

        正確分析:在1過程中變化圖像雖為曲線,但題目未說明是以x軸和y軸為漸近線的雙曲線,故不確定。由于氣體與外界無熱量交換,而體積增大,由熱力學(xué)第一定律知,氣體對外界做功,則內(nèi)能減小,從而得知?dú)怏w溫度下降,則A正確。

        2.若T-V圖像為傾斜直線,則必為等壓變化

        例2.(2018·全國卷Ⅰ)如圖3所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷過程①、②、③、④到達(dá)狀態(tài)e.對此氣體,下列說法正確的是()

        A.過程①中氣體的壓強(qiáng)逐漸減小

        B.過程②中氣體對外界做正功

        C.過程④中氣體從外界吸收了熱量

        D.狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等

        E.狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小

        錯(cuò)解:由于②變化圖像為傾斜直線,則為等壓變化,即Pb=Pc,由圖知Tb

        正確分析:E選項(xiàng)雖正確,但分析有誤。②圖像雖為傾斜直線,但題目未強(qiáng)調(diào)為過原點(diǎn)的傾斜直線,故無法確定為等壓變化。由圖信息,利用氣體定律方程得,由圖像知,則Pb>Pc>Pd

        3.未看清題目所給的背景環(huán)境

        如例1中在過程1中,氣體始終與外界無熱量交換,認(rèn)為1變化圖像為曲線,則為等溫變化,但要發(fā)生等溫變化,即內(nèi)能不變,而氣體對外界做功[2],則必須與外界進(jìn)行能量交換,故錯(cuò)誤分析。

        三、正確應(yīng)用

        1.認(rèn)清圖像反映的物理意義

        由橫縱坐標(biāo),圖像的類型,看圖像所反映的物理量之間的關(guān)系。

        2.認(rèn)清題目中所提供的背景環(huán)境

        認(rèn)清題目中所提供的背景環(huán)境,注意絕熱、導(dǎo)熱等字眼。

        3.熟記基本定律

        (1)理想氣體的實(shí)驗(yàn)定律及對應(yīng)的圖像。

        (2)熱力學(xué)第一定律。

        4.正確應(yīng)用結(jié)論

        (1)由圖像及對應(yīng)的定律確定相應(yīng)物理量的變化情況。

        (2)圖像斜率和面積。

        P-V圖像的面積表示氣體對外界或者外界對氣體所做的功;

        (3)內(nèi)能的判斷

        ①由圖像判斷溫度,溫度升高,內(nèi)能增大;溫度降低,內(nèi)能減小

        ②由熱力學(xué)第一定律:△U=Q+W根據(jù)題意判斷△U>0,則內(nèi)能增大;△U<0,則內(nèi)能減小

        (4)做功與否的判斷

        ①由圖像判斷氣體體積V是否發(fā)生變化,若變,必做功;若未變,則不做功。

        ②由熱力學(xué)第一定律:△U=Q+W根據(jù)題意判斷W

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