(考点分析) 第三节 热力学定理与能量守恒-2023年高考物理一轮系统复习学思用

【考点分析】　第三节 热力学定理与能量守恒

【考点一】  热力学第一定律的理解和应用

【典型例题1】  如图所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空.现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸.待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积.假设整个系统不漏气.下列说法正确的是(　　)

A．气体自发扩散前后内能相同

B．气体在被压缩的过程中内能增大

C．在自发扩散过程中，气体对外界做功

D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功

E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

【解析】　因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功.根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，选项C错误；

气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，选项B、D正确，选项E错误.

【答案】　ABD

【考点二】  气体内能的变化判断

【典型例题2】  (2022•山东菏泽高三(下)一模)一个充气气球用绳子拴着一块石头正在湖水中缓慢下沉，越往下水温越低，气球导热良好，则气球内气体(    )

A．内能增加 B．对外界做正功

C．减少的内能小于放出的热量 D．减少的内能大于放出的热量

【解析】  A．充气气球用绳子拴着一块石头正在湖水中缓慢下沉，越往下水温越低，内能降低，A错误；

B．充气气球用绳子拴着一块石头在下降的过程中，水温越来越低，压强逐渐增大，根据理想气体状态方程，气球体积减小，对外界做负功，B错误；

CD．由AB分析，气球下降时，气球内气体内能减小，外界对气球做功，根据热力学第一定律，由于外界对气球做功，因此放出的热量大于减小的内能，C正确，D错误；故选C。

【答案】  C

【考点三】  热力学第一定律与图象的综合应用

【典型例题3】  (2022•四川成都市高三(下)二模)一定质量理想气体的压强体积(p-V)图像如图所示，其中a到b为等温过程，b到c为等压过程，c到a为等容过程。已知气体状态b的温度Tb=297K、压强pb=1×105Pa、体积Vb=24L，状态a的压强pa=3×105Pa。

(1)求气体状态a的体积V以及状态c的温度T；

(2)若b到c过程中气体内能改变了2×104J，求该过程气体放出的热量Q。

【解析】  (1)a到b为等温过程，由波意尔定律有

将，，

代入方程解得

b到c为等压过程，由盖—吕萨克定律有

将，，

代入方程解得

(2)对b到c为等压压缩过程，外界对气体做功为

代入数据解得

由于温度降低，该过程中气体内能减小，故

由热力学第一定律有

解得

【答案】  (1)；；(2)

【考点四】  热力学第一定律与气体实验定律的综合应用

【典型例题4】  (2022•四川省成都市高三(上)一模)如图，一横截面积为S的圆柱形气缸竖直放置在升降机中，质量为m的活塞在缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞上表面水平，下表面与水平面的夹角为θ。不计活塞与气缸内壁之间的摩擦，大气压强为p0，重力加速度大小为g。

(i)当升降机以加速度a竖直向上做匀加速运动时，求缸内气体的压强；

(ii)当升降机静止时，对缸内气体缓慢加热，气体吸收的热量为Q，气柱高度增加了ΔL，求加热过程中气体内能的增量。

【解析】  (ⅰ)活塞受力如图所示。设缸内气体的压强为p

缸内气体对活塞的压力大小为

在竖直方向，根据牛顿第二定律有

解得

(ⅱ)加热过程中缸内气体等压膨胀，活塞处于平衡状态，

设缸内气体的压强为，内能增量为，

由力的平衡条件有

可得

气体克服外界做的功为

由热力学第一定律有

联立求解得

【答案】  (i)；(ii)

【考点五】  热力学第二定律

【典型例题5】  如图所示为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外.

(1)(多选)下列说法正确的是(　　)

A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外

B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能

C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律

D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律

(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？

【解析】　(1)热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C项正确，D项错误；

由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助，电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故B项正确，A项错误.

(2)由热力学第一定律可知，电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多.

【答案】　(1)BC　(2)见解析