新高考物理一轮复习分层提升练习专题72 热力学定律的综合应用（2份打包，原卷版+解析版）

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【知识导学与典例导练】
热力学第一定律
1．对热力学第一定律的理解
(1)做功和热传递在改变系统内能上是等效的。
(2)做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能的相互转化。
(3)热传递过程是系统与外界之间内能的转移。
2．热力学第一定律的三种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。
(2)若过程中不做功，则W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。
(3)若过程的始、末状态物体的内能不变，则W＋Q＝0，即物体吸收的热量全部用来对外做功，或外界对物体做的功等于物体放出的热量。
3．公式ΔU＝W＋Q中符号法则的理解
【例1】“百脉寒泉珍珠滚”，为章丘八大景之一。泉水深5m，底部温度为17℃，一个体积为5.8×10－7m3的气泡，从底部缓慢上升，到达泉水表面温度为27℃。其内能增加了2×10－2J。g取10m/s2，外界大气压强取1.0×105Pa，水的密度取1×103kg/m3，气泡内气体视为理想气体。下列说法正确的是（ ）
A．气泡内所有分子动能都增大
B．气泡上升过程中对外做功，放出热量
C．气泡到达水面时的体积为8.7×10－8m3
D．上升过程中气泡吸收热量小于6.8×10－2J
热力学第二定律
1.热力学第二定律的含义
(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。
(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程。
2．热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
3.热力学第一、第二定律的比较
4.两类永动机的比较
【例2】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。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．电冰箱的工作原理违背热力学第一定律
D．电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外，工作过程中所产生的其他一切影响，无论用任何办法都不可能加以消除
三、热力学第一定律与气体图像的综合应用
处理热力学第一定律与气体图像的综合问题的思路：
(1)根据气体图像的特点判断气体的温度、体积的变化情况，从而判断气体与外界的吸、放热关系及做功关系。
(2)在p­V图像中，图线与V轴围成的面积表示气体对外界或外界对气体做的功。
(3)结合热力学第一定律判断有关问题。
【例3】一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后又回到状态A。其中C-D-A为等温过程，该循环过程如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．B→C过程中，气体对外界做功
B．B→C过程中，外界对气体做功
C．A→B过程中，1s内撞击1m²器壁的气体分子个数变少
D．A→B过程中，气体分子的平均动能减小
【例4】一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如图所示，则气体（ ）
A．状态a处的压强大于状态c处的压强
B．状态b处的压强小于状态c处的压强
C．由a变化到b的过程中，气体向外界放热
D．由a变化到c的过程中，从外界吸收的热量小于其增加的内能
【例5】一定量的理想气体从状态 SKIPIF 1 < 0 开始，经历等温或等压过程 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 回到原状态，其 SKIPIF 1 < 0 图像如图所示，其中对角线 SKIPIF 1 < 0 的延长线过原点 SKIPIF 1 < 0 。下列判断正确的是（ ）
A．气体在 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 两状态的体积相等
B．在过程 SKIPIF 1 < 0 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
C．在过程 SKIPIF 1 < 0 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
D．在过程 SKIPIF 1 < 0 中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功
四、热力学第一定律与气体实验定律的综合应用
求解热力学定律与气体实验定律的综合问题的思路：
【例6】如图所示，上端带有卡口的横截面积为S、高为L的导热性能良好的气缸中用一光滑的活塞B封闭着一定质量的理想气体A，气缸底部与U形水银气压计（U形管内气体体积忽略不计）相连，已知气体内能U与热力学温度T的关系为 SKIPIF 1 < 0 ，其中 SKIPIF 1 < 0 为已知常数，活塞B的质量为m，重力加连度为g，大气压强为 SKIPIF 1 < 0 ，水银的密度为 SKIPIF 1 < 0 ，环境热力学温度为 SKIPIF 1 < 0 时，活塞离缸底的距离为 SKIPIF 1 < 0 。求：
（1）环境温度为 SKIPIF 1 < 0 时，U形气压计两侧水银面的高度差 SKIPIF 1 < 0 ；
（2）环境温度由 SKIPIF 1 < 0 缓慢升高至 SKIPIF 1 < 0 过程中，气体吸收的热量。
【多维度分层专练】
1．某同学设计的一个简易温度计如图所示，一根透明吸管插入导热良好的容器，连接处密封，在吸管内注入一小段油柱，外界大气压保持不变。将容器放入冰水中，观察到油柱缓慢下降，下列说法正确的是（ ）。
A．外界对气体做的功大于气体放出的热量
B．外界对气体做的功等于气体放出的热量
C．容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力增大
D．气体分子单位时间撞击容器壁单位面积的次数增加
2．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，活塞可在汽缸内无摩擦地左右滑动。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减少
B．气体在被压缩的过程中内能增大
C．在自发扩散过程中，气体对外界没做功
D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做负功
3．利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（ ）
A．A端为冷端，B端为热端
B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的
C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的
D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律
E．该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律
4．如图所示，绝热容器被绝热隔板K1和卡销锁住的绝热光滑活塞K2隔成a、b、c三部分，a部分为真空，b部分为一定质量的稀薄气体，且压强pb