新高考物理一輪復(fù)習(xí)分層提升練習(xí)專題72 熱力學(xué)定律的綜合應(yīng)用（原卷版）

專題72熱力學(xué)定律的綜合應(yīng)用導(dǎo)練目標(biāo)導(dǎo)練內(nèi)容目標(biāo)1熱力學(xué)第一定律目標(biāo)2熱力學(xué)第二定律目標(biāo)3熱力學(xué)第一定律與氣體圖像的綜合應(yīng)用目標(biāo)4熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用【知識(shí)導(dǎo)學(xué)與典例導(dǎo)練】熱力學(xué)第一定律1．對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解(1)做功和熱傳遞在改變系統(tǒng)內(nèi)能上是等效的。(2)做功過程是系統(tǒng)與外界之間的其他形式能量與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化。(3)熱傳遞過程是系統(tǒng)與外界之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。2．熱力學(xué)第一定律的三種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。(2)若過程中不做功，則W＝0，Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。(3)若過程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，則W＋Q＝0，即物體吸收的熱量全部用來對(duì)外做功，或外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。3．公式ΔU＝W＋Q中符號(hào)法則的理解物理量WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少【例1】“百脈寒泉珍珠滾”，為章丘八大景之一。泉水深5m，底部溫度為17℃，一個(gè)體積為5.8×10－7m3的氣泡，從底部緩慢上升，到達(dá)泉水表面溫度為27℃。其內(nèi)能增加了2×10－2J。g取10m/s2，外界大氣壓強(qiáng)取1.0×105Pa，水的密度取1×103kg/m3，氣泡內(nèi)氣體視為理想氣體。下列說法正確的是（）A．氣泡內(nèi)所有分子動(dòng)能都增大B．氣泡上升過程中對(duì)外做功，放出熱量C．氣泡到達(dá)水面時(shí)的體積為8.7×10－8m3D．上升過程中氣泡吸收熱量小于6.8×10－2J熱力學(xué)第二定律1.熱力學(xué)第二定律的含義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣體的等溫膨脹過程。2．熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。3.熱力學(xué)第一、第二定律的比較熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律定律揭示的問題從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內(nèi)能改變量三者的定量關(guān)系自然界中出現(xiàn)的宏觀過程是有方向性的機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化當(dāng)摩擦力做功時(shí)，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全變成機(jī)械能熱量的傳遞熱量可以從高溫物體自發(fā)傳向低溫物體說明熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體兩定律的關(guān)系在熱力學(xué)中，兩者既相互獨(dú)立，又互為補(bǔ)充，共同構(gòu)成了熱力學(xué)知識(shí)的理論基礎(chǔ)4.兩類永動(dòng)機(jī)的比較第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器不可能制成的原因違背能量守恒定律不違背能量守恒定律，違背熱力學(xué)第二定律【例2】如圖所示，為電冰箱的工作原理示意圖；壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)，在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時(shí)制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說法正確的是（）A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸．電冰箱的工作原理違背熱力學(xué)第一定律D．電冰箱除了將熱量從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒焱猓ぷ鬟^程中所產(chǎn)生的其他一切影響，無論用任何辦法都不可能加以消除三、熱力學(xué)第一定律與氣體圖像的綜合應(yīng)用處理熱力學(xué)第一定律與氣體圖像的綜合問題的思路：(1)根據(jù)氣體圖像的特點(diǎn)判斷氣體的溫度、體積的變化情況，從而判斷氣體與外界的吸、放熱關(guān)系及做功關(guān)系。(2)在p-V圖像中，圖線與V軸圍成的面積表示氣體對(duì)外界或外界對(duì)氣體做的功。(3)結(jié)合熱力學(xué)第一定律判斷有關(guān)問題?！纠?】一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后又回到狀態(tài)A。其中C-D-A為等溫過程，該循環(huán)過程如圖所示，下列說法正確的是（）A．B→C過程中，氣體對(duì)外界做功B．B→C過程中，外界對(duì)氣體做功C．A→B過程中，1s內(nèi)撞擊1m2器壁的氣體分子個(gè)數(shù)變少D．A→B過程中，氣體分子的平均動(dòng)能減小【例4】一定量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b變化到狀態(tài)c，其過程如圖所示，則氣體（

）A．狀態(tài)a處的壓強(qiáng)大于狀態(tài)c處的壓強(qiáng)B．狀態(tài)b處的壓強(qiáng)小于狀態(tài)c處的壓強(qiáng)C．由a變化到b的過程中，氣體向外界放熱D．由a變化到c的過程中，從外界吸收的熱量小于其增加的內(nèi)能【例5】一定量的理想氣體從狀態(tài)SKIPIF1<0開始，經(jīng)歷等溫或等壓過程SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0回到原狀態(tài)，其SKIPIF1<0圖像如圖所示，其中對(duì)角線SKIPIF1<0的延長(zhǎng)線過原點(diǎn)SKIPIF1<0。下列判斷正確的是（）A．氣體在SKIPIF1<0、SKIPIF1<0兩狀態(tài)的體積相等B．在過程SKIPIF1<0中氣體向外界放出的熱量大于外界對(duì)氣體做的功C．在過程SKIPIF1<0中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對(duì)外界做的功D．在過程SKIPIF1<0中外界對(duì)氣體做的功等于在過程da中氣體對(duì)外界做的功四、熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用求解熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合問題的思路：【例6】如圖所示，上端帶有卡口的橫截面積為S、高為L(zhǎng)的導(dǎo)熱性能良好的氣缸中用一光滑的活塞B封閉著一定質(zhì)量的理想氣體A，氣缸底部與U形水銀氣壓計(jì)（U形管內(nèi)氣體體積忽略不計(jì)）相連，已知?dú)怏w內(nèi)能U與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系為SKIPIF1<0，其中SKIPIF1<0為已知常數(shù)，活塞B的質(zhì)量為m，重力加連度為g，大氣壓強(qiáng)為SKIPIF1<0，水銀的密度為SKIPIF1<0，環(huán)境熱力學(xué)溫度為SKIPIF1<0時(shí)，活塞離缸底的距離為SKIPIF1<0。求：（1）環(huán)境溫度為SKIPIF1<0時(shí)，U形氣壓計(jì)兩側(cè)水銀面的高度差SKIPIF1<0；（2）環(huán)境溫度由SKIPIF1<0緩慢升高至SKIPIF1<0過程中，氣體吸收的熱量。【多維度分層專練】1．某同學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)簡(jiǎn)易溫度計(jì)如圖所示，一根透明吸管插入導(dǎo)熱良好的容器，連接處密封，在吸管內(nèi)注入一小段油柱，外界大氣壓保持不變。將容器放入冰水中，觀察到油柱緩慢下降，下列說法正確的是（）。A．外界對(duì)氣體做的功大于氣體放出的熱量B．外界對(duì)氣體做的功等于氣體放出的熱量C．容器內(nèi)壁的單位面積上受到氣體分子的平均作用力增大D．氣體分子單位時(shí)間撞擊容器壁單位面積的次數(shù)增加2．如圖所示，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有理想氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空，活塞可在汽缸內(nèi)無摩擦地左右滑動(dòng)。現(xiàn)將隔板抽開，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸，待氣體達(dá)到穩(wěn)定后緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積，假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣，下列說法正確的是（）A．氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能減少B．氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大C．在自發(fā)擴(kuò)散過程中，氣體對(duì)外界沒做功D．氣體在被壓縮的過程中，外界對(duì)氣體做負(fù)功3．利用“渦流效應(yīng)”可實(shí)現(xiàn)冷熱氣體的分離。如圖，一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分離擋板和冷熱兩端管等構(gòu)成。高壓氮?dú)庥蓢娮烨邢蛄魅霚u流室中，然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，分子熱運(yùn)動(dòng)速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位，而分子熱運(yùn)動(dòng)速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位。氣流到達(dá)分離擋板處時(shí)，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從A端流出，邊緣部位氣流從B端流出。下列說法正確的是（）A．A端為冷端，B端為熱端B．A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率一定小于B端流出的C．A端流出的氣體內(nèi)能一定大于B端流出的D．該裝置氣體進(jìn)出的過程滿足能量守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律E．該裝置氣體進(jìn)出的過程既滿足能量守恒定律，也滿足熱力學(xué)第二定律4．如圖所示，絕熱容器被絕熱隔板K1和卡銷鎖住的絕熱光滑活塞K2隔成a、b、c三部分，a部分為真空，b部分為一定質(zhì)量的稀薄氣體，且壓強(qiáng)pb<p0（p0是大氣壓強(qiáng)），c與大氣連通，則下列說法中正確的是（）A．只打開隔板K1，b中氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減少B．只打開隔板K1，b中氣體不做功，內(nèi)能不變C．只打開隔板K1，b中氣體壓強(qiáng)減小，溫度不變D．只打開卡銷K2，b中氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減少E．只打開卡銷K2，外界對(duì)b中氣體做功，b中氣體內(nèi)能增加5．密閉導(dǎo)熱容器里裝有一定質(zhì)量的理想氣體，某一變化過程SKIPIF1<0的SKIPIF1<0圖（p、T單位均為國際單位）如圖所示，ab延長(zhǎng)線通過坐標(biāo)原點(diǎn)O，ac、bc與坐標(biāo)軸平行。則由圖可知（）A．SKIPIF1<0過程氣體從外界吸熱，吸收的熱量大于氣體增加的內(nèi)能B．SKIPIF1<0過程氣體對(duì)外做功，做功的數(shù)值小于氣體吸收的熱量C．SKIPIF1<0過程氣體內(nèi)能減少，放出的熱量大于外界對(duì)氣體做功的數(shù)值D．SKIPIF1<0過程氣體對(duì)外做功，做功的數(shù)值小于氣體吸收的熱量6．一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其V-T圖像如圖所示。下列說法正確的有（）A．A→B的過程中，氣體對(duì)外界做功B．B→C的過程中，每個(gè)氣體分子的動(dòng)能都減小C．A→B的過程中，氣體放出熱量D．A→B→C的過程中，氣體內(nèi)能增加7．一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)SKIPIF1<0開始，經(jīng)SKIPIF1<0三個(gè)過程后回到初始狀態(tài)a，其SKIPIF1<0圖像如圖所示，已知?dú)怏w在狀態(tài)SKIPIF1<0時(shí)的體積為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0的延長(zhǎng)線過點(diǎn)（SKIPIF1<0）。下列說法正確的是（）A．氣體在狀態(tài)b時(shí)的體積為SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0過程中，外界對(duì)氣體做功C．SKIPIF1<0過程中，氣體向外界放熱D．SKIPIF1<0過程中，單位時(shí)間內(nèi)容器壁單位面積上受到氣體分子撞擊的次數(shù)增加E．SKIPIF1<0過程中，氣體的體積增大8．如圖所示，一底部帶加熱絲（圖中未畫出）的絕熱汽放在地面上，氣缸里有一質(zhì)量為m、橫截面積為S的絕熱活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，初始時(shí)封閉氣體的溫度為T0，活塞壓在汽缸內(nèi)壁的棱上，活塞離汽缸底部的距離為L(zhǎng)，內(nèi)壁的棱對(duì)活塞的總支持力為F=5mg?，F(xiàn)在通過汽缸底部的加熱絲緩慢對(duì)封閉氣體加熱。重力加速度為g。不計(jì)加熱絲和力傳感器的體積，外界大氣壓為SKIPIF1<0，且p0保持不變。①當(dāng)棱對(duì)活塞的支持力剛好為零時(shí)，求封閉氣體的溫度T1；②當(dāng)活塞向上移動(dòng)2L時(shí)剛剛到達(dá)汽缸頂部，求此時(shí)封閉氣體的溫度T2，若此過程中封閉氣體內(nèi)能增加△U，則此過程中加熱絲產(chǎn)生的熱量Q為多少？9．真空泵抽氣腔與容器相連，活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)即從容器中抽氣，活塞向右運(yùn)動(dòng)時(shí)閥門自動(dòng)關(guān)閉，將進(jìn)入氣腔內(nèi)的氣體全部排出，示意圖如圖甲。設(shè)抽氣過程中抽氣腔與容器中的氣體壓強(qiáng)始終相等，每次抽氣活塞均從抽氣腔最右端移動(dòng)至最左端.已知容器的容積為SKIPIF1<0，抽氣腔的容積為SKIPIF1<0，初始時(shí)刻氣體壓強(qiáng)為SKIPIF1<0.（1）若抽氣過程中氣體的溫度保持不變，求第一次抽氣后容器中氣體的壓強(qiáng)SKIPIF1<0；（2）若在絕熱的條件下，某次抽氣過程中，氣體壓強(qiáng)SKIPIF1<0隨體積SKIPIF1<0變化的規(guī)律如圖乙，求該過程氣體內(nèi)能的變化量SKIPIF1<0。10．某同學(xué)估測(cè)室溫的裝置如圖所示，用絕熱的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，氣缸導(dǎo)熱性能良好。室溫時(shí)氣體的體積SKIPIF1<0，將氣缸豎直放置于冰水混合物中，穩(wěn)定后封閉氣體的體積S