(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

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【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