2024年高考物理一輪大單元綜合復習導學練專題72熱力學定律的綜合應用導練目標導練內容目標1熱力學第一定律目標2熱力學第二定律目標3熱力學第一定律與氣體圖像的綜合應用目標4熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用【知識導學與典例導練】熱力學第一定律1．對熱力學第一定律的理解(1)做功和熱傳遞在改變系統內能上是等效的。(2)做功過程是系統與外界之間的其他形式能量與內能的相互轉化。(3)熱傳遞過程是系統與外界之間內能的轉移。2．熱力學第一定律的三種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內能的增加。(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能的增加。(3)若過程的始、末狀態物體的內能不變，則W＋Q＝0，即物體吸收的熱量全部用來對外做功，或外界對物體做的功等于物體放出的熱量。3．公式ΔU＝W＋Q中符號法則的理解物理量WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內能增加－物體對外界做功物體放出熱量內能減少【例1】現代高檔大客車普遍安裝有空氣彈簧，上下乘客及劇烈顛簸均會引起車廂振動，進而引起缸內氣體體積發生變化，實現減震。上下乘客時汽缸內氣體的體積變化較慢，氣體與外界有充分的熱交換，汽缸可視為導熱汽缸；劇烈顛簸時汽缸內氣體的體積變化較快．氣體與外界來不及熱交換，可視為絕熱過程。若外界溫度恒定，汽缸內氣體可視為理想氣體，則下列說法正確的是（）A．乘客上車時壓縮氣體使氣體體積變小的過程中，外界對空氣彈簧內氣體做功，氣體內能增大B．乘客上車時壓縮氣體使氣體體積變小的過程中，空氣彈簧內氣體向外界放熱，氣體內能不變C．乘客上車時壓縮氣體使氣體體積變小的過程中．外界對空氣彈簧內氣體做功，氣體向外界放熱D．劇烈顛簸時壓縮氣體使氣體體積變小的過程中，外界對空氣彈簧內氣體做功，氣體內能可能不變E．劇烈顛簸時壓縮氣體使氣體體積變小的過程中，外界對空氣彈簧內氣體做功，氣體內能一定增大熱力學第二定律1.熱力學第二定律的含義(1)“自發地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。(2)“不產生其他影響”的含義是發生的熱力學宏觀過程只在本系統內完成，對周圍環境不產生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。在產生其他影響的條件下內能可以全部轉化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程。2．熱力學第二定律的實質熱力學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，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性。3.熱力學第一、第二定律的比較熱力學第一定律熱力學第二定律定律揭示的問題從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內能改變量三者的定量關系自然界中出現的宏觀過程是有方向性的機械能和內能的轉化當摩擦力做功時，機械能可以全部轉化為內能內能不可能在不引起其他變化的情況下完全變成機械能熱量的傳遞熱量可以從高溫物體自發傳向低溫物體說明熱量不能自發地從低溫物體傳向高溫物體兩定律的關系在熱力學中，兩者既相互獨立，又互為補充，共同構成了熱力學知識的理論基礎4.兩類永動機的比較第一類永動機第二類永動機設計要求不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響的機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，違背熱力學第二定律【例2】如圖是空氣能熱水器的工作原理示意圖，它主要由儲水箱、毛細管、蒸發器、壓縮機、冷凝器等部件組成。制冷劑在毛細管、蒸發器、壓縮機、冷凝器之間循環過程與我們所熟悉的電冰箱的制冷循環過程相同，其工作過程如下：①液態制冷劑經過一段很細的毛細管緩慢地進入蒸發器，在蒸發器中迅速汽化，并從低溫的空氣中吸收熱量。②制冷劑汽化生成的蒸汽被壓縮機壓縮后變成高溫高壓的蒸汽進入冷凝器。③在冷凝器中，高溫高壓的蒸汽將熱量傳遞給水并發生液化。制冷劑以此不斷循環流動，使水的溫度不斷上升。下列說法正確的是（）A．空氣能熱水器實現了“熱量由低溫物體（空氣）傳向高溫物體（水）”B．空氣能熱水器中的水被加熱是由電直接加熱的C．空氣能熱水器的工作原理不違反熱力學第一定律D．空氣能熱水器的制熱系統能夠不斷地把空氣的內能傳給水，是因為其消耗了電能三、熱力學第一定律與氣體圖像的綜合應用處理熱力學第一定律與氣體圖像的綜合問題的思路：(1)根據氣體圖像的特點判斷氣體的溫度、體積的變化情況，從而判斷氣體與外界的吸、放熱關系及做功關系。(2)在p-V圖像中，圖線與V軸圍成的面積表示氣體對外界或外界對氣體做的功。(3)結合熱力學第一定律判斷有關問題?！纠?】一定質量的理想氣體從狀態A開始，經A→B、B→C、C→A三個過程后回到初始狀態A，其pV圖象如圖所示，已知狀態A的氣體溫度為TA=200K，則（）A．狀態B的氣體溫度為800KB．在A→B過程中，氣體分子的平均動能減小C．在C→A過程中，外界對氣體做功300JD．在A→B→C→A一個循環過程中，氣體從外界吸收450J熱量【例4】一定質量的理想氣體的體積V與熱力學溫度T的關系圖像如圖所示，氣體由狀態a經狀態b、c到狀態d，O、a、d三點在同一直線上，ab和cd平行于橫軸，bc平行于縱軸，則下列說法正確的是（

）A．狀態a的壓強大于狀態b的壓強B．由狀態a變化到狀態b的過程中，氣體對外不做功C．由狀態c變化到狀態d，氣體的密度不變D．由狀態b變化到狀態c，氣體對外做功，內能減小E．由狀態a變化到狀態d，氣體對外做功，內能增大【例5】一定質量的理想氣體從狀態A變化到狀態B，再變化到狀態C，最后變化到狀態A，其變化過程的圖像如圖所示，AB的反向延長線通過坐標原點O，BC平行于T軸，CA平行于p軸。已知該氣體在狀態B時的體積為，在狀態C時的體積為，則下列說法正確的是（）A．從狀態A到狀態B過程中氣體分子熱運動的平均動能減小B．從狀態B到狀態C的過程中外界對氣體做的功為200JC．從狀態A經狀態B到狀態C的過程中氣體從外界吸收的熱量為200JD．從狀態A經狀態B和狀態C，最后又回到狀態A，在整個過程中氣體從外界吸收的熱量大于向外界放出的熱量四、熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用求解熱力學定律與氣體實驗定律的綜合問題的思路：【例6】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部分為一定質量的稀薄氣體，且壓強pb<p0（p0是大氣壓強），c與大氣連通，則下列說法中正確的是（）A．只打開隔板K1，b中氣體對外做功，內能減少B．只打開隔板K1，b中氣體不做功，內能不變C．只打開隔板K1，b中氣體壓強減小，溫度不變D．只打開卡銷K2，b中氣體對外做功，內能減少E．只打開卡銷K2，外界對b中氣體做功，b中氣體內能增加【綜合提升專練】1．北京時間2023年7月20日21時40分，經過約8小時的出艙活動，神舟十六號航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮密切協同，在空間站機械臂支持下，圓滿完成出艙活動全部既定任務。氣閘艙是載人航天器中供航天員進入太空或由太空返回用的氣密性裝置，其原理圖如圖所示。座艙A與氣閘艙B之間裝有閥門K，座艙A中充滿空氣（可視為理想氣體），氣閘艙B內為真空。打開閥門K，A中氣體進入B中，最終達到平衡，假設此過程中系統與外界沒有熱交換。下列說法正確的是（）A．氣體對外做功，內能減小B．氣體等溫膨脹，壓強減小C．氣體向真空擴散的過程是可逆過程D．氣體分子單位時間內與A艙壁單位面積上的碰撞次數將減少2．一定質量的理想氣體從狀態a開始，經a→b、b→c、c→a三個過程后回到初始狀態a，其p—V圖像如圖所示。已知三個狀態的坐標分別為a（V0，p0）、b（3V0，p0）、c（3V0，5p0），下列說法正確的是（）A．在a→b過程中，氣體對外界做功B．在c→a過程中，氣體從外界吸熱C．在a→b過程中，氣體對外界做的功小于氣體從外界吸收的熱量D．氣體在c→a過程中的內能減少量大于氣體在b→c過程中的內能增加量E．氣體相當于在a→b→c→a一個循環過程中與外界無熱量交換3．如圖所示，有甲、乙兩個完全相同、帶輕質活塞、內壁光滑的導熱汽缸。內部封閉相同質量的同種理想氣體，初始狀態下氣體的溫度均為27℃，然后把汽缸甲的活塞固定。現分別對汽缸加熱，使得甲、乙汽缸中氣體的溫度都上升到127℃，發現汽缸甲內氣體吸收了800J熱量，汽缸乙內氣體吸收了1000J熱量。已知大氣壓p0=1105Pa，下面說法正確的是（）A．溫度升高到127℃過程中，甲、乙中氣體內能都增加800JB．溫度升高到127℃過程中，乙中氣體對外做功600JC．溫度升高到127℃過程中，乙中氣體體積增量為D．溫度為27℃時，甲、乙中氣體的體積均為4．“空氣充電寶”是一種通過壓縮空氣實現儲能的裝置，可在用電低谷時儲存能量、用電高峰時釋放能量。假設“空氣充電寶”在工作過程中，其中的氣體可看成質量不變的理想氣體，其圖像如圖所示。下列說法正確的是（）A．氣體由狀態a到狀態b的過程中體積減小B．氣體由狀態a到狀態b的過程中分子平均動能增大C．氣體由狀態a到狀態b的過程中一定要從外界吸熱D．氣體由狀態b到狀態c的過程中密度增大E．氣體由狀態b到狀態c的過程中對單位面積器壁的壓力減小5．汽缸內一定質量的理想氣體從狀態A開始經狀態B、狀態C，再回到狀態A，變化過程中氣體的壓強p隨體積的倒數的圖像如圖所示，圖中CA與橫軸平行，BC與縱軸平行，BA的延長線過原點。則下列說法正確的是（）A．從狀態A到狀態B的過程中，單位時間內撞擊汽缸壁單位面積上的分子數增加B．從狀態B到狀態C的過程中，氣體一定吸收熱量C．從狀態C到狀態A的過程中，氣體一定吸收熱量D．氣體在狀態C時的溫度高于在狀態A時的溫度E．氣體從狀態A經狀態B、C回到狀態A過程，一定向外界放出熱量6．一定質量的理想氣體封閉在氣缸中，氣體由狀態A經狀態B、C最終變化到D，該過程中氣體的VT圖像如圖，O、A、D三點共線。下列說法正確的是（）A．氣體由A到B一定是從外界吸收熱量B．氣體在狀態A單位時間對單位面積器壁的沖量小于在狀態B的沖量C．氣體由B到C從外界吸收熱量D．氣體由C到D對外做的功大于從外界吸收的熱量E．氣體在狀態A與狀態D的壓強相等7．下列有關物質的性質以及熱學現象的說法中正確的是（）A．用吸盤、細線將洗凈的玻璃板水平懸掛并貼在水面上，當緩慢地提起玻璃板脫離水面的一瞬間，拉力等于玻璃板的重力B．非晶體的微觀結構跟液體非常相似，嚴格來說，只有晶體才能叫做真正的固體C．當物質分子間的分子力為零時，分子勢能值最小D．第二類永動機不違反熱力學第二定律，只違反熱力學第一定律E．在散熱的條件下被壓縮的氣體內能不一定增加8．某同學設計的氣壓升降機如圖所示，在豎直圓柱形汽缸內用活塞封閉了一定質量的氣體，汽缸內壁光滑，活塞與內壁接觸緊密無氣體泄漏，活塞橫截面積為S，活塞及其上方裝置總重力大小為G，活塞停在內壁的小支架上（圖中未畫出），與缸底的距離為H，氣體的溫度為T0時，壓強等于大氣壓強，已知?，F給電熱絲通電，經過一段時間，活塞緩慢上升了。上述過程中，氣體可視為理想氣體，若整個過程中封閉氣體內能的變化為?U，求：（1）氣體的最高溫度T；（2）整個過程中氣體吸收的熱量Q。9．如圖1所示，一導熱性能良好、內壁光滑的汽缸水平放置，橫截面積、質量、厚度不計的活塞與汽缸底部之間封閉了一部分理想氣體，此時活塞與汽缸底部之間的距離，在活塞的右側處有一對與汽缸固定連接的卡環，氣體的溫度，大氣壓強。現將汽缸豎直放置，如圖2所示，取。（1）豎直后，求活塞與汽缸底部之間的距離；（2）豎直后，求加熱到時氣體的壓強；（3）若汽缸豎直放置時氣體壓強為，加熱到時的壓強為，活塞移動距離為，氣體總共吸收熱量為，求氣體內能增量（選用以下物理量表示：、、、、、）10．如圖所示，一個內部帶有氣密性良好活塞的絕熱氣缸，在其頂部開口并帶有卡環。忽略氣缸壁及活塞的厚度，如果氣缸高為H，橫截面積為S。初始時，活塞位于氣缸一半高度處且與兩根已被壓縮了0.25H的彈簧相連，缸內氣體初始溫度為，不計一切摩擦，其中每根彈簧勁度系數，活塞質量為?，F在通過氣缸內的電熱絲加熱氣體，活塞緩緩上升，直至剛好到達氣缸頂部，求：（1）求初始狀態時，被封閉氣體的壓強p；（2）求活塞剛好到達氣缸頂部時封閉氣體的溫度T；（3）若已知在整個加熱過程中，氣體吸收熱量為Q，求氣體內能的變化量。11．一定質量的理想氣體，從狀態A開始，經歷B、C兩個狀態又回到狀態A，壓強p與體積的關系圖象如下圖所示，與橫軸平行，三角形的面積為，的長度與的長度相等，已知氣體在狀態B時的溫度為，再根據圖像所提供的其它已知信息，求：（1）氣體在狀態C時的壓強與溫度；（2）氣體從狀態B變化到狀態C，外界對氣體所做的功。12．某同學喝一盒牛奶但未喝完，想測量剩余牛奶的體積。他發現插在牛奶盒里的透明豎直吸管內殘留了一小段長度為l的牛奶柱，于是用蠟將接口密封，吸管下端在液面上方，如圖所示。他先在室內測得牛奶盒接口處到牛奶柱下端的距離為，再將牛奶盒拿到室外一段時間后，測得接口處到牛奶柱下端的距離變為。已知室內的熱力學溫度為，室外的熱力學溫度為，大氣壓恒為，吸管橫截面積為S，牛奶盒容積為，牛奶密度為，重力加速度為g，忽略吸管壁的厚度和牛奶柱的蒸發，整個過程牛奶盒未形變，牛奶未溢出，牛奶盒及吸管內的封閉氣體視為理想氣體。（1）求剩余牛奶的體積；（2）若氣體的內能與熱力學溫度成正比，比例系數為k，求該過程封閉氣體吸收的熱量。13．在熱力學中有一種循環過程叫作焦耳循環，它由兩個等壓過程和兩個絕熱過程組成。一定質量的理想氣體的焦耳循環過程(A→B→C→D→A)如圖所示，已