高中物理人教专题72 热力学定律的综合应用（解析版）.docx

2023届高中物理一轮复****多维度导学与分层专练
专题72 热力学定律的综合应用
导练目标
导练内容
目标1
热力学第一定律
目标2
热力学第二定律
目标3
热力学第一定律与气体图像的综合应用
目标4
热力学第一定律与气体实验定律的综合应用
【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
物理量
W
Q
ΔU
＋
外界对物体做功
物体吸收热量
内能增加
－
物体对外界做功
物体放出热量
内能减少
【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
【答案】D
【详解】A．内能增大时气体分子的平均动能增大，并不是所有分子的动能都增大，故A错误；
B．由ΔU＝W＋Q可知，上升过程中，气体分子内能增加，体积增大，对外做功，所以吸收热量，故B错误；
C．由题意知，在泉水底部；；
到达水面时；由理想气体的状态方程＝代入数据可求得，气泡到达水面时的体积为V2=9×10－7m3故C错误；
D．由对外做功的表达式W＝p1Sx＝p1ΔV可知，当压强不变时，则气体对外做功等于
由于上升过程中压强减小，所以对外做功小于4.8×10－2J，由ΔU＝W＋Q可得上升过程中气泡吸收热量小于6.8×10－2J，故D正确。故选D。
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
热力学第一定律
热力学第二定律
定律揭
示的
问题
从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系
自然界中出现的宏观过程是有方向性的
机械能
和内能
的转化
当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能
内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能
热量的
传递
热量可以从高温物体自发传向低温物体
说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体
两定律
的关系
在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础
4.两类永动机的比较
第一类永动机
第二类永动机
设计要求
不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器
从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器
不可能
违背能量守恒定律
不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律
制成的原因
【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
【答案】BD
【详解】C．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