统考版2024高考物理二轮专题复习第一编专题复习攻略专题八鸭模块第15讲热学考点三热力学定律的理解及应用教师用书

考点三热力学定律的理解及应用例3[2023·全国甲卷，节选](多选)在一汽缸中用活塞封闭着肯定量的志向气体，发生下列缓慢改变过程，气体肯定与外界有热量交换的过程是()A．气体的体积不变，温度上升B．气体的体积减小，温度降低C．气体的体积减小，温度上升D．气体的体积增大，温度不变E．气体的体积增大，温度降低例4[2022·辽宁模拟卷]真空泵抽气腔与容器相连，活塞向左运动时即从容器中抽气，活塞向右运动时阀门自动关闭，将进入气腔内的气体全部排出，示意图如图甲．设抽气过程中抽气腔与容器中的气体压强始终相等，每次抽气活塞均从抽气腔最右端移动至最左端．已知容器的容积为V0，抽气腔的容积为nV0，初始时刻气体压强为p0.(1)若抽气过程中气体的温度保持不变，求第一次抽气后容器中气体的压强p；(2)若在绝热的条件下，某次抽气过程中，气体压强p随体积V改变的规律如图乙，求该过程气体内能的改变量ΔU.预料7[2022·湖南卷，节选](多选)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分别．如图，一冷热气体分别装置由喷嘴、涡流室、环形管、分别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．气流到达分别挡板处时，中心部位气流与分别挡板碰撞后反向，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肯定小于B端流出的C．A端流出的气体内能肯定大于B端流出的D．该装置气体进出的过程满意能量守恒定律，但违反了热力学其次定律E．该装置气体进出的过程既满意能量守恒定律，也满意热力学其次定律预料8如图甲所示，粗细匀称的足够长玻璃管的一端开口，另一端封闭，管的横截面积S＝10cm2，沿水平方向放置时，一段长h＝38cm的水银柱封闭着肯定质量的志向气体，管内气柱长度L1＝30cm，大气压强恒为p0＝76cmHg，室内热力学温度恒为T1＝300K．现将玻璃管沿逆时针方向缓慢转过90°.取76cmHg＝1×105Pa.(1)求稳定后管内气柱的长度；(2)使玻璃管的封闭端浸入冰水混合物中，管内气体的温度缓慢降低，求管内气体的温度降低的过程中，水银柱对管内气体做的功．预料9某民航客机在一万米左右高空飞行时，需利用空气压缩机来保持机舱内、外气体压强之比为4∶1.机舱内有一导热汽缸，活塞质量m＝2kg、横截面积S＝10cm2，活塞与汽缸壁之间密封良好且无摩擦．客机在地面静止时，汽缸如图甲所示竖直放置，平衡时活塞与缸底相距l1＝8cm；客机在高度h处匀速飞行时，汽缸如图乙所示水平放置，平衡时活塞与缸底相距l2＝10cm.汽缸内气体可视为志向气体，机舱内温度可认为不变．已知大气压强随高度的改变规律如图丙所示，地面大气压强p0＝1.0×105Pa，地面重力加速度g取10m/s2.(1)推断汽缸内气体由图甲状态到图乙状态的过程是吸热还是放热，并说明缘由；(2)求高度h处的大气压强，并依据图丙估测出此时客机的飞行高度．考点三例3解析：气体的体积不变，温度上升，则气体的内能上升，体积不变气体做功为零，因此气体汲取热量，A正确；气体的体积减小温度降低，则气体的内能降低，体积减小．外界对气体做功，由热力学第肯定律ΔU＝W＋Q可知气体对外界放热，B正确；气体的体积减小，温度上升，则气体的内能上升，体积减小外界对气体做功，由热力学第肯定律ΔU＝W＋Q可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，C错误；气体的体积增大，温度不变则气体的内能不变，体积增大气体对外界做功，由热力学第肯定律ΔU＝W＋Q可知Q>0即气体汲取热量，D正确；气体的体积增大，温度降低则气体的内能降低，体积增大气体对外界做功，由热力学第肯定律ΔU＝W＋Q可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，E错误．故选ABD.答案：ABD例4解析：（1）等温改变，第一次抽气p0V0＝p（V0＋nV0）得p＝eq\f(p0,n＋1)（2）绝热过程可知Q＝0又有W＝－ΔV＝－eq\f(p0＋0.6p0,2)（nV0）＝－0.8p0nV0依据热力学第肯定律ΔU＝W＋Q＝W＝－0.8p0nV0答案：（1）eq\f(p0,n＋1)（2）－0.8p0nV0预料7解析：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，从B端流出，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，中心部位气流与分别挡板碰撞后反向，从A端流出，依据温度是分子平均动能的标记可知，B端为热端，A端为冷端，A端流出的气体分子热运动平均速率肯定小于B端流出的，选项A、B正确．志向气体的内能只与温度和质量有关，依据题述，不知两端流出气体的质量关系，所以不能推断出两端流出气体的内能关系，选项C错误．该装置将冷热不均的气体进行分别，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现，并非自发进行，不违反热力学其次定律，选项D错误，E正确．答案：ABE预料8解析：（1）设稳定后管内气柱的长度为L2，对管内封闭气体初态时p1＝p0＝76cmHgV1＝L1S，T1＝300K末态时p2＝（76＋38）cmHg＝114cmHgV2＝L2S依据玻意耳定律有p1V1＝p2V2，解得L2＝20cm（2）设稳定后管内气柱的长度为L3V3＝L3S，T3＝273K气体发生等压改变，有eq\f(V2,T2)＝eq\f(V3,T3)，可得L3＝18.2cm水银柱对管内气体做的功W＝p2（L2－L3）S解得W＝2.7J答案：（1）20cm（2）2.7J预料9解析：（1）依据热力学第肯定律ΔU＝W＋Q由于气体体积膨胀，对外做功，而内能保持不变，因此吸热．（2）初态封闭气体的压强p1＝p0＋eq\f(mg,S)＝1.2×105P