2021高考物理二轮复习第一篇专题十三考向3热力学定律学案

1、考向3热力学定律 (2020山东等级考)一定质量的理想气体从状态a开始,经ab、bc、ca三个过程后回到初始状态a,其p-v图象如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(v0, 2p0)、 b(2v0,p0)、c(3v0,2p0),以下判断正确的是()a.气体在ab过程中对外界做的功小于在bc过程中对外界做的功b.气体在ab过程中从外界吸收的热量大于在bc过程中从外界吸收的热量c.在ca过程中,外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量d.气体在ca过程中内能的减少量大于bc过程中内能的增加量(1)审题破题眼:(2)情境化模型: (3)命题陷阱点陷阱1:不能从p-v图象挖掘隐含条件p-v图象中图线与

2、横轴所围区域的面积可表示功。体积增大的过程气体对外做功,w0。p-v图象中等温线是双曲线的一支。同一等温线上p、v乘积相等;离原点越远的等温线温度越高。陷阱2:未掌握影响理想气体内能的因素一定质量理想气体的内能仅与温度有关。温度升高,内能就增大,u0;温度降低,内能就减小,u0,根据热力学第一定律可知ubc=qbc+wbc,即qbc=ubc-wbc,结合wab=wbcqab 0,即bc过程气体吸收的热量大于ab过程吸收的热量,b错误;气体在ca过程中,温度降低,所以uca0,根据热力学第一定律u=q+w可知qca|wca|,则在ca过程中,外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量,c正确;理想

3、气体的内能只与温度有关,根据ta=tb可知|tca|=|tbc|,所以气体在ca过程中内能的减少量等于bc过程中内能的增加量,d错误。故选c。/多维猜押制霸考场/1.b、d、e充气过程中温度不变,而分子运动的剧烈程度取决于气体的温度,温度不变,分子运动的剧烈程度不变,所以a错误;充气过程中,温度不变,所以储气室内气体的分子平均动能不变,而充气过程中储气室内气体分子数增多,所以单位面积撞击器壁的次数变多,压强增大,所以b正确;只有当储气室内气体压强大于大气压强与喷嘴到液面这段液体产生的压强之和时,消毒液才能从喷嘴处喷出,所以c错误;喷液过程中,气体膨胀,对外做功,但是气体温度不变,内能不变,根据

4、热力学第一定律,一定需要从外界吸收热量,所以d正确;喷液过程中,气体体积膨胀,由于温度不变,根据玻意耳定律,气体压强减小,即储气室内气体分子对器壁单位面积的平均作用力减小,所以e正确。故选b、d、e。2.b、d、e根据理想气体状态方程=c,可得:p=ct,故可知,p-图象的斜率为:k=ct,而对一定质量的理想气体而言,斜率定性地反映温度的高低;p-图象在过程的每点与坐标原点连线构成的斜率逐渐减小,表示理想气体的温度逐渐降低,可知平均动能减小,故a错误; p-图象过程的每点与坐标原点连线构成的斜率逐渐增大,则温度升高,吸收热量,平均动能增大,故b正确,c错误;过程可读出压强增大,斜率不变,即温度

5、不变,内能不变,但是体积减小,外界对气体做正功,根据热力学第一定律可知,气体向外界放出热量,故d正确; 过程可读出压强增大,温度不变,分子的平均动能不变,根据理想气体压强的微观意义,气体压强与气体分子单位时间内对容器壁的碰撞次数、气体分子平均动能有关,在压强增大,温度不变以及体积减小的情况下,气体分子对容器壁的碰撞次数增大,故e正确;故选b、d、e。3.【解析】(1)气体从a到b过程中,发生等压变化,设b状态时的体积为v1,根据盖吕萨克定律,=解得v1=t1;气体从b到c过程中,发生等温变化,设c状态时的压强为p,根据玻意耳定律,p0v1=pv0解得:p=t1(2)气体从bc过程中温度不变,内

6、能不变。气体从ab过程中,体积变大,气体对外做功,w=-p0v=-p0(-1)v0气体从外界吸收热量为q,根据热力学第一定律,内能的变化u=q+w=q-p0(-1)v0。答案:(1)t1t1(2)q-p0(-1)v0/高考猜押竞技场/1.a、b、d多晶体有固定的熔点,但没有规则的外形,且表现为各向同性,故a正确;当分子间的相互作用力表现为斥力,且分子间的距离增大时,分子间的相互作用力减小,故b正确;一定质量的理想气体,体积减小,当温度不变时,其压强增大,故c错误;将红墨水滴入一杯清水中,一会儿整杯清水都变成红色,说明分子在永不停息地做无规则运动,该现象是扩散现象,故d正确;由热力学第二定律可知

7、,一切自发过程总沿着分子热运动的无序性增大的方向进行,故e错误。故选a、b、d。2.a、c、eab过程为等温变化,且压强减小,由公式pv=c知,体积增大,气体对外做功,故a正确;ab过程为等温变化,且压强减小,由公式pv=c知,体积增大,理想气体密度变小,故b错误;bc过程为等容变化,且温度降低,理想气体内能减小,气体做功为零,由热力学第一定律可知,气体应放热,故c正确;cd过程为等压变化,温度升高,理想气体内能增大,故d错误;根据=c可得p=t,设b处的体积为vb,则a处的体积为,d处的体积为6vb,根据w=pv可知三个状态变化过程中,cd过程是理想气体对外界做正功最多的过程,故e正确。故选

8、a、c、e。3.c、d根据熵增加原理可知一切宏观热现象均具有方向性,故b中气体不可能自发地全部退回到a中,故a错误;气体自由扩散,没有对外做功,又因为整个系统与外界没有热交换,根据u=w+q可知内能不变,b错误;因为内能不变,故温度不变,平均动能不变,气闸舱b内为真空,根据玻意耳定律可知:pv=c(定值),可知扩散后体积v增大,压强p减小,所以气体的密集程度减小,可知气体分子单位时间内与a舱壁单位面积的碰撞次数将减少,故c、d正确。4.c从状态a到b,气压不变,温度升高,根据理想气体状态方程=c,故体积增加;温度升高说明内能增加,体积增加说明对外做功,根据热力学第一定律公式u = w +q,故

9、气体吸收热量,a错误;从状态b到c,温度不变,气压减小,根据理想气体状态方程=c,体积增加;体积增加说明对外做功,温度不变说明内能不变,根据热力学第一定律公式u=w+q,气体吸收热量,b错误;从状态c到d,气体体积减小,外界对气体做功,温度降低,内能减小,根据热力学第一定律公式u=w+q,气体放热,故c正确;从状态d到a,ad的延长线过原点,是等容变化,温度升高说明内能增加,体积不变说明气体不做功,根据热力学第一定律公式u=w+q(气体吸收热量),d错误;故选c。5.【解析】(1)a右移时,假设b不动,汽缸内气体等温变化,有:p0sl=p1s(l-)解得p1=p03p0,假设成立由p1=p0+

10、ph可得:h=2.5 m(2)当活塞a恰好移动到汽缸的最右端时所测水深最大,设此时活塞b右移了x两部分气体压强相等,设为p2对内气体应用玻意耳定律可得:p0sl=p2sx对内气体应用玻意耳定律可得:3p0sl=p2s(l-x)联立解得:x=,p2=4p0由p2=p0+可得:hmax=30 m。答案:(1)2.5 m(2)30 m6.【解析】(1)当水银柱最下端上升到a、b处时,电路自动断开,此时玻璃管内空气柱长度l1=l0+在此过程中空气柱的压强不变,根据盖-吕萨克定律,有=联立代入数据,解得t1=330 k,即t1=57 (2)设注入的水银柱高度为h,则空气柱的压强p2=p0+pl+ph(式

11、中压强单位为cmhg)。电路自动断开时,空气柱的长度也为l1,即空气柱的体积不变,根据查理定律,有=,其中p1=p0+pl(式中压强单位为cmhg)联立各式,代入数据解得h= cm。答案:(1)57 (2) cm7.【解析】(1)开始时,活塞受力平衡,有p0s+mg=p1s解得p1=p0+=1.2105 pa气体做等压变化,根据盖吕萨克定律可得=解得h2=0.9 m。(2)气体在膨胀过程中外界对气体做功为w=-p1v=-1.2105(0.9-0.5)510-4 j=-24 j由热力学第一定律u=w+q解得q=u-w=400 j-(-24 j)=424 j。答案:(1)1.2105 pa0.9

12、m(2)424 j8.【解析】(1)以负压隔离单元内部气体为研究对象,初状态:温度t1=300 k,压强p1=99 980 pa;末状态:温度t2=280 k,根据查理定律得=代入数据得p20.93105 pa;(2)负压隔离单元内部气体初状态:体积v1=2 000 mm900 mm1 800 mm=3.24 m3,温度t1=300 k,压强p1=99 980 pa设其在t3=273 k,p3=1.0105 pa,没有束缚条件下的体积为v3,则=代入数据解得v32.95 m3所以其质量为m=v33.8 kg。答案:(1)0.93105 pa(2)3.8 kg9.【解析】解法一:(1)以玻璃管为

13、研究对象,受力平衡可得:p1s=p0s+mg解得管内空气柱的压强p1=p0+=1.02105 pa(2)当细管封闭处恰好与液面平齐时,设细管内气柱长度为l2,压强为p2,容器内液面上方气体压强为pp2=p+gl2玻璃管受力平衡:p2s=ps+mg对玻璃管内的气体由玻意耳定律有p1l1s=p2l2s联立解得:l2=0.1 m,p=2.03105 pa解法二:(1)玻璃管受力平衡,浮力等于重力,假设此时容器内液面与玻璃管内液面的距离为h0,有:mg=h0sg解得:h0=设此时玻璃管内气体压强为p1,有:p1=p0+gh0解得:p1=p0+=1.02105 pa(2)当细管封闭处恰好与液面平齐时,设细管内气柱长度为l2,压强为p2,容器内液面上方气体压强为p,则mg=l2sg解得l2=对于玻璃管内气体,由玻意耳定律有p1l1s=p2l2s可得压强:p2=(p0+)又p+gl2=p2可解得:p=(p0+)-=2.03105 pa答案:(1)1.0210