《2023届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练》专题72 热力学定律的综合应用（解析版）

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2023 届高三物理一轮复习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】
一、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。
二、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
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