1.(15分)(2020·全国卷Ⅱ)(1)(5分)下列关于能量转换过程的叙述,违背热力学第一定律的有 ,不违背热力学第一定律,但违背热力学第二定律的有 。
A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B.冷水倒入保温杯后,冷水和杯子的温度都变得更低
C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功,而不产生其他影响
D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
(2)(10分)潜水钟是一种水下救生设备,它是一个底部开口、上部封闭的容器,外形与钟相似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气,以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便,将潜水钟简化为截面积为S、高度为h、开口向下的圆筒;工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为H的水下,如图所示。已知水的密度为ρ,重力加速度大小为g,大气压强为p0,H?h,忽略温度的变化和水密度随深度的变化。
(ⅰ)求进入圆筒内水的高度l。
(ⅱ)保持H不变,压入空气使筒内的水全部排出,求压入的空气在其压强为p0时的体积。
答案:(1)B C
(2)(ⅰ)12蟻gHp0+蟻gHh (ⅱ)12蟻gSHhp<-ar>0'>
解析:(1)B项中,冷水倒入保温杯后,在热传递过程中,保温杯降温,冷水必升温,若都降温,就违背了热力学第一定律。C项中,新型热机的效率也达不到100%,热量不可能全部转化为功,违背了热力学第二定律。
(2)(ⅰ)设潜水钟在水面上方时和放入水下后筒内气体的体积分别为V0和V1,放入水下后筒内气体的压强为p1,由玻意耳定律和题给条件有
p1V1=p0V0①
V0=hS②
V1=(h-l)S③
p1=p0+ρg(H-l)④
联立以上各式并考虑到H?h>l,解得l=12蟻gHp0+蟻gH'> h。⑤
(ⅱ)设水全部排出后筒内气体的压强为p2,此时筒内气体的体积为V0,这些气体在其压强为p0时的体积为V3,由玻意耳定律有p2V0=p0V3⑥
其中p2=p0+ρgH⑦
设压入筒内的气体在压强为p0时体积为V,依题意V=V3-V0⑧
联立②⑥⑦⑧式得V=12蟻gSHhp<-ar>0'> 。⑨
