2020高考物理單元卷 熱力學(xué)定律與能量守恒定律

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1、第五模塊 第11章 第3單元 一、選擇題 1.(2020年重慶卷)密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁,此過程中瓶內(nèi)空氣(不計(jì)分子勢能) (  ) A.內(nèi)能增大,放出熱量 B.內(nèi)能減小,吸收熱量 C.內(nèi)能增大,對外界做功 D.內(nèi)能減小,外界對其做功 解析:不計(jì)分子勢能時瓶內(nèi)空氣的內(nèi)能只與其溫度有關(guān),溫度降低時其內(nèi)能減?。芰掀孔儽鈺r瓶內(nèi)空氣體積減小,外界對其做功.再由熱力學(xué)第一定律知此過程中瓶內(nèi)空氣要放出熱量,故只有D正確. 答案:D 圖6 2.大約在1670年,英國賽斯特城的主教約翰·維爾金斯設(shè)計(jì)了一種磁力“永動機(jī)”.如圖6所示,在斜坡頂上放一塊強(qiáng)有力的磁

2、鐵,斜坡上端有一個小孔,斜面下有一個連接小孔直至底端的彎曲軌道,維爾金斯認(rèn)為:如果在斜坡底端放一個小鐵球,那么由于磁鐵的吸引,小鐵球就會向上運(yùn)動,當(dāng)小球運(yùn)動到小孔P處時,它就要掉下,再沿著斜面下的彎曲軌道返回斜坡底端Q,由于有速度而可以對外做功,然后又被磁鐵吸引回到上端,到小孔P處又掉下.在以后的二百多年里,維爾金斯的永動機(jī)居然改頭換面地出現(xiàn)過多次,其中一次是在1878年,即在能量轉(zhuǎn)化和守恒定律確定20年后,竟在德國取得了專利權(quán).關(guān)于維爾金斯“永動機(jī)”,正確的認(rèn)識應(yīng)該是 (  ) A.符合理論規(guī)律,一定可以實(shí)現(xiàn),只是實(shí)現(xiàn)時間早晚的問題 B.如果忽略斜面的摩擦,維爾金斯 “永動機(jī)”一定可以

3、實(shí)現(xiàn) C.如果忽略斜面的摩擦,鐵球質(zhì)量較小、磁鐵磁性又較強(qiáng),則維爾金斯“永動機(jī)”可以實(shí)現(xiàn) D.違背能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,不可能實(shí)現(xiàn) 解析:磁鐵吸引小球上升,要消耗磁鐵的磁場能,時間長了磁鐵的磁性就會逐步減弱,直至不能把小球吸引上去,該思想違背了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律, 圖7 不可能實(shí)現(xiàn). 答案:D 3.(2020年昆明模擬)如圖7所示,有一壓力鍋,鍋蓋上的排氣孔截面積約為7.0×10-6 m2,限壓閥重為0.7 N.使用該壓力鍋煮水消毒,根據(jù)下列水的沸點(diǎn)與氣壓關(guān)系的表格,分析可知壓力鍋內(nèi)的最高水溫約為(大氣壓強(qiáng)為1.01×105 Pa) (  ) p(×105 Pa) 1.0

4、1 1.43 1.54 1.63 1.73 1.82 1.91 2.01 2.12 2.21 t(℃) 100 110 112 114 116 118 120 122 124 126 A.100℃         B.112℃ C.122℃ D.124℃ 解析:由表格數(shù)據(jù)知,氣壓越大,沸點(diǎn)越高,即鍋內(nèi)最高溫度越高.對限壓閥分析受力,當(dāng)mg+p0S=pS時恰好要放氣,此時p=+p0=+p0=2.01×105 Pa達(dá)到最大值,對應(yīng)的最高溫度為122℃. 答案:C 二、填空題 4.(2020年廣東卷)(1)遠(yuǎn)古時代,取火是一件困難的事,火

5、一般產(chǎn)生于雷擊或磷的自燃.隨著人類文明的進(jìn)步,出現(xiàn)了“鉆木取火”等方法.“鉆木取火”是通過________方式改變物體的內(nèi)能,把________轉(zhuǎn)變成內(nèi)能. 圖8 (2)某同學(xué)做了一個小實(shí)驗(yàn):先把空的燒瓶放入冰箱冷凍,一小時后取出燒瓶,并迅速把一個氣球緊密地套在瓶頸上,然后將燒瓶放進(jìn)盛滿熱水的燒杯里,氣球逐漸膨脹起來,如圖8.這是因?yàn)闊坷锏臍怏w吸收了水的________,溫度________,體積________. 解析:(1)“鉆木”的過程是做功的過程,是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程;要想“取到火”,必須使溫度升高到木頭的燃點(diǎn). (2)燒瓶里的氣體吸收熱量后,由熱力學(xué)第一定律知

6、,氣體的內(nèi)能增加,因而溫度升高,體積增大. 答案:(1)做功 機(jī)械能 (2)熱量 升高 增大 5.一定質(zhì)量的非理想氣體(分子間的作用力不可忽略),從外界吸收了4.2×105 J的熱量,同時氣體對外做了6×105 J的功,則: (1)氣體的內(nèi)能________(填“增加”或“減少”),其變化量的大小為________ J. (2)氣體的分子勢能________(填“增加”或“減少”). (3)分子平均動能如何變化? 解析:(1)因氣體從外界吸收熱量,所以 Q=4.2×105 J, 氣體對外做功6×105 J,則外界對氣體做功 W=-6×105 J, 由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+

7、Q,得 ΔU=-6×105 J+4.2×105 J=-1.8×105 J, 所以物體內(nèi)能減少了1.8×105 J. (2)因?yàn)闅怏w對外做功,體積膨脹,分子間距離增大了,分子力做負(fù)功,氣體的分子勢能增加了. (3)因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少了,而分子勢能增加了,所以分子平均動能必然減少了,且分子平均動能的減少量一定大于分子勢能的增加量. 答案:(1)減少 1.8×105 J (2)增加 (3)見解析 三、計(jì)算題 6.用兩種不同的金屬絲組成一個回路,接觸點(diǎn)1插在熱水中,接觸點(diǎn)2插在冷水中,如圖9所示,電流計(jì)指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn),這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象,這一實(shí)驗(yàn)是否違反熱力學(xué)第二定律?熱水和冷水的溫度是否

8、會發(fā)生變化?簡述這一過程中能的轉(zhuǎn)化情況. 圖9 解析:溫差發(fā)電現(xiàn)象中產(chǎn)生了電能是因?yàn)闊崴械膬?nèi)能減少,一部分轉(zhuǎn)化為電能,一部分傳遞給冷水,不違反熱力學(xué)第二定律. 答案:不違反 熱水溫度降低,冷水溫度升高.轉(zhuǎn)化效率低于100% 圖10 7.一定質(zhì)量的理想氣體自狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)C變化到狀態(tài)B,這一過程在V-T圖上表示,如圖10所示(AC平行于縱軸、CB平行于橫軸).請回答: (1)A、C、B三個狀態(tài)中壓強(qiáng)最大的是哪個狀態(tài)? (2)在過程AC中,外界對氣體做功還是氣體對外做功?內(nèi)能如何變化? (3)在過程CB中,氣體放熱還是吸熱? 解析:(1)連接OA、OC和OB,由于

9、OB的斜率最小,所以B狀態(tài)的壓強(qiáng)最大. (2)由圖可看出AC過程是等溫壓縮,體積變小,外界對氣體做功,內(nèi)能不變. (3)CB過程為等容升溫,內(nèi)能增加,W=0,由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w從外界吸熱. 答案:(1)B (2)外界對氣體做功 內(nèi)能不變 (3)吸熱 圖11 8.如圖11給活塞一作用力壓縮汽缸里的氣體,作用力對氣體做功為1000 J,同時汽缸向外散熱為210 J,汽缸里氣體的內(nèi)能改變了多少? 解析:汽缸里的氣體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞,氣體的內(nèi)能變化情況是:(1)外界對氣體做功,內(nèi)能增加(外界對氣體做多少功,氣體的內(nèi)能就增加多少);(2)氣體向外界放多少熱量,氣體的內(nèi)

10、能就減少多少.由熱力學(xué)第一定律:ΔU=Q+W,式中W=1000 J,Q=-210 J,故ΔU=1000 J+(-210) J=790 J. 答案:790 J 9.內(nèi)壁光滑的導(dǎo)熱汽缸豎直浸入在盛有冰水混合物的水槽中,用不計(jì)質(zhì)量的活塞封閉壓強(qiáng)為1.0×105 Pa,體積為2.0×10-3 m3的理想氣體,現(xiàn)在活塞上緩慢倒上沙子,使封閉氣體的體積變?yōu)樵瓉淼囊话耄? (1)求汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng); (2)若封閉氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān),在上述過程中外界對氣體做功145 J,封閉氣體吸收還是放出熱量?熱量是多少? 解析:(1)封閉氣體做等溫變化,由玻意耳定律p1V1=p2V2, 得氣體的壓強(qiáng)p2==

11、 Pa=2.0×105 Pa. (2)因?yàn)闅怏w做等溫變化,所以內(nèi)能不變,即ΔU=0 根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q, 得熱量Q=-W=-145 J 說明封閉氣體放出熱量,熱量為145 J. 答案:(1)2.0×105 Pa (2)放出熱量 145 J 圖12 10.如圖12所示,一圓柱形容器豎直放置,通過活塞封閉著攝氏溫度為t的理想氣體,活塞的質(zhì)量為,橫截面積為S,與容器底部相距h,現(xiàn)通過電熱絲給氣體加熱一段時間,結(jié)果使活塞又緩慢上升了h,若這段時間內(nèi)氣體吸收的熱量為Q,已知大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度為g,不計(jì)器壁向外散失的熱量及活塞與器壁間的摩擦,求: (1)氣體的壓

12、強(qiáng); (2)這段時間內(nèi)氣體的內(nèi)能增加了多少? (3)這段時間內(nèi)氣體的溫度升高了多少? 解析:(1)p=p0+ (2)氣體對外做功為 W=pSh=(p0+)Sh=(p0S+mg)h 由熱力學(xué)第一定律得: ΔU=Q-W=Q-(p0S+mg)h. (3)由蓋·呂薩克定律得: =即= 解得:t′=273+2t Δt=t′-t=273+t. 答案:(1)p0+ (2)Q-(p0S+mg)h (3)273+t 11.在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水在沸騰時,1 g水由液態(tài)變成同溫度的氣態(tài),其體積由1.043 cm2變?yōu)?676 cm3.已知水的汽化熱為2263.8 J/g.求: (1)體

13、積膨脹時氣體對外界做的功W. (2)氣體吸收的熱量Q. (3)氣體增加的內(nèi)能ΔU. 解析:取1 g水為研究系統(tǒng),大氣視作外界.1 g沸騰的水 變成同溫度的汽需要吸收熱量,同時由于體積膨脹,系統(tǒng)要對外做功,所以有ΔU

14、 J (3)2094 J 12.(2020年山東卷)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C,其中A→B過程為等壓變化,B→C過程為等容變化.已知VA=0.3 m3,TA=TC=300K,TB=400 K. (1)求氣體在狀態(tài)B時的體積. (2)說明B→C過程壓強(qiáng)變化的微觀原因. (3)設(shè)A→B過程氣體吸收熱量為Q1,B→C過程氣體放出熱量為Q2,比較Q1、Q2的大小并說明原因. 解析:(1)設(shè)氣體在B狀態(tài)時的體積為VB,由蓋—呂薩克定律得 =① 代入數(shù)據(jù)得 VB=0.4 m3② (2)微觀原因:氣體體積不變,分子密集程度不變,溫度變化(降低),氣體分子平均動能變化(減小),導(dǎo)致氣體壓強(qiáng)變化(減小). (3)Q1大于Q2;因?yàn)門A=TC,故A→B增加的內(nèi)能與B→C減少的內(nèi)能相同,而A→B過程氣體對外做正功,B→C過程氣體不做功,由熱力學(xué)第一定律可知Q1大于Q2. 答案:(1)0.4 m3 (2)氣體體積不變,分子密集程度不變,溫度變化(降低),氣體分子平均動能變化(減小),導(dǎo)致氣體壓強(qiáng)變化(減小). (3)Q1大于Q2,因?yàn)門A=TC,故A→B增加的內(nèi)能與B→C減少的內(nèi)能相同,而A→B過程氣體對外做正功,B→C過程氣體不做功,由熱力學(xué)第一定律可知Q1大于Q2.

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