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(guò)程中瓶?jī)?nèi)空氣(不計(jì)分子勢(shì)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(duì)外界做功 D．內(nèi)能減小，外界對(duì)其做功 解析：不計(jì)分子勢(shì)能時(shí)瓶?jī)?nèi)空氣的內(nèi)能只與其溫度有關(guān)，溫度降低時(shí)其內(nèi)能減小．塑料瓶變扁時(shí)瓶?jī)?nèi)空氣體積減小，外界對(duì)其做功．再由熱力學(xué)第一定律知此過(guò)程中瓶?jī)?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(guó)賽斯特城的主教約翰·維爾金斯設(shè)計(jì)了一種磁力“永動(dòng)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(gè)小孔，斜面下有一個(gè)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(gè)小鐵球，那么由于磁鐵的吸引，小鐵球就會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到小孔P處時(shí)，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(duì)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(dòng)機(jī)居然改頭換面地出現(xiàn)過(guò)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(guó)取得了專利權(quán)．關(guān)于維爾金斯“永動(dòng)機(jī)”，正確的認(rèn)識(shí)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(shí)間早晚的問(wèn)題 B．如果忽略斜面的摩擦，維爾金斯 “永動(dòng)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(dòng)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(chǎng)能，時(shí)間長(zhǎng)了磁鐵的磁性就會(huì)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(duì)限壓閥分析受力，當(dāng)mg＋p0S＝pS時(shí)恰好要放氣，此時(shí)p＝＋p0＝＋p0＝2.01×105 Pa達(dá)到最大值，對(duì)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(shí)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(guò)________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(gè)小實(shí)驗(yàn)：先把空的燒瓶放入冰箱冷凍，一小時(shí)后取出燒瓶，并迅速把一個(gè)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(lái)，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(guò)程是做功的過(guò)程，是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過(guò)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(shí)氣體對(duì)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(shì)能________(填“增加”或“減少”)． (3)分子平均動(dòng)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(duì)外做功6×105 J，則外界對(duì)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(duì)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(shì)能增加了． (3)因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少了，而分子勢(shì)能增加了，所以分子平均動(dòng)能必然減少了，且分子平均動(dòng)能的減少量一定大于分子勢(shì)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(gè)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(huì)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(huì)發(fā)生變化？簡(jiǎn)述這一過(guò)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(guò)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(qǐng)回答： (1)A、C、B三個(gè)狀態(tài)中壓強(qiáng)最大的是哪個(gè)狀態(tài)？ (2)在過(guò)程AC中，外界對(duì)氣體做功還是氣體對(duì)外做功？?jī)?nèi)能如何變化？ (3)在過(guò)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(guò)程是等溫壓縮，體積變小，外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能不變． (3)CB過(guò)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(duì)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(duì)氣體做功為1000 J，同時(shí)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(shí)發(fā)生做功和熱傳遞，氣體的內(nèi)能變化情況是：(1)外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增加(外界對(duì)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?lái)的一半． (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(guò)程中外界對(duì)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(shuō)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(guò)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(guò)電熱絲給氣體加熱一段時(shí)間，結(jié)果使活塞又緩慢上升了h，若這段時(shí)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(shí)間內(nèi)氣體的內(nèi)能增加了多少？ (3)這段時(shí)間內(nèi)氣體的溫度升高了多少？ 解析：(1)p＝p0＋ (2)氣體對(duì)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水在沸騰時(shí)，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(shí)氣體對(duì)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(shí)由于體積膨脹，系統(tǒng)要對(duì)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(guò)程為等壓變化，B→C過(guò)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(shí)的體積． (2)說(shuō)明B→C過(guò)程壓強(qiáng)變化的微觀原因． (3)設(shè)A→B過(guò)程氣體吸收熱量為Q1，B→C過(guò)程氣體放出熱量為Q2，比較Q1、Q2的大小并說(shuō)明原因． 解析：(1)設(shè)氣體在B狀態(tài)時(shí)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(dòng)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(guò)程氣體對(duì)外做正功，B→C過(guò)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(dòng)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(guò)程氣體對(duì)外做正功，B→C過(guò)程氣體不做功，由熱力學(xué)第一定律可知Q1大于Q2.