2020高考物理单元卷 热力学定律与能量守恒定律

第五模块 第11章 第3单元 一、选择题1(2020年重庆卷)密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)()A内能增大，放出热量B内能减小，吸收热量C内能增大，对外界做功D内能减小，外界对其做功解析：不计分子势能时瓶内空气的内能只与其温度有关，温度降低时其内能减小塑料瓶变扁时瓶内空气体积减小，外界对其做功再由热力学第一定律知此过程中瓶内空气要放出热量，故只有D正确答案：D图62大约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰维尔金斯设计了一种磁力“永动机”如图6所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量转化和守恒定律确定20年后，竟在德国取得了专利权关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是()A符合理论规律，一定可以实现，只是实现时间早晚的问题B如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯 “永动机”一定可以实现C如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小、磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现D违背能量转化和守恒定律，不可能实现解析：磁铁吸引小球上升，要消耗磁铁的磁场能，时间长了磁铁的磁性就会逐步减弱，直至不能把小球吸引上去，该思想违背了能量转化和守恒定律，图7不可能实现答案：D3(2020年昆明模拟)如图7所示，有一压力锅，锅盖上的排气孔截面积约为7.0106 m2，限压阀重为0.7 N使用该压力锅煮水消毒，根据下列水的沸点与气压关系的表格，分析可知压力锅内的最高水温约为(大气压强为1.01105 Pa)()p(105 Pa)1.011.431.541.631.731.821.912.012.122.21t()100110112114116118120122124126A.100 B112C122 D124解析：由表格数据知，气压越大，沸点越高，即锅内最高温度越高对限压阀分析受力，当mgp0SpS时恰好要放气，此时pp0p02.01105 Pa达到最大值，对应的最高温度为122.答案：C二、填空题4(2020年广东卷)(1)远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”等方法“钻木取火”是通过_方式改变物体的内能，把_转变成内能图8(2)某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图8.这是因为烧瓶里的气体吸收了水的_，温度_，体积_解析：(1)“钻木”的过程是做功的过程，是把机械能转化为内能的过程；要想“取到火”，必须使温度升高到木头的燃点(2)烧瓶里的气体吸收热量后，由热力学第一定律知，气体的内能增加，因而温度升高，体积增大答案：(1)做功机械能(2)热量升高增大5一定质量的非理想气体(分子间的作用力不可忽略)，从外界吸收了4.2105 J的热量，同时气体对外做了6105 J的功，则：(1)气体的内能_(填“增加”或“减少”)，其变化量的大小为_ J.(2)气体的分子势能_(填“增加”或“减少”)(3)分子平均动能如何变化？解析：(1)因气体从外界吸收热量，所以Q4.2105 J，气体对外做功6105 J，则外界对气体做功W6105 J，由热力学第一定律UWQ，得U6105 J4.2105 J1.8105 J，所以物体内能减少了1.8105 J.(2)因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了(3)因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子平均动能必然减少了，且分子平均动能的减少量一定大于分子势能的增加量答案：(1)减少1.8105 J(2)增加(3)见解析三、计算题6用两种不同的金属丝组成一个回路，接触点1插在热水中，接触点2插在冷水中，如图9所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象，这一实验是否违反热力学第二定律？热水和冷水的温度是否会发生变化？简述这一过程中能的转化情况图9解析：温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少，一部分转化为电能，一部分传递给冷水，不违反热力学第二定律答案：不违反热水温度降低，冷水温度升高转化效率低于100%图107一定质量的理想气体自状态A经状态C变化到状态B，这一过程在VT图上表示，如图10所示(AC平行于纵轴、CB平行于横轴)请回答：(1)A、C、B三个状态中压强最大的是哪个状态？(2)在过程AC中，外界对气体做功还是气体对外做功？内能如何变化？(3)在过程CB中，气体放热还是吸热？解析：(1)连接OA、OC和OB，由于OB的斜率最小，所以B状态的压强最大(2)由图可看出AC过程是等温压缩，体积变小，外界对气体做功，内能不变(3)CB过程为等容升温，内能增加，W0，由热力学第一定律可知气体从外界吸热答案：(1)B(2)外界对气体做功内能不变(3)吸热图118如图11给活塞一作用力压缩汽缸里的气体，作用力对气体做功为1000 J，同时汽缸向外散热为210 J，汽缸里气体的内能改变了多少？解析：汽缸里的气体跟外界同时发生做功和热传递，气体的内能变化情况是：(1)外界对气体做功，内能增加(外界对气体做多少功，气体的内能就增加多少)；(2)气体向外界放多少热量，气体的内能就减少多少由热力学第一定律：UQW，式中W1000 J，Q210 J，故U1000 J(210) J790 J.答案：790 J9内壁光滑的导热汽缸竖直浸入在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为1.0105 Pa，体积为2.0103 m3的理想气体，现在活塞上缓慢倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半(1)求汽缸内气体的压强；(2)若封闭气体的内能仅与温度有关，在上述过程中外界对气体做功145 J，封闭气体吸收还是放出热量？热量是多少？解析：(1)封闭气体做等温变化，由玻意耳定律p1V1p2V2，得气体的压强p2 Pa2.0105 Pa.(2)因为气体做等温变化，所以内能不变，即U0根据热力学第一定律UWQ，得热量QW145 J说明封闭气体放出热量，热量为145 J.答案：(1)2.0105 Pa(2)放出热量145 J图1210如图12所示，一圆柱形容器竖直放置，通过活塞封闭着摄氏温度为t的理想气体，活塞的质量为，横截面积为S，与容器底部相距h，现通过电热丝给气体加热一段时间，结果使活塞又缓慢上升了h，若这段时间内气体吸收的热量为Q，已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计器壁向外散失的热量及活塞与器壁间的摩擦，求：(1)气体的压强；(2)这段时间内气体的内能增加了多少？(3)这段时间内气体的温度升高了多少？解析：(1)pp0(2)气体对外做功为WpSh(p0)Sh(p0Smg)h由热力学第一定律得：UQWQ(p0Smg)h.(3)由盖吕萨克定律得：即解得：t2732tttt273t.答案：(1)p0(2)Q(p0Smg)h(3)273t11在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g水由液态变成同温度的气态，其体积由1.043 cm2变为1676 cm3.已知水的汽化热为2263.8 J/g.求：(1)体积膨胀时气体对外界做的功W.(2)气体吸收的热量Q.(3)气体增加的内能U.解析：取1 g水为研究系统，大气视作外界.1 g沸腾的水变成同温度的汽需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有UQ吸(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功：Wp(V2V1)1.013105(16761.043)106 J169.7 J.(2)气体吸热QML12263.8 J2263.8 J.(3)根据热力学第一定律UQW2263.8 J(169.7) J2094 J.答案：(1)169.7 J(2)2263.8 J(3)2094 J12(2020年山东卷)一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中AB过程为等压变化，BC过程为等容变化已知VA0.3 m3，TATC300K，TB400 K.(1)求气体在状态B时的体积(2)说明BC过程压强变化的微观原因(3)设AB过程气体吸收热量为Q1，BC过程气体放出热量为Q2，比较Q1、Q2的大小并说明原因解析：(1)设气体在B状态时的体积为VB，由盖吕萨克定律得代入数据得VB0.4 m3(2)微观原因：气体体积不变，分子密集程度不变，温度变化(降低)，气体分子平均动能变化(减小)，导致气体压强变化(减小)(3)Q1大于Q2；因为TATC，故AB增加的内能与BC减少的内能相同，而AB过程气体对外做正功，BC过程气体不做功，由热力学第一定律可知Q1大于Q2.答案：(1)0.4 m3(2)气体体积不变，分子密集程度不变，温度变化(降低)，气体分子平均动能变化(减小)，导致气体压强变化(减小)(3)Q1大于Q2，因为TATC，故AB增加的内能与BC减少的内能相同，而AB过程气体对外做正功，BC过程气体不做功，由热力学第一定律可知Q1大于Q2.