1、热力学定律(时间：90分钟分值：100分)1(4分)如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞。用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前()A外界对管内气体做功，气体内能增大B管内气体对外界做功，气体内能减小C管内气体内能不变，压强变大D管内气体内能增大，压强变大D克服绳与金属管间的摩擦做功，使管壁内能增大，温度升高。通过热传递，乙醚的内能增大，温度升高，直至沸腾；管塞会被冲开。管塞被冲开前管内气体内能增大，压强变大。选项D正确。2(4分)如图所示，两个完全相同的金属球A和B，其中A球放在不导热的水平面上，B球用不导热的细线悬挂起来，现供给两球相同的热量，它们的温度分别升高了tA、
2、tB，则()AtAtBBtAtBCtAtBDtA、tB无法比较B两球受热后体积都要增大，A球因为放在不导热的水平面上，受热膨胀后，重心升高，重力做负功，根据能量守恒定律可知，A球吸收的热量一部分转化成自身的内能，使温度升高，另一部分需要克服重力做功，使重力势能增加；对于B球，同样要受热膨胀，膨胀时重心下降，重力做正功，同样由能量守恒定律可知，B球吸收的热量和重力做的功都要转化成自身的内能，从而使温度升高，由以上分析可知，B球增加的内能要比A球多，B球的温度升高得多，所以有tAtB，B正确。3(4分)对热力学第二定律的理解，下列说法正确的是()A热量不能由低温物体传给到高温物体B外界对物体做功，
3、物体的内能必定增加C永动机不可能制成，是因为违反了热力学第二定律D不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化D根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传给高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传给高温物体，例如电冰箱的工作过程，选项A错误；根据热力学第一定律，物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做功的正负两个因素，选项B错误；永动机违反能量守恒定律，选项C错误；选项D是热力学第二定律的表述形式之一，选项D正确。4(4分)关于能量和能源，下列说法正确的是()A化石能源是清洁能源，水能是可再生能源B人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造C在能源的利用过程中，
4、由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源D能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质降低了D化石能源在燃烧时放出SO2、CO2等气体，形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不是清洁能源，选项A错误；能量是守恒的，但能量品质会下降，故要节约能源，选项B、C错误，D正确。5(4分)如图所示的两端开口的U形管中，盛有同种液体，并用阀门K将液体隔成左、右两部分，左边液面比右边液面高。现打开阀门K，从打开阀门的两边液面第一次平齐的过程中，液体向外放热为Q，内能变化量为U，动能变化量为Ek；大气对液体做功为W1，重力做功为W2，液体克服阻力做功为W3，由功能关系可得W10；W2
5、W3Ek；W2W3QU；W3QU，其中，正确的是()ABCDB由动能定理可知W2W3W1Ek，其中W1pV左pV右0，可知正确。由热力学第一定律UWQ得UW3Q，可知正确，错误。综合以上分析可知B正确。6(4分)如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K，P中充满气体，Q为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则()A气体体积膨胀，内能增加B气体分子势能减少，内能增加C气体分子势能增加，压强可能不变DQ中气体不可能自发地全部退回到P中D气体的膨胀过程没有热交换，可以判断Q0；由于容器Q内为真空，所以气体是自由膨胀，虽然体积变大，但是气体并不对外做功，即
6、W0；根据热力学第一定律UWQ，由以上可以判断该过程U0，即气体的内能不变，选项A、B错误；由于气体分子间的作用力表现为引力，所以气体体积变大时分子引力做负功，分子势能增加，由此进一步推断分子动能减小，温度降低；体积变大、温度降低，则气体压强变小，选项C错误；宏观过程中的热现象都是不可逆的，选项D正确。7(4分)(多选)关于内能和机械能的说法中不正确的是()A内能和机械能各自包含动能和势能，因此它们的本质上是一样的B物体的内能和机械能均不为零C一个物体的机械能可以为零，但它的内能永远不可能为零D物体的机械能变化时，它的内能可以保持不变AB机械能是指宏观物体动能和势能的总和，内能是指物体内所有分
7、子动能和分子势能的总和，有本质的区别，A错，符合题意；物体的分子运动永不停息，内能不可能为零，但物体机械能可以为零，B错，符合题意，C对，不符合题意；机械能、内能在一定条件下可相互转化，但没有转化时，一个可以变化，另一个可以不变，D对。不符合题意，故本题选AB。8(6分)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_(选填“增加”或“减少”)，其变化量的大小为_J。(2)气体的分子势能_(选填“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
8、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(2)增加(3)见解析9(10分)如图所示，一长为L、内横截面积为S的绝热汽缸固定在水平地面上，汽缸内用一质量为m的绝热活塞封闭了一定质量的理想气体，开始时活塞用销钉固定在汽缸正中央，汽缸内被封闭气体压强为p
9、。外界大气压为p0(pp0)。现释放活塞，测得活塞被缸内气体推到缸口时的速度为v0求：(1)此过程克服大气压力所做的功；(2)活塞从释放到将要离开缸口，缸内气体内能改变了多少？解析(1)设大气作用在活塞上的压力为F，则：Fp0S根据功的定义式WFl得Wp0LS。(2)设活塞离开汽缸时动能为Ek，则Ekmv2根据能量守恒定律得Umv2p0LS(mv2p0LS)即内能减少了(mv2p0LS)。答案(1)p0LS(2)内能减少了(mv2p0LS)10(10分)下面是某同学在题为能源的利用和节约能源的研究性学习中收集到的有关太阳能的资料：太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太
10、阳寿命一样长，当太阳光照射地面时，1 m2地面上在1 s内平均得到的太阳辐射能约为1.0103 J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经逐渐地出现在我们的生活中。该同学在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：容积(V)100 L集热管的采光面积(S) 1.5 m2效率() 40%使用年限(z) 15年(1)若某家庭每天大约需要100 kg热水，用这种热水器将这些水从25 加热到45 需要多长时间？(2)与效率为80%的电热水器相比，每天可节约多少电能？解析(1)设T为光照时间，k1.0103 J/(sm2)。Q吸cm(tt0)4.2103100(4525) J8.4106 J。太阳
11、能热水器传给水的热量Q放kST因为Q吸Q放，所以T s1.4104 s3.9 h。(2)由Q吸W1得W J1.05107 J2.9 kWh。答案(1)3.9 h(2)2.9 kWh11.(4分)(多选)一定质量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p T图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是()A气体在a、c两状态的体积相等B气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功AB由ac的延长线过原点O知，直线Oca为一条等容线，气体
12、在a、c两状态的体积相等，选项A正确；理想气体的内能由其温度决定，故在状态a时的内能大于在状态c时的内能，选项B正确；过程cd是等温变化，气体内能不变，由热力学第一定律知，气体对外放出的热量等于外界对气体做的功，选项C错误；过程da气体内能增大，从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，选项D错误。12(4分)(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是()A为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传热B对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功D不可能使热量从低温物体传给高温物体AC本题考查热力学定律，主要考查考生对热力学定律中内能变化、做功关系及热量变化之间的关
13、系。选项A，内能的改变可以通过做功或热传递进行，A正确；选项B，对某物体做功，物体的内能不一定增加，B错误；选项C，在引起其他变化的情况下，可以从单一热源吸收热量，将其全部变为功，C正确；选项D，在引起其他变化的情况下，可以使热量从低温物体传给高温物体，D错误。13(4分)(多选)如图所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，dc平行于纵坐标轴，ab的延长线过原点，以下说法正确的是()A从状态d到c，气体不吸热也不放热B从状态c到b，气体放热C从状态a到d，气体对外做功D从状态b到a，气体吸热BCD从状态d到c，温度不变。理想气体内能不变，但是
14、由于压强减小，所以体积增大，对外做功，要保持内能不变，一定要吸收热量，故选项A错误；气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程，同时体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小，就一定要伴随放热，故选项B正确；气体从状态a到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，选项C正确；气体从状态b到状态a是个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热，故选项D正确。14(4分)(多选)如图是某研究小组为了探究“鱼鳔的作用”所制作的装置。具体制作方法如下：在大号“可乐瓶”中注入半瓶水，在一个小气球中
15、放入几枚硬币并充入少量空气(忽略气体的分子势能)，将其装入“可乐瓶”中。通过在水中放盐改变水的密度后，使气球恰好悬浮于水中，并拧紧瓶盖。设初始时瓶中气体、水及外界大气的温度相同。当用手挤压“可乐瓶”的上半部分时，下列说法正确的是()A快速挤压时，瓶内气体压强变大B快速挤压时，瓶内气体温度不变C快速挤压时，瓶内气体体积不变D缓慢挤压时，瓶内气体温度不变AD快速挤压气体时，外界对气体做功，来不及传热，由WQU内能增大，温度上升，体积变小，瓶内压强变大，A正确，B、C错误；缓慢挤压时，温度不变，体积变小，瓶内压强变大，D正确。15(4分)(多选)大约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰维尔金斯设计了
16、一种磁力“永动机”。如图所示，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不符合理论规律，一定不可能实现B如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永
17、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AD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，不可能实现。A、D正确。16(6分)我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录。在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990 m深处的海水温度为280 K。某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化。如图所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，汽缸所处海平面的温度T0300 K，压强p01
18、atm，封闭气体的体积V03 m3。如果将该汽缸下潜至990 m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体。(1)求990 m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10 m深的海水产生的压强)。(2)下潜过程中封闭气体_(选填“吸热”或“放热”)，传递的热量_(选填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功。解析(1)当汽缸下潜至990 m深处时，设封闭气体的压强为p，温度为T，体积为V，由题意可知p100 atm根据理想气体状态方程得代入数据得V2.8102 m3。(2)由上知封闭气体的体积减小，外界对气体做功，W0；封闭气体可视为理想气体，温度降低，其内能减小，U0，根据热力学第一定律UWQ得Q0，即
19、下潜过程中封闭气体放热而且因为U0，传递的热量大于外界对气体所做的功。答案(1)2.8102 m3(2)放热大于17(10分)如图所示，一定质量的理想气体，从状态A等容变化到状态B，再等压变化到状态D。已知在状态A时，气体温度tA327 。(1)求气体在状态B时的温度；(2)已知由状态BD的过程，气体对外做功W，气体与外界交换热量Q，试比较W与Q的大小，并说明原因。解析(1)气体由状态A变化到状态B由查理定律可得TBTA(327273) K300 K所以tB27 。(2)由BD的过程，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律UQW0可得QW。答案(1)27 (2)QW原因见解析18(10分)如
20、图所示，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体。p0和T0分别为大气的压强和温度。已知：气体内能U与温度T的关系为UT，为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的。求：(1)缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q。解析(1)在气体压强由p1.2p0下降到p0的过程中，气体体积不变，温度由T2.4T0变为T1由查理定律得解得T12T0在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变，由盖吕萨克定律得解得V1V。(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为Wp0(VV1)在这一过程中，气体内能的减少量为U(T1T0)由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为QWU，解得Qp0VT0。答案(1)V(2)p0VT0
