2017高考物理热力学定律专项练习题及答案

　　2017高考物理热力学定律专项练习题第Ⅰ卷(选择题，共52分)

　　1.把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速下压活塞时，由于被压缩的空气骤然变热，温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明(　　)

　　A.做功可以升高物体的温度

　　B.做功可以改变物体的内能

　　C.做功一定可以增加物体的内能

　　D.做功可以增加物体的热量

　　解析：当快速下压活塞时，对空气做功，改变了空气的内能，使空气的温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，故B正确.

　　答案：B

　　2.(2012•高考课标全国理综)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递热量

　　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向高温物体

　　E.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程

　　解析：改变内能的方法有做功和热传递两种，所以为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，选项A正确;对物体做功的同时向外界放热，则物体的内能可能不变或减小，选项B错误;根据热力学第二定律可知，在对外界有影响的前提下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，选项C正确;在有外界做功的条件下，可以使热量从低温物体传递到高温物体，选项D错误;根据热力学第二定律可知，选项E正确.

　　答案：ACE

　　3.(2013•青岛高二检测)一定质量的某种气体(忽略气体分子间的作用力)，在保持温度不变的情况下，压强由p变为p/2.在这个过程中下列说法中正确的是(　　)

　　A.气体一定吸收热量，内能减小

　　B.气体一定吸收热量，内能不变

　　C.气体可能放出热量，内能增加

　　D.气体一定放出热量，内能不变

　　解析：气体忽略分子间作用力，则不考虑分子势能，温度不变，平均动能不变，内能不变，由等温变化规律可知，气体体积膨胀为原来的2倍，对外做功，由热力学第一定律知，气体从外界吸收热量，B对，A、C、D错.

　　答案：B

　　4.飞机在万米高空飞行时，舱外气温往往在-50 ℃以下.在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体作为研究对象，叫做气团.气团直径可达几千米.由于气团很大，边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响，可以忽略.高空气团温度很低的原因可能是(　　)

　　A.地面的气团上升到高空的过程中膨胀，同时对外放热，使气团自身温度降低

　　B.地面的气团上升到高空的过程中收缩，同时从周围吸收热量，使周围温度降低

　　C.地面的气团上升到高空的过程中膨胀，气团对外做功，气团内能大量减小，气团温度降低

　　D.地面的气团上升到高空的过程中收缩，外界对气团做功，故周围温度降低

　　解析：由热力学第一定律，物体内能的变化ΔU与做功W和热传递Q有关，满足ΔU=W+Q，气团在上升的过程中，不断膨胀，气体对外做功，又由于气团很大，其边缘与外界的热传递作用对整个气团的影响可忽略，因而内能不断减小，所以气团的温度会降低.

　　答案：C

　　5.一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比(　　)

　　A.气体内能一定增加

　　B.气体内能一定减小

　　C.气体内能一定不变

　　D.气体内能是增是减不能确定

　　解析：由热力学第一定律ΔU=Q+W可判断：气体吸收热量，Q为正值;气体体积膨胀对外做功，W为负值，由于不知道Q与W绝对值的关系，因此气体的内能变化无法确定.

　　答案：D

　　6.关于能量和能源，下列说法中正确的是(　　)

　　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，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

　　解析：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，A项错误;能量是守恒的，既不能被创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B、C均错，D项正确.

　　答案：D

　　7.关于热力学定律，下列说法中正确的是(　　)

　　A.随着高科技的不断发展，绝对零度是可以达到的

　　B.热力学第二定律是热力学第一定律的推论

　　C.因为第二类永动机不违反能量守恒定律，所以它将会被制造出来

　　D.热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，不能自发地从低温物体传递到高温物体

　　解析：绝对零度不可以达到，A项错误;热力学第一定律侧重能量守恒，热力学第二定律侧重热学现象的方向性，故B项错误;第二类永动机虽不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律，故不能被制造出来，C错;由热力学第二定律知，D正确.

　　答案：D

　　8.(2012•高考广东理综)景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃.对筒内封闭的气体，在此压缩过程中(　　)

　　A.气体温度升高，压强不变

　　B.气体温度升高，压强变大

　　C.气体对外界做正功，气体内能增加

　　D.外界对气体做正功，气体内能减少

　　解析：猛推推杆，封闭在套筒中的气体被压缩，外界对气体做功，套筒由牛角做成，导热能力很差，且压缩过程用时极短，故压缩过程可看做绝热过程.由ΔE=W可知气体的内能增加，温度升高，根据pVT=C可知因T增大，V减小，故p增大，选项B正确.

　　答案：B

　　9.(2013•萍乡高二检测)如图所示，绝热的汽缸与绝热的活塞A、B密封一定质量的空气后水平放置在光滑地面上，不计活塞与汽缸壁的摩擦，现用电热丝给汽缸内的气体加热，在加热过程中(　　)

　　A.汽缸向左移动

　　B.活塞A、B均向左移动

　　C.密封气体的内能一定增加

　　D.汽缸中单位时间内作用在活塞A和活塞B上的分子个数相同

　　解析：对汽缸整体分析，外部各个方向上受到大气的压力相等，所以汽缸保持静止，A错;用电热丝给汽缸内的气体加热后，汽缸内的气体温度升高，内能增大，压强变大，活塞A、B均向外运动，B错，C正确;活塞A的面积大于活塞B的面积，单位时间内作用在活塞A和活塞B上的分子个数不同，D错.

　　答案：C

　　10.如图所示，用导热的固定隔板把一容器隔成容积相等的甲、乙两部分，甲、乙中分别有质量相等的氮气和氧气.在达到平衡时，它们的温度必相等，若分子势能可忽略，则甲、乙中(　　)

　　A.气体的压强相等

　　B.气体分子的平均动能相等

　　C.气体的内能相等

　　D.气体分子的平均速率相等

　　解析：由于温度是分子平均动能的标志，所以在达到平衡时，它们的温度相等，气体分子的平均动能必相等.

　　答案：B

　　11.下面设想符合能量守恒定律的是(　　)

　　A.利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器

　　B.做成一条船利用河水的能量逆水航行

　　C.通过太阳照射飞机使飞机起飞

　　D.不用燃料使河水升温

　　解析：利用磁场能可能使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能，使转动停止，故A错;让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行;同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的机械能，实现飞机起飞，故B、C正确;设计水坝利用河水的重力势能发电，一部分重力势能通过水轮机叶片转化为水的内能，另外电能也可转化为内能使水升温，故D正确.

　　答案：BCD

　　12.如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程A→B、等容过程B→C、等温过程C→A又回到了状态A，则(　　)

　　A.A→B过程气体降温

　　B.B→C过程气体内能增加，可能外界对气体做了功

　　C.C→A过程气体放热

　　D.全部过程气体做功为零

　　解析：A→B过程气体绝热膨胀，气体对外界做功，其对应的内能必定减小，即气体温度降低，选项A正确;B→C过程气体等容升压，由p/T=C(常量)可知，气体温度升高，其对应内能增加，因做功W=0，选项B错;C→A过程气体等温压缩，故内能变化为零，但外界对气体做功，因此该过程中气体放热，选项C正确;A→B过程气体对外做功，其数值等于AB线与横轴包围的面积.B→C过程气体不做功.C→A过程外界对气体做功，其数值等于CA线与横轴包围的面积，显然全过程对气体做的净功为ABC封闭曲线包围的面积，选项D不正确.

　　答案：AC

　　13.(2013•南通市高二检测)

　　导热汽缸开口向下，内有理想气体，缸内活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞恰好静止，现在把沙桶底部钻一个小洞，细沙慢慢漏出，并缓慢降低汽缸外部环境温度，则(　　)

　　A.气体压强增大，内能可能不变

　　B.外界对气体做功，气体温度降低

　　C.气体体积减小，压强增大，内能一定减小

　　D.外界对气体做功，气体内能一定增加

　　解析：由平衡条件知活塞受到的沙桶拉力减小，其他力如重力、大气压力不变，则气体压强增大、体积减小，外界对气体做功，由于环境温度缓慢降低，则气体内能减少，由ΔU=W+Q知Q<0，即向外放热.

　　答案：BC

　　2017高考物理热力学定律专项练习题第Ⅱ卷(非选择题，共48分)

　　二、计算题(本大题共4小题，共48分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的题要注明单位)

　　14.一定量的气体内能增加了3×105 J.

　　(1)若吸收了2×105 J的热量，则是气体对外做功，还是外界对气体做功?做了多少焦耳的功?

　　(2)若气体对外界做了4×105 J的功，则是气体放热还是从外界吸热?放出或吸收的热量是多少?

　　解析：(1)由ΔU=W+Q知

　　W=ΔU-Q=3×105 J-2×105 J=1×105 J.

　　W>0，外界对气体做功.

　　(2)由ΔU=W+Q知Q=ΔU-W=3×105 J-(-4×105 J)=7×105 J.

　　Q为正值，从外界吸收热量.

　　答案：(1)外界对气体做功　1×105 J

　　(2)吸热　7×105 J

　　15.如图所示的装置，可利用汽缸内密闭气体的膨胀将工件举起.缸壁和活塞均由绝热材料制成，活塞质量6 kg，横截面积0.04 m2，工件质量94 kg.假设活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动，气体分子之间的势能可忽略.开始时活塞和工件均静止，现通过电热丝对气体加热一段时间，气体吸收热量2.4×103 J，同时活塞推动工件缓慢升高了0.3 m.已知大气压强为1.0×105 Pa，取g=10 m/s2.求：

　　(1)此过程中气体对外做功是多少?气体的内能变化了多少?

　　(2)初、末两个状态比较，哪个状态下气体分子的平均动能大?说明理由.

　　解析：(1)根据题意，此过程中气体对外做功等于气体推动活塞所做的功，即W=(M+m)gh+p0Sh

　　代入数值得W=1 500 J

　　由热力学第一定律ΔU=Q+W

　　得气体的内能增加

　　ΔU=2.4×103 J-1.5×103 J=9.0×102 J.

　　(2)末状态气体分子的平均动能大.因为在气体分子势能可忽略的情况下，气体的内能仅与温度有关，该过程气体内能增加了，说明气体温度升高了，而温度是分子平均动能的标志，所以末状态气体分子的平均动能大.

　　答案：(1)1 500 J　增加了9.0×102 J　(2)末状态　理由见解析

　　16.(2013•河北省衡水中学高三期末)如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C.已知状态A的温度为300 K.

　　(1)求气体在状态B的温度;

　　(2)由状态B变化到状态C的过程中，气体是吸热还是放热?简要说明理由.

　　解析：(1)由理想气体的状态方程：pAVATA=pBVBTB.代入数据可得，气体在状态B的温度TB=pBVBTApAVA=1 200 K.

　　(2)由状态B到状态C，气体做等容变化，由查理定律得：pBTB=pCTC，则TC=pCpBTB=600 K，故气体由状态B到状态C为等等容变化，不做功，但温度降低，内能减小.根据热力学第一定律ΔU=W+Q，ΔU<0，W=0，故Q<0，可知气体要放热.

　　答案：见解析

　　17.“奋进号”航天飞机进行过一次太空飞行，其主要任务是给国际空间站安装太阳能电池板.该太阳能电池板长L=73 m，宽d=12 m，将太阳能转化为电能的转化率为η=20%，已知太阳的辐射总功率为P0=3.83×1026 W，以地日距离为R0=1.5×1011m，国际空间站离地面的高度为h=370 km，它绕地球做匀速圆周运动约有一半时间在地球的阴影内，所以在它能发电的时间内将把所发电的一部分储存在畜电池内.由以上数据，估算这个太阳能电池板能对国际空间站提供的平均功率是多少?

　　解析：由于国际空间站离地面的高度仅为地球半径的约三十五分之二，可认为是近地卫星，h远小于R0，因此它离太阳的距离可认为基本不变，就是地日距离R0.

　　太阳的辐射功率应视为均匀分布在以太阳为球心，地日距离为半径的球面上，由此可以算出每平方米接收到的太阳辐射功率为I0=P04πR20≈1.36 kW/m2

　　电池板发电时的电功率为

　　P=I0Ldη ≈2.4×105W

　　由于每天只有一半时间可以发电，所以平均功率只是发电时电功率的一半即120 kW.

　　答案：120 kW

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