2012高考物理单元卷 热力学定律与能量守恒定律

用心 爱心 专心1 第五模块第五模块 第第 1111 章章 第第 3 3 单元单元 一 选择题 1 2009 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 6 2 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 用心 爱心 专心2 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 D 3 2010 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 0 10 6 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 01 105 Pa p 105 Pa 1 011 431 541 631 731 821 912 012 122 21 t 100110112114116118120122124126 A 100 B 112 C 122 D 124 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mg p0S pS时恰好要放气 此时p p0 p0 2 01 105 Pa 达 mg S 0 7 7 0 10 6 到最大值 对应的最高温度为 122 答案 C 二 填空题 4 2009 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 用心 爱心 专心3 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 2 105 J 的 热量 同时气体对外做了 6 105 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 Q 4 2 105 J 气体对外做功 6 105 J 则外界对气体做功 W 6 105 J 由热力学第一定律 U W Q 得 U 6 105 J 4 2 105 J 1 8 105 J 所以物体内能减少了 1 8 105 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 8 105 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 用心 爱心 专心4 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 10 7 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V T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 W 0 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 11 8 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 U Q W 式中W 1000 J Q 210 J 故 U 1000 J 210 J 790 J 答案 790 J 9 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 0 105 Pa 体积为 2 0 10 3 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 用心 爱心 专心5 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p1V1 p2V2 得气体的压强p2 Pa 2 0 105 Pa p1V1 V2 1 105 2 10 3 1 10 3 2 因为气体做等温变化 所以内能不变 即 U 0 根据热力学第一定律 U W Q 得热量Q W 145 J 说明封闭气体放出热量 热量为 145 J 答案 1 2 0 105 Pa 2 放出热量 145 J 图 12 10 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 p p0 mg S 2 气体对外做功为 W pSh p0 Sh p0S mg h mg S 由热力学第一定律得 U Q W Q p0S mg h 3 由盖 吕萨克定律得 即 V1 T1 V2 T2 hS 273 t 2hS 273 t 解得 t 273 2t t t t 273 t 答案 1 p0 2 Q p0S mg h 3 273 t mg S 用心 爱心 专心6 11 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 U Q 吸 1 气体在等压 大气压 下膨胀做功 W p V2 V1 1 013 105 1676 1 043 10 6 J 169 7 J 2 气体吸热Q ML 1 2263 8 J 2263 8 J 3 根据热力学第一定律 U Q W 2263 8 J 169 7 J 2094 J 答案 1 169 7 J 2 2263 8 J 3 2094 J 12 2009 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A B过 程为等压变化 B C过程为等容变化 已知VA 0 3 m3 TA TC 300K TB 400 K 1 求气体在状态B时的体积 2 说明B C过程压强变化的微观原因 3 设A B过程气体吸收热量为Q1 B C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 VA TA VB TB 代入数据得 VB 0 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TA TC 故A B增加