2025年高考物理热学计算专项训练试卷

2025年高考物理热学计算专项训练试卷考核对象：高三理科学生题型分值分布：-单项选择题（10题，每题2分，共20分）-填空题（10题，每题2分，共20分）-判断题（10题，每题2分，共20分）-简答题（8题，每题2分，共16分）-应用题（8题，每题4分，共32分）一、单项选择题（每题2分，共20分）1.一定质量的理想气体经历等温压缩过程，外界对气体做功为W，则气体的内能变化量ΔU和热量Q分别为（）A.ΔU=0，Q=0B.ΔU=0，Q>0C.ΔU=0，Q<0D.ΔU>0，Q<02.一个质量为m的物体从高度h自由下落到地面，假设空气阻力为f，则物体落地时损失的机械能等于（）A.mghB.mgh-fhC.fhD.03.一定质量的理想气体从状态A（压强p₁，体积V₁）变化到状态B（压强p₂，体积V₂），如果气体膨胀对外做功W>0，则气体温度变化情况可能是（）A.温度一定升高B.温度一定降低C.温度可能升高也可能降低D.温度可能不变4.某热机的效率为η，在一个循环中吸收热量Q₁，放出热量Q₂，则Q₁和Q₂的关系正确的是（）A.Q₁=ηQ₂B.Q₂=ηQ₁C.Q₁-Q₂=ηQ₁D.Q₁-Q₂=ηQ₂5.一个绝热容器内装有理想气体，如果容器被快速压缩，则气体的内能变化量ΔU和温度变化量ΔT的关系是（）A.ΔU>0，ΔT>0B.ΔU<0，ΔT<0C.ΔU=0，ΔT=0D.ΔU>0，ΔT<06.水的比热容为c，质量为m的冰块从0℃升温到t℃的过程中，吸收的热量Q与冰块温度变化ΔT的关系是（）A.Q=mcΔTB.Q=mc(t-0)C.Q=mcΔT/2D.Q=mc(t+0)/27.一个热气球在地面时体积为V₀，温度为T₀，大气压强为p₀，如果气球上升到高度h处，温度降低为T₁，大气压强变为p₁，则气球的体积变化量ΔV与初始体积V₀的关系是（）A.ΔV>0B.ΔV<0C.ΔV=0D.无法确定8.一定质量的理想气体经历等压膨胀过程，气体对外做功W，则气体的内能变化量ΔU和热量Q的关系是（）A.ΔU>0，Q>0B.ΔU<0，Q<0C.ΔU=0，Q=0D.ΔU>0，Q<09.一个电热器接在电压为U的电路中，通电时间t后产生的热量Q与电热器的电阻R的关系是（）A.Q=U²RtB.Q=URtC.Q=U²t/RD.Q=UIt10.一个热机在一个循环中吸收热量Q₁，放出热量Q₂，如果热机效率为η，则在一个循环中热机对外做的功W与Q₁和Q₂的关系是（）A.W=ηQ₁B.W=ηQ₂C.W=Q₁-Q₂D.W=η(Q₁-Q₂)二、填空题（每空2分，共20分）1.一定质量的理想气体从状态A（压强p₁=2atm，体积V₁=10L）变化到状态B（压强p₂=1atm，体积V₂=20L），如果气体膨胀对外做功W=100J，则气体的内能变化量ΔU=______J，气体吸收的热量Q=______J。2.一个质量为m=2kg的物体从高度h=5m自由下落到地面，假设空气阻力f=10N，则物体落地时损失的机械能ΔE=______J，物体落地时的速度v=______m/s。3.一定质量的理想气体经历等温压缩过程，外界对气体做功W=200J，则气体的内能变化量ΔU=______J，气体放出的热量Q=______J。4.一个热机的效率为η=30%，在一个循环中吸收热量Q₁=1000J，则热机对外做的功W=______J，放出的热量Q₂=______J。5.一个绝热容器内装有理想气体，如果容器被快速压缩，外界对气体做功W=150J，则气体的内能变化量ΔU=______J，气体温度变化量ΔT=______K（设气体为单原子分子）。6.水的比热容为c=4200J/(kg•℃)，质量为m=2kg的冰块从0℃升温到10℃的过程中，吸收的热量Q=______J。7.一个热气球在地面时体积为V₀=1000m³，温度为T₀=300K，大气压强为p₀=1atm，如果气球上升到高度h处，温度降低为T₁=200K，大气压强变为p₁=0.8atm，则气球的体积变化量ΔV=______m³。8.一定质量的理想气体经历等压膨胀过程，气体对外做功W=300J，气体的内能变化量ΔU=______J，气体吸收的热量Q=______J。9.一个电热器接在电压为U=220V的电路中，通电时间t=10s后产生的热量Q=______J，如果电热器的电阻R=100Ω，则通过电热器的电流I=______A。10.一个热机在一个循环中吸收热量Q₁=1200J，放出热量Q₂=800J，则热机效率η=______%，在一个循环中热机对外做的功W=______J。三、判断题（每题2分，共20分）1.一定质量的理想气体经历等温过程，气体的内能变化量ΔU=0。（）2.一个物体从高处自由下落，如果忽略空气阻力，则物体的机械能守恒。（）3.热机的效率η不可能达到100%。（）4.绝热过程是指系统与外界没有热量交换的过程。（）5.水的比热容比冰的比热容大。（）6.热气球的体积增大是因为气球内的气体温度升高。（）7.理想气体状态方程为pV=nRT，其中n为气体的摩尔数。（）8.等压过程是指气体的压强保持不变的过程。（）9.电热器产生的热量Q与电热器的电阻R成正比。（）10.热机在一个循环中吸收的热量Q₁越多，则热机对外做的功W越大。（）四、简答题（每题2分，共16分）1.简述理想气体状态方程pV=nRT的物理意义。2.解释什么是热机的效率，并说明提高热机效率的方法。3.描述绝热过程的特点，并举例说明绝热过程在实际生活中的应用。4.解释什么是水的比热容，并说明水的比热容大的意义。5.描述热气球上升的原理，并说明影响热气球上升的因素。6.解释什么是等压过程，并举例说明等压过程在实际生活中的应用。7.描述电热器的工作原理，并说明电热器产生的热量与哪些因素有关。8.解释什么是热机循环，并说明热机循环中能量转化的过程。五、应用题（每题4分，共32分）1.一个质量为m=5kg的物体从高度h=10m自由下落到地面，假设空气阻力f=20N，求物体落地时的速度v和损失的机械能ΔE。2.一定质量的理想气体从状态A（压强p₁=3atm，体积V₁=5L）变化到状态B（压强p₂=2atm，体积V₂=10L），如果气体膨胀对外做功W=200J，求气体的内能变化量ΔU和气体吸收的热量Q。3.一个热机的效率为η=40%，在一个循环中吸收热量Q₁=1500J，求热机对外做的功W和放出的热量Q₂。4.一个绝热容器内装有理想气体，如果容器被快速压缩，外界对气体做功W=250J，求气体的内能变化量ΔU和气体温度变化量ΔT（设气体为单原子分子）。5.水的比热容为c=4200J/(kg•℃)，质量为m=3kg的冰块从0℃升温到20℃的过程中，求冰块吸收的热量Q。6.一个热气球在地面时体积为V₀=1200m³，温度为T₀=310K，大气压强为p₀=1atm，如果气球上升到高度h处，温度降低为T₁=210K，大气压强变为p₁=0.9atm，求气球的体积变化量ΔV。7.一定质量的理想气体经历等压膨胀过程，气体对外做功W=350J，求气体的内能变化量ΔU和气体吸收的热量Q。8.一个电热器接在电压为U=200V的电路中，通电时间t=15s后产生的热量Q=3000J，求电热器的电阻R和通过电热器的电流I。标准答案及解析一、单项选择题1.C解析：等温过程中，气体的温度不变，内能变化量ΔU=0。根据热力学第一定律ΔU=Q-W，由于ΔU=0，所以Q=W。由于气体膨胀对外做功W>0，因此Q>0，即气体吸收热量。2.B解析：物体下落过程中，重力做正功mgh，空气阻力做负功fh，因此物体损失的机械能ΔE=mgh-fh。3.C解析：气体膨胀对外做功W>0，根据热力学第一定律ΔU=Q-W，内能变化量ΔU与Q和W有关。如果气体温度升高，则ΔU>0；如果气体温度降低，则ΔU<0。因此，温度变化情况可能升高也可能降低。4.D解析：热机效率η=W/Q₁=1-Q₂/Q₁，因此Q₁-Q₂=ηQ₁。5.A解析：绝热过程中，系统与外界没有热量交换，即Q=0。根据热力学第一定律ΔU=Q-W，由于Q=0，所以ΔU=-W。由于容器被快速压缩，外界对气体做功W>0，因此ΔU<0，即气体的内能减少。内能减少意味着气体温度降低，即ΔT<0。因此，ΔU>0，ΔT<0。6.A解析：冰块从0℃升温到t℃的过程中，吸收的热量Q=mcΔT，其中ΔT=t-0=t。7.B解析：根据理想气体状态方程pV=nRT，气体的体积V与温度T成正比。在高度h处，温度T₁<T₀，因此气体的体积V₁<V₀，即气球的体积减小。8.A解析：等压过程中，气体的压强保持不变。气体膨胀对外做功W>0，根据热力学第一定律ΔU=Q-W，内能变化量ΔU与Q和W有关。如果气体温度升高，则ΔU>0；如果气体温度降低，则ΔU<0。由于气体膨胀对外做功W>0，因此Q>W，即气体吸收热量。因此，ΔU>0，Q>0。9.A解析：电热器产生的热量Q=U²Rt，其中U为电压，R为电阻，t为通电时间。10.A解析：热机在一个循环中吸收的热量Q₁越多，如果热机效率η不变，则热机对外做的功W=ηQ₁越大。---二、填空题1.ΔU=0，Q=100J解析：等温过程中，气体的内能变化量ΔU=0。根据热力学第一定律ΔU=Q-W，由于ΔU=0，所以Q=W=100J。2.ΔE=50J，v=10m/s解析：物体下落过程中，重力做正功mgh=2kg×9.8m/s²×5m=98J，空气阻力做负功fh=10N×5m=50J，因此物体损失的机械能ΔE=98J-50J=48J。物体落地时的速度v=√(2ΔE/m)=√(2×48J/2kg)=√48m/s=6.93m/s。3.ΔU=0，Q=-200J解析：等温过程中，气体的内能变化量ΔU=0。根据热力学第一定律ΔU=Q-W，由于ΔU=0，所以Q=W=-200J，即气体放出的热量为200J。4.W=300J，Q₂=700J解析：热机效率η=30%，在一个循环中吸收热量Q₁=1000J，则热机对外做的功W=ηQ₁=0.3×1000J=300J。放出的热量Q₂=Q₁-W=1000J-300J=700J。5.ΔU=150J，ΔT=75K解析：绝热过程中，气体的内能变化量ΔU=W=150J。对于单原子分子，内能变化量ΔU=3/2nRΔT，因此ΔT=ΔU/(3/2nR)。由于n和R未知，无法直接计算ΔT，但可以确定ΔT>0，即气体温度升高。6.Q=8400J解析：水的比热容为c=4200J/(kg•℃)，质量为m=2kg的冰块从0℃升温到10℃的过程中，吸收的热量Q=mcΔT=2kg×4200J/(kg•℃)×10℃=84000J。7.ΔV=-200m³解析：根据理想气体状态方程pV=nRT，气体的体积V与温度T成正比。在高度h处，温度T₁<T₀，因此气球的体积V₁<V₀，即气球的体积减小。体积变化量ΔV=V₁-V₀=-200m³。8.ΔU=200J，Q=550J解析：等压过程中，气体的压强保持不变。气体膨胀对外做功W=300J，根据热力学第一定律ΔU=Q-W，内能变化量ΔU与Q和W有关。如果气体温度升高，则ΔU>0；如果气体温度降低，则ΔU<0。由于气体膨胀对外做功W>0，因此Q>W，即气体吸收热量。因此，ΔU=200J，Q=550J。9.Q=4400J，I=2.2A解析：电热器接在电压为U=220V的电路中，通电时间t=10s后产生的热量Q=U²Rt/Re=4400J，其中Re为电热器的电阻。通过电热器的电流I=U/R=2.2A。10.η=33.3%，W=400J解析：热机在一个循环中吸收热量Q₁=1200J，放出热量Q₂=800J，则热机效率η=1-Q₂/Q₁=1-800/1200=33.3%。在一个循环中热机对外做的功W=ηQ₁=0.333×1200J=400J。---三、判断题1.√解析：等温过程中，气体的温度不变，内能变化量ΔU=0。2.√解析：物体下落过程中，重力做正功，如果忽略空气阻力，则系统的机械能守恒。3.√解析：根据热力学第二定律，热机的效率不可能达到100%。4.√解析：绝热过程是指系统与外界没有热量交换的过程。5.√解析：水的比热容比冰的比热容大。6.√解析：热气球的体积增大是因为气球内的气体温度升高，根据理想气体状态方程pV=nRT，气体的体积V与温度T成正比。7.√解析：理想气体状态方程为pV=nRT，其中n为气体的摩尔数。8.√解析：等压过程是指气体的压强保持不变的过程。9.√解析：电热器产生的热量Q=U²Rt，其中U为电压，R为电阻，t为通电时间。10.×解析：热机在一个循环中吸收的热量Q₁越多，如果热机效率η不变，则热机对外做的功W=ηQ₁越大。但如果效率变化，则无法确定。---四、简答题1.理想气体状态方程pV=nRT的物理意义是什么？解析：理想气体状态方程pV=nRT描述了理想气体的压强p、体积V、温度T和摩尔数n之间的关系。其中p为气体的压强，V为气体的体积，n为气体的摩尔数，R为理想气体常数，T为气体的绝对温度。该方程表明，在温度不变的情况下，气体的压强与体积成反比；在压强不变的情况下，气体的体积与温度成正比；在体积不变的情况下，气体的压强与温度成正比。2.解释什么是热机的效率，并说明提高热机效率的方法。解析：热机的效率η是指热机在一个循环中对外做的功W与吸收的热量Q₁的比值，即η=W/Q₁。提高热机效率的方法包括：提高热源温度T₁，降低冷源温度T₂，减少热机内部的能量损失，优化热机结构等。3.描述绝热过程的特点，并举例说明绝热过程在实际生活中的应用。解析：绝热过程是指系统与外界没有热量交换的过程。在绝热过程中，系统的内能变化量ΔU等于外界对系统做的功W，即ΔU=Q-W，其中Q=0。绝热过程在实际生活中的应用包括：冰箱的制冷过程，汽车的刹车过程，气体的快速膨胀或压缩过程等。4.解释什么是水的比热容，并说明水的比热容大的意义。解析：水的比热容是指单位质量的水温度升高1℃所吸收的热量。水的比热容为c=4200J/(kg•℃)。水的比热容大的意义在于：水可以吸收或释放大量的热量而温度变化较小，因此水可以调节气候，保持生态系统的稳定性，用于冷却和加热系统等。5.描述热气球上升的原理，并说明影响热气球上升的因素。解析：热气球上升的原理是：热气球内的气体温度升高，气体膨胀，密度减小，因此热气球的平均密度小于周围空气的密度，从而产生浮力，使热气球上升。影响热气球上升的因素包括：热气球内的气体温度，热气球的体积，周围空气的温度和密度等。6.解释什么是等压过程，并举例说明等压过程在实际生活中的应用。解析：等压过程是指气体的压强保持不变的过程。在等压过程中，根据理想气体状态方程pV=nRT，气体的体积V与温度T成正比。等压过程在实际生活中的应用包括：蒸汽机的汽缸工作过程，锅炉内的水沸腾过程等。7.描述电热器的工作原理，并说明电热器产生的热量与哪些因素有关。解析：电热器的工作原理是：电流通过电热器的电阻时，电阻发热，将电能转化为热能。电热器产生的热量Q与电热器的电阻R、通电时间t和电压U有关，具体关系为Q=U²Rt/Re，其中Re为电热器的电阻。8.解释什么是热机循环，并说明热机循环中能量转化的过程。解析：热机循环是指热机经历的一系列状态变化，最终回到初始状态的过程。在热机循环中，热机从热源吸收热量Q₁，对外做功W，向冷源放出热量Q₂。能量转化的过程包括：热能转化为功，功转化为热能。热机循环中能量转化的效率由热机效率η决定，即η=W/Q₁=1-Q₂/Q₁。---五、应用题1.一个质量为m=5kg的物体从高度h=10m自由下落到地面，假设空气阻力f=20N，求物体落地时的速度v和损失的机械能ΔE。解析：物体下落过程中，重力做正功mgh=5kg×9.8m/s²×10m=490J，空气阻力做负功fh=20N×10m=200J，因此物体损失的机械能ΔE=490J-200J=290J。物体落地时的速度v=√(2ΔE/m)=√(2×290J/5kg)=√116J/kg=10.77m/s。2.一定质量的理想气体从状态A（压强p₁=3atm，体积V₁=5L）变化到状态B（压强p₂=2atm，体积V₂=10L），如果气体膨胀对外做功W=200J，求气体的内能变化量ΔU和气体吸收的热量Q。解析：气体膨胀对外做功W=200J，根据热力学第一定律ΔU=Q-W，内能变化量ΔU与Q和W有关。如果气体温度升高，则ΔU>0；如果气体温度降低，则ΔU<0。由于气体膨胀对外做功W>0，因此Q>W，即气体吸收热量。因此，ΔU=100J，Q=300J。3.一个热机的效率为η=40%，在一个循环中吸收热量Q₁=1500J，求热机对外做的功W和放出的热量Q₂。解析：热机效率η=40%，在一个循环中吸收热量Q₁=1500J，则热机对外做的功W=ηQ₁=0.4×1500J=600J。放出的热量Q₂=Q₁-W=1500J-600J=900J。4.一个绝热容器内装有理想气体，如果容器被快速压缩，外界对气体做功W=250J，求气体的内能变化量ΔU和气体温度变化量ΔT（设气体