竞赛级物理温度试题及答案

竞赛级物理温度试题及答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、单项选择题（每小题只有一个选项正确，将正确选项的字母填在题后括号内。每小题3分，共30分）1.关于温度，下列说法正确的是（）A.温度高的物体含有的热量比温度低的物体多B.温度是物体分子平均动能的宏观体现C.两个温度不同的物体接触，热量会从温度低的物体传到温度高的物体D.温度计测量的不是温度，而是温度计本身的状态变化2.摄氏温标（Celsiusscale）和热力学温标（Kelvinscale）的关系是（）A.T(K)=t(°C)+273.15B.T(K)=t(°C)-273.15C.T(K)=t(°C)×1.8D.T(K)=t(°C)÷1.83.下列现象中，主要利用热传导方式传递热量的是（）A.夏天在阳光下晒被子B.冬天靠近火炉感到温暖C.将烧红的铁块放入水中，水温升高D.用暖风机吹风，感觉全身变暖4.关于物体的内能，下列说法正确的是（）A.温度高的物体，其内能一定大B.物体做功时，内能一定减少C.物体的内能是其内部所有分子动能和分子势能的总和D.热传递过程中，高温物体一定放出热量，低温物体一定吸收热量5.一定质量的理想气体，其状态从A(P₁,V₁,T₁)变化到B(P₂,V₂,T₂)，如果T₁>T₂，且过程中气体对外界做了功，则以下判断正确的是（）A.气体一定吸收了热量B.气体一定放出了热量C.气体的内能一定增加D.气体的体积V₂一定小于V₁6.一定质量的理想气体经历一个等温压缩过程，下列说法正确的是（）A.气体的压强增大，体积减小，内能不变B.气体的压强减小，体积增大，内能不变C.外界对气体做功，气体向外界放热D.外界对气体做功，气体从外界吸热7.一定质量的理想气体，从状态A经过等压压缩到达状态B，气体在这个过程中（）A.吸收热量，内能增加，对外界做功B.放出热量，内能减少，外界对气体做功C.吸收热量，内能增加，外界对气体做功D.放出热量，内能减少，对外界做功8.下列过程中，理想气体的内能可能增加的是（）A.等温膨胀过程B.等压压缩过程C.绝热压缩过程D.等体升温过程9.关于热力学第一定律ΔU=Q+W，下列理解正确的是（）A.若ΔU>0，则Q一定大于0B.若Q<0，则W一定小于0C.系统内能增加，一定是由于吸收了热量D.系统对外界做功，内能一定减少10.关于热力学第二定律，下列说法正确的是（）A.热量可以自发地从低温物体传到高温物体B.不可能从单一热源吸热并全部转化为功而不引起其他变化C.热机的效率可以达到100%D.所有自然过程都遵守热力学第二定律二、多项选择题（每小题有多个选项正确，将所有正确选项的字母填在题后括号内。每小题4分，共20分。漏选、错选、多选均不得分）11.下列说法中正确的是（）A.0℃的冰块，其分子平均动能为零B.温度是描述物体冷热程度的物理量C.热传递发生的条件是存在温度差D.温度相同的物体，内能一定相等12.对于一定质量的理想气体，下列哪个物理量是不变量？（）A.理想气体的分子数密度B.理想气体的摩尔体积C.理想气体的内能（温度不变时）D.理想气体的密度（温度和气体体积同时变化时）13.一定质量的理想气体，从状态A(P₁,V₁,T₁)变化到状态B(P₂,V₂,T₂)，如果气体吸收了热量，则以下判断可能正确的是（）A.T₂>T₁B.P₂<P₁C.V₂>V₁D.气体对外界做功14.关于物态变化，下列说法正确的是（）A.晶体熔化过程中，温度不变，但内能增加B.液体沸腾过程中，温度不变，但需要持续吸热C.熔化、汽化、升华等过程都需要吸热D.冷凝、凝固、凝华等过程都需要放热15.下列说法中属于热力学第二定律宏观意义（克劳修斯表述）的是（）A.不可能制成一种循环动作的热机，只从一个热源吸取热量，使之完全变为有用功，而不引起其他变化B.热量不能自动地从低温物体传到高温物体C.功可以完全转化为热，但热不能完全转化为功而不引起其他变化D.自然界中的一切自发过程都是沿着熵增加的方向进行的三、填空题（每小题4分，共20分）16.某物体的温度从27℃升高到57℃，其热力学温度从____K升高到____K。17.质量为2kg的水，温度从90℃降低到30℃，放出热量为____J。（水的比热容c=4.2×10³J/(kg·℃)）18.一定质量的理想气体，体积保持不变，温度从T₁升高到T₂，其压强P与温度T的关系是____（用公式表示）。19.将100J的热量传递给一定质量的理想气体，同时外界对气体做功50J，气体的内能增加____J。20.水的熔点是0℃，冰的熔点是0℃，这说明____（填“相同”或“不同”）物质在熔化时，其熔化温度可能____（填“相同”或“不同”）。四、计算题（共30分）21.（10分）一定质量的理想气体，从状态A(压强P₁=2atm，体积V₁=2L，温度T₁=300K)经历一个等温过程膨胀到状态B(体积V₂=4L)。求：(1)气体在状态B的压强P₂是多少？(2)在这个等温膨胀过程中，气体对外界做了多少功？（大气压P₀=1atm，1atm=1.013×10⁵Pa，气体常数R=8.31J/(mol·K)）22.（10分）一定质量的某种气体，从状态A(压强P₁=1atm，体积V₁=3L，温度T₁=300K)经过一个等压压缩过程，体积变为V₂=1L，温度降低到T₂=200K。求：(1)气体在状态B的压强P₂和体积V₂是否发生变化？(2)在这个过程中，气体吸收了还是放出了热量？传递的热量是多少？（气体常数R=8.31J/(mol·K)，该气体的摩尔质量为M=29g/mol，可视为理想气体）23.（10分）将0.5kg的0℃的冰放入2kg的40℃的水中，混合后达到热平衡，不计热量损失。求：(1)系统最终的热平衡温度是多少？(2)有多少质量的冰熔化成了水？（冰的熔化热λ=3.3×10⁵J/kg，水的比热容c=4.2×10³J/(kg·℃)）24.（10分）一定质量的理想气体，从状态A(P₁,V₁,T₁)经历一个先等体升温至状态C(P₁',V₁,T₂)，再经一等压膨胀至状态B(P₁',V₂,T₂)的过程。已知V₂>V₁，T₂>T₁。求：(1)在过程AC中，气体的压强如何变化？(2)在过程CB中，气体的体积如何变化？(3)如果气体在状态A的内能为U₁，求气体在状态B的内能U₂与U₁的关系。（设气体的摩尔数为n）试卷答案一、单项选择题1.B2.A3.C4.C5.B6.A7.C8.C9.D10.B二、多项选择题11.B,C12.A,C13.A,B,C14.A,B,C,D15.A,B,D三、填空题16.300；33017.6.3×10⁵18.P∝T(或P=kT，k为常数)19.15020.相同；相同四、计算题21.(1)解析：等温过程，T₁=T₂，根据理想气体状态方程P₁V₁=P₂V₂。P₂=P₁V₁/V₂=(2atm)×(2L)/(4L)=1atm答案：1atm(2)解析：等温膨胀，气体对外做功W=nRT₁ln(V₂/V₁)。先求出物质的量n=P₁V₁/(RT₁)。n=(2×1.013×10⁵Pa)×(2×10⁻³m³)/(8.31J/(mol·K)×300K)≈0.163molW=0.163mol×8.31J/(mol·K)×300K×ln(4L/2L)≈0.163×8.31×300×ln(2)JW≈0.163×8.31×300×0.693J≈279.7J答案：约280J(或使用W=nRT₁ln(V₂/V₁)=P₁V₁ln(V₂/V₁)=2atm×2L×ln(2)×101.3J/(atm·L)≈279.7J)22.(1)解析：等压过程，压强P保持不变，体积V₂变为1L。答案：P₂=P₁=1atm；体积V₂=1L(2)解析：等压过程，根据盖-吕萨克定律V∝T，体积减小，说明温度降低。气体体积减小，外界对气体做功（W>0）。内能变化ΔU=nCvΔT。对于理想气体等压过程，Q=nCpΔT。Cp=(5/2)R，Cv=(3/2)R。W=P(V₂-V₁)=1atm×(1L-3L)×101.3J/(atm·L)=-202.6J(负号表示外界对气体做功)n=Mm/M=0.5kg/(29×10⁻³kg/mol)≈17.24molΔT=T₂-T₁=200K-300K=-100KQ=nCpΔT=17.24mol×(5/2)×8.31J/(mol·K)×(-100K)≈-35840JΔU=nCvΔT=17.24mol×(3/2)×8.31J/(mol·K)×(-100K)≈-21440JQ=ΔU+W，-35840J=-21440J+W，W=-35840J+21440J=-14400J。说明外界对气体做功14400J，气体放出热量14400J。答案：放出了热量；放出热量1.44×10⁴J(或14400J)23.(1)解析：末温设为T_f。冰吸热熔化，水放热降温。冰全部熔化所需热量Q_ice=m_iceλ+m_icec(T_f-0℃)。水放热Q_water=m_waterc(40℃-T_f)。系统达到平衡，Q_ice=Q_water。因为冰没有全部熔化，T_f=0℃，所以Q_ice=m_iceλ，Q_water=m_waterc(40℃-0℃)。m_iceλ=m_waterc(40℃)m=0.5kgλ/(c×40℃)=(0.5kg×3.3×10⁵J/kg)/(4.2×10³J/(kg·℃)×40℃)≈1.56kg因为1.56kg>2kg，说明冰不能全部熔化，最终平衡温度为0℃。答案：0℃(2)解析：设最终熔化冰的质量为m_melt。根据平衡条件Q_ice=Q_water，m_meltλ=m_waterc(40℃-0℃)。m_melt=m_waterc(40℃)/λ=(2kg×4.2×10³J/(kg·℃)×40℃)/(3.3×10⁵J/kg)≈1.05kg答案：1.05kg24.(1)解析：等体过程，体积V保持不变。根据理想气体状态方程PV=nRT，温度T升高，压强P必然增大。答案：增大(2)解析：等压过程，压强P保持不变。温度T升高，根据盖-吕萨克定律V∝T，体积V必然增大。答案：增大(3)解析：理想气体内能只与温度有关。状态A到状态C，温度从T₁升高到T₂，内能增加ΔU₁=nCv(T₂-T₁)。状态C到状态B，温度保持T₂不变，内能不变ΔU₂=0。状态B的内能U₂=U₁+ΔU₁+ΔU₂=U₁+nCv(