2025年高中物理知識競賽（熱學篇）專項試題一、選擇題（每題5分，共40分）關于分子動理論，下列說法正確的是（）A.布朗運動是液體分子的無規(guī)則運動B.分子間引力隨距離增大而減小，斥力隨距離增大而增大C.溫度升高時，分子平均動能增大，但并非所有分子速率都增大D.用油膜法估測分子直徑時，需假設油膜分子是緊密排列的立方體一定質量的理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程（A→B→C→A），其中A→B為等壓過程，B→C為絕熱過程，C→A為等溫過程。下列說法正確的是（）A.A→B過程中氣體內能增加B.B→C過程中氣體溫度升高C.C→A過程中氣體對外界做功D.整個循環(huán)過程氣體從外界吸收熱量關于熱力學定律，下列說法正確的是（）A.第二類永動機違反能量守恒定律B.空調既能制熱又能制冷，說明熱傳遞不具有方向性C.一定質量的理想氣體等壓膨脹時，內能一定增加D.物體從單一熱源吸收熱量全部用來做功是可能的如圖所示，兩端封閉的U形管中裝有水銀，左側水銀面高于右側，管內左右兩側分別封閉著一定質量的理想氣體。若環(huán)境溫度升高，下列判斷正確的是（）A.左側氣體體積增大，右側氣體體積減小B.左側氣體壓強增大，右側氣體壓強減小C.兩側氣體體積均增大，左側體積變化量更大D.兩側氣體壓強變化量相等某種氣體分子在溫度T1和T2（T2>T1）下的速率分布曲線如圖所示，圖中f(v)為分子數(shù)占總分子數(shù)的比例。下列說法正確的是（）A.曲線①對應溫度T1B.曲線①中速率在v1~v2區(qū)間的分子數(shù)多于曲線②C.曲線②中分子的平均動能大于曲線①D.若氣體溫度從T1升高到T2，分子速率增大的分子數(shù)占比為100%一定質量的理想氣體在不同過程中溫度隨體積變化的關系如圖所示，其中a→b為等溫過程，b→c為等容過程，c→a為等壓過程。下列說法正確的是（）A.a→b過程中氣體放熱B.b→c過程中氣體內能不變C.c→a過程中氣體對外做功D.三個過程中氣體的熵變均為正值關于固體和液體，下列說法正確的是（）A.晶體和非晶體的區(qū)別在于是否有確定的熔點B.液晶具有液體的流動性和晶體的各向異性C.飽和汽壓隨溫度升高而增大，與體積無關D.雨水不能透過布傘是因為液體表面張力的作用某同學用如圖所示裝置測量大氣壓強，玻璃管內封閉有一定質量的理想氣體，玻璃管開口向下豎直插入水銀槽中。若將玻璃管緩慢向上提起（管口未離開水銀面），下列說法正確的是（）A.管內水銀柱高度增大B.管內氣體壓強增大C.管內氣體體積減小D.若玻璃管傾斜，管內水銀柱長度不變二、填空題（每空3分，共30分）已知阿伏伽德羅常數(shù)為NA=6.0×1023mol?1，水的摩爾質量為1.8×10?2kg/mol，密度為1.0×103kg/m3。1cm3水中含有的分子數(shù)約為__________（保留兩位有效數(shù)字）；水分子的直徑約為__________m（保留一位有效數(shù)字）。一定質量的理想氣體從狀態(tài)A（p1=2atm，V1=1L）經(jīng)等壓膨脹到狀態(tài)B（V2=2L），再經(jīng)等溫壓縮到狀態(tài)C（V3=1L），最后經(jīng)等容變化回到狀態(tài)A。則A→B過程中氣體對外做功為__________J（1atm=1.0×10?Pa）；整個循環(huán)過程中氣體放出的熱量為__________J。某熱機工作于溫度為27℃的低溫熱源和227℃的高溫熱源之間，其理論最大效率為__________；若該熱機每秒從高溫熱源吸收1000J熱量，對外做功400J，則其實際效率為__________，每秒向低溫熱源放出的熱量為__________J。一定質量的理想氣體在等容過程中溫度從200K升高到400K，其壓強變?yōu)樵瓉淼腳_________倍；若在等壓過程中溫度從200K升高到400K，其體積變?yōu)樵瓉淼腳_________倍。將100g0℃的冰投入200g40℃的水中，最終混合溫度為__________℃（冰的熔解熱為3.36×10?J/kg，水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)，不計熱量損失）。三、計算題（共80分）（15分）如圖所示，一豎直放置的氣缸內有一質量為m、橫截面積為S的活塞，活塞與氣缸壁無摩擦且不漏氣，氣缸內封閉著一定質量的理想氣體。初始時活塞靜止，距離氣缸底部高度為h，大氣壓強為p0，重力加速度為g。（1）求初始時氣缸內氣體的壓強；（2）若緩慢加熱氣缸，使活塞上升到距離底部2h處，求此時氣體的溫度與初始溫度的比值；（3）若在活塞上緩慢添加質量為m的砝碼，活塞再次靜止后，求氣體的體積（假設溫度回到初始溫度）。（20分）如圖所示，兩個相同的絕熱氣缸A和B，活塞面積均為S，活塞與氣缸壁無摩擦且不漏氣。A中封閉著質量為M的理想氣體，B中封閉著質量為m的同種氣體（M>m），初始時兩氣缸內氣體溫度均為T0，活塞均靜止，距離氣缸底部高度均為H?，F(xiàn)對兩氣缸緩慢加熱，使A中氣體溫度升高到TA，B中氣體溫度升高到TB，活塞均上升到距離底部2H處。（1）求TA與TB的比值；（2）若A中氣體加熱過程吸收熱量QA，B中氣體吸收熱量QB，比較QA與QB的大小，并說明理由。（20分）一定質量的理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程，其中a→b為等壓過程，b→c為等容過程，c→a為等溫過程。已知狀態(tài)a的壓強pa=2atm，體積Va=1L，溫度Ta=300K；狀態(tài)b的體積Vb=2L。（1）求狀態(tài)b的溫度Tb和狀態(tài)c的壓強pc；（2）計算a→b過程中氣體內能的變化量ΔUab；（3）若c→a過程中氣體放出的熱量為100J，求整個循環(huán)過程中氣體對外做的凈功。（25分）如圖所示，一絕熱容器被絕熱隔板分為A、B兩部分，A中封閉著2mol氦氣（單原子分子），B中封閉著1mol氧氣（雙原子分子），初始時A、B兩部分氣體溫度均為T0=300K，體積均為V0?，F(xiàn)抽去隔板，兩種氣體混合后達到熱平衡。已知氦氣和氧氣的摩爾質量分別為MHe=4g/mol、MO2=32g/mol，普適氣體常量R=8.31J/(mol·K)。（1）求混合后氣體的溫度T；（2）求混合過程中氣體內能的變化量ΔU；（3）若容器為導熱容器，初始溫度T0=300K，環(huán)境溫度T環(huán)=300K，抽去隔板后氣體的熵如何變化？簡要說明理由。四、分析題（共50分）（25分）（1）簡述熱力學第二定律的兩種表述，并說明它們的等效性；（2）結合熵增加原理，解釋為什么第二類永動機不可能制成；（3）舉例說明熱力學第二定律在生活中的應用。（25分）（1）用油膜法估測分子直徑的實驗中，需要測量哪些物理量？寫出計算分子直徑的表達式；（2）若實驗中使用的油酸酒精溶液濃度為1/500，一滴溶液的體積為V0=0.02mL，在水面上形成的油膜面積為S=0.2m2，求油酸分子的直徑（結果保留一位有效數(shù)字）；