2025年高考物理“熱學(xué)綜合”知識(shí)應(yīng)用試題一、選擇題（共5小題，每題6分）1.分子動(dòng)理論與內(nèi)能下列關(guān)于分子動(dòng)理論的說法正確的是（）A.布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)B.分子間距離增大時(shí)，分子勢(shì)能一定減小C.一定質(zhì)量的理想氣體溫度升高，內(nèi)能一定增加D.分子間同時(shí)存在引力和斥力，當(dāng)分子間距離等于平衡距離(r_0)時(shí)，分子力為零且分子勢(shì)能最大解析：布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，反映液體分子的熱運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；分子勢(shì)能隨距離變化的趨勢(shì)與分子力做功有關(guān)，當(dāng)(r>r_0)時(shí)距離增大分子勢(shì)能增大，B錯(cuò)誤；理想氣體內(nèi)能僅由溫度決定，溫度升高內(nèi)能一定增加，C正確；分子間距離為(r_0)時(shí)分子勢(shì)能最小，D錯(cuò)誤。答案：C2.氣體實(shí)驗(yàn)定律應(yīng)用一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷如圖所示的(p-T)變化過程，其中從狀態(tài)A到狀態(tài)B為等容變化，從狀態(tài)B到狀態(tài)C為等壓變化。下列說法正確的是（）A.A到B過程中氣體分子平均動(dòng)能不變B.B到C過程中氣體對(duì)外界做功C.A到C過程中氣體內(nèi)能減少D.A、C兩狀態(tài)下氣體分子的密集程度相同解析：A到B為等容升溫過程，分子平均動(dòng)能增大，A錯(cuò)誤；B到C為等壓升溫過程，由蓋-呂薩克定律知體積增大，氣體對(duì)外做功，B正確；A到C溫度升高，內(nèi)能增大，C錯(cuò)誤；A到C壓強(qiáng)不變、溫度升高，由(pV=nRT)知體積增大，分子密集程度減小，D錯(cuò)誤。答案：B3.熱力學(xué)定律與能量轉(zhuǎn)化某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的“永動(dòng)機(jī)”裝置：用絕熱活塞將汽缸分為上下兩部分，下部充有理想氣體，上部為真空。初始時(shí)活塞靜止，當(dāng)氣體吸熱膨脹推動(dòng)活塞上升后，上方真空區(qū)域通過閥門與大氣連通，活塞在重力作用下下落回到初始位置。該裝置（）A.違反熱力學(xué)第一定律B.違反熱力學(xué)第二定律C.若沒有閥門則可能實(shí)現(xiàn)循環(huán)D.下落過程中氣體內(nèi)能增加解析：裝置試圖利用單一熱源（氣體）持續(xù)對(duì)外做功，違背熱力學(xué)第二定律的開爾文表述，B正確；過程中能量守恒，不違反第一定律，A錯(cuò)誤；無閥門時(shí)氣體膨脹后無法自發(fā)恢復(fù)原狀態(tài)，C錯(cuò)誤；下落過程外界對(duì)氣體做功，但因汽缸絕熱，內(nèi)能增加，D正確。答案：BD4.氣體壓強(qiáng)微觀解釋如圖所示，兩個(gè)完全相同的密閉汽缸內(nèi)分別裝有質(zhì)量相等的氫氣和氧氣（均可視為理想氣體），初始溫度和體積相同?，F(xiàn)將兩汽缸緩慢加熱至相同溫度，則（）A.氫氣壓強(qiáng)增量大于氧氣B.氧氣分子平均動(dòng)能大于氫氣C.氫氣分子碰撞器壁的頻率更高D.氧氣內(nèi)能增量大于氫氣解析：由(pV=nRT)，氫氣摩爾數(shù)更大，升溫后壓強(qiáng)增量更大，A正確；溫度相同則分子平均動(dòng)能相同，B錯(cuò)誤；氫氣分子數(shù)多且運(yùn)動(dòng)更劇烈，碰撞頻率更高，C正確；理想氣體內(nèi)能增量(\DeltaU=nC_V\DeltaT)，氫氣摩爾數(shù)大但(C_V)?。▎卧臃肿樱?，需計(jì)算比較，D錯(cuò)誤。答案：AC5.熱學(xué)實(shí)驗(yàn)與誤差分析用“油膜法估測(cè)分子直徑”實(shí)驗(yàn)中，若將油酸酒精溶液的濃度由(1:500)誤記為(1:1000)，則測(cè)量結(jié)果將（）A.偏大B.偏小C.不變D.無法確定解析：濃度誤記為原來的一半，計(jì)算時(shí)油酸體積偏小，由(d=V/S)知直徑測(cè)量值偏小。答案：B二、實(shí)驗(yàn)題（14分）6.探究氣體等溫變化規(guī)律某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示裝置研究注射器內(nèi)氣體的等溫變化，主要步驟如下：（1）將注射器活塞推至底部，用橡皮帽封住注射口；（2）在活塞上方掛鉤碼，記錄鉤碼質(zhì)量(m)和活塞位置(V)；（3）改變鉤碼數(shù)量，重復(fù)測(cè)量5組數(shù)據(jù)?；卮鹣铝袉栴}：（1）實(shí)驗(yàn)中需要控制不變的物理量是________和________；（2）若活塞橫截面積為(S)，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?g)，大氣壓強(qiáng)為(p_0)，則第(i)組數(shù)據(jù)中氣體壓強(qiáng)的表達(dá)式為(p_i=)；（3）某同學(xué)根據(jù)數(shù)據(jù)繪制(p-1/V)圖像，發(fā)現(xiàn)圖線不過原點(diǎn)，可能原因是；（4）若實(shí)驗(yàn)中環(huán)境溫度升高，測(cè)得的(pV)乘積將________（填“偏大”“偏小”或“不變”）。解析：（1）溫度、氣體質(zhì)量；（2）(p_0+\frac{mg}{S})（注意活塞重力是否忽略，題目未提及則默認(rèn)不計(jì)）；（3）橡皮帽漏氣或初始體積未扣除活塞內(nèi)部空間；（4）溫度升高時(shí)(pV=nRT)，(pV)乘積增大，故偏大。三、計(jì)算題（共3小題，共40分）7.汽缸活塞模型（12分）如圖所示，豎直放置的導(dǎo)熱汽缸內(nèi)有一質(zhì)量為(M=2kg)、橫截面積(S=10cm^2)的活塞，封閉著長(zhǎng)(L=20cm)的理想氣體。初始時(shí)活塞靜止，大氣壓強(qiáng)(p_0=1.0\times10^5Pa)，重力加速度(g=10m/s^2)。（1）求初始狀態(tài)氣體壓強(qiáng)；（2）若在活塞上緩慢添加質(zhì)量(m=3kg)的砂袋，求穩(wěn)定后氣體長(zhǎng)度；（3）添加砂袋后將汽缸浸入80℃的熱水中，活塞再次穩(wěn)定時(shí)氣體吸收熱量(Q=50J)，求氣體內(nèi)能變化量。解析：（1）對(duì)活塞受力分析：(pS=p_0S+Mg)解得(p=p_0+\frac{Mg}{S}=1.0\times10^5+\frac{2\times10}{10^{-3}}=1.2\times10^5Pa)（2）末態(tài)壓強(qiáng)(p'=p_0+\frac{(M+m)g}{S}=1.5\times10^5Pa)由玻意耳定律(pLS=p'L'S)解得(L'=\frac{pL}{p'}=\frac{1.2\times10^5\times0.2}{1.5\times10^5}=0.16m=16cm)（3）初始溫度(T_1=273+t_1)（設(shè)室溫(t_1=27℃)，(T_1=300K)）末態(tài)溫度(T_2=353K)，等壓變化有(\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2})體積變化(\DeltaV=S(L_2-L'))，其中(L_2=L'\cdot\frac{T_2}{T_1}=16\times\frac{353}{300}\approx18.83cm)對(duì)外做功(W=-p'\DeltaV=-1.5\times10^5\times10^{-3}\times(0.1883-0.16)\approx-4.25J)由熱力學(xué)第一定律(\DeltaU=Q+W=50-4.25=45.75J)8.熱力學(xué)循環(huán)問題（14分）如圖為某熱機(jī)的理想循環(huán)過程(p-V)圖像，其中AB為等溫膨脹，BC為等容降溫，CD為等溫壓縮，DA為等容升溫。已知(T_A=T_B=400K)，(T_C=T_D=300K)，氣體摩爾數(shù)(n=1mol)，普適氣體常量(R=8.31J/(mol·K))。（1）求AB過程氣體對(duì)外做功；（2）求循環(huán)過程中氣體吸收的總熱量；（3）若該循環(huán)每秒進(jìn)行10次，求熱機(jī)功率。解析：（1）AB為等溫過程，(W_{AB}=nRT_A\ln\frac{V_B}{V_A})由圖知(p_AV_A=p_BV_B)，設(shè)(p_A=2p_0)，(V_A=V_0)，則(p_B=p_0)，(V_B=2V_0)(W_{AB}=1\times8.31\times400\times\ln2\approx2305J)（2）BC為等容降溫，放熱(Q_{BC}=nC_V(T_B-T_C))（取(C_V=\frac{3}{2}R)）(Q_{BC}=1\times12.47\times100=1247J)CD為等溫壓縮，外界做功(W_{CD}=nRT_C\ln\frac{V_C}{V_D}=8.31\times300\times\ln0.5\approx-1729J)DA為等容升溫，吸熱(Q_{DA}=nC_V(T_A-T_D)=1247J)循環(huán)凈功(W_{凈}=W_{AB}+W_{CD}=2305-1729=576J)總吸熱(Q_{吸}=Q_{AB}+Q_{DA}=2305+1247=3552J)（AB過程吸熱等于對(duì)外做功）（3）功率(P=W_{凈}\times10=5760W)9.熱學(xué)與力學(xué)綜合（14分）如圖所示，質(zhì)量(m=1kg)的導(dǎo)熱活塞將絕熱汽缸分為上下兩部分，上部為真空且通過勁度系數(shù)(k=100N/m)的彈簧與汽缸頂部連接，下部封閉著(V_0=1L)的理想氣體。初始時(shí)彈簧處于原長(zhǎng)，活塞距離缸底(h=10cm)?，F(xiàn)對(duì)氣體緩慢加熱，使活塞上升(\Deltah=5cm)，已知活塞橫截面積(S=100cm^2)，重力加速度(g=10m/s^2)。（1）求末狀態(tài)氣體的壓強(qiáng)；（2）若氣體初始溫度(T_0=300K)，求末狀態(tài)溫度；（3）分析加熱過程中氣體內(nèi)能變化的原因。解析：（1）末態(tài)彈簧伸長(zhǎng)(x=\Deltah=0.05m)，對(duì)活塞受力分析：(pS=mg+kx)(p=\frac{mg+kx}{S}=\frac{10+100\times0.05}{0.01}=1500Pa)（2）初始?jí)簭?qiáng)(p_0=\frac{mg}{S}=1000Pa)，末態(tài)體積(V=(h+\Deltah)S=0.15\times0.01=0.0015m^3=1.5L)由理想氣體狀態(tài)方程(\frac{p_0V_0}{T_0}=\frac{pV}{T})(T=\frac{pVT_0}{p_0V_0}=\frac{1500\times1.5\times300}{1000\times1}=675K)（3）氣體內(nèi)能增加，原因是：①外界通過加熱傳遞熱量；②彈簧彈力和重力對(duì)活塞做功，間接對(duì)氣體做功（汽缸絕熱，(Q=0)時(shí)內(nèi)能增加等于外界做功，本題有加熱，故內(nèi)能增量為吸熱量與外界做功之和）。四、拓展題（10分）10.新能源技術(shù)中的熱學(xué)應(yīng)用某太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)采用熔融鹽作為傳熱介質(zhì)，其工作原理是：通過集熱器將熔融鹽從(300℃)加熱至(565℃)，再送入儲(chǔ)熱罐，當(dāng)需要發(fā)電時(shí)，高溫熔融鹽進(jìn)入換熱器加熱水產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)。已知熔融鹽的比熱容(c=1.5\times10^3J/(kg·℃))，密度(\rho=2.2\times10^3kg/m^3)。（1）若每天需將(100m^3)的熔融鹽從(300℃)加熱至(565℃)，求每天需要吸收的熱量；（2）若集熱器效率為40%，太陽輻射功率為(1000W/m^2)，求所需集熱器面積（保留整數(shù)）。解析：（1）熔融鹽質(zhì)量(m=\rhoV=2.2\times10^3\times100=2.2\times10^5kg)吸熱(Q=cm\Deltat=1.5\times10^3\times2.2\times10^5\times265=8.745\times10^{10}J)（2）每天太陽輻射能量(E=PSt\eta)(S=\frac{Q}{Pt\eta}=\frac{8.745\times10^{10}}{1000\times86400\times0.4}\approx2526m^2)五、選考題（15分，任選一題作答）A.能源與環(huán)境（1）簡(jiǎn)述熱力學(xué)第二定律對(duì)能源利用的限制；（2）對(duì)比燃煤發(fā)電與光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化鏈條，說明新能源的優(yōu)勢(shì)。B.熱學(xué)發(fā)展史（1）說明焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)對(duì)熱力學(xué)