(满分：100分钟 时间：60分)
一、选择题(本大题共9个小题，每小题6分，共54分，1－4题为单选，5－9小题为双选，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不选的得0分)
1．下列说法正确的是( )
A．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵从热力学第二定律 B．空调工作时消耗的电能与室内温度降低所放出的热量可以相等 C．自发的热传导是不可逆的
D．不可能通过给物体加热而使它运动起来，因为违背热力学第一定律
【解析】 有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传递到高温物体，空调消耗的电能必大于室内温度降低所放出的热量，不可能通过给物体加热而使它运动起来，因为违背了热力学第二定律．
【答案】 C
2．飞机在万米高空飞行时，舱外气温往往在－50 ℃以下．在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体作为研究对象，叫做气团．气团直径可达几千米．由于气团很大，边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响，可以忽略．高空气团温度很低的原因可能是( )
A．地面的气团上升到高空的过程中膨胀，同时对外放热，使气团自身温度降低 B．地面的气团上升到高空的过程中收缩，同时从周围吸收热量，使周围温度降低 C．地面的气团上升到高空的过程中膨胀，气团对外做功，气团内能大量减少，气团温度降低
D．地面的气团上升到高空的过程中收缩，外界对气团做功，故周围温度降低 【解析】 由热力学第一定律，物体的内能的变化ΔU与做功W和热传递Q有关，满足ΔU＝W＋Q，气团在上升的过程中，气体不断膨胀，气体对外做功，又由于气团很大，其边缘与外界的热传递作用可忽略，因而内能不断减小，所以气团的温度会很低，故选C.
【答案】 C
3.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成．开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图1所示．在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体
( )
图1
A．对外做正功，分子的平均动能减小 B．对外做正功，内能增大
C．对外做负功，分子的平均动能增大 D．对外做负功，内能减小
【解析】 气体膨胀，气体对外做正功，又因气体与外界无热交换，由热力学第一定律可知气体内能减小，因忽略气体分子间相互作用，没有分子势能，所以分子的平均动能减小，选项A正确．
【答案】 A
4．在交通运输中，常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能．“客运效率”表示人数×路程每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积，即客运效率＝.一个人骑电动
消耗能量自行车，消耗1 MJ(10 J)的能量可行驶30 km.一辆载有4人的普通国产轿车，消耗320 MJ的能量可行驶100 km.则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是( )
A．6∶1 C．24∶1
B．12∶5 D．48∶7
2
6
1×30 km
【解析】 电动自行车的“客运效率”η1＝.普通国产轿车的“客运效率”η
1 MJ4×100 kmη130×320＝，二者效率之比为＝＝24∶1.
320 MJη2400
【答案】 C
5．如图2所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是( )
图2
A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少 B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少
C．电流对气体做功，气体对外做功，其内能可能不变 D．电流对气体做功一定大于气体对外做功
【解析】 由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由＝恒量知，气体温度升高，内能一定增加，由能的转化和守恒知，电流对气体做功一定大于气体对外做功，B、C均错，D项正确．由气体压强的微观解释知温度升高，气体分子与活塞碰一次对活塞的冲量增大，而压强不变；单位时间内对活塞的冲量不变．因此单位时间内对活塞的碰撞次数减少，A对．
【答案】 AD
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3所示，电流计指针会发生偏转，这就是温差发电现象．关于这一现象的正确说法是( )
pVT
图3
A．这一实验不违背热力学第二定律
B．在实验过程中，热水温度降低，冷水温度升高
C．在实验过程中，热水的内能全部转化成电能，电能则部分转化成冷水的内能 D．在实验过程中，热水的内能只有部分转化成电能，电能则全部转化成冷水的内能 【解析】 自然界中的任何自然现象或过程都不违反热力学定律，本实验现象也不违反热力学第二定律，A正确；整个过程中能量守恒且热传递有方向性，B正确；在实验过程中，热水中的内能除转化为电能外，还升高金属丝的温度，内能不能全部转化为电能；电能除转化为冷水的内能外，还升高金属丝的温度，电能不能全部转化为冷水的内能，C、D错误．
【答案】 AB
7.如图4所示，用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分，先把活塞锁住．将质量和温度都相同的理想气体氢气和氧气分别充入容器的两部分，然后提起销子，使活塞可以无摩擦地滑动，当活塞平衡时
( )
图4
A．氢气的温度不变
B．氢气的压强减小
C．氢气的体积增大 D．氧气的温度降低
【解析】 氢气和氧气的质量虽然相同，但由于氢气的摩尔质量小，故氢气物质的量多，又体积和温度相同，所以氢气产生的压强大．当拔掉销子后，氢气会推动活塞向氧气一方移动，这时氢气对外做功，又无传热，由ΔU＝W＋Q可知，氢气内能减少，温度降低．对氧气而言，外界对它做功，体积减小，由ΔU＝W＋Q，在无传热的情况下，氧气内能增加，温度升高．
【答案】 BC
8．(双选)关于一定量的气体，下列叙述正确的是( ) A．气体吸收的热量可以完全转化为功 B．气体体积增大时，其内能一定减少 C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加 D．外界对气体做功，气体内能可能减少
【解析】 如果气体等温膨胀，则气体的内能不变，吸收的热量全部用来对外做功，A正确；当气体体积增大时，对外做功，若同时吸收热量，且吸收的热量大于或等于对外做功的数值时，内能不会减少，所以B错误；若气体吸收热量同时对外做功，其内能也不一定增加，C错误；若外界对气体做功同时气体向外放出热量，且放出的热量多于外界对气体所做的功，则气体内能减少，所以D正确．
【答案】 AD
9．(双选)文艺复兴时期，意大利的达·芬奇设计了如图5所示的装置．他设计时认为，在轮子转动过程中，右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，在两边不均衡的力矩作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，而且可以不断地向外输出能量，但实验结果却是否定的．达·芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的．下列有关的说法中正确的是( )
图5
A．如果没有摩擦力和空气阻力，该装置中就能永不停息地转动，并在不消耗能量的同时不断地对外做功
B．如果没有摩擦力和空气阻力，忽略碰撞中能量的损耗，并给它一个初速度就能永不停息地转动，但在不消耗能量的同时，并不能对外做功
C．右边所有小球施加于轮子的动力矩并不大于左边所有小球施于轮子的阻力矩，所以不可能在不消耗能量的同时，不断地对外做功
D．在现代科学技术比较发达的今天，这种装置可以实现它永不停息的转动，在不消耗其他能量的基础上，而且还能源源不断地对外做功
【解析】 该设计中，当轮子转动时，虽然右边的小球总比左边的小球离轮心更远些，但是右边小球的个数总比左边的少，实际上右边所有小球施加于轮子的动力矩等于左边所有小球施于轮子的阻力矩，轮子在不受到外力作用时将保持平衡状态．如果没有摩擦力和空气阻力，且忽略碰撞中的能量损耗，给轮子一个初速度，轮子就能依靠惯性永不停息地转动．
【答案】 BC
二、非选择题(本题共4小题．共46分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)
10．(9分)如图6所示，为一气缸内封闭的一定质量的气体的pV图线，当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时，有335 J的热量传入系统，系统对外界做功126 J，假若沿a→d→b过程，系统对外做功42 J，则有________ J热量传入系统，若系统由状态b沿曲线过程返回状态a时，外界对系统做功84 J，问系统是吸热还是放热？________(填“吸热”或“放热”)，热量传递是________ J.
图6
【解析】 沿a→c→b过程，由热力学第一定律可得：ΔU＝W＋Q＝(－126＋335)J＝209 J，沿a→d→b过程，ΔU＝W′＋Q′，Q′＝ΔU－W′＝[209－(－42)]J＝251 J，即有251 J的热量传入系统．
由a→b过程，ΔU＝209 J. 由b→a，ΔU′＝－ΔU＝－209 J.
ΔU′＝W″＋Q″＝84 J＋Q″，Q″＝(－209－84)J＝－293 J. 负号说明系统放出热量． 【答案】 251 放热 293
11. (12分)如图7所示的圆柱形容器内用活塞密封一定质量的理想气体，容器横截面积为S，活塞质量为m，大气压强为p0，重力加速度为g，活塞处于静止状态，现对容器缓缓加热使容器内的气体温度升高t ℃，活塞无摩擦地缓慢向上移动了h，在此过程中气体吸收的热量为Q，问：
图7
(1)被密封的气体对外界做了多少功？ (2)被密封的气体内能变化了多少？
【解析】 (1)活塞缓慢上升，气体推动活塞的力F＝mg＋p0S，则气体对活塞做功W＝(mg＋p0S)h.
(2)由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q，其中因为是气体对外界做功，功代入负值运算，得到ΔU＝－(p0S＋mg)h＋Q.
【答案】 (1)(mg＋p0S)h (2)－(p0S＋mg)h＋Q
12．(12分)下面是晓阳在题为《能源利用和节约能源》的研究性学习中收集到的有关太阳能的资料：
太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，1 m地面上在1 s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×10 J．太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经逐渐地出现在我们的生活中．
晓阳在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告： 容积V 100 L
2
集热管的采光面积S 1.5 m
效率η 40%使用年限z 15年
(1)晓阳家每天大约需要100 kg热水，用这种热水器将这些水从25 ℃加热到45 ℃需要多长时间？
(2)与效率为80%的电热水器相比，晓阳家每天可节约多少电能？ 【解析】 (1)设T为光照时间，k＝1.0×10 J/(s·m)，Q4.2×10×100×20 J＝8.4×10 J，
太阳能热水器传给水的热量Q放＝kSTη， 因为Q吸＝Q放，所以
6
Q吸8.4×104
T＝＝ s＝1.4×10 s≈3.9 h. 3
kSη1.0×10×1.5×40%3
6
3
2
吸
2
3
＝cm(t－t0)＝
(2)由Q电＝Wη1得
8.4×107
W＝＝ J＝1.05×10 J≈2.9 kW·h. η10.8【答案】 (1)3.9 h (2)2.9 kW·h
13．(13分)风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源．风力发电机是将风
Q电
6
能(气流的动能)转化为电能的装置．其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等，如图8所示．
图8
(1)利用总电阻R＝10 Ω的线路向外输送风力发电机产生的电能．输送功率Pv＝300 kW.输电电压U＝10 kV.求导线上损失的功率与输送功率的比值；
(2)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积．设空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r.求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm；在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，简述可采取的措施．
【解析】 (1)导线上损失的功率为
3
Pv2300×102
P＝IR＝()R＝(3)×10 W＝9 kW
U10×10
2
3
P9×103
损失的功率与输送功率的比值＝. 3＝Pv300×10100
(2)风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大．
单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为ρvS，S＝πr 风能的最大功率可表示为
2
Pm＝(ρvS)v2＝ρvπr2v2＝πρr2v3
采取措施合理，如增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机正面迎风等． 123
【答案】 (1)3∶100 (2)πρrv 增加风轮机叶片长度，安装调向装置保持风轮机
2正面迎风等
121212
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