2022届高考物理一轮复习热学---热机和制冷剂能力提升

2022届高考物理一轮复习热学---热机和制冷剂能力提升

练习

一、单选题，共10小题

1．根据热力学定律，下列说法正确的是（　　）

A．第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成

B．热效率为100%的热机是可能制成的

C．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递

D．从单一热源吸收热量，使之完全变为功是提高机械效率的常用手段

2．在家庭电路中，空调机要比电风扇费电多了，则下列说法正确的是（   ）

A．空调机两端的电压大

B．电风扇两端的电压大

C．空调机和电风扇两端的电压一样大

D．无法确定两者的电压关系

3．设想在一间与外界绝热的房间里，有一台正在工作的电冰箱，如果电冰箱的门是开着的，那么室内温度将（    ）

A．降低 B．升高 C．不变 D．上述三种情况都有可能

4．下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是（　　）

A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了热力学第一定律

B．能量耗散过程中能量不守恒

C．夏天打开电冰箱的门，可以起到室内降温作用

D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性

5．下列说法正确的是

A．气体能充满任何容器是因为分子间的排斥力大于吸引力

B．可以利用高科技手段，制作效率是100％的热机

C．布朗运动反映了固定分子永不停息做无规则的热运动

D．用油膜法测出油酸分子直径后，还需知道油酸的摩尔体积就可估算出阿伏伽德罗常数

6．下列说法正确的是（　　）

A．扩散现象的原因是分子间存在斥力

B．由于表面张力的作用，玻璃板上的小水银滴总是呈球形的

C．第二类永动机是不可能造成的，因为它违背了能量守恒定律

D．如果没有漏气、摩擦、机体的热量损失，热机的效率可以达到100%

7．能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的，下列说法正确的是（　　）

A．热量可能会从低温物体传到高温物体

B．随着技术进步，最终使热机的效率达到100％

C．能源在使用过程中，能量总量逐渐减少，因此要节约能源

D．物体只要与外界进行热交换，其内能就一定发生变化

8．关于热学的说法中，下列表述正确的是（　　）

A．花粉颗粒在液体中的布朗运动，是由于花粉颗粒内部分子无规则热运动引起的

B．冰箱在制冷过程中，能将热量从温度低的物体传到温度高的物体，所以冰箱工作时不遵守热力学第二定律

C．在完全失重的状态下，密闭容器中的气体对容器壁压强为零

D．在绝热过程中，外界对一定质量的理想气体做功，气体的内能必然增加

9．关于热学的说法中，下列表述正确的是（　　）

A．花粉颗粒在液体中的布朗运动，是由于花粉颗粒内部分子无规则热运动引起的

B．冰箱在制冷过程中，能将热量从温度低的物体传到温度高的物体，所以冰箱工作时不遵守热力学第二定律

C．在完全失重的状态下，密闭容器中的气体对容器壁压强为零

D．在绝热过程中，外界对一定质量的理想气体做功，气体的内能必然增加

10．下列说法正确的是（　　）

A．扩散现象的原因是分子间存在斥力

B．由于表面张力的作用，玻璃板上的小水银滴总是呈球形的

C．第二类永动机是不可能造成的，因为它违背了能量守恒定律

D．如果没有漏气、摩擦、机体的热量损失，热机的效率可以达到100%

二、多选题，共3小题

11．下列说法中正确的是（  ）

A．一定质量的气体温度升高时，其压强一定增大

B．露珠呈球形是其表面张力作用的结果

C．一定量的理想气体，若压强不变而内能增加，则气体吸热

D．晶体熔化时要不断吸收热量，故分子平均动能增大

E.热机的效率总小于100%

12．下列说法正确的是（  ）

A．温度高的物体动能不一定大，但分子平均动能一定大

B．雨伞伞面上有许多细小的孔，却能遮雨，是因为水的表面张力作用

C．橡胶无固定的熔点，是非晶体

D．热机的效率可以100%

E.气体很容易充满整个容器，这是分子间存在斥力的宏观表现

13．根据电冰箱的工作原理，当压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内、外管道中不断循环，如图所示，那么下列说法中正确的是（　　）

A．在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量

B．在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量

C．在冰箱内的管道中，制冷剂被剧烈压缩并吸收热量

D．在冰箱外的管道中，制冷剂被剧烈压缩并放出热量

三、填空题，共4小题

14．热机是一种______________________的装置．热机做的功和它从高温热源吸收的热量的比值叫做__________________．

15．阅读短文，回答问题：

变频空调机

空调机中有被称为“冷媒”的物质，利用它的物态变化可以实现室内、室外热量的转移，如图所示是空调机制冷系统的原理图，其中压缩机的作用是对气态“冷媒”加压，并使“冷媒”在管内循环，压缩机的转速越大，“冷媒”的流量越大，空调机的制冷能力就越强．

压缩机的转速由供电频率决定，“变频空调”是与传统供电频率不变的“定频空调”相比较而产生的概念，与“定频空调”相比，变频空调机的变频器可以在一定范围内调节供电频率，从而改变压缩机的转速．供电频率越高，转速越大，达到控制“冷媒”流量的目的．

变频空调机开始工作时，以最大功率进行制冷，当室内温度快速降至设定温度后，压缩机随机处于低速持续运转状态，维持室温基本不变．

某型号变频空调机的部分参数如下表，其中：制冷量是指单位时间内空调机从密闭区域内去除热量的总和；能效比是空调机在额定状态工作时，制冷量与输入功率之比．

请回答下列问题：   

(1)空调机的制冷原理是：在室内，“冷媒”由于________吸收热量，而在室外则由于________放出热量，从而把室内的热量转移到室外，达到降低室内温度的目的．（以上均填物态变化名称）   

(2)关于变频空调机，下列说法正确的是：（_____）．（填字母序号）       

A、变频空调的压缩机与定频空调一样，也是断断续续工作的

B、空调机制冷时，图中钢管A内流动的是气态“冷媒”

C、空调压缩机是利用降温的方法使“冷媒”发生物态变化的

D、变频器供电频率越高，空调机的制冷能力越强

16．某电冰箱工作时的耗电功率为100W，制冷效率为70%，假设这台冰箱的箱壁完全不导热，则这台冰箱连续工作10min，箱内内能的改变量为______J；这台冰箱连续工作10min，箱外内能的改变量为______J.

17．如图所示是压缩式电冰箱的工作原理示意图。经过干燥过滤器后液体制冷剂进入蒸发器，汽化吸收箱体内的热量，压缩机使低温低压的制冷剂气体变成高温高压的气体，然后制冷剂在冷凝器中液化放出热量到箱体外。电冰箱将热量从低温物体转移到高温物体的工作过程_______（填“违背”或“不违背”）热力学第二定律。制冷剂在蒸发器中由液态变成气态的过程中，________（选填“气体对外做功”“外界对气体做功”或“气体对外不做功”）。

四、解答题，共4小题

18．下表所示为某品牌的空调器铭牌上的部分参数，其中KFRD表示该空调为家用分体式具有电辅热功能的冷暖空调器．请根据表中的数据，回答下面的问题．（已知：空气的密度为1．29kg/m3，空气的比热容取103J/（kg•℃）。注：空调的电辅热功能有两方面的作用，一是在室外温度不太低时开启电辅热功能可以增加制热量，实现室内温度的快速提升，二是当室外温度很低，空调器的压缩机制热效能过低时，开启电辅热功能可以辅助制热，弥补单纯靠压缩机工作制热量不足的问题。

（1）如果房间的面积为15m2，高度为2.6m，问：如果按照表中的数据工作，该空调器至少多长时间才能将室内的空气由10℃加热升高至20℃？

（2）在（1）中，若室外温度不太低，实际加热时间约为4.0min，则在利用空调器对室内空气加热的过程中，室内空气向外散热的平均功率约为多少？空调器总共消耗的电能为多少？

（3）该空调器在制冷时的额定输入功率为830W，而它的制冷量却是2300W，比输入功率还要大，这是为什么？

19．在当今世界，研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术。其中最重要的一项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使做功冲程中柴油燃烧的更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有6个气缸，气缸直径为110mm，活塞行程为135mm，当转速为2300r/min时，发动机功率为220kW，最低油耗可达240g/(kW·h)，柴油的热值为4.3×107J/kg。请回答下列问题：

（1）该柴油发动机的效率最高可达多少？

（2）在做功冲程中气缸内的平均压强是多少？

（3）如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后，能使它们的平均效率由原来约31%提高到近35%，安装前按每年消耗3亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油？

（4）如果目前我国柴油的平均价格为3750元/吨，根据上面的估算结果，计算使用“增压”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金。由此你有哪些认识？

20．空调器制热时，出风口导风板向下时制热效果比较好．这是为什么？

21．一辆汽车的发动机输出功率为66.15kW，每小时耗(柴)油14kg，请计算发动机的效率。(柴油的燃烧值为4.3×107J/kg)

参考答案

1．C

【解析】

【详解】

（1）第二类永动机不可能制成，是因它违反了热力学第二定律，但不违反能量守恒定律，故A错误；

（2）根据热力学第二定律，机械能可以100%转化为内能，但内能不能100%转化为机械能，即热力学过程不可逆，所以，热效率为100%的热机是不可能制成的，故B错误；

（3）电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递；故C正确；

（4）从单一热源吸收热量，使之完全变为功是不可能实现的；故D错误；

故本题选C

【点睛】

第二类永动机违背了热力学第二定律；并不违背热力学第一定律；热量可以从低温物体向高温物体传递；改变内能的方式有做功和热传递．

2．C

【解析】家用电器之间都是并联的，根据并联电路电压的特点可知，空调机和电风扇两端的电压一样大，故选C正确，ABD错误。

3．B

【解析】

【详解】

电冰箱是利用制冷剂从箱内蒸发器处吸热而汽化后，到箱外冷凝器中放热液化，然后又到蒸发器中吸热汽化，如此循环而制冷的。由于蒸发器温度低，冷凝器温度高，在制冷过程中，是靠压缩机将蒸发器中的制冷剂抽出再压缩到冷凝器中，以实现热量从低温物体传递给高温物体，其中压缩机对制冷剂蒸气做了功，电能转化为内能，所以制冷剂从蒸发器吸收的热量比整台冰箱放出的热量要少，如果电冰箱的门是开着的，房间又是绝热的，由能的转化和守恒定律知，消耗的电能部分转化为房间空气的内能，室内温度将升高，故B正确，ACD错误。

故选B。

4．D

【详解】

A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律，选项A错误；

B．能量耗散过程中能量也是守恒的，选项B错误；

C．电冰箱制冷机工作后，冰箱冷冻室内的蒸发器温度降低，吸收空气中的热量，而与此同时，冰箱外部的冷凝器温度升高，将热量传给空气，室内空气的热量只是被冰箱吸收后又被放出，所以室温不会下降，选项C错误；

D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，选项D正确。

故选D。

5．D

【详解】

试题分析：气体能充满任何容器是因为分子间的距离较大，分子间相互作用较小，故每个分子都是自由的，在做无规则运动，故可以充满任何容器，A错误；根据热力学第二定律，满足能量守恒定律的客观过程具有方向性，不可能将散失到环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其它变化，B错误；固体小颗粒做布朗运动是液体分子对小颗粒的碰撞的作用力不平衡引起的，C错误；已知油酸的摩尔体积，用油膜法测出油酸分子的直径后，可以估算出阿伏加德罗常数，D正确；

考点：考查了分子热运动，布朗运动，阿伏伽德罗常数的计算

【名师点睛】掌握布朗运动的实质，知道布朗运动是固体颗粒的运动；气体能充满任何容器是因为分子在做无规则运动，

6．B

【详解】

A．扩散现象的原因是分子的热运动，故A错误；

B．表面张力使液体表面积收缩到最小的趋势，故B正确；

C．第二类永动机是不可能造成的，因为能量的转化和转移具有方向性，并没有违反能量守恒，故C错误；

D．如果没有漏气、摩擦、机体的热量损失，热机的机械效率也不可能达到100%，故D错误。

故选B。

7．A

【详解】

A．由热力学第二定律可知，热量能够自发地从高温物体传到低温物体，热量可以从低温物体传向高温物体，但要引起其它变化，故A正确；

B．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，故B错误；

C．根据热力学第二定律可知，能源的使用过程能量的总量守恒，但可利用能源会逐步减少，因此节约能源是我们每个人的责任，故C错误；

D．物体与外界进行热交换，其内能不一定发生变化，由热力学第一定律

可知还要看外界对物体做功情况，故D错误。

故选A。

8．D

【详解】

A．花粉颗粒在液体中的布朗运动，是由于液体分子无规则热运动对花粉颗粒的撞击不平衡引起的，故A错误；

B．冰箱在制冷过程中，需要消耗额外的能量才能将热量从温度低的物体传到温度高的物体，冰箱工作时遵守热力学第二定律，故B错误；

C．气体对容器壁的压强是由于气体分子的无规则热运动对容器壁的连续撞击产生的，所以在完全失重的状态下，密闭容器中的气体对容器壁的压强不为零，故C错误；

D．根据

可知，在绝热过程中，外界对一定质量的理想气体做功，气体的内能必然增加，故D正确。

故选D。

9．D

【详解】

A．花粉颗粒在液体中的布朗运动，是由于液体分子无规则热运动对花粉颗粒的撞击不平衡引起的，故A错误；

B．冰箱在制冷过程中，需要消耗额外的能量才能将热量从温度低的物体传到温度高的物体，冰箱工作时遵守热力学第二定律，故B错误；

C．气体对容器壁的压强是由于气体分子的无规则热运动对容器壁的连续撞击产生的，所以在完全失重的状态下，密闭容器中的气体对容器壁的压强不为零，故C错误；

D．根据

可知，在绝热过程中，外界对一定质量的理想气体做功，气体的内能必然增加，故D正确。

故选D。

10．B

【详解】

A．扩散现象的原因是分子的热运动，故A错误；

B．表面张力使液体表面积收缩到最小的趋势，故B正确；

C．第二类永动机是不可能造成的，因为能量的转化和转移具有方向性，并没有违反能量守恒，故C错误；

D．如果没有漏气、摩擦、机体的热量损失，热机的机械效率也不可能达到100%，故D错误。

故选B。

11．BCE

【解析】

【详解】

A．根据理想气体的状态方程：

一定质量的理想气体温度不断升高，分子的平均动能增加，若增大体积，其压强不一定增加，故A错误；

B．露珠呈球形是其表面张力作用的结果，故B正确；

C．一定量的理想气体，若压强不变而内能增加，温度升高，则体积变大，气体对外做功，根据

∆E=W+Q

可知，则气体吸热，故C正确；

D．晶体熔化时要不断吸收热量，但是温度不变，则分子平均动能不变，故D错误；

E．根据热力学第二定律可知，热机的效率总小于100%，故E正确。

故选BCE。

12．ABC

【详解】

A．温度是分子热运动的平均动能的标志，并非分子动能的标志，A正确；

B．液体的表面张力使液体具有收缩的趋势，B正确；

C．橡胶无固定的熔点，是非晶体，C正确；

D．根据热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响，第二类永动机是不可能制成的，热机的效率不可能是100%，D错误；

E．气体很容易充满整个容器，是分子热运动的表现，E错误。

故选ABC。

13．AD

【详解】

氟利昂是一种既容易汽化又容易液化的物质；工作时电动压缩机使氟利昂蒸气压缩而液化，压入冰箱外的冷凝器管里将热量放出；冷凝器里的液态氟利昂，经过一段很细的毛细管进入冰箱内冷冻室的管子里，在这里迅速汽化，内能减小，从冰箱的内部吸收热量，使冰箱内部的温度降低。

故选AD。

14．将内能转化为机械能    热机的效率   

【解析】

【详解】

热机是一种将内能转化为机械能的装置．

热机做的功和它从高温热源吸收的热量的比值叫做热机的效率．

15．  液化  汽化  BD

【解析】（1）在室内，制冷剂由液态变成气态，叫做汽化，汽化吸热；在室外又由气态变成液态叫液化，液化放热．故填汽化（蒸发）、液化．

（2）变频空调的压缩机是连续工作的，故A错误；由图示可知，空调机制冷时，图中钢管A内流动的是气态“冷媒”，故B正确；空调压缩机是利用做功的方法使“冷媒”发生物态变化的，故C错误；变频器供电频率越高，空调机的制冷能力越强，故D正确。所以选BD。

16．       

【详解】

[1]．这台冰箱连续工作10min，箱内内能的改变量为

[2]．这台冰箱连续工作10min，箱外内能的改变量为

17．不违背    气体对外做功   

【详解】

[1]热力学第二定律的克劳修斯表述为热量不能自发地从低温物体传到高温物体，电冰箱依靠压缩机实现了将热量从低温物体转移到高温物体，不违背热力学第二定律。

[2]制冷剂在蒸发器中由液态变成气态的过程中，体积膨胀，对外做功。

18．（1）2.7min；（2）1000W，3.07×105J；（3）空调器在工作过程中，压缩机通过使工作物质不断发生液化和汽化，将室内的热量搬至室外，因此压缩机消耗的功率可以小于制冷功率

【详解】

（1）室内空气体积

V=15m2×2.6m=39m3

空调需要制热空气的质量

m=ρV=1.29kg/m3×39m3=50.31kg

空调需要放出的热量

Q放=c空气m△t=1．0×103×50.31×（20﹣10）J=5.03×105J

由可得，将室内温度从10℃调升至20℃，需要的时间

（2）散热功率为

空调器总共消耗的电能

W=Pt′=（500W+780W）×4×60s=3.07×105J

（3）空调器在工作过程中，压缩机通过使工作物质不断发生液化和汽化，将室内的热量搬至室外，因此压缩机消耗的功率可以小于制冷功率。

19．（1）35%；（2） ；（3）0.34亿吨；（4）见解析

【详解】

(1)有题意可知1kW·h=3.6×106J；该发动机的效率最高为

(2)根据题意可知

每秒钟的做功冲程数为

设做功冲程中的平均压强为p，则有用功率P为

代入数据可得

(3)已知，，亿吨。因为安装“增压器”前后有用功是相同的，所以有

可得

亿吨

(4)安装“增压器”后，仅节约柴油一项每年可为国家节约的资金为

0.34亿吨×3750元/吨＝1275亿元

由此可以看出，如果这项技术能得到广泛的应用，会给人类带来巨大的利益。但是，任何新技术在实际中的应用会受到各方面条件的影响和制约。应该说，节约和有效利用能源始终是人类需要努力的。

20．热空气比冷空气密度小，总是向上流动，如果挡风板向上就会把热空气吹向房间的上方，冷空气在下方．人感觉很冷；如果挡风板向下就会把热空气吹向下方，由于热空气向上流动，就会产生对流，使房间上下温度一样

【解析】热空气比冷空气密度小，总是向上流动，如果挡风板向上就会把热空气吹向房间的上方，冷空气在下方．人感觉很冷；如果挡风板向下就会把热空气吹向下方，由于热空气向上流动，就会产生对流，使房间上下温度一样。

21．39.6%

【详解】

发动机每小时做的功

完全燃烧14kg柴油放出的能量

有用功的能量

所以

发动机的效率是39.6%。