高中物理热学试题及答案
高中物理竞赛十年复赛真题-热学(含答案)
十年真题－热学（复赛）1．（34届复赛7）如气体压强-体积图所示，摩尔数为ν的双原子理想气体构成的系统经历一正循环过程（正循环指沿图中箭头所示的循环），其中自A 到B 为直线过程，自B到A 为等温过程．双原子理想气体的定容摩尔热容为52R ，R 为气体常量． （1）求直线AB 过程中的最高温度； （2）求直线AB 过程中气体的摩尔热容量随气体体积变化的关系式，说明气体在直线AB 过程各段体积范围内是吸热过程还是放热过程，确定吸热和放热过程发生转变时的温度T c ； （3）求整个直线AB 过程中所吸收的净热量和一个正循环过程中气体对外所作的净功． 解析：（1）直线AB 过程中任一平衡态气体的压强p 和体积V 满足方程p －p 0p 0－p 02＝V －V 02V 02－V 0 此即 p ＝32p 0－p 0V 0V ① 根据理想气体状态方程有：pV ＝νRT ② 由①②式得： T ＝1νR ⎝⎛⎭⎫－p 0V 0V 2＋32p 0V ＝－p 0νR ⎝⎛⎭⎫V －34V 02＋9p 0V 016νR③ 由③式知，当V ＝34V 0时， ④ 气体达到直线AB 过程中的最高温度为：T max ＝9p 0V 016νR⑤ （2）由直线AB 过程的摩尔热容C m 的定义有：dQ ＝νC m dT ⑥ 由热力学第一定律有： dU ＝dQ －pdV ⑦由理想气体内能公式和题给数据有：dU ＝νC V dT ＝ν52RdT ⑧ 由①⑥⑦⑧式得：C m ＝C V ＋p ν dV dT ＝52R ＋⎝⎛⎭⎫32p 0－p 0V 0V 1ν dV dT ⑨ 由③式两边微分得：dV dT ＝2νRV 0p 0(3V 0－4V )⑩ 由⑩式带入⑨式得：C m ＝21V 0－24V 3V 0－4V R 2⑪ 由⑥⑩⑪式得，直线AB 过程中，在V 从V 02增大到3V 04的过程中，C m ＞0，dV dT ＞0，故dQ dV＞0，吸热 ⑫ 在V 从3V 04增大到21V 024的过程中，C m ＜0，dV dT ＜0，故dQ dV＞0，吸热 ⑬ 在V 从21V 024增大到V 0的过程中，C m ＞0，dV dT ＜0，故dQ dV＜0，放热 ⑭由⑫⑬⑭式可知，系统从吸热到放热转折点发生在V ＝V c ＝21V 024处 由③式和上式得：T c ＝1νR ⎝⎛⎭⎫－p 0V 0V 2＋32p 0V ＝35p 0V 064νR⑮ （3）对于直线AB 过程，由⑥⑩式得：dQ ＝νC m dT dV dV ＝21V 0－24V 4V 0p 0dV ＝⎝⎛⎭⎫214－6V V 0p 0dV ⑯ 将上式两边对直线过程积分得，整个直线AB 过程中所吸收的净热量为：Q 直线=⎠⎛V 0/2V 0⎝⎛⎭⎫214－6V V 0p 0dV ＝p 0⎝⎛⎭⎫21V 4－3V 2V 0⎪⎪V 0V 02＝38p 0V 0 ⑰ 直线AB 过程中气体对外所做的功为：W 直线＝12⎝⎛⎭⎫p 0＋p 02⎝⎛⎭⎫V 0－V 02＝38p 0V 0 ⑱ 等温过程中气体对外所做的功为：W 等温＝⎠⎛V 0V 0/2pdV ＝⎠⎛V 0V 0/2p 0V 02dV V ＝－p 0V 02ln2 ⑲ 一个正循环过程中气体对外所做的净功为：W ＝W 直线＋W 等温＝⎝⎛⎭⎫38－ln22p 0V 0 ⑳ 参考评分：第（1）问10分，①②式各3分，④⑤式各2分；第（2）问20分，⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮式各2分；第（3）问10分，⑯⑰⑱⑲⑳式各2分．2．（33届复赛2）秋天清晨，气温为4.0℃，一加水员到实验园区给一内径为2.00m 、高为2.00m 的圆柱形不锈钢蒸馏水罐加水．罐体导热良好．罐外有一内径为4.00cm 的透明圆柱形观察柱，底部与罐相连（连接处很短），与大气相通，如图所示．加完水后，加水员在水面上覆盖一层轻质防蒸发膜（不溶于水，与罐壁无摩擦），闭了罐顶的加水口．此时加水 员通过观察柱上的刻度看到罐内水高为1.00m ．（1）从清晨到中午，气温缓慢升至24.0℃，问此时观察柱内水位为多少？假设中间无人用水，水的蒸发及罐和观察柱体积随温度的变化可忽略．（2）从密闭水罐后至中午，罐内空气对外做的功和吸收的热量分别为多少？求这个过程中罐内空气的热容量．已知罐外气压始终为标准大气压p 0＝1.01×105pa ，水在4.0℃时的密度为ρ0=1.00×103kg·m -3，水在温度变化过程中的平均体积膨胀系数为3.03×10-4K -1，重力加速度大小为g ＝9.80m/s 2，绝对零度为－273.15℃.解析：（1）清晨加完水封闭后，罐内空气的状态方程为p 0V 0＝nRT 0 ① 至中午时由于气温升高，罐内空气压强增大，设此时罐内空气的压强、体积和温度分别为p 1、V 1、T 1，相应的状态方程为：p 1V 1＝nRT 1 ②此时观察柱和罐内水位之差为：Δh ＝V 1－V 0S 1＋V 1－V 0S 2＋κ(T 1－T 0)(S 1＋S 2)l 0S 2③ 式中右端第三项是由原罐内和观察柱内水的膨胀引起的贡献，l 0＝1.00m 为早上加水后观察柱内水面的高度，S 1＝πm 2，S 2＝4π×10－4m 2分别为罐、观察柱的横截面积．由力平衡条件有：p 1＝p 0＋ρ1g Δh 1 ④式中ρ1＝ρ01＋κ(T 1－T 0)是水在温度为T 1时的密度． ⑤联立①②③④⑤式得：ρ1gS ′(Δh )2＋(p 0S 1＋λρ1gV 0)－⎝⎛⎭⎫T 1T 0－λp 0V 0＝0 ⑥ 式中S ′＝S 1S 2S 1＋S 2，λ＝1－κ(T 1－T 0) ⑦ 解⑥得：Δh ＝－(p 0S 1＋λρ1gV 0)＋(p 0S 1＋λρ1gV 0)2＋4ρ1gS ′p 0V 0⎝⎛⎭⎫T 1T 0－λ2ρ1gS ′＝0.812m ⑧另一解不合题意，舍去．由③⑤⑦⑧式和题给数据得：V 1－V 0＝S ′Δh －κ(T 1－T 0)S 1l 0＝－0.0180m 3由上式和题给数据得，中午观察柱内水位为：l 1＝Δh －V 1－V 0S 1＋l 0＝1.82m ⑨ （2）先求罐内空气从清晨至中午对外所做的功．解法（一）早上罐内空气压强p 0＝1.01×105pa ，中午观察柱内水位相对于此时罐内水位升高Δh ，罐内空气压强升高了Δp ＝ρ1g Δh ＝7.91×103pa ⑩因Δp <<p 0，认为在准静态升温过程中罐内平均压强p －＝p 0＋12Δp ＝11.05×105pa ⑪ 罐内空气体积缩小了ΔV ＝0.0180m 3 ⑫可见ΔV V <<1，这说明⑪式是合理的．罐内空气对外做功W ＝p －ΔV ＝－1.9×103J ⑬ 解法（二）缓慢升温是一个准静态过程，在封闭水罐后至中午之间的任意时刻，设罐内空气都处于热平衡状态，设其体积、温度和压强分别为V 、T 和p ．水温为T 时水的密度为ρ＝ρ01＋κ(T －T 0) ⑩ 将②③④式中的V 1、T 1和p 1换为V 、T 和p ，利用⑩式得罐内空气在温度为T 时的状态方程为：p ＝p 0＋ρg S ′[V 1－V 0＋κ(T 1－T 0)S 1l 0]＝p 0＋ρgS 1l 0S ′ V 1－V 0S 1l 0＋κ(T 1－T 0)1＋κ(T 1－T 0) ⑪ 由题设数据和前门计算结果可知，κ(T －T 0)＜κ(T 1－T 0)＝0.0060V －V 0S 1l 0＜V 1－V 0S 1l 0＝0.0057这说⑪式右端分子中与T 有关的项不可略去，而右端分母中与T 有关的项可略去．于是⑪式：p ＝p 0＋ρg S ′[V 1－V 0＋κ(T 1－T 0)S 1l 0]＝p 0＋ρgS 1l 0S ′⎣⎡⎦⎤V 1－V 0S 1l 0＋κ(T 1－T 0) 利用状态方程，上式可改写成p ＝p 0－ρg S ′(V 0＋κT 0S 1l 0)＋nR κS 1l 01－κρ0gl 0nR S 1S ′V－nR κS 1l 0 ⑫ 从封闭水罐后至中午，罐内空气对外界做的功为W ＝⎠⎛V 0V 1pdV＝⎠⎜⎛V 0V 1⎝ ⎛⎭⎪⎫p 0－ρg S ′(V 0＋κT 0S 1l 0)＋nRκS 1l 01－κρ0gl 0nR S 1S ′V －nR κS 1l 0dV ＝－nR κS 1l 0⎩⎨⎧⎭⎬⎫(V 1－V 0)－S ′ρ0g ⎣⎡⎦⎤p 0－ρ0g S ′(V 0＋κT 0S 1l 0)＋nR κS 1l 0ln 1－κρ0gl 0nR S 1S ′V 11－κρ0gl 0nR S 1S ′V 0 ⑬ ＝－1.9×103J解法（三）缓慢升温是一个准静态过程，在封闭水罐后至中午的任意时刻，罐内空气都处于热平衡状态，设其体积、温度和压强分别为V 、T 和p ．水在温度为T 时的密度为ρ＝ρ01＋κ(T －T 0) ⑩ 将②③④式中的V 1、T 1和p 1换为V 、T 和p ，利用⑩式得罐内空气在温度为T 时的状态方程为p ＝p 0＋ρg S ′[V －V 0＋κ(T 1－T 0)S 1l 0]＝p 0＋ρ0g S ′ V －V 0＋κ(T －T 0)S 1l 01＋κ(T －T 0) ＝p 0＋ρ0g S ′S 1l 0＋ρ0g S ′ V －V 0－S 1l 01＋κ(T －T 0) ≈p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －V 0－S 1l 0)[1－κ(T －T 0)]＝p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′⎣⎡⎦⎤(V －V 0－S 1l 0)(1＋κT 0)－κnR PV (V －V 0－S 1l 0) ⑪ ≈p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －V 0－S 1l 0)(1＋κT 0)＋ρ0g S ′ κS 1l 0nR PV＝p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －2V 0)(1＋κT 0)＋ρ0g S ′ κV 0nR PV＝p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －2V 0)(1＋κT 0)＋ρ0g S ′ κT 0p 0PV 式中应用了κ(T －T 0)＜κ(T 1－T 0)＝0.0060，V －V 0S 1l 0＜V 1－V 0S 1l 0＝0.0057 ⑪式可改写成p ＝p 0＋ρ0gS 1l 0S ′＋ρ0g S ′(V －2V 0)(1＋κT 0)1－ρ0g S ′ κT 0p 0V ＝－(1＋κT 0)p 0κT 0＋1＋2κT 02κT 0p 0－ρ0gV 0S ′(1+2κT 0)1－ρ0g S ′ κT 0p 0V ⑫ 从封闭水罐后至中午，罐内空气对外界做的功为W ＝⎠⎛V 0V 1pdV ＝⎠⎜⎛V 0V 1⎣⎢⎡⎦⎥⎤－1＋2κT 02κT 0p 0－ρ0gV 0S ′(1+2κT 0)1－ρ0g S ′ κT 0p 0V dV＝－(1＋κT 0)p 0κT 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤V －V 0＋⎝⎛⎭⎫S ′p 0ρ0gκT 0－V 0ln S ′p 0－ρ0gκT 0V 1S ′p 0－ρ0gκT 0V 0 ⑬ ＝－1.9×103J现计算罐内空气的内能变化．由能量均分定理知，罐内空气中午相对于清晨的内能改变为：ΔU ＝52nR (T 1－T 0)＝52 p 0V 0T 0(T 1－T 0)＝5.72×104J ⑭ 式中5是常温下空气分子的自由度．由热力学第一定律得罐内空气的吸热为：ΔQ ＝W ＋ΔU ＝5.54×104J ⑮从封闭水罐后至中午，罐内空气在这个过程中的热容量为：C ＝ΔQ T 1－T 0＝2.77×103J/K ⑯ 参考评分：第（1）问10分，①②③④⑤⑥⑦⑧式各1分，⑨式2分；第（2）问10分，⑩⑪⑫式各1分，⑬⑭⑮式各2分，⑯式1分．3．（32届复赛7）如图，1mol 单原子理想气体构成的系统分别经历循环过程abcda 和abc ′a ．已知理想气体在任一缓慢变化过程中，压强p 和体积V 满足函数关系p ＝f (V )．（1）试证明：理想气体在任一缓慢变化过程的摩尔热容可表示为C π＝C V ＋pR p +V dp dV，式中，C V 和R 分别为定容摩尔热容和理想气体常数；（2）计算系统经bc ′直线变化过程中的摩尔热容；（3）分别计算系统经bc ′直线过程中升降温的转折点在p-V 图中的坐标A 和吸放热的转折点在p-V 图中的坐标B ；（4）定量比较系统在两种循环过程的循环效率．解析：（1）根据热力学第一定律有：dU ＝δQ ＋δW ① 这里对于1mol 理想气体经历的任一缓慢变化过程中，δQ 、δW 和dU 可分别表示为δQ ＝C πdT 、δW ＝－pdV 、dU ＝C V dT ②将理想气体状态方程pV ＝RT 两边求导得p dV dT ＋V dp dV dV dT＝R ③ 式中利用了dp dT ＝dp dV dV dT ，根据③式有：dV dT ＝R p ＋V dp dV④ 联立①②③④式得：C π＝C V ＋pR p +V dp dV⑤ （2）设bc ′过程方程为p ＝α－βV ⑥根据C π＝C V ＋pR p +V dp dV 可得该直线过程的摩尔热容为：C π＝C V ＋α－βV α－2βV )R ⑦ 式中C V ＝32R 是单原子理想气体的定容摩尔热容． 对bc ′过程的初态(3p 1,V 1)和终态(p 1,5V 1)有：3p 1＝α－βV 1、p 1＝α－5βV 1 ⑧由⑧式得：α＝72p 1、β＝p 12V 1⑨ 由⑥⑦⑧⑨式得：C π＝8V －35V 14V －14V 1R ⑩ （3）根据过程热容的定义有：C π＝ΔQ ΔT⑪ 式中，ΔQ 是气体在此直线过程中，温度升高ΔT 时从外界吸收的热量．由⑩⑪式得：ΔT ＝4V －14V 18V －35V 1R ΔQ ⑫ ΔQ ＝8V －35V 14V －14V 1ΔT R ⑬ 由⑫式可知，bc ′过程中的升降温的转折点A 在p -V 图上的坐标为A (72V 1,74p 1) ⑭ 由⑩式可知，bc ′过程中的吸放热的转折点B 在p -V 图上的坐标为B (358V 1,2116p 1) ⑮ （4）对于abcda 循环过程，ab 和bc 过程吸热，cd 和da 过程放热Q ab ＝nC V (T b －T a )＝1.5(RT b －RT a )＝3p 1V 1Q bc ＝nC p (T c －T b )＝2.5(RT c －RT b )＝15p 1V 1 ⑯式中已知n ＝1mol ，单原子理想气体定容摩尔热容C V ＝32R ，定压摩尔热容C V ＝52R 气体在abcda 循环过程中的效率可表示为循环过程中对外做的功处以总吸热，即ηabcda ＝W abcda Q ab ＋Q bc ＝4p 1V 118p 1V 1＝0.22 ⑰ 对于abc ′a 循环过程，ab 和bB 过程吸热，Bc ′和c ′a 过程放热．由热力学第一定律可得bB 过程吸热为：Q bc′＝ΔU bB －W bB ＝nC V (T B －T b )＋12(p B ＋3p 1)(V B －V 1)＝11.39p 1V 1 ⑱ 所以循环过程abc ′a 的效率为ηabc′a ＝W abc′a Q ab ＋Q bc′＝4p 1V 114.39p 1V 1＝0.278 ⑲ 由⑰⑲式可知，ηabc′a ＞ηabcda ⑳ 参考评分：第（1）问5分，①②③④⑤式各1分；第（2）问5分，⑥⑦⑧⑨⑩式各1分；第（3）问7分，⑪式1分，⑫⑬式各2分，⑭⑮式各1分；第（4）问5分，⑯⑰⑱⑲⑳式各1分．4．（31届复赛2）一种测量理想气体的摩尔热容比γ＝C p /C V 的方法（Clement-Desormes 方法）如图所示：大瓶G 内装满某种理想气体，瓶盖上通有一个灌气（放气）开关H ，另接出一根U 形管作为压强计M ．瓶内外的压强差通过U 形管右、左两管液面的高度差来确定．初始时，瓶内外的温度相等，瓶内气体的压强比外面的大气压强稍高，记录此时U 形管液面的高度差h i ．然后打开H ，放出少量气体，当瓶内外压强相等时，即刻关闭H ．等待瓶内外温度又相等时，记录此时U 形管液面的高度差h f ．试由这两次记录的实验数据h i 和h f ，导出瓶内气体的摩尔热容比γ的表达式．（提示：放气过程时间很短，可视为无热量交换；且U 形管很细，可忽略由高差变化引起的瓶内气体在状态变化前后的体积变化）→解析：解法（一）瓶内理想气体经历如下两个气体过程：(p i ,V 0,T 0,N i )——――——→放气(绝热膨胀)(p 0,V 0,T ,N f )—―——→等容升温(p f ,V 0,T 0,N f )其中，(p i ,V 0,T 0,N i )、(p 0,V 0,T ,N f )、(p f ,V 0,T 0,N f )分别是瓶内气体在初态、中间态与末态的压强、体积、温度和摩尔数．根据理想气体方程pV ＝NkT ，考虑到由于气体初、末态的体积和温度相等，有p f p i ＝N f N i① 另一方面，设V ′是初态气体在保持其摩尔数不变的条件下绝热膨胀到压强为p 0时的体积，即：(p i ,V 0,T ,N i )—―——→绝热膨胀(p 0,V ′,T 0,N i )此绝热过程满足V 0V ′＝⎝⎛⎭⎫p 0p i 1γ ② 由状态方程有p 0V ′＝N i kT 和p 0V 0＝N f kT ，所以N f N i ＝V 0V ′③ 联立①②③式得p f p i ＝⎝⎛⎭⎫p 0p i 1γ ④ 此即γ＝ln p i p 0ln p i p f⑤ 由力学平衡条件有p i ＝p 0＋ρgh i ⑥ p f ＝p 0＋ρgh f ⑦ 式中，p 0＋ρgh 0为瓶外的大气压强，ρ是U 形管中液体的密度，g 是重力加速度的大小．由⑤⑥⑦式得γ＝ln ⎝⎛⎭⎫1＋h i h 0ln ⎝⎛⎭⎫1＋h i h 0－ln ⎝⎛⎭⎫1＋h f h 0 ⑧ 利用近似关系式：当x <<1，ln(1＋x )≈x ，以及h i h 0<<1，h f h 0<<1有 γ＝h ih 0h i h 0－h f h 0＝h i h i －h f ⑨ 参考评分：本题16分．①②③⑤⑥⑦⑧⑨式各2分．解法（二）若仅考虑留在容器内的气体：它首先经历了一个绝热膨胀过程ab ，再通过等容升温过程bc 达到末态(p i ,V 1,T 0)绝热膨胀ab ——————→(p 0,V 0,T )等容升温bc —————→(p f ,V 0,T 0) 其中，(p i ,V 1,T 0)、(p 0,V 0,T )、和(p f ,V 0,T 0)分别是留在瓶内的气体在初态、中间态和末态的压强、体积与温度．留在瓶内的气体先后满足绝热方程和等容过程方程ab ：p 1γ－1T 0γ＝p 0γ－1T γ ①bc ：p 0T ＝p f T 0② 由①②式得： p f p i ＝⎝⎛⎭⎫p 0p i 1γ ③此即γ＝ln p i p 0ln p i p f ④ 由力学平衡条件有p i ＝p 0＋ρgh i ⑤ p f ＝p 0＋ρgh f ⑥ 式中，p 0＋ρgh 0为瓶外的大气压强，ρ是U 形管中液体的密度，g 是重力加速度的大小．由④⑤⑥式得ln ⎝⎛⎭⎫1＋h i h 0ln ⎝⎛⎭⎫1＋h i h 0－ln ⎝⎛⎭⎫1＋h f h 0 ⑦ 利用近似关系式：当x <<1，ln(1＋x )≈x ，以及h i h 0<<1，h f h 0<<1有 γ＝h ih 0h i h 0－h f h 0＝h i h i －h f ⑧ 参考评分：本题16分．①②式各3分，④⑤⑥⑦⑧式各2分．5．（30届复赛6）温度开关用厚度均为0.20mm 的钢片和青铜片作感温元件；在温度为20℃时，将它们紧贴，两端焊接在一起，成为等长的平直双金属片．若钢和青铜的线膨胀系数分别为 1.0×10-5/度和2.0×10-5/度．当温度升高到120℃时，双金属片将自动弯成圆弧形，如图所示．试求双金属片弯曲的曲率半径．(忽略加热时金属片厚度的变化．)解析：设弯成的圆弧半径为r ，金属片原长为l ，圆弧所对的圆心角为φ，钢和青铜的线膨胀系数分别为α1和α2，钢片和青铜片温度由T 1＝20℃升高到T 2＝120℃时的伸长量分别为Δl 1和Δl 2. 对于钢片 (r －d 2)φ＝l ＋Δl 1 ① Δl 1＝lα1(T 2－T 1) ②式中，d ＝0.20mm ．对于青铜片(r ＋d 2)φ＝l ＋Δl 2 ③ Δl 2＝lα2(T 2－T 1) ④联立以上各式得r ＝2＋(α1＋α2)(T 2－T 1)2(α2－α1)(T 2－T 1)d ＝2.0×102mm ⑤ 参考评分：本题15分．①式3分，②式3分，③式3分，④式3分，⑤式3分． 6．（29届复赛6）如图所示，刚性绝热容器A 和B 水平放置，一根带有绝热阀门和多孔塞的绝热刚性细短管把容器A 、B 相互连通．初始时阀门是关闭的，A 内装有某种理想气体，温度为T 1；B 内为真空．现将阀门打开，气体缓慢通过多孔塞后进入容器B 中．当容器A 中气体的压强降到与初始时A 中气体压强之比为α时，重新关闭阀门．设最后留在容器A 内的那部分气体与进入容器B 中的气体之间始终无热量交换，求容器B 中气体质量与气体总质量之比．已知：1mol 理想气体的内能为u ＝CT ，其中C 是已知常量，T 为绝对温度；一定质量的理想气体经历缓慢的绝热过程时，其压强p 与体积V 满足过程方程常量=+CR C pV ，其中R 为普适气体常量．重力影响和连接管体积均忽略不计．解析：设重新关闭阀门后容器A 中气体的摩尔数为n 1，B 中气体的摩尔数为n 2，则气体总摩尔数为n ＝n 1＋n 2 ① 把两容器中的气体作为整体考虑，设重新关闭阀门后容器A 中气体温度为T 1′，B 中气体温度为T 2，重新关闭阀门之后与打开阀门之前气体内能的变化可表示为 ΔU ＝n 1C (T 1′－T 1)＋n 2C (T 2－T 1) ② 由于容器是刚性绝热的，按热力学第一定律有ΔU ＝0 ③ 令V 1表示容器A 的体积, 初始时A 中气体的压强为p 1，关闭阀门后A 中气体压强为αp 1，由理想气体状态方程可知n ＝p 1V 1RT 1 ④n 1＝(αp 1)V 1RT 1′ ⑤ 由以上各式可解得：T 2＝(1－α)T 1T 1′T 1′－αT 1由于进入容器B 中的气体与仍留在容器A 中的气体之间没有热量交换，因而在阀门打开到重新关闭的过程中留在容器A 中的那部分气体经历了一个绝热过程，设这部分气体初始时体积为V 10 (压强为p 1时)，则有 p 1V 10C ＋RC ＝(αp 1)V 1C ＋R C ⑥ 利用状态方程可得p 1V 10T 1＝(αp 1)V 1T 1′⑦ 由①②③④⑤⑥⑦式得，阀门重新关闭后容器B 中气体质量与气体总质量之比n 2n ＝2－αR C ＋R －αCC ＋R2―α―αR C ＋R⑧ 参考评分：本题15分．①式1分，②式3分，③式2分，④⑤式各1分，⑥式3分，⑦式1分，⑧式3分．7．（28届复赛6）如图所示为圆柱形气缸，气缸壁绝热，气缸的右端有一小孔与大气相通，大气的压强为P 0．用一热容量可忽略的导热隔板N 和一绝热活塞M 将气缸分为A 、B 、C 三室，隔板与气缸固连，活塞相对气缸可以无摩擦地移动但不漏气．气缸的左端A 室中有一电加热器Ω．已知在A 、B 室中均盛有1摩尔同种理想气体，电加热器加热前，系统处于平衡状态，A 、B 两室中气体的温度均为T 0，A 、B 、C 三室的体积均为V 0．现通过电加热器对A 室中气体缓慢加热，若提供的总热量为Q 0，试求B 室中气体的末态体积和A 室中气体的末态温度．（设A 、B 两室中气体1摩尔的内能为U ＝52RT ，式中R 为普适气体常量，T 为绝对温度）在电加热器对A 室中气体加热的过程中，由于隔板N 是导热的，B 室中气体的温度要升高，活塞M 将向右移动.当加热停止时，活塞M 有可能刚移到气缸最右端，亦可能尚未移到气缸最右端. 当然亦可能活塞已移到气缸最右端但加热过程尚未停止．解析：（1）设加热恰好能使活塞M 移到气缸的最右端，则B 室气体末态的体积 V B ＝2V 0 ① 根据题意，活塞M 向右移动过程中，B 中气体压强不变，用T B 表示B 室中气体末态的温度，有V 0T 0＝V B T B② 由①②式得 T B ＝2T 0 ③Ω A B C由于隔板N 是导热的，故A 室中气体末态的温度 T A ＝2T 0 ④ 下面计算此过程中的热量Q m ．在加热过程中，A 室中气体经历的是等容过程，根据热力学第一定律，气体吸收的热量等于其内能的增加量，即Q A ＝52R (T A －T 0) ⑤ 由④⑤两式得 Q A ＝52RT 0 ⑥ B 室中气体经历的是等压过程，在过程中B 室气体对外做功为W B ＝p 0(V B －V 0) ⑦ 由①⑦式及理想气体状态方程得W B ＝RT 0 ⑧内能改变为ΔU B ＝52R (T B －T 0) ⑨ 由④⑨两式得ΔU B ＝52RT 0 ⑩ 根据热力学第一定律和⑧⑩两式， B 室气体吸收的热量为Q B ＝ΔU B ＋W B ＝72RT 0 ⑪ 由⑥⑪两式可知电加热器提供的热量为Q m ＝Q A ＋Q B ＝6RT 0 ⑫ 若Q 0＝Q m ，B 室中气体末态体积为2V 0，A 室中气体的末态温度2T 0．（2）若Q 0＞Q m ，则当加热器供应的热量达到Q m 时，活塞刚好到达气缸最右端，但这时加热尚未停止，只是在以后的加热过程中气体的体积保持不变，故热量Q 0－Q m 是A 、B 中气体在等容升温过程中吸收的热量．由于等容过程中气体不做功，根据热力学第一定律，若A 室中气体末态的温度为T A ′，有Q 0－Q m ＝52R (T A ′－2T 0)＋52R (T A ′－2T 0) ⑬ 由⑫⑬两式可求得T A ′＝Q 05R ＋45T 0 ⑭ B 中气体的末态的体积V B ′＝2V 0 ⑮（3）若Q 0＜Q m ，则隔板尚未移到气缸最右端，加热停止，故B 室中气体末态的体积V B ″＜2V 0．设A 、B 两室中气体末态的温度为T A ″，根据热力学第一定律，注意到A 室中气体经历的是等容过程，其吸收的热量Q A ＝52R (T A ″－T 0) ⑯ B 室中气体经历的是等压过程，吸收热量Q B ＝52R (T A ″－T 0)＋p 0(V B ″－V 0) ⑰ 利用理想气体状态方程，上式变为Q B ＝72R (T A ″－T 0) ⑱ 由上可知Q 0＝Q A ＋Q B ＝6R (T A ″－T 0)T 0 ⑲所以A 室中气体的末态温度T A ″＝Q 06R＋T 0 ⑳ B 室中气体的末态体积V B ″＝V 0T 0T A ″＝⎝⎛⎭⎫Q 06RT 0＋1V 0 ○21 参考评分：本题20分．得到Q 0＝Q m 的条件下①④式各1分；⑫式6分，得到Q 0＞Q m 的条件下的⑭式4分，⑮式2分；得到Q 0＜Q m 的条件下的⑳式4分，○21式2分． 8．（27届复赛7）地球上的能量从源头上说来自太阳辐射到达地面的太阳辐射（假定不计大气对太阳辐射的吸收）一部分被地球表面反射到太空，其余部分被地球吸收．被吸收的部分最终转换成为地球热辐射（红外波段的电磁波）．热辐射在向外传播过程中，其中一部分会被温室气体反射回地面，地球以此方式保持了总能量平衡．作为一个简单的理想模型，假定地球表面的温度处处相同，且太阳和地球的辐射都遵从斯忒蕃一玻尔兹曼定律：单位面积的辐射功率J 与表面的热力学温度T 的四次方成正比，即J ＝σT 4，其中σ是一个常量．已知太阳表面温度T s ＝5.78×103K ，太阳半径R s ＝6.69×105km ，地球到太阳的平均距离d ＝1.50×108km ．假设温室气体在大气层中集中形成一个均匀的薄层，并设它对热辐射能量的反射率为ρ＝0.38．（1）如果地球表面对太阳辐射的平均反射率α＝0.30，试问考虑了温室气体对热辐射的反射作用后，地球表面的温度是多少？（2）如果地球表面一部分被冰雪覆盖，覆盖部分对太阳辐射的反射率为α1=0.85，其余部分的反射率处α2＝0.25．间冰雪被盖面占总面积多少时地球表面温度为273K ． 解析：（1）根据题意，太阳辐射的总功率P S ＝4πR 2S σT 4S ，太阳辐射各向同性的向外传播．设地球半径为r E ，可以认为地球所在处的太阳辐射是均匀的，故地球接收太阳辐射的总功率为：P I ＝σT 4S ⎝⎛⎭⎫R S d 2πr 2E ① 地球表面反射太阳辐射的总功率为αP I ．设地球表面的温度为T E ，则地球的热辐射总功率为：P E ＝4πr 2E σT 4E ② 考虑到温室气体向地球表面释放的热辐射，则输入地球表面的总功率为P I ＋βP E ．当达到热平衡时，输入的能量与输出的能量相等，有：P I ＋βP E ＝αP I ＋P E ③ 由以上各式得：T E ＝T S 22⎝ ⎛⎭⎪⎫1－α1－β14⎝⎛⎭⎫R S d 12 错误！未定义书签。
高中物理《热力学定律》练习题(附答案解析)
高中物理《热力学定律》练习题（附答案解析）学校:___________姓名：___________班级：___________一、单选题1．关于物体内能的变化，下列说法中正确的是（ ）A ．物体吸收了热量，它的内能可以减小B ．物体的机械能变化时，它的内能也一定随着变化C ．外界对物体做功，它的内能一定增加D ．物体既吸收热量，又对外界做功，它的内能一定不变2．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了4810J ⨯的功，气体的内能减少了51.210J ⨯，则下列各式中正确的是（ ）A ．454810J 1.210J 410J W U Q =⨯∆=⨯=⨯，，B ． 455810J 1.210J 210J W U Q =⨯∆=-⨯=-⨯，，C ． 454810J 1.210J 210J W U Q =-⨯∆=⨯=⨯，，D ． 454810J 1.210J 410J W U Q =-⨯∆=-⨯=-⨯，，3．关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是（ ）A ．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B ．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C ．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D ．由热力学第二定律可知从单一热源吸收热量，完全变成功是可能的4．关于固体、液体和气体，下列说法正确的是（ ）A ．晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体B ．把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，这是由于水表面存在表面张力的缘故C ．木船浮在水面上是由于表面张力D ．外界对物体做功，物体的内能一定增加5．下列说法正确的是（ ）A ．α射线、β射线和γ射线是三种波长不同的电磁波B ．根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中电子的电势能和动能之和不守恒C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先增大后减小D．只要对物体进行不断的冷却，就可以把物体的温度降为绝对零度6．关于能源，下列说法正确的是（）A．根据能量守恒定律，我们不需要节约能源B．化石能源、水能和风能都是不可再生的能源C．华龙一号（核电技术电站）工作时，它能把核能转化为电能D．能量的转化、转移没有方向性7．关于热现象，下列说法正确的是（）A．固体很难被压缩，是因为分子间存在斥力B．液体分子的无规则运动称为布朗运动C．气体吸热，其内能一定增加D．0°C水结成冰的过程中，其分子势能增加8．加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体（可视为理想气体）（）A．压强增大，内能减小B．压强减小，分子热运动的平均动能增大C．吸收热量，内能增大D．对外做功，分子热运动的平均动能减小二、多选题9．下列关于热力学第二定律的理解正确的是（）A．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的B．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性C．从微观的角度看，热力学第二定律表明一个孤立系统总是向无序度更大的方向发展D．没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机可以把燃料产生的内能全部转化为机械能10．一定质量的理想气体，其状态变化过程的p-V图像如图所示。
高中物理热学计算题以及答案
1. 问题：一个容积为V的容器中充满了1mol的气体，此时容器的温度为T1，请计算容器中气体的平均动能。
答案：平均动能=(3/2)nRT1，其中n为气体的物质的量，R为气体常数。
2. 一个容积为V的容器中装满了水，水的温度为t℃，水的重量为m，水的热容为c，此时将容器中的水加热，经过一段时间后，水的温度升高到T℃，请计算：
（1）水加热的总热量
Q=mc(T-t)
（2）水加热的平均热量
Qavg=Q/t
3..一元系统中，向容器中加入了$m$克汽油，汽油的温度为$T_1$，容器中的水的温度为$T_2$，汽油和水的比容为$V_1$和$V_2$，如果汽油和水的温度最终变为$T_3$，那么汽油的最终温度$T_4$为多少？
解：$T_4=\frac{mT_1V_1+T_2V_2}{mV_1+V_2}T_3$
4. 一定体积的气体在温度为273K，压强为100kPa时，改变温度到273K，压强到400kPa，求气体的体积。
解：由比容量关系可得：
V2/V1=P2/P1
V2=V1×P2/P1
V2=V1×400/100
V2=4V1
答案：V2=4V1。
【单元练】(必考题)高中物理选修3第三章【热力学定律】经典练习(答案解析)
一、选择题1．下列例子中，通过热传递改变物体内能的是（ ）A ．火炉将水壶中的水煮开B ．汽车紧急刹车时轮胎发热C ．压缩气体放气后温度降低D ．擦火柴，火柴就燃烧A解析：AA ．火炉将水壶中的水煮开，是通过热传递改变水内能，故A 正确；B ．汽车紧急刹车时轮胎发热是通过摩擦做功改变物体内能，故B 错误；C ．压缩气体放气后温度降低是通过气体对外做功使自身内能减小，故C 错误；D ．擦火柴，火柴就燃烧是通过摩擦做功使物体内能增大，故D 错误。
故选A 。
2．一定质量的理想气体（分子力不计），体积由V 1膨胀到V 2，如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W 1，传递热量的值为Q 1，内能变化为∆U 1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W 2，传递热量的值为Q 2，内能变化为∆U 2。
则（ ） A ．W 1>W 2，Q 1<Q 2，∆U 1> ∆U 2B ．W 1>W 2，Q 1>Q 2，∆U 1> ∆U 2C ．W 1<W 2，Q 1=Q 2，∆U 1< ∆U 2D ．W 1=W 2，Q 1>Q 2，∆U 1> ∆U 2B解析：B在p − V 图象作出等压过程和等温过程的变化图线，如图所示根据图象与坐标轴所围的面积表示功，可知12W W > 第一种情况，根据pV C T=（常数）可知，气体压强不变，体积增大，因此温度升高，∆U 1> 0，根据热力学第一定律有 111ΔU Q W =-则有11Q W >第二种情况等温过程，气体等温变化，∆U 2= 0，根据热力学第一定律有222ΔU Q W =-则有22Q W =由上可得12ΔΔU U >，12Q Q >故选B 。
3．下列说法正确的是A ．自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性B ．气体压强越大，气体分子的平均动能就越大C ．气体从外界吸收了热量，内能必定增加D ．在绝热过程中，外界对气体做功，气体的内能减少A解析：AA ．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故A 正确；B ．气体压强越大，温度不一定很高，所以气体分子的平均动能不一定越大，故B 错误； D ．气体从外界吸收了热量，但气体对外做功，根据U W Q ∆=+，则气体内能不一定增加，故C 错误；C ．在绝热过程中外界对气体做功，根据U W Q ∆=+得气体的内能必然增加，故D 错误；故选A ．4．下列改变物体内能的物理过程中，不属于对物体做功来改变物体内能的有（ ） A ．用锯子锯木料，锯条温度升高B ．阳光照射地面，地面温度升高C ．锤子敲击钉子，钉子变热D ．擦火柴时，火柴头燃烧起来B解析：B【解析】【分析】改变物体内能的方式有两种：做功与热传递；分析各种情景，确定改变内能的方式，然后答题．用锯子锯木料，需要克服摩擦阻力，属于做功的方式，阳光照射地面，是阳光热量传递给地面，属于热传递；用锤子敲击钉子，通过做功的方式使钉子的内能增加，钉子变热；擦火柴的过程有摩擦力做功，是通过做功方法改变物体内能的，故B 正确．5．有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度．他的办法是：关好房间的门窗然后打开冰箱的所有门让冰箱运转，且不考虑房间内外热量的传递，则开机后，室内的温度将( ) A ．逐渐有所升高B ．保持不变C ．开机时降低，停机时又升高D ．开机时升高，停机时降低A解析：A【解析】冰箱工作，会产生热量，即消耗电能，产生了内能，且房间与外界没有能量交换，所以房内温度会升高，A正确．6．一定质量的理想气体，从状态M开始，经状态N、Q回到原状态M，其p—V图像如图所示，其中QM平行于横轴，NQ平行于纵轴，M、N在同一等温线上。
46道高中物理33题热学热门大题整理大全
1\如图5所示，厚度和质量不计、横截面积为S＝10 cm2的绝热汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸内有一绝热的“T”形活塞固定在桌面上，活塞与汽缸封闭一定质量的理想气体，开始时，气体的温度为T0＝300 K，压强为p＝0.5×105 Pa，活塞与汽缸底的距离为h＝10 cm，活塞与汽缸可无摩擦滑动且不漏气，大气压强为p0＝1.0×105 Pa。
图5(1)求此时桌面对汽缸的作用力F N；(2)现通过电热丝将气体缓慢加热到T，此过程中气体吸收热量为Q＝7 J，内能增加了ΔU＝5 J，整个过程活塞都在汽缸内，求T的值。
解析(1)对汽缸受力分析，由平衡条件有F N＋pS＝p0S，解得F N＝(p0－p)S＝(1.0×105 Pa－0.5×105 Pa)×10×10－4 m2＝50 N。
(2)设温度升高至T时活塞距离汽缸底距离为H，则气体对外界做功W＝p0ΔV＝p0S(H－h)，由热力学第一定律得ΔU＝Q－W，解得H＝12 cm。
气体温度从T0升高到T的过程，由理想气体状态方程得pShT0＝p0SHT，解得T＝p0Hph T0＝105×0.120.5×105×0.10×300 K＝720 K。
答案(1)50 N(2)720 K(等压变化，W＝pΔV；只要温度发生变化，其内能就发生变化。
(4)结合热力学第一定律ΔU＝W＋Q求解问题。
2．如图8所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部高度h 1＝0.50 m ，气体的温度t 1＝27 ℃。
给汽缸缓慢加热至t 2＝207 ℃，活塞缓慢上升到距离汽缸底某一高度h 2处，此过程中缸内气体增加的内能ΔU ＝300 J ，已知大气压强p 0＝1.0×105 Pa ，活塞横截面积S ＝5.0×10－3 m 2。
高中物理：热力学第二定律同步精选练习(含解析)
同步精选练习热力学第二定律一夯实基础1.下列说法正确的是()A．热量不能从低温物体传到高温物体B．功可以完全变成热，热不能完全变成功C．改进热机的生产工艺，总有一天热机的效率可以达到100%D．气体向真空的自由膨胀是不可逆的答案D解析：在一定条件下热量可以从低温物体传到高温物体，A错；在一定条件下热可以全部变成功，B错；热机的效率在任何条件下都不可能达到100%，C错；一切宏观自然过程的进行都具有方向性，D正确。
2.根据热力学定律，下列判断正确的是()A．我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖B．利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的C．制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气，而不引起其他变化D．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行答案B解析：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，所以不能把散失的能量全部收集起来重新加以利用，A错；由热力学第二定律可知，B正确；热量从低温物体传给高温物体时一定会发生其他变化，C错；只满足能量守恒定律而不满足热力学第二定律的过程是不可能发生的，D错。
3.关于第二类永动机的说法，正确的是()A．第二类永动机不可能制成，因为违反了能量守恒定律B．第二类永动机不可能制成，因为机械能和内能的转化过程具有方向性C．第二类永动机不可能制成，因为同时违反了能量守恒定律和热力学第二定律D．第二类永动机不可能制成，因为没有足够精细的制作工艺【解析】第二类永动机是一种热机，它希望能够从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他任何变化，这种设想并不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律，只有B正确。
【答案】B4.关于热学现象和热学规律，下列说法中正确的是()A．将地球上所有海水的温度降低0.2 ℃，以放出大量的内能供人类使用B．布朗运动是液体分子的运动，它说明液体分子永不停息地做无规则的运动C．在热传递中，热量一定是从内能多的物体传向内能少的物体D．在热传递中，热量自发地从温度高的物体传到温度低的物体答案D解析自然界一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，A、C错误；布朗运动不是液体分子的运动，而是固体颗粒的运动，B错误。
高中物理经典题库-热学试题
五、热学试题集粹（15+5+9+20=49个）一、选择题（在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确）1．下列说法正确的是［］Ａ．温度是物体内能大小的标志Ｂ．布朗运动反映分子无规则的运动Ｃ．分子间距离减小时，分子势能一定增大Ｄ．分子势能最小时，分子间引力与斥力大小相等2．关于分子势能，下列说法正确的是［］Ａ．分子间表现为引力时，分子间距离越小，分子势能越大Ｂ．分子间表现为斥力时，分子间距离越小，分子势能越大Ｃ．物体在热胀冷缩时，分子势能发生变化Ｄ．物体在做自由落体运动时，分子势能越来越小3．关于分子力，下列说法中正确的是［］Ａ．碎玻璃不能拼合在一起，说明分子间斥力起作用Ｂ．将两块铅压紧以后能连成一块，说明分子间存在引力Ｃ．水和酒精混合后的体积小于原来体积之和，说明分子间存在的引力Ｄ．固体很难拉伸，也很难被压缩，说明分子间既有引力又有斥力4．下面关于分子间的相互作用力的说法正确的是［］Ａ．分子间的相互作用力是由组成分子的原子内部的带电粒子间的相互作用而引起的Ｂ．分子间的相互作用力是引力还是斥力跟分子间的距离有关，当分子间距离较大时分子间就只有相互吸引的作用，当分子间距离较小时就只有相互推斥的作用Ｃ．分子间的引力和斥力总是同时存在的Ｄ．温度越高，分子间的相互作用力就越大5．用ｒ表示两个分子间的距离，Ｅｐ表示两个分子间的相互作用势能．当ｒ＝ｒ０时两分子间的斥力等于引力．设两分子距离很远时Ｅｐ＝0 ［］Ａ．当ｒ＞ｒ０时，Ｅｐ随ｒ的增大而增加Ｂ．当ｒ＜ｒ０时，Ｅｐ随ｒ的减小而增加Ｃ．当ｒ＞ｒ０时，Ｅｐ不随ｒ而变Ｄ．当ｒ＝ｒ０时，Ｅｐ＝06．一定质量的理想气体，温度从0℃升高到ｔ℃时，压强变化如图2-1所示，在这一过程中气体体积变化情况是［］图2-1Ａ．不变Ｂ．增大Ｃ．减小Ｄ．无法确定7．将一定质量的理想气体压缩，一次是等温压缩，一次是等压压缩，一次是绝热压缩，那么［］Ａ．绝热压缩，气体的内能增加Ｂ．等压压缩，气体的内能增加Ｃ．绝热压缩和等温压缩，气体内能均不变Ｄ．三个过程气体内能均有变化8．如图2-2所示，0．5ｍｏｌ理想气体，从状态Ａ变化到状态Ｂ，则气体在状态Ｂ时的温度为［］图2-2Ａ．273ＫＢ．546ＫＣ．810ＫＤ．不知ＴＡ所以无法确定9．如图2-3是一定质量理想气体的ｐ-Ｖ图线，若其状态由ａ→ｂ→ｃ→ａ（ａｂ为等容过程，ｂｃ为等压过程，ｃａ为等温过程），则气体在ａ、ｂ、ｃ三个状态时［］图2-3Ａ．单位体积内气体分子数相等，即ｎａ＝ｎｂ＝ｎｃＢ．气体分子的平均速度ｖａ＞ｖｂ＞ｖｃＣ．气体分子在单位时间内对器壁单位面积碰撞次数Ｎａ＞Ｎｂ＞ＮｃＤ．气体分子在单位时间内对器壁单位面积作用的总冲量Ｉａ＞Ｉｂ＝Ｉｃ10．一定质量的理想气体的状态变化过程如图2-4所示，ＭＮ为一条直线，则气体从状态Ｍ到状态Ｎ的过程中［］图2-4Ａ．温度保持不变Ｂ．温度先升高，后又减小到初始温度Ｃ．整个过程中气体对外不做功，气体要吸热Ｄ．气体的密度在不断减小题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10答案BD BC BD C AB C A C CD BD11．一定质量的理想气体自状态Ａ经状态Ｂ变化到状态Ｃ，这一过程在Ｖ-Ｔ图中的表示如图2-5所示，则［］Ａ．在过程ＡＢ中，气体压强不断变大Ｂ．在过程ＢＣ中，气体密度不断变大Ｃ．在过程ＡＢ中，气体对外界做功Ｄ．在过程ＢＣ中，气体对外界放热12．如图2-6所示，一圆柱形容器上部圆筒较细，下部的圆筒较粗且足够长．容器的底是一可沿下圆筒无摩擦移动的活塞Ｓ，用细绳通过测力计Ｆ将活塞提着，容器中盛水．开始时，水面与上圆筒的开口处在同一水平面上（如图），在提着活塞的同时使活塞缓慢地下移．在这一过程中，测力计的读数［］图2-6Ａ．先变小，然后保持不变Ｂ．一直保持不变Ｃ．先变大，然后变小Ｄ．先变小，然后变大13．如图2-7所示，粗细均匀的Ｕ形管，左管封闭一段空气柱，两侧水银面的高度差为ｈ，Ｕ型管两管间的宽度为ｄ，且ｄ＜ｈ，现将Ｕ形管以Ｏ点为轴顺时针旋转90°至两个平行管水平，并保持Ｕ形管在竖直平面内，两管内水银柱的长度分别变为ｈ１′和ｈ２′．设温度不变，管的直径可忽略不计，则下列说法中正确的是［］图2-7Ａ．ｈ１增大，ｈ２减小Ｂ．ｈ１减小，ｈ２增大，静止时ｈ１′＝ｈ２′Ｃ．ｈ１减小，ｈ２增大，静止时ｈ１′＞ｈ２′Ｄ．ｈ１减小，ｈ２增大，静止时ｈ１′＜ｈ２′14．如图2-8所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立气缸的活塞，使气缸悬空而静止，设活塞与缸壁间无摩擦且可以在缸内自由移动，缸壁导热性能良好使缸内气体总能与外界大气温度相同，则下述结论中正确的是［］Ａ．若外界大气压增大，则弹簧将压缩一些Ｂ．若外界大气压增大，则气缸上底面距地面的高度将减小Ｃ．若气温升高，则气缸上底面距地面的高度将减小Ｄ．若气温升高，则气缸上底面距地面的高度将增大15．如图2-9所示，导热气缸开口向下，内有理想气体，气缸固定不动，缸内活塞可自由滑动且不漏气．活塞下挂一个砂桶，砂桶装满砂子时，活塞恰好静止．现给砂桶底部钻一个小洞，细砂慢慢漏出，外部环境温度恒定，则［］图2-9Ａ．气体压强增大，内能不变Ｂ．外界对气体做功，气体温度不变Ｃ．气体体积减小，压强增大，内能减小Ｄ．外界对气体做功，气体内能增加题号11 12 13 14 15答案ABD A A BD AB二、填空题1．估算一下，可知地球表面附近空气分子之间的距离约为________ｍ（取一位有效数字）；某金属的摩尔质量为Ｍ，密度为ρ，阿伏加德罗常量为Ｎ．若把金属分子视为球形，经估算该金属的分子直径约为________．2．高压锅的锅盖通过几个牙齿似的锅齿与锅镶嵌旋紧，锅盖与锅之间有橡皮制的密封圈，不会漏气．锅盖中间有一排气孔，上面套上类似砝码的限压阀，将排气孔堵住．当加热高压锅，锅内气体压强增大到一定程度时，气体就把限压阀顶起来，蒸汽即从排气孔中排出锅外．已知某高压锅限压阀的质量为0．1ｋｇ，排气孔直径为0．3ｃｍ，则锅内气体压强最大可达________Ｐａ．3．圆筒内装有100升1ａｔｍ的空气，要使圆筒内空气压强增大到10ａｔｍ，应向筒内打入同温度下2ａｔｍ的压缩气体________Ｌ．4．如图2-10所示为一定质量理想气体的状态变化过程的图线Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａ，则Ｂ→Ｃ的变化是________过程，若已知ＴＡ＝300Ｋ，ＴＢ＝400Ｋ，则ＴＣ＝________Ｋ．图2-105．一圆柱形的坚固容器，高为ｈ，上底有一可以打开和关闭的密封阀门．现把此容器沉入水深为H 的湖底，并打开阀门，让水充满容器，然后关闭阀门．设大气压强为ｐ０，湖水密度为ρ．则容器内部底面受到的向下的压强为________．然后保持容器状态不变，将容器从湖底移到湖面，这时容器内部底面受到的向下压强为________．填空题参考答案1．3×10－９ 2．2．4×10５ 3．450 4．等压1600／3 5．ｐ０＋ρｇＨρｇＨ三、实验题1．在“验证玻意耳定律”的实验中，对气体的初状态和末状态的测量和计算都正确无误，结果末状态的ｐＶ值与初状态的ｐ０Ｖ０值明显不等，造成这一结果的可能原因是实验过程中：［］Ａ．气体温度发生变化Ｂ．气体与外界有热传递Ｃ．有气体泄漏Ｄ．气体体积改变得太迅速2．如图2-11所示为实验室常用的气压计结构示意图，它是根据托里拆里实验原理制成的，管中水银柱的高度（即为当时的大气压数值）通过带有游标的刻度尺读出，图中的读数部分被放大，从放大的图中读出，测量的大气压强值为________ｍｍＨｇ．图1-113．在利用带刻度的注射器做“验证玻意耳定律”的实验中．（1）甲同学用水银气压计测大气压强，读数时，观察发现气压计上20分度的游标尺（游标尺上每等分刻度线间距为1．95ｍｍ）上的第6条刻度线（第6条刻度线是从0刻度线数起的第7条线）与主尺上的77．1ｃｍ刻度线正好对齐．（1）此时大气压强为________ｍｍＨｇ．图2-12（2）乙、丙两同学各自对气体观察测量计算后又改变气体状态，得到几组值，并在同一坐标内画出ｐ-（1／Ｖ）图线如图1-12所示，由图线知，这是由于它们的________不同使得两图线并不重合．4．在“验证玻意耳定律”的实验中（1）某同学列出所需要的实验器材：带框架的注射器（有刻度），橡皮帽，钩码（若干个），弹簧秤，天平（带砝码），铁架台（连铁夹），润滑油．问：该同学漏选了哪些器材?答：________．（2）图2-13是甲、乙两同学在同一次实验中得到的ｐ-（1／Ｖ）图．若两人实验时操作均正确无误，且选取坐标标度相同，那么两图线斜率不同的主要原因是________．图2-135．在河边，给你一根60ｃｍ左右的两端开口的均匀细玻璃管，米尺一把，请设法测定大气压的值，写出主要实验步骤及相应的所需测量的物理量（不得下水测量）．答：．计算大气压的公式ｐ0＝．6．一位同学分别在两天用注射器做两次“验证玻意耳定律”的实验，操作过程和方法都正确，根据实验数据他在同一ｐ－Ｖ坐标中画出了两条不重合的甲、乙两条双曲线，如图2－15所示，产生这种情况的原因可能是：（1）．（2）．图2－15 图2－167．用“验证玻意尔定律实验”的装置来测量大气压强，所用注射器的最大容积为Ｖｍ，刻度全长为L，活塞与钩码支架的总质量为Ｍ，注射器被固定在竖直方向上，如图2－16．在活塞两侧各悬挂1个质量为ｍ的钩码时注射器内空气体积为Ｖ1；除去钩码后，用弹簧秤向上拉活塞，达到平衡时注射器内空气体积为Ｖ2，弹簧秤的读数为Ｆ（整个过程中，温度保持不变）．由这些数据可以求出大气压强ｐ0＝．8．一学生用带有刻度的注射器做“验证玻意耳定律”的实验．他在做了一定的准备工作后，通过改变与活塞固定在一起的框架上所挂钩码的个数得到了几组关于封闭在注射器内部空气的压强ｐ和体积Ｖ的数据．用横坐标表示体积的倒数，用纵坐标表示压强，由实验数据在坐标系中画出了ｐ－1／Ｖ图，其图线为一条延长线与横轴有较大截距ＯＡ的直线，如图2－17所示．由图线分析下列四种情况，在实验中可能出现的是Ａ．记录气压计指示的大气压强时，记录值比指示值明显减小Ｂ．记录气压计指示的大气压强时，记录值比指示值明显偏大Ｃ．测量活塞和框架的质量时，测量值比指示值明显偏小Ｄ．测量活塞和框架的质量时，测量值比指示值明显偏大答：．图2－17 图2－189．验证查理定律的实验装置如图2－18所示，在这个实验中，测得压强和温度的数据中，必须测出的一组数据是和．首先要在环境温度条件下调节Ａ、Ｂ管中水银面，此时烧瓶中空气压强为，再把烧瓶放进盛着冰水混合物的容器里，瓶里空气的温度下降至跟冰水混合物的温度一样，此时烧瓶中空气温度为Ｋ，Ｂ管中水银面将，再将Ａ管，使Ｂ管中水银面．这时瓶内空气压强等于．实验题参考答案1．ＡＣＤ2．756．5 3．759．30 气体质量4．（1）气压计，刻度尺（2）两人实验时封闭气体质量不同 5．①测玻璃管长ｌ0；②将管部分插入水中，测量管水上部分长度ｌ1；③手指封住上口，将管提出水面，测管内空气柱长ｌ2．（ｌ0－ｌ2）ｌ2ρ水ｇ／（ｌ2－ｌ1） 6．（1）质量不同；（2）温度不同． 7．ｐ0＝Ｌ（ＭｇＶ1－ＭｇＶ2＋2ｍｇＶ1＋ＦＶ2）／Ｖｍ（Ｖ2－Ｖ1） 8．ＡＣ 9．当时大气压，当时温度，等高，大气压，273，上移，下降，回复到原来标度的位置，大气压强减去Ａ、Ｂ管中水银面高度差四、计算题1．如图2-14所示，有一热气球，球的下端有一小口，使球内外的空气可以流通，以保持球内外压强相等，球内有温度调节器，以便调节球内空气的温度，使气球可以上升或下降，设气球的总体积Ｖ０＝500ｍ３（不计算壳体积），除球内空气外，气球质量Ｍ＝180ｋｇ．已知地球表面大气温度Ｔ０＝280Ｋ，密度ρ０＝1．20ｋｇ／ｍ３，如果把大气视为理想气体，它的组成和温度几乎不随高度变化．问：为使气球从地面飘起，球内气温最低必须加热到多少开?图2-142．已知一定质量的理想气体的初始状态Ⅰ的状态参量为ｐ１、Ｖ１、Ｔ１，终了状态Ⅱ的状态参量为ｐ２、Ｖ２、Ｔ２，且ｐ２＞ｐ１，Ｖ２＞Ｖ１，如图2-15所示．试用玻意耳定律和查理定律推导出一定质量的理想气体状态方程．要求说明推导过程中每步的根据，最后结果的物理意义，且在ｐ-Ｖ图上用图线表示推导中气体状态的变化过程．图2-153．在如图2-16中，质量为ｍＡ的圆柱形气缸Ａ位于水平地面，气缸内有一面积Ｓ＝5．00×10－３ｍ２，质量ｍＢ＝10．0ｋｇ的活塞Ｂ，把一定质量的气体封闭在气缸内，气体的质量比气缸的质量小得多，活塞与气缸的摩擦不计，大气压强＝1．00×10５Ｐａ．活塞Ｂ经跨过定滑轮的轻绳与质量为ｍＣ＝20．0ｋｇ的圆桶Ｃ相连．当活塞处于平衡时，气缸内的气柱长为Ｌ／4，Ｌ为气缸的深度，它比活塞的厚度大得多，现在徐徐向Ｃ桶内倒入细沙粒，若气缸Ａ能离开地面，则气缸Ａ的质量应满足什么条件?图2-164．如图2-17所示，一圆柱形气缸直立在水平地面上，内有质量不计的可上下移动的活塞，在距缸底高为2Ｈ0的缸口处有固定的卡环，使活塞不会从气缸中顶出，气缸壁和活塞都是不导热的，它们之间没有摩擦．活塞下方距缸底高为Ｈ０处还有一固定的可导热的隔板，将容器分为Ａ、Ｂ两部分，Ａ、Ｂ中各封闭同种的理想气体，开始时Ａ、Ｂ中气体的温度均为27℃，压强等于外界大气压强ｐ０，活塞距气缸底的高度为1．6Ｈ０，现通过Ｂ中的电热丝缓慢加热，试求：图2-17（1）与Ｂ中气体的压强为1．5ｐ０时，活塞距缸底的高度是多少?（2）当Ａ中气体的压强为1．5ｐ０时，Ｂ中气体的温度是多少?5．如图2-18所示是一个容积计，它是测量易溶于水的粉末物质的实际体积的装置，Ａ容器的容积Ｖ３．Ｓ是通大气的阀门，Ｃ是水银槽，通过橡皮管与容器Ｂ相通．连通Ａ、Ｂ的管道很细，容积Ａ＝300ｃｍ可以忽略．下面是测量的操作过程：（1）打开Ｓ，移动Ｃ，使Ｂ中水银面降低到与标记Ｍ相平．（2）关闭Ｓ，缓慢提升Ｃ，使Ｂ中水银面升到与标记Ｎ相平，量出Ｃ中水银面比标记Ｎ高ｈ１＝25ｃｍ．（3）打开Ｓ，将待测粉末装入容器Ａ中，移动Ｃ使Ｂ内水银面降到Ｍ标记处．（4）关闭Ｓ，提升Ｃ使Ｂ内水银面升到与Ｎ标记相平，量出Ｃ中水银面比标记Ｎ高ｈ２＝75ｃｍ．（5）从气压计上读得当时大气压为ｐ０＝75ｃｍＨｇ．设整个过程温度保持不变．试根据以上数据求出Ａ中待测粉末的实际体积．图2-186．某种喷雾器贮液筒的总容积为7．5Ｌ，如图2-19所示，现打开密封盖，装入6Ｌ的药液，与贮液筒相连的活塞式打气筒，每次能压入300ｃｍ３、1ａｔｍ的空气，若以上过程温度都保持不变，则图2-19（1）要使贮气筒中空气压强达到4ａｔｍ，打气筒应该拉压几次?（2）在贮气筒内气体压强达4ａｔｍ，才打开喷嘴使其喷雾，直至内外气体压强相等，这时筒内还剩多少药液?7．（1）一定质量的理想气体，初状态的压强、体积和温度分别为ｐ1、Ｖ1、Ｔ1，经过某一变化过程，气体的末状态压强、体积和温度分别为ｐ2、Ｖ2、Ｔ2．试用玻意耳定律及查理定律推证：ｐ1Ｖ1／Ｔ1＝ｐ2Ｖ2／Ｔ2．（2）如图2－19，竖直放置的两端开口的Ｕ形管（内径均匀），内充有密度为ρ的水银，开始两管内的水银面到管口的距离均为Ｌ．在大气压强为ｐ0＝2ρｇＬ时，用质量和厚度均不计的橡皮塞将Ｕ形管的左侧管口Ａ封闭，用摩擦和厚度均不计的小活塞将Ｕ形管右侧管口Ｂ封闭，橡皮塞与管口Ａ内壁间的最大静摩擦力ｆｍ＝ρｇＬＳ（Ｓ为管的内横截面积）．现将小活塞向下推，设管内空气温度保持不变，要使橡皮塞不会从管口Ａ被推出，求小活塞下推的最大距离．图2－198．用玻马定律和查理定律推出一定质量理想气体状态方程，并在图2－20的气缸示意图中，画出活塞位置，并注明变化原因，写出状态量．图2－209．如图2－21所示装置中，Ａ、Ｂ和Ｃ三支内径相等的玻璃管，它们都处于竖直位置，Ａ、Ｂ两管的上端等高，管内装有水，Ａ管上端封闭，内有气体，Ｂ管上端开口与大气相通，Ｃ管中水的下方有活塞顶住．Ａ、Ｂ、Ｃ三管由内径很小的细管连接在一起．开始时，Ａ管中气柱长Ｌ1＝3.0ｍ，Ｂ管中气柱长Ｌ2＝2.0ｍ，Ｃ管中水柱长Ｌ0＝3ｍ，整个装置处于平衡状态．现将活塞缓慢向上顶，直到Ｃ管中的水全部被顶到上面的管中，求此时Ａ管中气柱的长度Ｌ1′，已知大气压强ｐ0＝1.0×105Ｐａ，计算时取ｇ＝10ｍ／ｓ2．图2－2010．麦克劳真空计是一种测量极稀薄气体压强的仪器，其基本部分是一个玻璃连通器，其上端玻璃管Ａ与盛有待测气体的容器连接，其下端Ｄ经过橡皮软管与水银容器R相通，如图2－22所示．图中Ｋ1、Ｋ2是互相平行的竖直毛细管，它们的内径皆为ｄ，Ｋ1顶端封闭．在玻璃泡Ｂ与管Ｃ相通处刻有标记ｍ．测量时，先降低R使水银面低于ｍ，如图2－22（ａ）．逐渐提升Ｒ，直到Ｋ2中水银面与Ｋ1顶端等高，这时Ｋ1中水银面比顶端低ｈ，如图2－22（ｂ）所示．设待测容器较大，水银面升降不影响其中压强，测量过程中温度不变．已知Ｂ（ｍ以上）的容积为Ｖ，Ｋ1的容积远小于Ｖ，水银密度为ρ．（1）试导出上述过程中计算待测压强ｐ的表达式．（2）已知Ｖ＝628ｃｍ3，毛细管的直径ｄ＝0.30ｍｍ，水银密度ρ＝13.6×103ｋｇ／ｍ3，ｈ＝40ｍｍ，算出待测压强ｐ（计算时取ｇ＝10ｍ／ｓ2，结果保留2位数字）．图2－2111．如图2－23所示，容器Ａ和气缸Ｂ都是透热的，Ａ放置在127℃的恒温箱中，而Ｂ放置在27℃、1ａｔｍ的空气中，开始时阀门Ｓ关闭，Ａ内为真空，其容器ＶＡ＝2.4Ｌ；Ｂ内轻活塞下方装有理想气体，其体积为ＶＢ＝4.8Ｌ，活塞上方与大气相通．设活塞与气缸壁之间无摩擦且不漏气，连接Ａ和Ｂ的细管容积不计．若打开Ｓ，使Ｂ内封闭气体流入Ａ，活塞将发生移动，待活塞停止移动时，Ｂ内活塞下方剩余气体的体积是多少？不计Ａ与Ｂ之间的热传递．图2－22 图2－2312．如图2－23有一热空气球，球的下端有一小口，使球内外的空气可以流通，以保持球内外压强相等，球内有温度调节器，以便调节球内空气温度，使气球可以上升或下降，设气球的总体积Ｖ0＝500 ｍ3（不计球壳体积），除球内空气外，气球质量Ｍ＝180ｋｇ．已知地球表面大气温度Ｔ0＝280Ｋ，密度ρ0＝1.20ｋｇ／ｍ3，如果把大气视为理想气体，它的组成和温度几乎不随高度变化，问：为使气球从地面飘起，球内气温最低必须加热到多少开？13．如图2－25均匀薄壁Ｕ形管，左管上端封闭，右管开口且足够长，管的横截面积为Ｓ，内装密度为ρ的液体．右管内有一质量为ｍ的活塞搁在固定卡口上，卡口与左管上端等高，活塞与管壁间无摩擦且不漏气．温度为Ｔ0时，左、右管内液面高度相等，两管内空气柱长度均为Ｌ，压强均为大气压强ｐ0．现使两边温度同时逐渐升高，求：（1）温度升高到多少时，右管活塞开始离开卡口上升？（2）温度升高到多少时，左管内液面下降ｈ？图2－24 图2－2514．如图2－26所示的装置中，装有密度ρ＝7.5×102ｋｇ／ｍ3的液体的均匀Ｕ形管的右端与体积很大的密闭贮气箱相连通，左端封闭着一段气体．在气温为－23℃时，气柱长62ｃｍ，右端比左端低40ｃｍ．当气温升至27℃时，左管液面上升了2ｃｍ．求贮气箱内气体在－23℃时的压强为多少？（ｇ取10ｍ／ｓ2）15．两端开口、内表面光滑的Ｕ形管处于竖直平面内，如图2－27所示，质量均为ｍ＝10ｋｇ的活塞Ａ、Ｂ在外力作用下静止于左右管中同一高度ｈ处，将管内空气封闭，此时管内外空气的压强均为ｐ0＝1.0×105Ｐａ．左管和水平管横截面积Ｓ1＝10ｃｍ2，右管横截面积Ｓ2＝20ｃｍ2，水平管长为3ｈ．现撤去外力让活塞在管中下降，求两活塞稳定后所处的高度．（活塞厚度略大于水平管直径，管内气体初末状态同温，ｇ取10ｍ／ｓ2）图2－26 图2－2716．如图2－28，圆筒固定不动，活塞Ａ的横截面积是2Ｓ，活塞Ｂ的横截面积是Ｓ，圆筒内壁光滑，圆筒左端封闭，右端与大气相通，大气压为ｐ0，Ａ、Ｂ将圆筒分为两部分，左半部分是真空，Ａ、Ｂ之间是一定质量的气体，活塞Ｂ通过劲度系数为ｋ的弹簧与圆筒左端相连，开始时粗筒和细筒的封闭的长度均为Ｌ，现用水平向左的力Ｆ＝ｐＳ／2作用在活塞Ａ上，求活塞Ａ移动的距离？（设气体温度不变）17．如图2－29所示，圆柱形气缸内的活塞把气缸分隔成Ａ、Ｂ两部分，Ａ内为真空，用细管将Ｂ与Ｕ形管相连，细管与Ｕ形管内气体体积可忽略不计．大气压强ｐ0＝76ｃｍＨｇ．开始时，Ｕ型管中左边水银面比右边高6ｃｍ，气缸中气体温度为27℃．（1）将活塞移到气缸左端，保持气体温度不变，稳定后Ｕ形管中左边水银面比右边高62ｃｍ．求开始时气缸中Ａ、Ｂ两部分体积之比．（2）再将活塞从左端缓缓向右推动，并在推动过程中随时调节气缸Ｂ内气体的温度，使气体压强随活塞移动的距离均匀增大，且最后当活塞回到原处时气体的压强和温度都恢复到最初的状态，求此过程中气体的最高温度．图2－28 图2－2918．如图2－30所示装置，Ｃ为一长方体容器，体积为1000ｃｍ3，Ｃ上端有一细玻璃管通过活栓Ｓ与大气相通，又通过细管Ａ与球形容器Ｂ相连，Ｂ下端的玻璃管口用橡皮管接有一个水银压强计，压强计的动管为Ｄ．（1）现打开活栓Ｓ，这时管Ａ、容器Ｃ、Ｂ皆与大气相通，上下移动Ｄ使管内水银面在Ｂ下端的ｎ处，这时再关闭Ｓ，上举Ｄ，使水银面达到Ｂ上端的ｍ处，这时Ｄ管内水银面高出ｍ点ｈ1＝12ｃｍ．（2）然后打开Ｓ，把0.50ｋｇ矿砂通过Ｓ放入Ｃ，同时移动Ｄ，使水银面对齐ｎ，然后关闭Ｓ，再上举Ｄ，使水银面再次达到ｍ处，这时Ｄ管水银面高出ｍ点ｈ2＝15ｃｍ．设容器内空气温度不变，求矿砂的密度．（连接Ｃ、Ｂ的细管Ａ和连接Ｃ、Ｓ之间细管的容积都可忽略不计）19．如图2－31所示，静止车厢内斜靠着一个长圆气缸，与车厢底板成θ角，气缸上方活塞质量为Ｍ，缸内封有长为ｌ0的空气柱，活塞面积为Ｓ，不计摩擦，大气压强为ｐ0．设温度不变，求：（1）当车厢在水平轨道上向右做匀加速运动时，发现缸内空气压强与ｐ0相同，此时车厢加速度多大？（2）上述情况下，气缸内空气柱长度多大？图2－30 图2－3120．如图2－32所示，在直立的圆柱形气缸内，有上、下两个活塞Ａ和Ｂ，质量相等，连接两活塞的轻质弹簧的劲度系数ｋ＝50Ｎ／ｍ，活塞Ａ上方气体的压强ｐ＝100Ｐａ，平衡时两活塞之间的气体的压强为ｐ＝100Ｐａ，气体的厚度ｌ1＝0.20ｍ，活塞Ｂ下方的气体的厚度ｌ2＝0.24ｍ，气缸的横截面积Ｓ＝0.10ｍ2．起初，气缸内气体的温度是Ｔ＝300Ｋ，现让气体的温度缓慢上升，直到温度达到Ｔ′＝500Ｋ．求在这一过程中，活塞Ａ向上移动的距离．计算题参考答案1．解：设使气球刚好从地面飘起时球内空气密度为ρ，则由题意知ρ０ｇＶ０＝Ｍｇ＋ρｇＶ０，设温度为Ｔ、密度为ρ、体积为Ｖ０的这部分气体在温度为Ｔ０，密度为ρ０时体积为Ｖ，即有ρＶ０＝ρ０Ｖ．由等压变化有Ｖ０／Ｔ＝Ｖ／Ｔ０，解得Ｔ＝400Ｋ．2．解：设气体先由状态Ⅰ（ｐ１、Ｖ１、Ｔ１），经等温变化至中间状态Ａ（ｐＡ、Ｖ２、Ｔ１），由玻意耳定律，得ｐ１Ｖ１＝ｐＡＶ２，①再由中间状态Ａ（ｐＡ、Ｖ２、Ｔ１）经等容变化至终态Ⅱ（ｐ２、Ｖ２、Ｔ２），由查理定律，得ｐＡ／Ｔ１＝ｐ２／Ｔ２，②由①×②消去ｐＡ，可得ｐ１Ｖ１／Ｔ１＝ｐ２Ｖ２／Ｔ２，上式表明：一定质量的理想气体从初态（ｐ１、Ｖ１、Ｔ１）变到终态（ｐ２、Ｖ２、Ｔ２），压强和体积的乘积与热力学温度的比值是不变的．过程变化如图6所示．图63．解：取气缸内气柱长为Ｌ／4的平衡态为状态1，气缸被缓慢提离地面时的平衡态为状态2．以ｐ１、ｐ２表示状态1、2的压强，Ｌ２表示在状态2中气缸内气柱长度．由玻意耳定律，得ｐ１Ｌ／4＝ｐ２Ｌ２，①在状态1，活塞Ｂ处于力学平衡状态，由力学平衡条件得到ｐ１Ｓ＋ｍＣｇ＝ｐ０Ｓ＋ｍＢｇ，②在状态2，气缸Ａ处于力学平衡状态，由力学平衡条件得到ｐ２Ｓ＋ｍＡｇ＝ｐ０Ｓ，③由①、②、③三式解得ｍＡ＝（ｐ０Ｓ／ｇ）－（（ｐ０Ｓ＋ｍＢｇ－ｍＣｇ）／4ｇ）（Ｌ／Ｌ２），以题给数据代入就得到ｍＡ＝（50－10（Ｌ／Ｌ２））ｋｇ，由于Ｌ２最大等于Ｌ．故由⑤式得知，若想轻绳能把气缸Ａ提离地面，气缸的质量应满足条件ｍＡ≤40ｋｇ．4．（1）Ｂ中气体做等容变化，由查理定律ｐＢ／ｐ′Ｂ＝ＴＢ／Ｔ′Ｂ，求得压强为1．5ｐ０时气体的温度Ｔ′Ｂ＝450Ｋ．Ａ中气体做等压变化，由于隔板导热，Ａ、Ｂ中气体温度相等，Ａ中气体温度也为450Ｋ．对Ａ中气体ＶＡ′／ＶＡ＝ＴＡ′／ＴＡ，ＶＡ′＝（ＴＢ′／ＴＡ）ＶＡ＝0．9Ｈ０Ｓ，活塞距离缸底的高度为1．9Ｈ０．（2）当Ａ中气体压强为1．5ｐ０，活塞将顶在卡环处，对Ａ中气体ｐＡＶＡ／ＴＡ＝ｐ″ＡＶ＂Ａ／Ｔ＂Ａ，得Ｔ＂Ａ＝（ｐ＂ＡＶ＂Ａ／ｐＡＶＡ）ＴＡ＝750Ｋ．即Ｂ中气体温度也为750Ｋ．5．解：对于步骤①②，以Ａ、Ｂ中气体为研究对象．初态ｐ１＝ｐ０，Ｖ１＝ＶＡ＋ＶＢ，末态ｐ２＝ｐ０＋ｈ１，Ｖ２＝ＶＡ，依玻意耳定律ｐ１Ｖ１＝ｐ２Ｖ２，解得ＶＢ＝100ｃｍ３．对于步骤③④，以Ａ、Ｂ中气体为研究对象，初态ｐ′１＝ｐ０，Ｖ′１＝Ｖ，末态ｐ′２＝ｐ０＋ｈ２，Ｖ′２＝Ｖ－ＶＢ，依玻意耳定律ｐ′１Ｖ′１＝ｐ′２Ｖ′２，解得Ｖ＝200ｃｍ３，粉末体积Ｖ０＝ＶＡ＋ＶＢ－Ｖ＝200ｃｍ3．6．解：（1）贮液筒装入液体后的气体体积Ｖ１＝Ｖ总－Ｖ液①设拉力ｎ次打气筒压入的气体体积Ｖ２＝ｎＶ０，②根据分压公式：（温度Ｔ一定）ｐＶ１＝ｐ１Ｖ１＋ｐ１Ｖ２，③解①②③，可得ｎ＝（ｐＶ１－ｐ１Ｖ１）／ｐ１Ｖ０＝15（次），④（2）对充好气的贮液筒中的气体，ｍ，Ｔ一定喷雾后至内外压强相等，贮液筒内气体体积为Ｖ２，ｐＶ１＝ｐ２Ｖ２，⑤贮液筒内还剩有药液体积Ｖ剩＝Ｖ总－Ｖ２⑥解⑤⑥得：Ｖ剩＝1．5Ｌ．⑦7．（1）证明：在如图5所示的ｐ－Ｖ图中，一定质量的气体从初状态Ａ（ｐ1，Ｖ1，Ｔ1）变化至末状态Ｂ（ｐ2，Ｖ2，Ｔ2），假设气体从初状态先等温变化至Ｃ（ｐＣ，Ｖ2，Ｔ1），再等容变化至Ｂ（ｐ2，Ｖ2，Ｔ2）．第一个变化过程根据玻耳定律有，ｐ1Ｖ1＝ｐＣＶ2．第二个变化过程根据查理定律有，ｐＣ／ｐ2＝Ｔ1／Ｔ2．由以上两式可解得：ｐ1Ｖ1／Ｔ1＝ｐ2Ｖ2／Ｔ2．。
高中物理热学试题 及答案
热学试题一选择题：1．只知道下列那一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离A．阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和质量B．阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和密度C．阿伏加徳罗常数，该气体的质量和体积D．该气体的质量、体积、和摩尔质量2．关于布朗运动下列说法正确的是A．布朗运动是液体分子的运动B．布朗运动是悬浮微粒分子的运动C．布朗微粒做无规则运动的原因是由于它受到水分子有时吸引、有时排斥的结果D．温度越高，布朗运动越显著3．铜的摩尔质量为μ（kg/ mol）,密度为ρ（kg/m3），若阿伏加徳罗常数为N A，则下列说法中哪个是错误．．的A．1m3铜所含的原子数目是ρN A/μ B．1kg铜所含的原子数目是ρN AC．一个铜原子的质量是（μ / N A）kg D．一个铜原子占有的体积是（μ / ρN A）m3 4．分子间同时存在引力和斥力，下列说法正确的是A．固体分子间的引力总是大于斥力B．气体能充满任何仪器是因为分子间的斥力大于引力C．分子间的引力和斥力都随着分子间的距离增大而减小D．分子间的引力随着分子间距离增大而增大，而斥力随着距离增大而减小5．关于物体内能，下列说法正确的是A．相同质量的两种物体，升高相同温度，内能增量相同B．一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少C．一定质量的气体体积增大，既不吸热也不放热，内能减少D．一定质量的气体吸热，而保持体积不变，内能一定减少6．质量是18g的水，18g的水蒸气，32g的氧气，在它们的温度都是100℃时A．它们的分子数目相同，分子的平均动能相同B．它们的分子数目相同，分子的平均动能不相同，氧气的分子平均动能大C．它们的分子数目相同，它们的内能不相同，水蒸气的内能比水大D．它们的分子数目不相同，分子的平均动能相同7．有一桶水温度是均匀的，在桶底部水中有一个小气泡缓缓浮至水面，气泡上升过程中逐渐变大，若不计气泡中空气分子的势能变化，则A．气泡中的空气对外做功，吸收热量 B．气泡中的空气对外做功，放出热量C．气泡中的空气内能增加，吸收热量 D．气泡中的空气内能不变，放出热量8．关于气体压强，以下理解不正确的是A．从宏观上讲，气体的压强就是单位面积的器壁所受压力的大小B．从微观上讲，气体的压强是大量的气体分子无规则运动不断撞击器壁产生的C．容器内气体的压强是由气体的重力所产生的D．压强的国际单位是帕，1Pa＝1N/m29．一定质量的理想气体处于平衡状态Ⅰ,现设法使其温度降低而压强升高,达到平衡状态Ⅱ,则( )A ．状态Ⅰ时气体的密度比状态Ⅱ时的大B ．状态Ⅰ时分子的平均动能比状态Ⅱ时的大C ．状态Ⅰ时分子的平均距离比状态Ⅱ时的大D ．状态Ⅰ时每个分子的动能都比状态Ⅱ时分子平均动能大10．如图所示，气缸内装有一定质量的气体，气缸的截面积为S ，其活塞为梯形，它的一个面与气缸成θ角，活塞与器壁间的摩擦忽略不计，现用一水平力F 推活塞，汽缸不动，此时大气压强为P 0，则气缸内气体的压强P 为A ．P=P 0+θcos S F B ．P=P 0+S FC ．P=P 0+S F θcosD ．P=P 0+SF θsin11.如图所示，活塞质量为m ，缸套质量为M ，通过弹簧吊在天花板上，气缸内封住一定质量的空气 ，缸套与活塞无摩擦，活塞截面积为S ，大气压强为p 0,则 A. 气缸内空气的压强为p 0－Mg /S B ．气缸内空气的压强为p 0＋mg /SC ．内外空气对缸套的作用力为（M ＋m ）gD ．内外空气对活塞的作用力为Mg12.关于热力学温度的下列说法中, 不正确的是( ) A. B.热力学温度的零度等于－273.15 C. D.气体温度趋近于绝对零度时,13.若在水银气压计上端混入少量空气, 气压计的示数与实际大气压就不一致, 在这种情况下( )A.气压计的读数可能大于外界大B.C.只要外界大气压不变,D.14、根据分子动理论，下列关于气体的说法中正确的是 A ．气体的温度越高，气体分子无规则运动越剧烈 B ．气体的压强越大，气体分子的平均动能越大 C ．气体分子的平均动能越大，气体的温度越高D ．气体的体积越大，气体分子之间的相互作用力越大15. ．如图所示，绝热隔板K 把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K 与气缸壁的接触是光滑的。
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A. 我们所观察到的布朗运动，就是液体分子的无规则运动
B. 布朗运动是悬浮在液体中的固体分子的无规则运动
C. 布朗动动的激烈程度与温度无关
D.悬浮在液体中的颗粒越小，它的布朗运动就越显著
17．若以 M表示水的摩尔质量， V 表示水的摩尔体积， ρ 表示水的密度。 NA 为阿伏加德罗常
数， m表示水的分子质量， V′表示水分子体积。则下列关系中正确的是
B．布朗运动是悬浮微粒分子的运动
C．布朗微粒做无规则运动的原因是由于它受到水分子有时吸引、有时排斥的结果
D．温度越高，布朗运动越显著 3．铜的摩尔质量为 μ （ kg/ mol ）, 密度为 ρ （ kg/m 3），若阿伏加徳罗常数为
NA，则下列
说法中哪个是错误．．的 A． 1m3 铜所含的原子数目是
其位置保持固定。 已知封
闭端内有少量空气。 若大气压强变小一些， 则管中在水银槽水银面上方的水
银柱高度 h 和封闭端内空气的压强 p 将如何变化 ( )
A.h 变小， p 变大 B.h 变大， p 变大
C.h 变大， p 变小 D.h 变小， p 变小
21. 一定质量的理想气体经历如图所示的一系列变化过程
A、 B 两部分，温度是 127℃，系统处于平衡状态，当温度缓慢地降到
27 ℃时系统达到新的
平衡，求活塞 a、 b 移动的距离。
4
热 学测 试题答 题卷
一、选择题：每小题 4 分，共 52 分
题号
1
2
3
4
5
6
7
答案
B
D
B
C
BC
AC
A
题号
8
9
10
11
12
13
14
答案
C
BC
B
AD
D
B
AC
题号
15
16
17
B．状态Ⅰ时分子的平均动能比状态Ⅱ时的大
C．状态Ⅰ时分子的平均距离比状态Ⅱ时的大
D．状态Ⅰ时每个分子的动能都比状态Ⅱ时分子平均动能大
10．如图所示，气缸内装有一定质量的气体，气缸的截面积为
S，其活塞为梯形，它的一个
面与气缸成 θ 角， 活塞与器壁间的摩擦忽略不计， 现用一水平力 F 推活塞， 汽缸不动，
D．分子间的引力随着分子间距离增大而增大，而斥力随着距离增大而减小
5．关于物体内能，下列说法正确的是
A．相同质量的两种物体，升高相同温度，内能增量相同
B．一定量 0℃的水结成 0℃的冰，内能一定减少
C．一定质量的气体体积增大，既不吸热也不放热，内能减少
D．一定质量的气体吸热，而保持体积不变，内能一定减少
B．从微观上讲，气体的压强是大量的气体分子无规则运动不断撞击器壁产生的
C．容器内气体的压强是由气体的重力所产生的 D ．压强的国际单位是帕， 1Pa＝ 1N/m2
1
9．一定质量的理想气体处于平衡状态Ⅰ , 现设法使其温度降低而压强升高 , 达到平衡状态Ⅱ ,
则( )
A．状态Ⅰ时气体的密度比状态Ⅱ时的大
（）
D．分子相距无穷远时分子势能为零，在相互靠近到不能再靠近的过程中，分子势能逐渐增
大
29．下列说法正确的是
（）
A．一定质量的理想气体，温度不变时，体积减小，压强增大
B．在失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁没有压强
C．外界对气体做功，气体的内能一定增大
D．气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大
热学试题
一 选择题：
1．只知道下列那一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离
A．阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和质量
B．阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和密度
C．阿伏加徳罗常数，该气体的质量和体积
D ．该气体的质量、体积、和摩尔质量
2．关于布朗运动下列说法正确的是
A．布朗运动是液体分子的运动
6．质量是 18g 的水， 18g 的水蒸气， 32g 的氧气，在它们的温度都是 100℃时
A．它们的分子数目相同，分子的平均动能相同
B．它们的分子数目相同，分子的平均动能不相同，氧气的分子平均动能大
C．它们的分子数目相同，它们的内能不相同，水蒸气的内能比水大
D．它们的分子数目不相同，分子的平均动能相同
子之间引力等于斥力，设两个分子间相距较远时，
Ep=0，则（
）
A．当分子间距 r 变小时，引力减小，斥力增大
B．当 r>r 0 时，引力大于斥力， r 增大时分子力做负功， Ep 增加
C．当 r<r 0 时，引力大于斥力， r 减小时分子力做负功， Ep 减小
D．当 r=r 0 时， E p=0
20. 如图所示， 一端封闭的玻璃管开口向下竖直倒插在水银槽中，
Ｂ．气体的压强增大
Ｄ．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多
17. 如图是氧气分子在不同温度（ 0℃和 100℃）下的速率分布，由
图可得信息
A. 同一温度下，氧气分子呈现出“中间多，两头少”的分布规律
B. 随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大
C.随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例高
,ab 、 bc、 cd 和 da
这四个过程中在 P-T 图上都是直线段 , 其中 ab 的延长线通过坐标原点 平行于 ab, 由图可以判断 ( )
A.ab 过程中气体体积不断增大 B.bc 过程中气体体积不断减小
O,bc 垂直于 ab 而 cd
C.cd 过程中气体体积不断增大 D.da 过程中气体体积不断减小
A. 气缸内空气的压强为 p0－ Mg/ S B．气缸内空气的压强为 p0＋ mg/ S C．内外空气对缸套的作用力为（ M＋ m） g D．内外空气对活塞的作用力为 Mg
12. 关于热力学温度的下列说法中 , 不正确的是 ( )
A.
B. 热力学温度的零度等于－ 273.15
C.
D.气体温度趋近于绝对零度时 ,
22、下列说法不符合分子动理论观点的是 A．用气筒打气需外力做功，是因为分子间的后斥力作用 B．温度升高，布朗运动显著，说明悬浮颗粒的分子运动剧烈
C．相距较远的两个分子相互靠近的过程中， 分子势能先减小后增大 D．相距较远的两个分子相互靠近的过程中，分子间引力先增大后减小
23、关于气体的压强，下列说法中正确的是 A．气体的压强是气体分子间的吸引和排斥产生的 B．气体分子的平均速率增大，气体的压强一定增大 C．当某一容器自由下落时，容器中气体的压强将变为零 24、下列说法正确的是
C．气体分子的平均动能越大，气体的温度越高
D．气体的体积越大，气体分子之间的相互作用力越大
15. ．如图所示，绝热隔板 K 把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分， K 与气缸壁的接触是
光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体
a 和 b。气体分子之间相互作用
势能可忽略。现通过电热丝对气体 a 加热一段时间后， a、 b 各自达到新的平衡
此时大气压强为 P0，则气缸内气体的压强 P 为
F
A． P=P0+
S cos
F cos
C． P=P0+
S
11. 如图所示，活塞质量为
F
B
． P=P0+
S
F sin
D
． P=P0+
S
S
θ
F
m，缸套质量为 M，通过弹簧吊在天花板上，气缸内封住一定质量
的空气 ，缸套与活塞无摩擦，活塞截面积为 S，大气压强为 p0, 则
A. 分子间同时存在着引力和斥力 B. 拉伸物体时，分子间引力增大，斥力减小，所以分子间引力大于斥力 C.在真空容器中注入气体， 气体分子迅速散开充满整个容器， 是因为气体分子间的斥力大于
引力
3
D.当分子间相互作用力做正功时，分子势能增大
25、用 r 表示两个分子间的距离， Ep 表示两个分子间的相互作用的势能，当
A． a 的体积增大了，压强变小了 B． b 的温度升高了
K
a
b
C．加热后 a 的分子热运动比 b 的分子热运动更激烈
D． a 增加的内能大于 b 增加的内能
2
16 封闭在气缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确
的是 ( )
Ａ．气体的密度增大
Ｃ．气体分子的平均动能减小
1 3
LS
400
(
1 3
L
x)S
(4
分)
300
对于 B 室系统 :
2 3
LS
(
2 3
y
x) S
(4
分)
400
300
解得： x=L/12 (2 分 )
y=L/4 (2
分)
5
30．被活塞封闭在气缸中的一定质量的理想气体温度升高，压强保持不变，则：（
）
（A）气缸中每个气体分子的速率都增大
（B）气缸中单位体积内气体分子数减少
（C）气缸中的气体吸收的热量等于气体内能的增加量
（D）气缸中的气体吸收的热量大于气体内能的增加量
三、计算题：
31、如图所示，重 G1 的活塞 a 和重 G2 的活塞 b，将长为 L 的气室分成体积比为 1﹕ 2 的
D.随着温度的升高，氧气分子的平均速率变小
18. 一定质量的理想气体 , 处于某一初态 , 现要使它经过一些状
态变化后回到原来初温 , 下列哪些过程可能实现 ( )
A. 先等压压缩 ,
B. 先等压膨胀 ,
C. 先等容增压 ,
D. 先等容减压 , 再等压膨
19．用 r 表示两分子之间的距离， Ep 表示两个分子间的相互作用势能， 当 r=r 0 时时， 两个分