高2021届高2018级高三物理二轮复习资料训练16

训练(16) 热学

1.(1)(2020·辽宁辽阳二模)(多选)下列说法正确的是( )

A.食盐晶体中的钠离子、氯离子按一定规律分布,具有空间上的周期性

B.液晶既有液体的流动性,又有晶体的各向异性

C.功可以全部转化为热量,但热量不能全部转化为功

D.水黾能停在水面上,是因为液体表面张力的作用

E.外界对物体做功时,物体的内能一定增加

ABD [食盐晶体中的钠离子、氯离子按一定规律分布,具有空间上的周期性.故A 正确；液晶像液体一样可以流动,又具有某些晶体结构特征的一类物质.所以液晶的光学性质与某些晶体相似,具有各向异性.故B 正确；根据热力学第二定律,热量也可以全部转化为功,但必须发生其他的一些变化.故C 错误；水黾能停在水面上,是因为液体表面张力的作用.故D 正确；根据热力学第一定律,外界对物体做功(W >0),但如果和外界热交换不明确的话,物体的内能也不一定增加.故E 错误.]

(2)一根足够长的两端开口的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够深),管中有一个质量不计的光滑活塞,活塞横截面积S ＝2 cm 2,活塞下封闭着长L ＝21 cm 的气柱,气体的温度t 1＝7 ℃,外界大气压取p 0＝1.0×105 Pa(相当于75 cm 汞柱高的压强).

①对封闭气体加热,使其温度升高到t 2＝47 ℃,此时气柱为多长？

②在活塞上施加一个竖直向上的拉力F ＝4 N.保持气体的温度t 2不变,平衡后管内外水银面的高度差为多少？

解析 ①根据盖－吕萨克定律有：V 1T 1＝V 2T 2即L 1T 1＝L 2T 2

解得L 2＝T 2T 1L 1＝320280

×21 cm ＝24 cm. ②在活塞上施加拉力后,气体的压强：

p 3＝p 0－F S ＝1.0×105－42×10

－4＝8.0×104 Pa ＝60 cmHg

由于Δp ＝p 2－p 3＝(75－60)cmHg ＝15 cmHg

所以管内外的水银面的高度差为Δh ＝15 cm.

[试题参考答案]①24 cm ②15 cm

2.(2020·山东菏泽一模)(1)(多选)关于对分子动理论、气体和晶体等知识的理解,下列说法正确的是____________.

A.温度高的物体,其分子的平均动能一定大

B.饱和汽压的大小与饱和汽的体积有关

C.晶体在物理性质上可能表现为各向同性

D.温度升高,气体的压强一定变大

E.热量可以从低温物体传给高温物体

ACE [温度是分子平均动能的标志,温度升高时,分子的平均动能增大,故A 正确；液体的饱和汽压只与温度有关,而与饱和汽的体积无关,故B 错误；单晶体因排列规则其物理性质为

各向异性,而多晶体因排列不规则表现为各向同性,故C 正确；根据理想气体的状态方程：pV T

＝C ,可知,温度升高,气体的压强不一定增大,还要看体积变化,故D 错误；热量不能自发的从低温物体传给高温物体,但在引起其他变化的情况下可以由低温物体传给高温物体,故E 正确.]

(2)如图所示,绝热性能良好的汽缸开口向上,缸中用绝热性能良好的活塞封闭一段气体,气柱的长为h ,活塞与汽缸内壁无摩擦且气密性良好,活塞的质量为m ,横截面积为S ,大气压强为p 0,开始时缸中气体的温度为T 0,重力加速度为g .

①若在汽缸上放一个质量为m 的物块,再给缸中气体加热,使气柱长仍为h ,则加热后气体的温度为多少？

②若只给缸中气体缓慢加热,当气体温度为2T 0时,电热丝产生的热量为Q ,则气体的内能增加多少？

解析 ①没有放物块时,缸内气体的压强为p 1＝p 0＋mg S

放一个质量为m 的物块后,缸内气体的压强为

p 2＝p 0＋2mg S

则有：p 1T 0＝p 2T 2

解得：T 2＝p 0S ＋2mg p 0S ＋mg

T 0； ②若只给缸中气体缓慢加热,气体发生等压变化,当气体温度为2T 0时,设活塞上升的高度为H ,则有

hS T 0＝(H ＋h )S 2T 0

解得：H ＝h

此过程气体对外做功

W ＝p 1SH ＝?

???p 0＋mg S Sh ＝p 0Sh ＋mgh 根据热力学第一定律,气体的内能增加量为

ΔE ＝Q －W ＝Q －p 0Sh －mgh .

[试题参考答案]①p 0S ＋2mg p 0S ＋mg T 0

②Q －p 0Sh －mgh 3.(2020·河北张家口联考)(1)(多选)下列说法正确的是________.

A.分子间距离增大,则分子间作用力的合力减小

B.使用毛笔难以在石蜡纸上写字,这是因为墨水不浸润石蜡纸

C.第一类永动机不可制成,是因为违背了热力学第二定律

D.不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响

E.一定质量的理想气体等压膨胀,一定吸收热量

BDE [当分子间的距离增大时,分子间作用力的合力可能先减小后增大,故A 错误；使用毛笔难以在石蜡纸上写字,这是墨水不浸润石蜡纸的原因,故B 正确；第一类永动机既不消耗能量又能源源不断对外做功,违背了能量守恒定律,所以不可能制成,故C 错误；热力学第二定

律指出：不可能从单一热库吸收热量使之完全变成功,而不产生其他影响,故D 正确；由公式pV T

＝C 知,一定质量理想气体在等压膨胀过程中温度升高,内能增大,气体一定吸收热量,故E 正确.故选B 、D 、E.]

(2)如图所示,一端封闭、粗细均匀的U 形玻璃管开口向上竖直放置,管内用水银将一段气

体封闭在管中.当温度为300 K 时,被封闭的气柱长为20 cm,两边水银柱高度差h ＝4 cm,大气压强p 0＝76 cmHg(可认为保持不变).

①若缓慢改变封闭气体温度,当温度为多少时,左右管内水银液面平齐？

②若保持封闭气体温度不变,从左侧管口用一设备缓慢把水银抽出,则抽出水银柱多长时(以处于管内长度为准),能使左右管内水银面平齐？(结果保留两位小数)

解析 ①由题可知,封闭气体初始压强为p 1＝p 0＋h ＝80 cmHg

气柱长度为L 1＝20 cm,温度为T 1＝300 K

温度变化后气体压强为p 2＝p 0＝76 cmHg,气柱长度为L 2＝18 cm 由理想气体状态方程：p 1L 1S T 1＝p 2L 2S T 2

, 得到：T 2＝256.5 K ；

②设抽掉部分水银后,气柱长度为L 3,则压强变为p 3＝p 0

由玻意耳定律：p 1L 1S ＝p 3L 3S ,得到L 3≈21.05 cm

则抽掉水银长度为ΔL ＝h ＋2(L 3－L 1)＝6.10 cm.

[试题参考答案]①256.5 K ②6.10 cm

4.(1)(多选)一定质量的理想气体,由初始状态A 开始,按图中箭头所示的方向进行了一系列状态变化,最后又回到初始状态A ,即A →B →C →A (其中BC 与纵轴平行,CA 与横轴平行),这一过程称为一个循环.在这一循环中,对于该气体,下列说法正确的有____________.

A.从状态A 变化到状态B ,分子的平均动能增大

B.从状态B 变化到状态C ,气体的内能减小

C.从状态C 变化到状态A ,气体吸收热量

D.从状态B 变化到状态C ,分子的平均动能逐渐减小

E.从状态A 变化到状态B ,气体放出热量

ABD [从状态A 变化到状态B ,气体的温度升高,则分子的平均动能增大,选项A 正确；从状态B 变化到状态C ,气体的温度降低,因理想气体的内能只与温度有关,则内能减小,选项B 正确；从状态C 变化到状态A ,气体温度降低,内能减小,体积减小,外界对气体做功,则气体放出热量,选项C 错误；从状态B 变化到状态C ,气体的温度逐渐降低,则分子的平均动能逐渐减小,选项D 正确；从状态A 变化到状态B ,气体温度升高,内能增大；气体体积变大,对外做功,则气体吸收热量,选项E 错误.]

(2)如图所示,体积为V 的汽缸由导热性良好的材料制成,面积为S 的活塞将汽缸的空气分成体积相等的上下两部分,汽缸上部通过单向阀门K(气体只能进入汽缸,不能流出汽缸)与一打气筒相连.开始时汽缸内上部分空气的压强为p 0,现用打气筒向容器内打气.已知打气筒每次

能打入压强为p 0、体积为V 10

的空气,当打气n 次后,稳定时汽缸上下两部分的空气体积之比为9∶1,活塞重力G ＝14

p 0S ,空气视为理想气体,外界温度恒定,不计活塞与汽缸间的摩擦.求：

①当打气n 次活塞稳定后,下部分空气的压强；

②打气筒向容器内打气次数n .

解析 ①对汽缸下部分气体,设初状态压强为p 1,末状态压强为p 2

由理想气体状态方程p 1V 1＝p 2V 2

可知p 1V 2＝p 2V 10

初状态时对活塞p 1S ＝p 0S ＋G 联立解得p 2＝254

p 0. ②把上部分气体和打进的n 次气体作为整体,此时上部分汽缸中的压强为p

末状态时对活塞p 2S ＝pS ＋G

由理想气体状态方程满足

p 0V 2＋n ·p 0V 10＝p 9V 10

联立解得p ＝6p 0

n ＝49次.

[试题参考答案]①254

②49 5.(2020·山东日照联考)(1)(多选)以下有关热学内容的叙述,正确的是________.

A.在两分子间距离增大的过程中,分子间的作用力一定减小

B.液晶既有液体的流动性,又有光学性质的各向异性

C.容器中的气体对器壁的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁而产生的

D.布朗运动反映了花粉小颗粒内部分子的无规则运动

E.即使没有漏气,没有摩擦的能量损失,内燃机也不可能把内能全部转化为机械能

BCE [当分子间距大于平衡距离时,增大分子间距,分子力先增加后减小,当分子间距小于平衡距离时,增大分子间距,分子力减小,故A 错误；液晶首先具有液体的流动性,在外界电场作用下,会呈现光学性质的各向异性,故B 正确；容器中的气体对器壁的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁而产生的,故选项C 正确；布朗运动是花粉小颗粒的无规则的运动,不是分子的运动,故D 错误；根据热力学第二定律,热机的效率不可能达到100%,故即使没有漏气,没有摩擦的能量损失,内燃机也不可能把内能全部转化为机械能,故E 正确.]

(2)某兴趣小组受“蛟龙号”的启发,设计了一个测定水深的深度计,如图,导热性能良好的汽缸Ⅰ、Ⅱ内径相同,长度均为L ,内部分别有轻质薄活塞A 、B ,活塞密封性良好且可无摩擦左右滑动,汽缸Ⅰ左端开口.外界大气压强为p 0,汽缸Ⅰ内通过A 封有压强为p 0的气体,汽缸Ⅱ内通过B 封有压强为3p 0的气体,一细管连通两汽缸,初始状态A 、B 均位于汽缸最左端,该装置放入水下后,通过A 向右移动的距离可测定水的深度,已知p 0相当于10 m 高的水产生的压强,不计水温变化,被封闭气体视为理想气体,求：

①当A 向右移动L 5

时,水的深度h ； ②该深度计能测量的最大水深h m .

解析 ①A 右移L 5

时,假设B 不动,汽缸Ⅰ内气体等温变化,有： p 0SL ＝p 1S ????L －L 5 解得p 1＝54

p 0<3p 0,假设成立

由p 1＝p 0＋p h 可得：h ＝2.5 m.

②当活塞A 恰好移动到汽缸Ⅰ的最右端时所测水深最大,设此时活塞B 右移了x ,两部分气体压强相等,设为p 2

对Ⅰ内气体应用玻意耳定律可得： p 0SL ＝p 2Sx

对Ⅱ内气体应用玻意耳定律可得： 3p 0SL ＝p 2S (L －x )

联立解得： x ＝L 4

,p 2＝4p 0 由p 2＝p 0＋p h max 可得：h max ＝30 m.

[试题参考答案]①2.5 m ②30 m

6.(2020·四川省成都联考)(1)(多选)一定量的理想气体从状态a 开始,经历三个过程：从a 到b ,b 到c ,c 到a 回到原状态,其中V －T 图象如图所示.用p a 、p b 、p c 分别表示状态a 、b 、c 的压强,下列说法正确的是________.

A.p a ＜p c ＝p b

B.由a 到b 的过程中,气体一定吸热

C.由b 到c 的过程中,气体放出的热量一定等于外界对气体做的功

D.由b 到c 的过程中,每一个气体分子的速率都减小

E.由c 到a 的过程中,气体分子的平均动能不变

ABE [设a 状态的压强为p a ,由理想气体状态方程可知,p a ·3V 0T 0＝p b ·3V 03T 0

,所以p b ＝3p a ,同理可得：p a ·3V 0T 0＝p c ·V 0T 0

,所以p c ＝3p a ,所以p c ＝p b >p a ,故A 正确；过程ab 中气体的体积不变,没有做功,温度升高,内能增大,所以气体一定吸热,故B 正确；由图象可知,bc 过程气体压强不变,温度降低,所以其体积减小,外界对气体做功,W >0,气体温度降低,内能减小,ΔU <0,由热力学第一定律可知,气体要放出热量,所以过程bc 中气体放出的热量一定大于外界对气体做的功,故C 错误；温度是分子的平均动能标志,是大量分子运动的统计规律,对单个分子没意义,所以bc 过程中气体的温度降低,分子平均动能减小,并不是每一个分子的速率减小,故D 错误；由图可知,ca

气体等温膨胀,温度不变,所以气体分子的平均动能不变,故E 正确.故选A 、B 、E.]

(2)如图所示为一个带有阀门K 、容积为2 dm 3的容器(容积不可改变).先打开阀门让其与大气连通,再用打气筒向里面打气,打气筒活塞每次可以打进1×105 Pa 、200 cm 3的空气,忽略打气和用气时气体的温度变化(设外界大气的压强p 0＝1.0×105 Pa).

①若要使气体压强增大到5.0×105 Pa,应打多少次气？

②若上述容器中装的是5.0×105 Pa 的氧气,现用它给容积为0.7 dm 3的真空瓶充气,使瓶中的气压最终达到符合标准的2.0×105 Pa,则可充多少瓶？

解析 ①设需要打气n 次,因每次打入的气体相同,故可视n 次打入的气体一次性打入,则气体的初状态：p 1＝1.0×105 Pa,V 1＝V 0＋n ΔV

末状态：p 2＝5.0×105 Pa,V 2＝V 0

其中： V 0＝2 dm 3,ΔV ＝0.2 dm 3

由玻意尔定律： p 1V 1＝p 2V 2

代入数据解得：n ＝40次；

②设气压为2.0×105 Pa 时气体的体积为V 3,则p 3＝2.0×105 Pa

由玻意耳定律有：p 2V 2＝p 3V 3

代入数据解得： V 3＝5 dm 3

真空瓶的容积为V 瓶＝0.7 dm 3

因：V 3－V 2V 瓶

＝427 故可充4瓶.

[试题参考答案]①40次 ②4瓶

7.(2020·湖南衡阳二模)(1)(多选)下列说法正确的是____________.

A.理想气体等温膨胀时,内能不变

B.分子间同时存在着引力和斥力,当分子间距增加时,分子间的引力增大,斥力减小

C.液晶具有液体的流动性,同时具有晶体的各向异性特征

D.液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动

E.液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部

ACD[一定质量的理想气体的内能只与温度有关,等温膨胀时,内能不变,选项A正确；分子间同时存在着引力和斥力,当分子间距增加时,分子间的引力和斥力均减小,选项B错误；液晶具有液体的流动性,同时具有晶体的各向异性特征,选项C正确；液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动,选项D正确；表面张力产生在液体表面层,它的方向平行于液体表面,故E 错误.]

(2)如图甲所示为“⊥”型上端开口的玻璃管,管内有一部分水银封住密闭气体,上管足够长,图中粗细部分截面积分別为S1＝2 cm2、S2＝1 cm2.封闭气体初始温度为451 K,气体长度为L＝22 cm,图乙为对封闭气体缓慢加热过程中气体压强随体积変化的图线,大气压强p0＝76 cmHg.求：

①h1和h2的值；

②若缓慢升高气体温度,升高到多少开尔文可将所有水银全部压入细管内.

解析①由图乙可知,初始状态

p1＝p0＋h1＋h2＝82 cmHg

末状态：S1h1＝S2h3,p2＝p0＋h2＋h3＝84 cmHg

解得：h1＝2 cm,h2＝4 cm；

②由理想气体状态方程得：p1V1

T1＝p2V2

T2

其中p1＝82 cmHg,V1＝S1L,T1＝451 K p2＝84 cmHg,V2＝S1(L＋h1)

代入数据解得：T2＝504 K.

[试题参考答案]①2 cm 4 cm②504 K