2020年高考物理真题分类汇编选修3-3 热学

2016年物理真题分类汇编——选修3-3 热学

[2016上海12].如图，粗细均匀的玻璃管A和B由一橡皮管连接，一定质量的空气被水银柱封闭在A管内，初始时两管水银面等高，B管上方与大气相通。若固定A管，将B管沿竖直方向缓慢下移一小段距离H，A管内的水银面高度相应变化h，则

（A）h=H （B）h<

2

H

（C）h=

2

H

（D）

2

H

【答案】B

【解析】据题意，原来A、B管内的水银高度相同，有

A

P P

=；B管下移后，设A管水银

下移高度为h，B管内水银末位置高度如图所示，A、B管内末位置水银高度差为

1

h，则B

管内水银原、末位置高度差为：

1

h h

+；可以计算B管下降的高度为：

1

2

H h h

=+，此时

由于A管内水银下降，A管内气体体积增加，压强减小，即'

A

P P

<，此时有：

1

'

A h

P P P

+=，

计算得'

(2)

A

P g H h P

ρ

+-=，最后有：

'

2

A

P P H

h

g

ρ

-

=+，由于'

A

P P

<，所以

2

H

h<，

故选项B正确。

[2016上海17].某气体的摩尔质量为M，分子质量为m。若1摩尔该气体的体积为V m，密度为ρ，则该气体单位体积分子数为（阿伏伽德罗常数为N A）

(A)A

m

N

V

(B)

m

M

mV

(C)A

ρN

M

(D)A

ρN

m

【答案】ABC

[2016上海29].（8分）某同学制作了一个结构如图（a ）所示的温度计。一端封闭的轻质细管可绕封闭端O 自由转动，管长0.5m 。将一量程足够大的力传感器调零，细管的开口端通过细线挂于力传感器挂钩上，使细管保持水平、细线沿竖直方向。在气体温度为270K 时，用一段水银将长度为0.3m 的气柱封闭在管内。实验时改变气体温度，测得封闭气柱长度l 和力传感器读数F 之间的关系如图（b ）所示（实验中大气压强不变）。

（1）管内水银柱长度为 m ，为保证水银不溢出，该温度计能测得的最高温度为 K 。

（2）若气柱初始长度大于0.3m ，该温度计能测量的最高温度将 （选填：“增大”，“不变”或“减小”）。

（3）若实验中大气压强略有升高，则用该温度计测出的温度将 （选填：“偏高”，“不变”或“偏低”）。

【答案】（1）0.1；360 （2）减小（3）偏低

【解析】（1）、由于轻质管可以绕O 点转动，通过力矩关系有：设水银长度的一半为x ，封闭气体长度为l ，()FL gsx l x ρ=+，研究气体长度为0.3m 和0.35m 两个位置，可以计算出水银长度为：20.1x m =；为保

[2016上海30] .（10分）如图，两端封闭的直玻璃管竖直放置，一段水银将管内气体分隔为

上下两部分A 和B ，上下两部分气体初温度相等，且体积V A ＞V B 。

（1）若A 、B 两部分气体同时升高相同的温度，水银柱将如何移动？

某同学解答如下： 设两部分气体压强不变，由1212V V T T =，…，T V V T

??=，…，所以水银柱将向下移动。 上述解答是否正确？若正确，请写出完整的解答；若不正确，请说明理由并给出正确的解答。

（2）在上下两部分气体升高相同温度的过程中，水银柱位置发生变化，最后稳定在新的平衡位置，A 、B 两部分气体始末状态压强的变化量分别为Δp A 和Δp B ，分析并比较二者的大小关系。

【答案】（1）不正确 水银柱向上移动 （2）Δ=ΔA B p p

【解析】（1）不正确。

水银柱移动的原因是升温后，由于压强变化造成受力平衡被破坏，因此应该假设气体体积不变，由压强变化判断移动方向。

正确解法：设升温后上下部分气体体积不变，则由查理定律可得

Δp p T T T

'=+ ΔΔT p p p p T

'=-= 因为Δ0T >，p A

（2）升温前有p B =p A +p h （p h 为汞柱压强）

升温后同样有p B ' =p A '+p h

两式相减可得Δ=ΔA B p p

[2016北京20]雾霾天气对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中，各种悬浮颗粒物形状不规则，但可视为密度相同、直径不同的球体，并用PM10、PM2.5分别表示直径小于或等于10μm 、2.5μm 的颗粒物（PM 是颗粒物的英文缩写）。

某科研机构对北京地区的检测结果表明，在静稳的雾霾天气中，近地面高度百米的范围内，PM10的浓度随高度的增加略有减小，大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小，且两种浓度分布基本不随时间变化。

据此材料，以下叙述正确的是

A 、PM10表示直径小于或等于1.0×10-6 m 的悬浮颗粒物

B 、PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其受到的重力

C 、PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动

D 、PM2.5浓度随高度的增加逐渐增大

【答案】C

考点：考查了布朗运动

[2016理综I-33] [物理——选修3-3]（15分）

（1）（5分）关于热力学定律，下列说法正确的是__________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分为0分） A ．气体吸热后温度一定升高

B ．对气体做功可以改变其内能

C ．理想气体等压膨胀过程一定放热

D ．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

E ．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡

BDE

【解析】气体内能的改变U Q W ?=+，故对气体做功可改变气体内能，B 选项正确；气体

吸热为Q ，但不确定外界做功W 的情况，故不能确定气体温度变化，A 选项错

误；理想气体等压膨胀，0W <，由理想气体状态方程PV nRT =，P 不变，V 增

大，气体温度升高，内能增大。由U Q W ?=+，气体过程中一定吸热，C 选项错

误；由热力学第二定律，D 选项正确；根据平衡性质，E 选项正确；

【考点】理想气体状态方程，热力学第一定律，热力学第二定律，热平衡的理解。

【难点】 等压膨胀气体温度升高，内能增大；气体又

对外做功，所以气体一定吸热。

[2016理综I-33] [物理——选修3-3]（2）（10分）在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差p ?与气泡半径r 之间的关系为2p r

σ?=，其中0.070N/m σ=。现让水下10m 处一半径为0.50cm 的气泡缓慢上升。已知大气压强50 1.010Pa p =?，水的密度331.010kg /m ρ=?，重力加速度大小210m/s g =。

(i)求在水下10m 处气泡内外的压强差；

(ii)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。 水下10m 处气泡的压强差是28Pa ，气泡在接近水面时的半径与原来半径之比为

3

21。 【解析】（i ）由公式2P r σ?=得，3

20.070Pa=28Pa 510P -??=? 水下10m 处气泡的压强差是28Pa 。

（ii ）忽略水温随水深的变化，所以在水深10m 处和在接近水面时气泡内温度相

同。

由理想气体状态方程PV nRT =，得

1122PV PV =

① 其中， 31143

V r π= ② 32243

V r π= ③ 由于气泡内外的压强差远小于水压，气泡内压强可近似等于对应位置处的水压，

所以有

5351010110Pa+1101010210Pa=2P P gh P ρ=+=????=?

④ 20P P =

⑤

将②③④⑤带入①得，33010244233

P r P r ππ?=? 33122r r =

3212 1.3r r =≈ 【考点】理想气体状态方程

【难点】 当气体内部压强远大于气泡内外压强差时，

计算气体内部压强时可忽略掉压强差，即气体压强等于对应位置的水压。

[2016全国II-33].[物理—选修3-3]（15分）

（1）（5分）一定量的理想气体从状态a 开始，经历等温或等压过程ab 、bc 、cd 、da 回到原状态，其p –T 图像如图所示，其中对角线ac 的延长线过原点O 。下列判断正确的是________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A ．气体在a 、c 两状态的体积相等

B ．气体在状态a 时的内能大于它在状态c 时的内能

C ．在过程cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功

D ．在过程da 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功

E ．在过程bc 中外界对气体做的功等于在过程da 中气体对外界做的功

【答案】ABE

考点：理想气体、热力学第一定律

[2016全国II-33]（2）（10分）一氧气瓶的容积为0.08 m3，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压。某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3。当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时，需重新充气。若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。

【答案】N=4天

考点：气体的状态变化

[2016全国III-33]【物理选修3-3】（1）关于气体的内能，下列说法正确的是________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同

B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大

C．气体被压缩时，内能可能不变

D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关

E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加

【答案】CDE

考点：考查了分子热运动

[2016全国III-33]（2）一U 形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一光滑的轻活塞。初始时，管内汞柱及空气柱长度如图所示。用力向下缓慢推活塞，直至管内两边汞柱高度相等时为止。求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离。已知玻璃管的横截面积处处相同；在活塞向下移动的过程中，没有发生气体泄漏；大气压强p 0=75.0 cmHg 。环境温度不变。

【答案】9.42h cm =

【解析】

试题分析：设初始时，右管中空气柱的压强为1p ，长度为1l ；左管中空气柱的压强为20p p =，长度为2l 。活塞被推下h 后，右管中空气柱的压强为1'p ，长度为1'l ；左管中空气柱的压强为2'p ，长度为2'l 。以cmHg 为压强单位，由题给条件得

1020.0 5.00(20.0)2

p p cmHg -=+- 120.0 5.00'(20.0)2

l cm -=- 根据玻意耳定律1111''p l p l =

联立解得1'144p cmHg =

根据题意可得12''p p =，220.0 5.00' 4.002

l cm cm h -=+- 根据玻意耳定律可得2222''p l p l =，解得9.42h cm =

考点：考查了理想气体状态方程的应用

[2016江苏12 A].[选修3?3]（12分）

（1）在高原地区烧水需要使用高压锅，水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽，停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却，在冷却过程中，锅内水蒸汽的变化情况为▲.

（A）压强变小（B）压强不变（C）一直是饱和汽（D）变为未饱和汽

【答案】AC

【解析】

试题分析：在冷却的过程中，温度降低，锅内水蒸汽与锅内的液体处于动态平衡所以锅内水蒸汽一直是饱和汽，故C正确；D错误；在冷却的过程中，温度降低，饱和汽的压强减小，所以A正确；B错误。。

（2）如题12A?1图所示，在斯特林循环的p?V图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目▲（选填“增大”、“减小”或“不变”），状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如题12A?2图所示，则状态A对应的是▲（选填“①”或“②”）.学科.网

【答案】不变①

（3）如题12A-1图所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4J和30J.在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20J和12J.求气体完成一次循环对外界所做的功.

【答案】8J

【解析】

试题分析：完成一次循环气体内能不变ΔU=0，吸收的热量Q=(20+12–4–20)J=8 J

由热力学第一定律ΔU=Q+W得，W=–8 J

气体对外做功为8 J 。

[2016海南15].[选修3-3]（12分）

（1）（4分）一定量的理想气体从状态M 可以经历过程1或者过程2到达状态N ，其p -V 图像如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正确的是____。

A ．气体经历过程1，其温度降低

B ．气体经历过程1，其内能减少

C ．气体在过程2中一直对外放热

D ．气体在过程2中一直对外做功

E.气体经历过程1的内能该变量与经历过程2的相同

【答案】ABE

（2）（8分）如图，密闭汽缸两侧与一“U ”形管的两端相连，汽缸壁导热；“U ”形管内盛有密度为23

=7.510kg /m ρ?的液体。一活塞将汽缸分成左、右两个气室，开始时，左气室的体积是右气室的体积的一半，气体的压强均为30=4.510 Pa P ?。外界温度保持不变。缓慢向右拉活塞使U 形管两侧液面的高度差h =40 cm ，求此时左、右两气室的体积之比。取重力加速度大小210m /s g =，U 形管中气体的体积和活塞拉杆的体积忽略不计。

【答案】12:1:1V V =

【解析】设初始状态时汽缸左气室的体积为01V ，右气室的体积为02V ；当活塞至汽缸中某位置时，左、右气室的压强分别为1p 、2p ，体积分别为1V 、2V ，由玻意耳定律得：00111p V p V =①

00222p V p V =②

依题意有：010212V V V V +=+③

由力的平衡条件有：21–p p gh ρ=④

联立①②③④式，并代入题给数据得：221011012390V V V V +-=⑤ 由此解得：10132

V V =（另一解不合题意，舍去）⑥ 由③⑥式和题给条件得：12:1:1V V =⑦。