（新課標(biāo)）2020版高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專題強(qiáng)化訓(xùn)練17 熱學(xué)

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1、專題強(qiáng)化訓(xùn)練(十七) 1．(2019·全國卷Ⅰ)(1)某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為理想氣體．初始時容器中空氣的溫度與外界相同，壓強(qiáng)大于外界壓強(qiáng)．現(xiàn)使活塞緩慢移動，直至容器中的空氣壓強(qiáng)與外界相同．此時，容器中空氣的溫度________________(填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度，容器中空氣的密度________________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度． (2)熱等靜壓設(shè)備廣泛應(yīng)用于材料加工中．該設(shè)備工作時，先在室溫下把惰性氣體用壓縮機(jī)壓入到一個預(yù)抽真空的爐腔中，然后爐腔升溫，利用高溫高壓環(huán)境對放入爐腔中的材料加工處理，改善

2、其性能．一臺熱等靜壓設(shè)備的爐腔中某次放入固體材料后剩余的容積為0.13 m3，爐腔抽真空后，在室溫下用壓縮機(jī)將10瓶氬氣壓入到爐腔中．已知每瓶氬氣的容積為3.2×10－2 m3，使用前瓶中氣體壓強(qiáng)為1.5×107 Pa，使用后瓶中剩余氣體壓強(qiáng)為2.0×106 Pa；室溫溫度為27 ℃.氬氣可視為理想氣體． (ⅰ)求壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強(qiáng)； (ⅱ)將壓入氬氣后的爐腔加熱到1227 ℃，求此時爐腔中氣體的壓強(qiáng)． [解析]　(1)由于初始時封閉在容器中的空氣的壓強(qiáng)大于外界壓強(qiáng)，容器和活塞絕熱性能良好，容器中空氣與外界沒有熱量交換，容器中的空氣推動活塞對外做功，由熱力學(xué)第一定律可知，

3、空氣內(nèi)能減?。鶕?jù)理想氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)可知，活塞緩慢移動后容器中空氣的溫度降低，即容器中的空氣溫度低于外界溫度．因壓強(qiáng)與氣體溫度和分子的密集程度有關(guān)，當(dāng)容器中的空氣壓強(qiáng)與外界壓強(qiáng)相同時，容器中空氣溫度小于外界空氣溫度，故容器中空氣的密度大于外界空氣密度． (2)(ⅰ)設(shè)初始時每瓶氣體的體積為V0，壓強(qiáng)為p0；使用后氣瓶中剩余氣體的壓強(qiáng)為p1. 假設(shè)體積為V0、壓強(qiáng)為p0的氣體壓強(qiáng)變?yōu)閜1時，其體積膨脹為V1.由玻意耳定律p0V0＝p1V1① 被壓入爐腔的氣體在室溫和p1條件下的體積為 V1′＝V1－V0② 設(shè)10瓶氣體壓入完成后爐腔中氣體的壓強(qiáng)為p2，體積為V2. 由玻意耳定律

4、 p2V2＝10p1V1′③ 聯(lián)立①②③式并代入題給數(shù)據(jù)得 p2＝3.2×107 Pa④ (ⅱ)設(shè)加熱前爐腔的溫度為T0，加熱后爐腔溫度為T1，氣體壓強(qiáng)為p3.由查理定律＝⑤ 聯(lián)立④⑤式并代入題給數(shù)據(jù)得 p3＝1.6×108 Pa⑥ [答案]　(1)低于　大于　(2)(ⅰ)3.2×107 Pa　(ⅱ)1.6×108 Pa 2．(2019·全國卷Ⅲ)(1)用油膜法估算分子大小的實驗中，首先需將純油酸稀釋成一定濃度的油酸酒精溶液，稀釋的目的是____________________________________________________________________．實驗

5、中為了測量出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積，可以_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6、_________________. 為得到油酸分子的直徑，還需測量的物理量是________________________________________________． (2)如圖，一粗細(xì)均勻的細(xì)管開口向上豎直放置，管內(nèi)有一段高度為2.0 cm的水銀柱，水銀柱下密封了一定量的理想氣體，水銀柱上表面到管口的距離為2.0 cm.若將細(xì)管倒置，水銀柱下表面恰好位于管口處，且無水銀滴落，管內(nèi)氣體溫度與環(huán)境溫度相同．已知大氣壓強(qiáng)為76 cmHg，環(huán)境溫度為296 K. (ⅰ)求細(xì)管的長度； (ⅱ)若在倒置前，緩慢加熱管內(nèi)被密封的氣體，直到水銀柱的上表面恰好與管口平齊為止，求此時密封氣

7、體的溫度． [解析]　(1)如果不稀釋油酸，無法形成單分子油膜層，因此實驗前需要將油酸稀釋，使油酸在淺盤的水面上形成一塊單分子層油膜以便測量油膜厚度，即分子直徑．可以用累積法測量多滴溶液的體積后計算得到一滴溶液的體積．油酸分子直徑等于油酸的體積與單分子層油膜的面積之比，即d＝，故除測得油酸酒精溶液中所含純油酸的體積外，還需要測量單分子層油膜的面積． (2)(ⅰ)設(shè)細(xì)管的長度為L，橫截面的面積為S，水銀柱高度為h；初始時，設(shè)水銀柱上表面到管口的距離為h1，被密封氣體的體積為V，壓強(qiáng)為p；細(xì)管倒置時，氣體體積為V1，壓強(qiáng)為p1.由玻意耳定律有 pV＝p1V1① 由力的平衡條件有 p＝p0

8、＋ρgh② p1＝p0－ρgh③ 式中，ρ、g分別為水銀的密度和重力加速度的大小，p0為大氣壓強(qiáng)．由題意有 V＝S(L－h(huán)1－h(huán))④ V1＝S(L－h(huán))⑤ 由①②③④⑤式和題給條件得 L＝41 cm⑥ (ⅱ)設(shè)氣體被加熱前后的溫度分別為T0和T，由蓋—呂薩克定律有 ＝⑦ 由④⑤⑥⑦式和題給數(shù)據(jù)得 T＝312 K [答案]　(1)使油酸在淺盤的水面上容易形成一塊單分子層油膜　把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，測出1 mL油酸酒精溶液的滴數(shù)，得到一滴溶液中純油酸的體積　單分子層油膜的面積　(2)(ⅰ)41 cm　(ⅱ)312 K 3．(2019·石家莊一模)(1)(多選

9、)下列說法正確的是________________．(填正確答案標(biāo)號) A．圖甲為中間有隔板的絕熱容器，隔板左側(cè)裝有溫度為T的理想氣體，右側(cè)為真空．現(xiàn)抽掉隔板，氣體的最終溫度仍為T B．圖乙為布朗運動示意圖，懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬間跟它相撞的液體分子越多，撞擊作用的不平衡性表現(xiàn)得越明顯 C．圖丙為同一氣體在0 ℃和100 ℃兩種不同情況下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比與分子速率間的關(guān)系圖線，兩圖線與橫軸所圍圖形的面積不相等 D．圖丁中，液體表面層中分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大，液體表面層中分子間的作用力表現(xiàn)為引力 E．圖戊中，由于液體浸潤管壁，管中液體能

10、上升到一定高度，利用此原理把地下的水分引上來，就用磙子壓緊土壤 (2)如圖所示，有一足夠深的容器內(nèi)裝有密度ρ＝1.0×103 kg/m3的液體，現(xiàn)將一端開口、另一端封閉，質(zhì)量m＝25 g、截面面積S＝2.5 cm2的圓柱形玻璃細(xì)管倒插入液體中(細(xì)管本身玻璃的體積可忽略不計)，穩(wěn)定后用活塞將容器封閉，此時容器內(nèi)液面上方的氣體壓強(qiáng)p0＝1.01×105 Pa，玻璃細(xì)管內(nèi)空氣柱的長度l1＝20 cm.已知所有裝置導(dǎo)熱良好，環(huán)境溫度不變，重力加速度g取10 m/s2. ①求玻璃細(xì)管內(nèi)空氣柱的壓強(qiáng)； ②若緩慢向下推動活塞，當(dāng)玻璃細(xì)管底部與液面平齊時(活塞與細(xì)管不接觸)，求容器液面上方的氣體壓強(qiáng)

11、． [解析]　(1)對圖甲，由于右側(cè)為真空，抽掉隔板，氣體不對外做功，因為容器絕熱與外界無法熱傳遞，由熱力學(xué)第一定律可知氣體內(nèi)能不變，最終溫度不變，選項A正確；對圖乙，在某一瞬間跟微粒相撞的液體分子越多，由于分子運動的無規(guī)則性，撞擊作用的平衡性表現(xiàn)得越明顯，選項B錯誤；圖丙中，兩圖線與橫軸所圍圖形的面積相等，選項C錯誤；圖丁中，由于液體蒸發(fā)，液體表面層中分子之間的距離比液體內(nèi)部分子之間的距離大，液體表面層中分子之間的作用力表現(xiàn)為引力，選項D正確；圖戊中，由于液體浸潤管壁，管中液體能上升到一定高度，是毛細(xì)現(xiàn)象，利用此原理把地下的水分引上來，就用磙子壓緊土壤，減小毛細(xì)管的直徑，選項E正確． (

12、2)解法一：①以玻璃管為研究對象，受力平衡可得： p1S＝p0S＋mg 解得管內(nèi)空氣柱的壓強(qiáng)p1＝p0＋＝1.02×105 Pa ②當(dāng)細(xì)管封閉處恰好與液面平齊時，設(shè)細(xì)管內(nèi)氣柱長度為l2，壓強(qiáng)為p2，容器內(nèi)液面上方氣體壓強(qiáng)為p p2＝p＋ρgl2 玻璃管受力平衡：p2S＝pS＋mg 對玻璃管內(nèi)的氣體由玻意耳定律有p1l1S＝p2l2S 聯(lián)立解得：l2＝0.1 m，p＝2.03×105 Pa 解法二：①玻璃管受力平衡，浮力等于重力，假設(shè)此時容器內(nèi)液面與玻璃管內(nèi)液面的距離為h0，有：mg＝ρh0Sg 解得：h0＝ 設(shè)此時玻璃管內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1，有：p1＝p0＋ρgh0 解得：p

13、1＝p0＋＝1.02×105 Pa ②當(dāng)細(xì)管封閉處恰好與液面平齊時，設(shè)細(xì)管內(nèi)氣柱長度為l2，壓強(qiáng)為p2，容器內(nèi)液面上方氣體壓強(qiáng)為p，則mg＝ρl2Sg 解得l2＝ 對于玻璃管內(nèi)氣體，由玻意耳定律有p1l1S＝p2l2S 可得壓強(qiáng)：p2＝ 又p＋ρgl2＝p2 可解得：p＝－＝2.03×105 Pa [答案]　(1)ADE　(2)①1.02×105 Pa　②2.03×105 Pa 4．(2019·武漢市畢業(yè)生調(diào)研)(1)如圖是人教版教材3－5封面的插圖，它是通過掃描隧道顯微鏡拍下的照片： 48個鐵原子在銅的表面排列成圓圈，構(gòu)成了“量子圍欄”．為了估算鐵原子直徑，查到以下數(shù)據(jù)

14、：鐵的密度ρ＝7.8×103 kg/m3，摩爾質(zhì)量M＝5.6×10－2 kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.0×1023 mol－1.若將鐵原子簡化為球體模型，鐵原子直徑的表達(dá)式D＝________________，鐵原子直徑約為________________m(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)． (2)如圖所示，總?cè)莘e為3V0、內(nèi)壁光滑的氣缸水平放置，一橫截面積為S的輕質(zhì)薄活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在氣缸內(nèi)，活塞左側(cè)由跨過光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的重物相連，氣缸右側(cè)封閉且留有抽氣孔．活塞右側(cè)氣體的壓強(qiáng)為p0，活塞左側(cè)氣體的體積為V0，溫度為T0.將活塞右側(cè)抽成真空并密封，整個抽氣過程中缸內(nèi)

15、氣體溫度始終保持不變．然后將密封的氣體緩慢加熱．已知重物的質(zhì)量滿足關(guān)系式mg＝p0S，重力加速度為g.求： ①活塞剛碰到氣缸右側(cè)時氣體的溫度； ②當(dāng)氣體溫度達(dá)到2T0時氣體的壓強(qiáng)． [解析]　(1)由題意可知，一個鐵原子的質(zhì)量為m＝，一個鐵原子的體積為V＝，又V＝π3，整理得鐵原子的直徑為D＝，代入數(shù)據(jù)解得D＝3×10－10 m. (2)①當(dāng)活塞右側(cè)的氣體壓強(qiáng)為p0時，左側(cè)氣體壓強(qiáng)為p1，對活塞受力分析，有 p1＝＋p0＝2p0 右側(cè)抽成真空時，左側(cè)氣體壓強(qiáng)為p2，有 p2＝p0 設(shè)此時左側(cè)氣體體積為V2，由玻意耳定律有 p1V0＝p2V2 解得V2＝2V0 緩慢加熱

16、氣體，氣體發(fā)生等壓變化，活塞與氣缸右側(cè)接觸時，體積V3＝3V0，氣體的溫度為T3，由蓋—呂薩克定律有 ＝ 解得T3＝1.5T0 ②氣體溫度升高到1.5T0之后，氣體發(fā)生等容變化，由查理定律有 ＝ 解得p4＝p0 [答案]　(1)　3×10－10　(2)①1.5T0?、趐0 5．(2019·江西省八校聯(lián)考)(1)(多選)下列說法正確的是________________．(填正確答案標(biāo)號) A．當(dāng)分子間距r>r0時，分子間的引力隨著分子間距的增大而增大，分子間的斥力隨著分子間距的增大而減小，所以分子力表現(xiàn)為引力 B．一定質(zhì)量的理想氣體放出熱量，它的內(nèi)能可能增加 C．大霧天氣學(xué)生

17、感覺到教室潮濕，說明教室內(nèi)的相對濕度較大 D．第一類永動機(jī)和第二類永動機(jī)研制失敗的原因都是違背了能量守恒定律 E．一定質(zhì)量的單晶體在熔化過程中分子勢能一定是增大的 (2)一質(zhì)量M＝10 kg、高度L＝35 cm的圓柱形氣缸，內(nèi)壁光滑，氣缸內(nèi)有一厚度可忽略的活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，活塞質(zhì)量m＝4 kg、橫截面積S＝50 cm2.溫度t0＝27 ℃時，用繩子系住活塞將氣缸懸掛起來，如圖甲所示，氣缸內(nèi)氣體柱的高L1＝32 cm.如果用繩子系住氣缸底，將氣缸倒過來懸掛起來，如圖乙所示，氣缸內(nèi)氣體柱的高L2＝28 cm，兩種情況下氣缸都處于豎直狀態(tài)，取重力加速度g＝10 m/s2，零攝氏度對

18、應(yīng)的熱力學(xué)溫度為273 K. ①求當(dāng)時的大氣壓強(qiáng)； ②圖乙狀態(tài)時，在活塞下掛一質(zhì)量m0＝3 kg的物體，如圖丙所示，則溫度升高到多少攝氏度時，活塞將從氣缸中脫落．(結(jié)果保留兩位小數(shù)) [解析]　(1)當(dāng)分子間距r＝r0時，分子間引力等于斥力，分子間距r>r0時，分子間的引力和斥力均隨分子間距的增大而減小，但斥力減小得快，因此分子力表現(xiàn)為引力，A錯誤；一定質(zhì)量的理想氣體放出熱量的同時如果外界對它做功，則氣體的內(nèi)能可能增加，B正確；相對濕度為空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)與相同溫度下水的飽和汽壓的比值，大氣中相對濕度越大，人就感覺到越潮濕，故大霧天氣學(xué)生感覺到教室潮濕，說明教室內(nèi)的相對濕度較大，C正

19、確；第一類永動機(jī)研制失敗的原因是違背了能量守恒定律，而第二類永動機(jī)研制失敗的原因并不是違背了能量守恒定律，而是違背了熱力學(xué)第二定律，D錯誤；一定質(zhì)量的單晶體在熔化過程中溫度不變，分子的平均動能不變，吸收熱量，分子勢能增大，E正確． (2)①由圖甲狀態(tài)到圖乙狀態(tài)，氣體做等溫變化 由玻意耳定律有：p1L1S＝p2L2S 其中p1＝p0－ p2＝p0－ 所以L1S＝L2S 可解得p0＝＝1.04×105 Pa ②活塞脫落的臨界狀態(tài)： 氣柱體積V3＝LS 壓強(qiáng)p3＝p0－ 設(shè)臨界溫度為t，則有＝ 得t＝78.56 ℃ [答案]　(1)BCE　(2)①1.04×105 Pa?、?8.56 ℃ 8