（全國通用）2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 熱學(xué)單元綜合檢測（通用）

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1、第十二章 熱學(xué) 1.(12分)(1)下列說法中正確的有　BCE　。(6分) A.懸浮在液體中的固體分子所做的無規(guī)則運(yùn)動叫做布朗運(yùn)動 B.金屬鐵有固定的熔點(diǎn) C.液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性 D.由于液體表面分子間距離小于液體內(nèi)部分子間的距離,故液體表面存在表面張力 E.隨著高度的增加,大氣壓和溫度都在減小,一個(gè)正在上升的氫氣球內(nèi)的氫氣內(nèi)能減小 (2)如圖所示,一端封閉一端開口的粗細(xì)均勻?qū)岵ＡЧ茇Q直放置在溫度為27 ℃的環(huán)境中。管的截面積為10 cm2,管內(nèi)有一個(gè)重力不計(jì)的絕熱活塞封閉了長20 cm的理想氣柱,活塞用一根勁度系數(shù)k=500 N/m的彈簧與管底相連。已知初始狀態(tài)

2、彈簧處于原長,大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105 Pa,重力加速度取g=10 m/s2?，F(xiàn)欲使活塞緩慢上升2 cm,環(huán)境溫度需要升高到多少?(6分) 【解析】(1)懸浮在液體中的固體微粒所做的無規(guī)則運(yùn)動叫做布朗運(yùn)動,A項(xiàng)錯誤;金屬鐵是晶體,有固定的熔點(diǎn),B項(xiàng)正確;液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性,C項(xiàng)正確;由于液體表面分子間距離大于液體內(nèi)部分子間的距離,故液體表面存在表面張力,D項(xiàng)錯誤;隨著高度的增加,大氣壓和溫度都在減小,一個(gè)正在上升的氫氣球內(nèi)的氫氣內(nèi)能減小,E項(xiàng)正確。 (2)初狀態(tài)p1=p0=1.0×105 Pa,V1=20 cm×S,T1=300 K,S為管子的截面積 末狀態(tài)p2=p0+=

3、1.1×105 Pa,V2=22 cm×S 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 代入數(shù)據(jù)得T2=363 K 所以t2=90 ℃ 2.(12分)(1)下列說法正確的是　ACD　。(6分) A.在圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動的宇宙飛船中,自由漂浮的水滴呈球形,這是液體表面張力作用的結(jié)果 B.布朗運(yùn)動指的是懸浮在液體里的花粉中的分子的運(yùn)動 C.對氣體而言,盡管大量分子做無規(guī)則運(yùn)動,速率有大有小,但分子的速率是按一定的規(guī)律分布的 D.一定質(zhì)量的理想氣體,在等溫膨脹的過程中,對外界做功,但內(nèi)能不變 E.在完全失重的情況下,氣體對容器壁的壓強(qiáng)為零 (2)如圖,導(dǎo)熱性能極好的氣缸,高為L=1 m,開口向

4、上固定在水平面上,氣缸中有橫截面積為S=100 cm2、質(zhì)量為m=10 kg的光滑活塞,活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在氣缸內(nèi)。當(dāng)外界溫度為t=27 ℃、大氣壓為p0=1×105 Pa時(shí),氣柱高度為l=0.9 m,氣缸和活塞的厚度均可忽略不計(jì),取g=10 m/s2。求: ①如果氣體溫度保持不變,將活塞緩慢拉至氣缸頂端,在頂端處,豎直拉力F的大小;(3分) ②如果外界溫度緩慢升高到恰使活塞移至氣缸頂端,外界溫度為多少?(3分) 【解析】(1)由于液體表面張力的作用,宇宙飛船中自由漂浮的水滴呈球形,A項(xiàng)正確;布朗運(yùn)動是指液體里花粉微粒的運(yùn)動,B項(xiàng)錯誤;大量分子在做無規(guī)則運(yùn)動的時(shí)候,速率是按

5、一定規(guī)律分布,C項(xiàng)正確;等溫膨脹過程中,氣體會對外做功,溫度不變,則氣體要吸收熱量,內(nèi)能是不變的,D項(xiàng)正確;氣體的壓強(qiáng)不僅僅是重力的壓強(qiáng),在完全失重的情況下,氣體對容器壁的壓強(qiáng)不為零,E項(xiàng)錯誤。 (2)①設(shè)起始狀態(tài)氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1,當(dāng)活塞被緩慢拉至氣缸頂端時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p2 由玻意耳定律得p1lS=p2LS 在起始狀態(tài)對活塞由受力平衡得p1S=mg+p0S 在頂端處對活塞由受力平衡得F+p2S=mg+p0S 解得F=110 N ②由蓋—呂薩克定律得 其中T=300 K　T'=(273+t')K 解得t'≈60.3 ℃ 3.(12分)(1)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣

6、體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,已知在此過程中,氣體內(nèi)能增加100 J,則該過程中氣體吸收熱量為 300 J。(6分) (2)如圖所示,在左端封閉右端開口的U形管中用水銀柱封一段空氣柱L,當(dāng)空氣柱的溫度為14 ℃時(shí),左臂水銀柱的長度h1=10 cm,右臂水銀柱長度h2=7 cm,氣柱長度L=15 cm;將U形管左臂放入100 ℃水中且狀態(tài)穩(wěn)定時(shí),左臂水銀柱的長度變?yōu)? cm。求出當(dāng)時(shí)的大氣壓強(qiáng)(單位用 cmHg)。(6分) 【解析】(1)從A到B氣體做等壓變化,氣體體積增大,氣體對外做功,對氣體做的功W=-pΔV=-200 J,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,解得Q=300 J,故

7、氣體吸收的熱量為300 J。 (2)對于封閉的空氣柱(設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0) 初態(tài)p1=p0+h2-h1=(p0-3) cmHg　V1=LS=15S cm3　T1=287 K 末態(tài)h'1=7 cm　h'2=10 cm,故壓強(qiáng)p2=p0+h'2-h'1=(p0+3) cmHg,V2=(L+3)S=18S cm3　T2=373 K 由理想氣體的狀態(tài)方程有 解得大氣壓強(qiáng)p0=75.25 cmHg 4.(12分)(1)關(guān)于分子、內(nèi)能和溫度,下列說法中正確的是 　ACE　。(6分) A.為了估算分子的大小或間距,可建立分子的球體模型或立方體模型 B.分子間距離越大,分子勢能越大;分子間距離越

8、小,分子勢能越小 C.不同分子的直徑一般不同,除少數(shù)大分子以外數(shù)量級基本一致 D.用打氣筒向籃球充氣時(shí)需用力,說明氣體分子間有斥力 E.溫度升高,物體的內(nèi)能卻不一定增大 (2)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A變?yōu)闋顟B(tài)C,其有關(guān)數(shù)據(jù)如圖所示。若狀態(tài)C的壓強(qiáng)是105 Pa,求: ①狀態(tài)A的壓強(qiáng);(3分) ②從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中氣體所做的功。(3分) 【解析】(1)將分子看成球體模型或立方體模型是對分子結(jié)構(gòu)的簡化,實(shí)際上,分子的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,A項(xiàng)正確;若取兩分子相距無窮遠(yuǎn)時(shí)的分子勢能為零,則當(dāng)兩分子間距離大于r0時(shí),分子力表現(xiàn)為引力,分子勢能隨間距的減小而減小(此時(shí)分子力做正功)

9、;當(dāng)分子間距離小于r0時(shí),分子力表現(xiàn)為斥力,分子勢能隨間距的減小而增大(此時(shí)分子力做負(fù)功),B項(xiàng)錯誤;不同分子的直徑不可能都相同,測定分子大小的方法有許多種,盡管用不同方法測出的結(jié)果有差異,但數(shù)量級是一致的,C項(xiàng)正確;用打氣筒向籃球充氣時(shí)需用力,是由于籃球內(nèi)氣體壓強(qiáng)在增大,不能說明分子間有斥力,D項(xiàng)錯誤;物體的內(nèi)能取決于溫度、體積及物體的質(zhì)量,溫度升高,內(nèi)能不一定增大,E項(xiàng)正確。 (2)①由題圖得狀態(tài)參量 VC=4 L,TC=500 K,VA=2 L,TA=200 K 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 得pA= Pa=8×104 Pa ②從狀態(tài)A到狀態(tài)B的圖線反向延長線過坐標(biāo)原點(diǎn),氣體的體積與溫

10、度成正比,說明壓強(qiáng)不變,體積變大,氣體對外做功 W=pA(VB-VA)=8×104×(4×10-3-2×10-3) J=160 J 從狀態(tài)B到狀態(tài)C,氣體的體積不變,氣體對外不做功,所以從狀態(tài)A到狀態(tài)C氣體對外做功160 J 5.(12分)(1)下列有關(guān)對氣體的理解正確的是　ABC　。(6分) A.常溫常壓下,一定質(zhì)量的氣體,保持體積不變,壓強(qiáng)將隨溫度的增大而增大 B.容器內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體體積不變,溫度升高,則單位時(shí)間內(nèi)撞擊容器壁的分子數(shù)增加 C.對于一定量的氣體,當(dāng)其溫度降低時(shí),速率大的分子數(shù)目減少,速率小的分子數(shù)目增加 D.當(dāng)氣體分子熱運(yùn)動變劇烈時(shí),氣體的壓強(qiáng)一定變大

11、E.氣體總是很容易充滿整個(gè)容器,這是分子間存在斥力的宏觀表現(xiàn) (2)如圖甲所示,一導(dǎo)熱性能良好、內(nèi)壁光滑的汽缸水平放置,厚度不計(jì)的活塞橫截面積S=2×10-3 m2,質(zhì)量m=4 kg。汽缸內(nèi)密閉了部分氣體,此時(shí)活塞與汽缸底部之間的距離為24 cm,在活塞的右側(cè)12 cm處有一與汽缸固定連接的卡環(huán),氣體的溫度為300 K,大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105 Pa。現(xiàn)將汽缸豎直放置,如圖乙所示,取g=10 m/s2。求: ①活塞與汽缸底部之間的距離;(3分) ②緩慢加熱到675 K時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)。(3分) 【解析】(1)根據(jù)一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT可知,體積一定時(shí),氣體溫度升

12、高,則壓強(qiáng)增大,A項(xiàng)正確;由于氣體體積不變,氣體分子的密度不變,溫度升高,則氣體分子的平均動能增大,故單位時(shí)間撞擊容器壁的分子數(shù)增加,B項(xiàng)正確;由分子速率分布可知,當(dāng)溫度降低時(shí),速率大的分子數(shù)目減少,速率小的分子數(shù)目增加,C項(xiàng)正確;當(dāng)氣體分子熱運(yùn)動變劇烈時(shí),氣體的溫度一定升高,壓強(qiáng)不一定變大,D項(xiàng)錯誤;氣體總是很容易充滿整個(gè)容器,這是分子無規(guī)則運(yùn)動的宏觀表現(xiàn),E項(xiàng)錯誤。 (2)①汽缸水平放置時(shí)V1=24S　p1=p0 汽缸豎起放置時(shí)V2=L2S　p2=p0+ 由玻意耳定律有p1V1=p2V2 解得L2=20 cm ②設(shè)活塞接觸卡環(huán)時(shí)的溫度為T3,此時(shí)V3=36S 由蓋—呂薩克定律有

13、 得T3=T2=540 K p3=p2,對由T3=540 K到T4=675 K的等容變化過程,由查理定律有 得p4=p3=1.5×105 Pa 6.(12分)(1)如圖所示,絕熱汽缸水平放置在光滑的水平桌面上,絕熱活塞與一端固定在豎直墻面上的輕質(zhì)彈簧相連,彈簧處于自然狀態(tài),汽缸不漏氣且不計(jì)汽缸內(nèi)氣體的分子勢能。由于外界天氣變化,大氣壓強(qiáng)緩慢降低,則下列說法中正確的是　ACE　。(6分) A.汽缸內(nèi)的氣體對外做功,溫度降低 B.汽缸內(nèi)的氣體對外做功,彈簧縮短 C.汽缸內(nèi)的氣體內(nèi)能減小 D.汽缸內(nèi)的氣體內(nèi)能不變 E.汽缸內(nèi)氣體單位時(shí)間撞擊在單位面積上的分子數(shù)目減少 (2)如

14、圖,一粗細(xì)均勻的U形管豎直放置,A側(cè)上端封閉,B側(cè)上端與大氣相通,下端開口處開關(guān)K關(guān)閉;A側(cè)空氣柱的長度為l=10.0 cm,B側(cè)水銀面比A側(cè)的高h(yuǎn)=3.0 cm?，F(xiàn)將開關(guān)K打開,從U形管中放出部分水銀。當(dāng)兩側(cè)水銀面的高度差為h1=10.0 cm時(shí)將開關(guān)K關(guān)閉。已知大氣壓強(qiáng)p0=75.0 cmHg。 ①求放出部分水銀后A側(cè)空氣柱的長度;(3分) ②此后再向B側(cè)注入水銀,使A、B兩側(cè)的水銀面達(dá)到同一高度,求注入的水銀在管內(nèi)的長度。(3分) 【解析】(1)對于系統(tǒng),地面光滑,由共點(diǎn)力平衡條件可知彈簧彈力始終為零,故B項(xiàng)錯誤;對活塞受力分析有pS=p0S,即p=p0,大氣壓強(qiáng)緩慢降低,氣體

15、壓強(qiáng)減小,故E項(xiàng)正確;由氣體狀態(tài)方程可知,體積增大,氣體對外做功,而汽缸、活塞絕熱,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,內(nèi)能減少,溫度降低,故A、C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯誤。 (2)①以cmHg為壓強(qiáng)單位。設(shè)A側(cè)空氣柱長度l=10.0 cm時(shí)的壓強(qiáng)為p;當(dāng)兩側(cè)水銀面的高度差為h1=10.0 cm時(shí),空氣柱的長度為l1,壓強(qiáng)為p1。由玻意耳定律得 pl=p1l1 ① 由力學(xué)平衡條件得 p=p0+h ② 打開開關(guān)K放出水銀的過程中,B側(cè)水銀面處的壓強(qiáng)始終為p0,而A側(cè)水銀面處的壓強(qiáng)隨空氣柱長度的增加逐漸減小,B、A兩側(cè)水銀面的高度差也隨之減小,直至B側(cè)水銀面低于A側(cè)水銀面h1為止。由力學(xué)平衡條件有 p1=

16、p0-h1 ③ 聯(lián)立①②③式,并代入題給數(shù)據(jù)得 l1=12.0 cm④ ②當(dāng)A、B兩側(cè)的水銀面達(dá)到同一高度時(shí),設(shè)A側(cè)空氣柱的長度為l2,壓強(qiáng)為p2。由玻意耳定律得 pl=p2l2 ⑤ 由力學(xué)平衡條件有 p2=p0 ⑥ 聯(lián)立②⑤⑥式,并代入題給數(shù)據(jù)得 l2=10.4 cm⑦ 設(shè)注入的水銀在管內(nèi)的長度Δh,依題意得 Δh=2(l1-l2)+h1 ⑧ 聯(lián)立④⑦⑧式,并代入題給數(shù)據(jù)得 Δh=13.2 cm⑨ 7.(14分)(1)如圖,一個(gè)導(dǎo)熱汽缸豎直放置,汽缸內(nèi)封閉有一定質(zhì)量的氣體,活塞與汽缸壁緊密接觸,可沿汽缸壁無摩擦地上下移動。若大氣壓保持不變,而環(huán)境溫度緩慢升高,在這個(gè)

17、過程中　BDE　。(6分) A.汽缸內(nèi)每個(gè)分子的動能都增大 B.封閉氣體對外做功 C.汽缸內(nèi)單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多 D.封閉氣體吸收熱量 E.汽缸內(nèi)單位時(shí)間內(nèi)撞擊活塞的分子數(shù)減少 (2)如圖,一帶有活塞的氣缸通過底部的水平細(xì)管與一個(gè)上端開口的豎直管相連,氣缸與豎直管的橫截面面積之比為3∶1,初始時(shí),該裝置的底部盛有水銀;活塞與水銀面之間有一定量的氣體,氣柱高度為l(以cm為單位),豎直管內(nèi)的水銀面比氣缸內(nèi)的水銀面高出l.現(xiàn)使活塞緩慢向上移動l,這時(shí)氣缸和豎直管內(nèi)的水銀面位于同一水平面上,求初始時(shí)氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)(以cmHg為單位)。(8分) 【解析】(1)環(huán)境溫度緩慢升高

18、,說明封閉氣體從外界吸收熱量,溫度升高,體積增大,對外做功,B、D項(xiàng)正確;由于大氣壓保持不變,由受力平衡可知?dú)怏w壓強(qiáng)不變,質(zhì)量一定,分子數(shù)一定,體積增大,則單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少,所以汽缸內(nèi)單位時(shí)間撞擊活塞的分子數(shù)減少,C項(xiàng)錯誤,E項(xiàng)正確;汽缸內(nèi)分子的平均動能增大,不一定每個(gè)分子的動能都增大,A項(xiàng)錯誤。 (2)設(shè)氣缸內(nèi)氣體初始時(shí)體積為V1,壓強(qiáng)為p1,末狀態(tài)氣體體積為V2,壓強(qiáng)為p2,活塞截面積為S 初狀態(tài):p1=p0+l cmHg, V1=lS 豎直管內(nèi)水銀面下降h后,左右相平S=hS 得h=l 末狀態(tài):p2=p0,V2=lS 初末狀態(tài)為等溫變化,p1 V1=p2V2 即p0l

19、S 得p0=l cmHg 因此,氣體初始壓強(qiáng)p1=p0+l cmHg 8.(14分)(1)下列說法中正確的是　CDE　。(6分) A.氣體分子單位時(shí)間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的次數(shù),僅與單位體積內(nèi)的分子數(shù)有關(guān) B.布朗運(yùn)動是懸浮在液體中的固體顆粒的運(yùn)動,所以布朗運(yùn)動的劇烈程度與自身體積有關(guān),而與液體的溫度無關(guān) C.對一定質(zhì)量的理想氣體保持壓強(qiáng)不變時(shí),氣體分子的熱運(yùn)動可能變得劇烈 D.熱現(xiàn)象的微觀理論認(rèn)為,構(gòu)成物體的各個(gè)分子的運(yùn)動都是無規(guī)則的,帶有偶然性的,但大量分子的運(yùn)動卻有一定的規(guī)律 E.在毛細(xì)現(xiàn)象中,毛細(xì)管中的液面有的升高,有的降低,這與液體的種類和毛細(xì)管的材質(zhì)有關(guān) (2)如

20、圖所示是粗細(xì)均勻的一端封閉一端開口的U形玻璃管,大氣壓強(qiáng)p0=76 cmHg,當(dāng)兩管水銀面相平時(shí),左管被封閉氣柱長L1=20 cm、溫度t1=31 ℃,求: ①當(dāng)氣柱溫度t2等于多少時(shí),左管中氣柱長為21 cm;(4分) ②保持t1溫度不變,為使左管氣柱變?yōu)?9 cm,應(yīng)在右管加入多長的水銀柱。(4分) 【解析】(1)氣體分子單位時(shí)間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的次數(shù),與單位體積內(nèi)的分子數(shù)及溫度有關(guān),A項(xiàng)錯誤;布朗運(yùn)動是固體顆粒的運(yùn)動,間接反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動,布朗運(yùn)動與自身體積和液體的溫度有關(guān),體積越小、液體溫度越高,布朗運(yùn)動越劇烈,B項(xiàng)錯誤;由理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT可知,保持

21、氣體壓強(qiáng)不變,氣體的溫度和體積可以同時(shí)增大,分子熱運(yùn)動變得劇烈,C項(xiàng)正確;根據(jù)熱現(xiàn)象的微觀理論可知,D項(xiàng)正確;同種液體對不同的材料是否浸潤的情況不同,在毛細(xì)管中就會出現(xiàn)有的液面降低,有的液面升高,E項(xiàng)正確。 (2)①當(dāng)左管氣柱變?yōu)?1 cm時(shí),右管水銀面將比左管水銀面高2 cm 此時(shí)左管氣柱壓強(qiáng)p2=(76+2) cmHg=78 cmHg① 研究左管氣柱,由一定質(zhì)量理想氣體狀態(tài)方程有 ② 其中p1=p0=76 cmHg,V1=20S T1=(273+31) K=304 K,V2=21S,T2=273+t2 解得t2=54.6 ℃③ ②設(shè)左管氣柱變?yōu)?9 cm時(shí)壓強(qiáng)為p3,由題意可知左管氣柱做等溫變化,根據(jù)玻意耳定律有 p3V3=p1V1,即76×20S=p3×19S ④ 解得p3=80 cmHg⑤ 右管加入的水銀柱長 h=[80-76+(20-19)×2] cm=6 cm