高考物理二輪復習 專題能力訓練16 熱學（含解析）-人教版高三物理試題

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1、專題能力訓練16　熱學 (時間:45分鐘　滿分:90分) 1.(1)(多選)(5分)下列說法正確的是　　　　。? A.液體中懸浮的微粒越大,布朗運動越顯著 B.第二類永動機不可能制成,因為它違反能量守恒定律 C.一定質量的理想氣體,當它的壓強、體積都增大時,其內能一定增加 D.因為液體表面層分子分布比內部稀疏,因此液體表面有收縮趨勢 (2)(10分)如圖所示,圓柱形汽缸開口向上,豎直放置在水平面上,汽缸足夠長,內截面積為S,大氣壓強為p0。一厚度不計、質量為m=p0S2g的活塞封住一定量的理想氣體,溫度為T0時缸內氣體體積為V0。先在活塞上緩慢放上質量為3m的沙子,然后將缸內

2、氣體溫度緩慢升高到2T0,求穩(wěn)定后缸內氣體的體積。 答案:(1)CD　(2)V0 解析:(1)微粒越小,溫度越高,布朗運動越顯著,選項A錯誤;第二類永動機不可能制成,是因為違背熱力學第二定律,選項B錯誤;一定質量的理想氣體,壓強、體積都增大,溫度必然升高,內能一定增加,選項C正確;液體表面有收縮趨勢,表面層分子分布比內部稀疏,選項D正確。 (2)設初態(tài)氣體壓強為p1,放沙后壓強為p2,體積為V2,升溫后體積為V3,則有 p1=p0+mgS=1.5p0 p2=p0+4mgS=3p0 等溫過程,由p1V0=p2V2得V2=0.5V0 等壓過程,由V2T0=V32T0得V3=V0。

3、2.(1)(多選)(5分)下列說法正確的是　　　　。? A.相同質量的0 ℃的水的分子勢能比0 ℃的冰的分子勢能大 B.大顆粒的鹽磨成了細鹽,就變成了非晶體 C.氣體分子單位時間內與單位面積器壁發(fā)生碰撞的次數(shù),與單位體積內氣體的分子數(shù)和氣體溫度都有關 D.氣體在等壓膨脹過程中溫度一定不變 (2)(10分)一密閉容器有進氣口和出氣口可以和外部連通,將進氣口和出氣口關閉,此時容器內容積為V0,內部封閉氣體的壓強為p0,將氣體緩慢加熱,使氣體溫度由T0=300 K 升至T1=350 K。 ①求此時氣體的壓強; ②保持T1=350 K不變,緩慢由出氣口抽出部分氣體,使氣體壓強再變回到

4、p0。求容器內剩余氣體的質量與原來總質量的比值。 答案:(1)AC　(2)①76p0?、?7 解析:(2)①設升溫后氣體的壓強為p1, 由查理定律得p0T0=p1T1 代入數(shù)據(jù)得p1=76p0。 ②抽氣過程可等效為等溫膨脹過程,設膨脹后氣體的總體積為V,由玻意耳定律得p1V0=p0V 聯(lián)立解得V=76V0 設剩余氣體的質量與原來總質量的比值為k,由題意得k=V0V=67。 3.(2019·全國卷Ⅰ)(1)(5分)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?？諝饪梢暈槔硐霘怏w。初始時容器中空氣的溫度與外界相同,壓強大于外界。現(xiàn)使活塞緩慢移動,直至容器中的空氣壓強與外界相

5、同。此時,容器中空氣的溫度　　　　　(選填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度,容器中空氣的密度　　　　　(選填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度。? (2)(10分)熱等靜壓設備廣泛應用于材料加工中。該設備工作時,先在室溫下把惰性氣體用壓縮機壓入一個預抽真空的爐腔中,然后爐腔升溫,利用高溫高氣壓環(huán)境對放入爐腔中的材料加工處理,改善其性能。一臺熱等靜壓設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,在室溫下用壓縮機將10瓶氬氣壓入爐腔中。已知每瓶氬氣的容積為3.2×10-2 m3,使用前瓶中氣體壓強為1.5×107 Pa,使用后瓶中剩余氣體壓強為2.0×106

6、 Pa;室溫溫度為27 ℃。氬氣可視為理想氣體。 ①求壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強; ②將壓入氬氣后的爐腔加熱到1 227 ℃,求此時爐腔中氣體的壓強。 答案:(1)低于　大于　(2)①3.2×107 Pa?、?.6×108 Pa 解析:(1)根據(jù)熱力學第一定律可知,無熱傳遞、做負功,容器中空氣的內能必減少,則容器中空氣的溫度降低,低于外界溫度。壓強取決于分子密集程度與溫度,同樣的壓強,溫度低的空氣,分子密集程度大,密度大。 (2)①設初始時每瓶氣體的體積為V0,壓強為p0;使用后氣瓶中剩余氣體的壓強為p1。假設體積為V0、壓強為p0的氣體壓強變?yōu)閜1時,其體積膨脹為V1。由玻

7、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10瓶氣體壓入完成后爐腔中氣體的壓強為p2,體積為V2。由玻意耳定律 p2V2=10p1V1'③ 聯(lián)立①②③式并代入題給數(shù)據(jù)得 p2=3.2×107Pa④ ②設加熱前爐腔的溫度為T0,加熱后爐腔溫度為T1,氣體壓強為p3。由查理定律 p3T1=p2T0⑤ 聯(lián)立④⑤式并代入題給數(shù)據(jù)得 p3=1.6×108Pa。 4.(2018·全國卷Ⅰ)(1)(多選)(5分)如圖所示,一定質量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷過程①②③④到達狀態(tài)e,對此氣體,下列說法正確的是　　　　　。?

8、 A.過程①中氣體的壓強逐漸減小 B.過程②中氣體對外界做正功 C.過程④中氣體從外界吸收了熱量 D.狀態(tài)c、d的內能相等 E.狀態(tài)d的壓強比狀態(tài)b的壓強小 (2)(10分)如圖所示,容積為V的汽缸由導熱材料制成,面積為S的活塞將汽缸分成容積相等的上下兩部分,汽缸上部通過細管與裝有某種液體的容器相連,細管上有一閥門K。開始時,K關閉,汽缸內上下兩部分氣體的壓強均為p0?，F(xiàn)將K打開,容器內的液體緩慢地流入汽缸,當流入的液體體積為V8時,將K關閉,活塞平衡時其下方氣體的體積減小了V6。不計活塞的質量和體積,外界溫度保持不變,重力加速度大小為g。求流入汽缸內液體的質量。 答案:(1

9、)BDE　(2)15p0S26g 解析:(1)過程①是等容變化,溫度升高,壓強增大,故A項錯誤;過程②中,體積增大,氣體對外做功,故B項正確;過程④是等容變化,溫度降低,放出熱量,故C項錯誤;過程③是等溫變化,溫度不變,故狀態(tài)c、d的內能相等,故D項正確;E項,由理想氣體狀態(tài)方程pVT=C可得T=pVC,連接Ob、Od,直線的斜率k=pC,Ob的斜率大于Od的斜率,故狀態(tài)d的壓強小于狀態(tài)b的壓強,故E項正確。 (2)設活塞再次平衡后,活塞上方氣體的體積為V1,壓強為p1;下方氣體的體積為V2,壓強為p2。在活塞下移的過程中,活塞上下方氣體的溫度保持不變。由玻意耳定律得 p0V2=p1V1

10、 p0V2=p2V2 由已知條件得V1=V2+V6?V8=1324V V2=V2?V6=V3 設活塞上方液體的質量為m,由平衡條件得 p2S=p1S+mg 聯(lián)立以上各式得m=15p0S26g。 5.(2019·河北衡水模擬)(1)(多選)(5分)右圖為分子間的作用力與分子間距離的關系曲線,正值表示斥力,負值表示引力,則下列關于分子間作用力和分子勢能的說法正確的是　　　　。? A.當分子間的距離r>r0時,分子間的作用力表現(xiàn)為引力 B.當r

11、離r=r0時,分子勢能最小 E.若取分子間的距離無窮大時的分子勢能為零,則分子間的距離r=r0時分子勢能也為零 (2)(10分)如圖所示,絕熱汽缸A與導熱汽缸B均固定于地面,由剛性桿連接的絕熱活塞與兩汽缸間均無摩擦,兩活塞之間為真空,汽缸B活塞的面積為汽缸A活塞面積的2倍。兩汽缸內裝有理想氣體,兩活塞處于平衡狀態(tài),汽缸A中氣體的體積為V0,壓強為p0,溫度為T0,汽缸B中氣體的體積為2V0。緩慢加熱A中氣體,停止加熱達到穩(wěn)定后,A中氣體壓強為原來的2倍。設環(huán)境溫度始終保持不變,汽缸A中活塞不會脫離汽缸A,求: ①停止加熱達到穩(wěn)定后汽缸B中氣體的體積VB; ②停止加熱達到穩(wěn)定后汽缸A

12、中氣體的溫度TA。 答案:(1)ABD　(2)①V0?、?T0 解析:(1)當分子間的距離r>r0時,分子間的引力大于斥力,分子間的作用力表現(xiàn)為引力,選項A正確;由題圖可以看出,當rr0,選項C錯誤;分子間作用力做正功,分子勢能減小,分子間作用力做負功,分子勢能增大,當分子間的距離r=r0時,分子間作用力等于零,無論分子間距離增大還是減小,分子間作用力都做負功,所以r=r0時分子勢能最小但不為零,選項D正確,選項E錯誤。

13、(2)①汽缸A末態(tài)壓強為2p0,汽缸B活塞的面積為汽缸A活塞面積的2倍,初狀態(tài)選兩活塞為研究對象,根據(jù)平衡條件有pASA=pBSB,解得pB=p02 末狀態(tài)選兩活塞為研究對象,根據(jù)平衡條件有 2p0SA=pB'SB,解得pB'=p0 汽缸B中氣體初末溫度不變,根據(jù)玻意耳定律得 pB×2V0=pB'VB,解得汽缸B中氣體體積VB=V0。 ②兩活塞移動的距離相同,汽缸B活塞面積為汽缸A活塞的面積的2倍,汽缸B中氣體體積減小了V0,則汽缸A中氣體體積增加了V02,則加熱后汽缸A中體積為VA=3V02 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得p0V0T0=2p0VATA 解得TA=3T0。 6.(1)(

14、多選)(5分)下列說法正確的是　　　　。? A.密閉容器中裝有某種液體及其飽和汽,若溫度升高,同時增大容器的容積,飽和汽壓可能會減小 B.空氣的相對濕度越大,空氣中水蒸氣的壓強越接近同溫度下水的飽和汽壓 C.單晶體具有固定的熔點,多晶體沒有固定的熔點 D.當分子間作用力表現(xiàn)為斥力時,分子勢能隨分子間距離的減小而增大 E.一定質量的氣體,在壓強不變時,分子每秒對單位面積的器壁平均碰撞的次數(shù)隨著溫度降低而增加 (2)(10分)一定質量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B再變化到狀態(tài)C,其狀態(tài)變化過程的p-V圖像如圖所示。已知該氣體在狀態(tài)A時的溫度為27 ℃。 ①求該氣體在狀態(tài)B和C時的

15、溫度。 ②該氣體從狀態(tài)A經(jīng)B再到C的全過程中是吸熱還是放熱?傳遞的熱量是多少? 答案:(1)BDE　(2)①177 ℃　27 ℃?、诜艧帷? 200 J 解析:(1)飽和汽壓只與溫度有關,溫度升高,飽和汽壓增大,選項A錯誤;相對濕度是指空氣中水蒸氣的壓強與同溫度下水的飽和汽壓的比值,所以空氣的相對濕度越大,空氣中水蒸氣的壓強越接近同溫度下水的飽和汽壓,選項B正確;單晶體和多晶體都具有固定的熔點,選項C錯誤;當分子間作用力表現(xiàn)為斥力時,分子距離減小,克服斥力做功,故分子勢能隨分子間距離的減小而增大,選項D正確;一定質量的氣體,在壓強不變時,分子在單位時間單位面積上的沖擊力不變,隨著溫度降低

16、,分子的平均動能減小,分子每秒對單位面積的器壁平均碰撞的次數(shù)隨著溫度降低而增加,選項E正確。 (2)①對一定質量的理想氣體由圖像可知,A→B等容變化,由查理定律得pATA=pBTB 代入數(shù)據(jù)得TB=450K,即tB=177℃ A→C由理想氣體狀態(tài)方程得pAVATA=pCVCTC 代入數(shù)據(jù)得TC=300K,即tC=27℃。 ②由于TA=TC,該氣體在狀態(tài)A和狀態(tài)C時的內能相等,ΔU=0 從A到B氣體體積不變,外界對氣體做功為0, 從B到C氣體體積減小,外界對氣體做正功,W=pΔV 由p-V圖線與橫軸所圍成的面積可得 W=(pB+pC)(VB-VC)2=1200J 由熱力學第一定律ΔU=W+Q 可得Q=-1200J 即氣體向外界放出熱量,傳遞的熱量為1200J。