（課標(biāo)版）2020屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題七 第14講 選修3-3 熱學(xué)練習(xí)

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1、 第14講　選修3-3　熱學(xué) 1.(1)下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.物體中分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和等于物體的內(nèi)能 B.橡膠無(wú)固定熔點(diǎn),是非晶體 C.飽和汽壓與分子密度有關(guān),與溫度無(wú)關(guān) D.熱機(jī)的效率總小于100% E.對(duì)于同一種氣體,溫度越高,分子平均動(dòng)能越大 (2)在室溫恒定的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)放置著如圖所示的粗細(xì)均勻的L形管,管的兩端封閉且管內(nèi)充有水銀,管的上端和左端分別封閉著長(zhǎng)度均為L(zhǎng)0=15 cm的A、B兩部分理想氣體,已知豎直管內(nèi)水銀柱高度為H=20 cm,A部分氣體的壓強(qiáng)恰好等于大氣壓強(qiáng)。對(duì)B部分氣體進(jìn)行加熱到某一溫度,保持A部分氣體溫度不變,水銀柱上升h=5 cm(已知大氣

2、壓強(qiáng)為76 cmHg,室溫為300 K)。試求: ①水銀柱升高后A部分氣體的壓強(qiáng); ②溫度升高后B部分氣體的溫度。 答案　(1)BDE　(2)①114 cmHg?、?79.2 K 解析　(1)物體中分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和與分子勢(shì)能的總和等于物體的內(nèi)能,故A錯(cuò)誤;橡膠是非晶體,沒(méi)有固定的熔點(diǎn),故B正確;飽和汽壓與溫度有關(guān),且隨著溫度的升高而增大,故C錯(cuò)誤;熱機(jī)的效率無(wú)法達(dá)到100%,故D正確;溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,溫度越高,分子平均動(dòng)能越大,故E正確。 (2)①設(shè)L形管的橫截面積為S,水銀柱上升前后A部分氣體的壓強(qiáng)分別為pA和pA',氣體A的溫度并沒(méi)有發(fā)生變化,由玻意耳定律可得p

3、AL0S=pA'(L0-h)S 解得pA'=114 cmHg ②設(shè)水銀柱上升前后B部分氣體的壓強(qiáng)分別為pB和pB',溫度分別是T和T',則 pB=pA+H,pB'=pA'+h+H 由理想氣體狀態(tài)方程可得 (pA+H)L0ST=(pA'+H+h)(L0+h)ST' 解得T'≈579.2 K 2.(2019山東煙臺(tái)模擬)(1)下列說(shuō)法正確的是(　　) A.液晶具有液體的流動(dòng)性,同時(shí)具有晶體的各向異性 B.當(dāng)兩薄玻璃板間加有一層水膜時(shí),在垂直于玻璃板的方向很難將玻璃板拉開(kāi),這是由于水膜具有表面張力的緣故 C.當(dāng)環(huán)境的相對(duì)濕度為1時(shí),則干濕泡濕度計(jì)的兩個(gè)溫度計(jì)讀數(shù)一定相同 D.用

4、油膜法測(cè)出油酸分子的直徑后,要測(cè)定阿伏加德羅常數(shù),還需要知道油酸的密度和油酸的摩爾質(zhì)量 E.PM2.5是指環(huán)境空氣中直徑小于等于2.5 μm的顆粒物。溫度越高,PM2.5的運(yùn)動(dòng)就會(huì)越激烈,所以PM2.5的運(yùn)動(dòng)屬于分子熱運(yùn)動(dòng) (2)如圖所示,一絕熱汽缸固定在傾角為30°的固定斜面上,通過(guò)絕熱活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體?；钊馁|(zhì)量為m,橫截面積為S。初始時(shí),氣體的溫度為T(mén)0,活塞與汽缸底部相距為L(zhǎng)。通過(guò)電熱絲緩慢加熱氣體,當(dāng)氣體吸收熱量Q時(shí),活塞上升到與汽缸底部相距2L處,已知大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度為g,不計(jì)活塞與汽缸壁之間的摩擦。求: (ⅰ)此時(shí)氣體的溫度; (ⅱ)加熱過(guò)程中氣體內(nèi)

5、能的增加量。 答案　(1)ACD　(2)(ⅰ)2T0　(ⅱ)Q-p0+mg2SSL 解析　(1)液晶既具有液體的流動(dòng)性,同時(shí)又具有晶體的各向異性,故A正確;中間有一層水膜的薄玻璃板,沿垂直于玻璃板的方向很難將玻璃板拉開(kāi),是由于大氣壓強(qiáng)的緣故,故B錯(cuò)誤;當(dāng)環(huán)境的相對(duì)濕度為1時(shí),濕泡溫度計(jì)停止蒸發(fā),則干濕泡濕度計(jì)的兩個(gè)溫度計(jì)讀數(shù)一定相同,故C正確;在已知直徑的情況下要測(cè)定阿伏加德羅常數(shù),還需要知道油滴的摩爾體積,若知道油酸的密度和油酸的摩爾質(zhì)量,則可求得阿伏加德羅常數(shù),故D正確;PM2.5是指環(huán)境空氣中直徑小于等于2.5 μm的顆粒物,不是分子,故E錯(cuò)誤。 (2)(ⅰ)設(shè)加熱后的溫度為T(mén)

6、,此時(shí)氣體體積V=2LS 初始時(shí)體積V0=LS,由等壓變化有 V0T0=VT 解得T=2T0 (ⅱ)由題意得,封閉氣體壓強(qiáng)為 p=p0+mgsin30°S=p0+mg2S 該過(guò)程氣體對(duì)外界做功 W=pSL=p0+mg2SSL 氣體內(nèi)能的增加量 ΔU=-W+Q=Q-p0+mg2SSL 3.(2019吉林模擬)(1)下列說(shuō)法正確的是(　　) A.當(dāng)分子間距離為平衡距離時(shí)分子勢(shì)能最大 B.飽和汽壓隨溫度的升高而減小 C.對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體,當(dāng)分子熱運(yùn)動(dòng)變劇烈時(shí),壓強(qiáng)可以不變 D.熵增加原理說(shuō)明一切自然過(guò)程總是向著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行 E.由于液體表面分子

7、間距大于液體內(nèi)部分子間的距離,所以液體表面具有收縮的趨勢(shì) (2)如圖所示,內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸固定在水平面上,汽缸內(nèi)部被活塞封有一定質(zhì)量的理想氣體,活塞橫截面積為S,質(zhì)量和厚度都不計(jì),活塞通過(guò)彈簧與汽缸底部連接在一起,彈簧處于原長(zhǎng)。已知周圍環(huán)境溫度為T(mén)0,大氣壓強(qiáng)為p0,彈簧的勁度系數(shù)k=p0Sl0(S為活塞橫截面積),原長(zhǎng)為l0,一段時(shí)間后,環(huán)境溫度降低,在活塞上施加一水平向右的壓力F,使活塞緩慢向右移動(dòng),當(dāng)壓力增大到一定值時(shí)保持恒定,此時(shí)活塞向右移動(dòng)了0.2l0,缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為1.1p0。 (ⅰ)求此時(shí)缸內(nèi)的氣體的溫度T1; (ⅱ)對(duì)汽缸加熱,使氣體溫度緩慢升高,當(dāng)活塞移動(dòng)到

8、距離汽缸底部1.2l0時(shí),求此時(shí)缸內(nèi)的氣體溫度T2。 答案　(1)CDE (2)(ⅰ)0.88T0　(ⅱ)1.8T0 解析　(1)當(dāng)分子間距離r>r0時(shí),隨著距離的增大,分子引力和斥力都減小,但斥力減小快,分子力表現(xiàn)為引力,分子之間的距離增大時(shí),分子力做負(fù)功,分子勢(shì)能增大;相反當(dāng)r

9、分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增加的方向進(jìn)行,D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,液面分子間表現(xiàn)為引力,產(chǎn)生表面張力,從而使液體表面具有收縮的趨勢(shì),故E正確。 (2)(ⅰ)汽缸內(nèi)的氣體,初態(tài)時(shí),壓強(qiáng)為p0,體積為V0=Sl0,溫度為T(mén)0 末態(tài)時(shí),壓強(qiáng)為p1=1.1p0,體積為V1=S(l0-0.2l0) 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可得 p0V0T0=p1V1T1 解得T1=0.88T0 (ⅱ)當(dāng)活塞移動(dòng)到距汽缸底部1.2l0時(shí) 體積為V2=1.2l0S,設(shè)氣體壓強(qiáng)為p2, 由理想氣體狀態(tài)方程可得p0V0T0=p2V2T2 此時(shí)活塞受力平衡 p0S+F-p2S+k(1.2l

10、0-l0)=0 當(dāng)活塞向右移動(dòng)了0.2l0后壓力F保持恒定,活塞受力平衡 p0S+F-1.1p0S-0.2l0k=0 解得T2=1.8T0 4.(1)如圖為分子間的作用力與分子間距離的關(guān)系曲線,正值表示斥力,負(fù)值表示引力,則下列關(guān)于分子間作用力和分子勢(shì)能的說(shuō)法正確的是(　　) A.當(dāng)分子間的距離r>r0時(shí),分子間作用力表現(xiàn)為引力 B.當(dāng)r

11、零 (2)生活中給車胎打氣的過(guò)程可以用如圖所示的簡(jiǎn)化裝置進(jìn)行模擬,圖中裝置A為打氣筒,其下端有兩個(gè)單向閥門(mén)K1、K2,容器B相當(dāng)于車胎,兩者之間由一根體積不計(jì)的細(xì)管連接。已知活塞的橫截面積為S=15 cm2,質(zhì)量不計(jì),與裝置A的摩擦不計(jì)。B的容積VB=5 L,打氣前裝置A內(nèi)和容器B內(nèi)的氣體壓強(qiáng)都等于大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105 Pa。假設(shè)在保持裝置內(nèi)氣體溫度不變的情況下進(jìn)行打氣,將活塞從圖中C處用力向下推至筒底,把氣體壓入容器B,然后再把活塞提到C處,如此反復(fù)。若活塞在C處時(shí)距氣筒底部L=40 cm,把空氣看成理想氣體處理。 (ⅰ)求活塞如此反復(fù)打氣25次后,容器B內(nèi)氣體的壓強(qiáng); (

12、ⅱ)在打第26次時(shí),活塞要向下移動(dòng)多大距離才能將空氣壓入容器B內(nèi)?此時(shí)推動(dòng)活塞的推力F至少為多大? 答案　(1)ABD　(2)(ⅰ)4.0×105 Pa (ⅱ)30 cm　450 N 解析　(1)當(dāng)分子間的距離r>r0時(shí),分子間的引力大于斥力,分子間作用力表現(xiàn)為引力,選項(xiàng)A正確;由題圖可以看出當(dāng)rr0,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;分子間作用力做正功,分子勢(shì)能減少,分子間作用力做負(fù)功,分子勢(shì)能增加,當(dāng)分子間的距離r=r0時(shí),分子間作用力等于

13、零,無(wú)論分子間距離增大還是減小,分子間作用力都做負(fù)功,所以r=r0時(shí)分子勢(shì)能最小但不為零,選項(xiàng)D正確,E錯(cuò)誤。 (2)(ⅰ)因打氣過(guò)程中氣體的溫度保持不變,所以根據(jù)玻意耳定律有 p0(VB+25·SL)=pVB 解得p=4.0×105 Pa (ⅱ)設(shè)活塞向下移動(dòng)的距離為L(zhǎng)'時(shí)氣筒內(nèi)的壓強(qiáng)等于容器B內(nèi)的壓強(qiáng),則 p0SL=p(L-L')S 解得L'=30 cm 設(shè)此時(shí)推動(dòng)活塞的推力為F,對(duì)活塞受力分析,有 p0S+F=pS 解得F=450 N 5.(1)下列敘述正確的是(　　) A.容器內(nèi)的氣體分子單位時(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)及氣體溫度有關(guān) B

14、.晶體一定是各向異性的 C.當(dāng)分子間的引力和斥力平衡時(shí),分子勢(shì)能最小 D.對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體,如果氣體分子總數(shù)不變,當(dāng)氣體溫度升高時(shí),氣體分子的平均動(dòng)能一定增大,壓強(qiáng)也必然增大 E.能量耗散反映了與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程具有不可逆性 (2)一定質(zhì)量的理想氣體,從狀態(tài)A開(kāi)始經(jīng)歷如圖所示的狀態(tài)變化。設(shè)在狀態(tài)A時(shí)氣體的溫度為682.5 K。 (ⅰ)求在狀態(tài)C時(shí)氣體的溫度TC和氣體從狀態(tài)B變化到狀態(tài)C對(duì)外界做的功; (ⅱ)已知標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(壓強(qiáng)為1.0×105 Pa,溫度為273 K)下1 mol氣體的體積為V0=22.4 L,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023 mol-1,估算

15、氣體在狀態(tài)B時(shí)分子之間的平均距離。(保留1位有效數(shù)字) 答案　(1)ACE　(2)(ⅰ)546 K　200 J　(ⅱ)3×10-9 m 解析　(1)容器內(nèi)的氣體分子單位時(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)及氣體溫度有關(guān),選項(xiàng)A正確;單晶體是各向異性的,多晶體是各向同性的,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;當(dāng)分子間的引力和斥力平衡時(shí),分子勢(shì)能最小,選項(xiàng)C正確;如果氣體分子總數(shù)不變,當(dāng)氣體溫度升高時(shí),氣體分子的平均動(dòng)能一定增大,若氣體溫度升高的同時(shí)體積增大,根據(jù)pVT=C可知,壓強(qiáng)可能減小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;能量耗散反映了與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程具有不可逆性,選項(xiàng)E正確。 (2)(ⅰ)由理想氣體狀態(tài)方程,可得pAVATA=pCVCTC 解得在狀態(tài)C時(shí)氣體的溫度TC=546 K 從狀態(tài)B到狀態(tài)C氣體對(duì)外界做的功 W=pBΔV=1.0×105×2×10-3 J=200 J (ⅱ)由理想氣體狀態(tài)方程,可得 pBVBTB=pCVCTC 解得在狀態(tài)B時(shí)氣體的溫度TB=273 K,即狀態(tài)B為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) 氣體的物質(zhì)的量n=VBV0 分子數(shù)N=nNA 分子之間的平均距離l=3VBN 聯(lián)立以上各式代入數(shù)據(jù)解得l≈3×10-9 m - 7 -