专题突破练16 热学(时间:45分钟 满分:100分)一、选择题(共8小题,每小题5分,共40分。填正确答案标号。每个题选对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0分)1.〔2022全国卷Ⅲ·33(1)〕如图,一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-V图中从a到b的直线所示。在此过程中 。 A.气体温度一直降低B.气体内能一直增加C.气体一直对外做功D.气体一直从外界吸热E.气体吸收的热量一直全部用于对外做功2.(2022福建龙岩一模)关于气体的内能和热力学定律,下列说法正确的是 。 A.对气体做功可以改变其内能B.质量和温度都相同的气体,内能一定相同C.热量不可能从低温物体传到高温物体D.一定量的理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加E.一定量的理想气体温度越高,气体分子运动越剧烈,气体内能越大3.(2022山东淄博一中三模)下列说法正确的是 。 A.相对湿度与同一温度时水的饱和汽压无关B.松香在熔化过程中温度升高,但分子的平均动能不变C.若一个系统与另一个系统达到热平衡时,则两系统温度一定相同D.若一定质量的理想气体被压缩且吸收热量,则压强一定增大E.液体的表面张力是由于液体表面层分子间距离略大于平衡距离而产生的4.(2022山东青岛二模)下列说法正确的是 。 A.液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部B.单晶体具有各向异性的性质C.绝对湿度大,相对湿度不一定大D.根据热力学第二定律可知,机械能不可能全部转化为物体的内能E.液晶具有液体的流动性,同时具有晶体的各向异性特征5.(2022河北邢台期末)关于分子动理论和物体的内能,下列说法正确的是 。 7\nA.热量可以从低温物体传递到高温物体B.物体放出热量,其内能一定减少C.温度高的物体的内能一定大,但分子平均动能不一定大D.若两分子间的距离减小,则分子间的引力和分子间的斥力均增大E.若分子间的作用力表现为斥力,则分子间的势能随分子间距离的减小而增大6.(2022辽宁大连二模)下列说法中正确的是 。 A.单晶体和多晶体均存在固定的熔点B.空气相对湿度越大,空气中水蒸气压强越接近饱和汽压,水蒸发越快C.液晶的光学性质与某些晶体相似,具有各向异性D.用油膜法估测分子大小时,用油酸溶液体积除以油膜面积,可估测油酸分子的直径E.由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,所以液体表面存在张力7.(2022山西太原三模)如图所示,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。下列说法正确的是 。 A.从a到b,气体的温度一直升高B.从b到c,气体与外界无热量交换C.从c到d,气体对外放热D.从d到a,单位体积中的气体分子数目增大E.从b到c气体吸收的热量与从d到a气体放出的热量相同8.(2022江西师范大学附中三模)一定量的理想气体从状态a开始,经历三个过程ab、bc、ca回到原状态,其p-T图象如图所示,下列判断正确的是 。 A.过程ab中是等容变化B.过程bc中气体既不吸热也不放热C.过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热D.a、b和c三个状态中,状态a分子的平均动能最小E.b和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同二、计算题(本题共4个小题,共60分)9.(15分)〔2022全国卷Ⅱ·33(2)〕如图,一竖直放置的汽缸上端开口,汽缸壁内有卡口a和b,a、b间距为h,a距缸底的高度为H;活塞只能在a、b间移动,其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m,面积为S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均绝热,不计它们之间的摩擦,开始时活塞处于静止状态,上、下方气体压强均为p0,温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体,直至活塞刚好到达b处,求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。7\n10.(15分)(2022山西孝义一模)如图所示,容器A和汽缸B都能导热,均处于27℃的环境中,汽缸B上方与大气连通,大气压强为p0=1.0×105Pa。开始时阀门K关闭。A内为真空,其容积VA=1.2L,B内活塞横截面积S=100cm2、质量m=1kg,活塞下方充有理想气体,其体积VS=4.8L。活塞上方恰与汽缸上部接触但没有弹力。A与B间连通细管体积不计,打开阀门K后使活塞缓慢下移。不计摩擦,g取10m/s2。(1)求稳定后活塞的位置及活塞下移过程中汽缸B内气体对活塞做的功。(2)稳定后将阀门K再次关闭,然后把整个装置放置于207℃的恒温槽中。求活塞稳定后汽缸B内气体的压强。11.(15分)(2022山西晋中适应性调研)一端开口的长直圆筒,在开口端放置一个传热性能良好的活塞,活塞与筒壁无摩擦且不漏气。现将圆筒开口端竖直向下缓慢地放入27℃的水中。当筒底与水平面平齐时,恰好平衡,这时筒内空气柱长52cm,如图所示。当水温缓慢升至87℃,试求稳定后筒底露出水面多少?(不计筒壁及活塞的厚度,不计活塞的质量,圆筒的质量为M,水密度ρ水,大气压强p0)12.(15分)(2022河南新乡三模)如图甲所示,粗细均匀、横截面积为S的足够长的导热细玻璃管竖直放置,管内用质量为m的水银柱密封着一定质量的理想气体,当环境温度为T7\n(热力学温度),大气压强为p0时,理想气体的长度为l0,现保持温度不变,将玻璃管缓慢水平放置。重力加速度为g,不计摩擦。求:(1)稳定后气柱的长度;(2)若将环境温度降为T3(热力学温度),将玻璃管平放于光滑水平桌面上并让其以加速度a向左做匀加速直线运动(如图乙所示),求稳定后的气柱长度。7\n专题突破练16 热学一、选择题(共8小题,每小题5分,共40分。填正确答案标号。每个题选对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0分)1.BCD 解析根据理想气体方程pVT=C,气体的压强和体积都增加,所以气体温度升高,内能增加,A错、B对;气体的体积增大,气体对外做功,C对;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,其中ΔU>0,W<0,所以Q>0,从外界吸收热量,D对;气体吸收的热量,一部分对外做功,另一部分增加了气体的内能,E错。2.ADE 解析做功和热传递都能改变内能;所以对气体做功可以改变其内能,故A正确;质量和温度都相同的气体,内能不一定相同,还和气体的种类有关,故B错误;根据热力学第二定律可知,C错误;由盖—吕萨克定律可知,理想气体在等压膨胀过程中气体温度升高,气体内能增加,故D正确;一定量的理想气体温度越高,气体分子运动越剧烈,其内能越大,故E正确;故选ADE。3.CDE 解析根据相对湿度的定义可知,相对湿度等于实际的水蒸气压强与同一温度下水的饱和汽压之比,所以相对湿度与同一温度水的饱和汽压有关,选项A错误;松香在熔化过程中温度升高,分子的平均动能变大,选项B错误;若一个系统与另一个系统达到热平衡时,则两系统温度一定相同,选项C正确;若一定质量的理想气体被压缩且吸收热量,则内能一定变大,温度升高,由pVT=C可知压强一定增大,选项D正确;液体的表面张力是由于液体表面层分子间距离略大于平衡距离,使得表面层分子表现为引力而产生的,选项E正确;故选CDE。4.BCE 解析表面张力产生在液体表面层,它的方向平行于液体表面,而非与液面垂直,A错误;单晶体具有各向异性的性质,B正确;对于不同的压强和温度,饱和汽压不同,故绝对湿度大时相对湿度不一定大,C正确;热力学第二定律有不同的表述:不可能从单一热源吸热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响;热量不可以全部转化为功,但是机械能可以全部转化为内能,D错误;根据液晶特点和性质可知:液晶既有液体的流动性,又具有单晶体的各向异性,E正确;故选BCE。5.ADE 解析根据热力学第二定律可知,热量可以从低温物体传递到高温物体,但要引起其他的变化,选项A正确;根据热力学第一定律,ΔU=W+Q,则物体放出热量,若对外做功,其内能不一定减少,选项B错误;温度高的物体的分子平均动能一定大,但内能不一定大,选项C错误;若两分子间的距离减小,则分子间的引力和分子间的斥力均增大,选项D正确;若分子间的作用力表现为斥力,则随分子间距离的减小,分子力做负功,则分子间的势能增大,选项E正确;故选ADE。6.ACE 解析单晶体和多晶体均存在固定的熔点,选项A正确;空气相对湿度越大,空气中水蒸气压强越接近饱和汽压,水蒸发越慢,选项B错误;液晶的光学性质与某些晶体相似,具有各向异性,选项C正确;用油膜法估测分子大小时,用油酸溶液中含有的纯油酸的体积除以油膜面积,可估测油酸分子的直径,选项D错误;由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,所以液体表面存在张力,选项E正确;故选ACE。7.ACD 解析从a到b,体积不变,压强增大,温度一直升高,A正确;从b到c,温度不变,内能不变,压强减小,体积增大,对外做功,气体从外界吸收热量,B错误;从c到d,体积不变,压强减小,温度降低,内能减小,气体对外放热,C正确;从d到a,温度不变,压强增大,体积减小,单位体积中的气体分子数目增大,D正确;从b到c气体吸收的热量等于气体对外做的功,从d到a气体放出的热量等于外界对气体做的功,两个过程体积变化相同,但压强不同,做的功不同,所以从b到c气体吸收的热量与从d到a气体放出的热量不同,E错误。故选ACD。8.ADE 解析由题图可知,ab过程,气体压强与热力学温度成正比,则气体发生等容变化,A正确;bc过程气体发生等温变化,气体内能不变,压强减小,由玻意耳定律可知,体积增大,气体对外做功,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体吸热,故B错误;由图象可知,ca过程气体压强不变,温度降低,由盖—吕萨克定律可知,其体积减小,外界对气体做功,W>0,气体温度降低,内能减少,ΔU<0,由热力学第一定律可知,气体要放出热量,过程ca中外界对气体所做的功小于气体所放热量,故C错误;a、b和c三个状态中,a状态的温度最低,温度是分子平均动能的标志,故分子平均动能最小,故D正确;由图象可知,bc过程气体发生等温变化,气体内能不变,压强减小,由玻意耳定律可知,体积增大,b、c状态气体的分子数密度不同,b和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同,故E正确。二、计算题(本题共4个小题,共60分)7\n9.答案(1+hH)1+mgp0ST0 (p0S+mg)h解析开始时活塞位于a处,加热后,汽缸中的气体先经历等容过程,直至活塞开始运动。设此时汽缸中气体的温度为T1,压强为p1,根据查理定律有p0T0=p1T1①根据力的平衡条件有p1S=p0S+mg②联立①②式可得T1=1+mgp0ST0③此后,汽缸中的气体经历等压过程,直至活塞刚好到达b处,设此时汽缸中气体的温度为T2;活塞位于a处和b处时气体的体积分别为V1和V2。根据盖—吕萨克定律有V1T1=V2T2④式中V1=SH⑤V2=S(H+h)⑥联立③④⑤⑥式解得T2=1+hH1+mgp0ST0⑦从开始加热到活塞到达b处的过程中,汽缸中的气体对外做的功为W=(p0S+mg)h⑧10.答案(1)距汽缸顶部0.12m -121.2J(2)1.212×105Pa解析(1)未打开阀门K时有:pB=p0S+mgS=1.01×105Pa打开阀门后,活塞缓慢下降。如果活塞稳定时停留在汽缸底部,则此时气体体积减小为1.2L,压强会大于pB,不符合实际,故最终活塞未与汽缸底部接触。所以气体的温度、压强均未变化,则体积也不变,设最终汽缸B中气体体积为V1则有:VS=VA+V1,代入数据解得:V1=3.6L。活塞下移距离为:d=VS-V1S=(4.8-3.6)×10-3100×10-4m=0.12m所以稳定后活塞的位置距汽缸顶部为0.12m。气体对活塞的作用力为:pS=p0S+mg=1×105×0.01N+10N=1010N做功为:W=-pSd=-1010×0.12J=-121.2J。(2)阀门K关闭,整个装置放置于207℃的恒温槽中,则活塞将上升,如果气体发生等压变化,设最终体积为V2,根据查理定律:V2T2=V1T1,解得:V2=5.76L>VB=4.8L说明活塞最终停在汽缸顶部,根据理想气体状态方程有:pBV1T1=pB'VST2代入数据解得:pB'=1.212×105Pa。11.答案10.4cm解析设气体压强为p,活塞横截面积为S。所以p=p0+ρ水gh①以圆筒作为研究对象,有pS-p0S=Mg②联立①②两式,得ρ水ghS=Mg所以h=Mgρ水gS可见,当温度发生变化时,液面高度保持不变,气体为等压变化。以气体作为研究对象,设稳定后筒底露出水面的高度为x有V1T1=V2T2代入数据,有S×52300=S×(52+x)360所以x=10.4cm。12.答案(1)(mg+p0S)l0p0S (2)p0S+mg3(p0S-ma)l07\n解析(1)初始时封闭气体的压强p1=p0+mgS水平放置时封闭气体的压强p2=p0由理想气体方程可得:p1l0S=p2lS解得l=(mg+p0S)l0p0S(2)当环境温度降为T3时,有:l2ST1=l3ST2其中T1=T,T2=T13,l2=l得l3=l3当玻璃管向左以加速度a做匀加速运动时。有(p0-p3)S=map3l4=p0l3解得:l4=p0S+mg3(p0S-ma)l0。7
