高中物理热学试题及答案
热学高中物理选修3-3试题
热学高中物理选修3-3试题一、分子动理论（微观量计算、布朗运动、分子力、分子势能）1、用油膜法测出分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，只需知道油滴（）A、摩尔质量B、摩尔体积C、体积D、密度2、将1cm3油酸溶于酒精中，制成200cm3油酸酒精溶液。
已知1cm3溶液中有50滴。
现取一滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水后，油酸在水面上形成一单分子薄层。
已测出这薄层的面积为0.2m2，由此估测油酸分子的直径为（）A、2×10-10mB、5×10-10mC、2×10-9mD、5×10-9m3、只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离（）A．阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和质量B．该气体的摩尔质量和密度C．阿伏加德罗常数、该气体的摩尔体积D．该气体的密度、体积和质量4、若以M表示水的摩尔质量，V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ为在标准状态下水蒸气的密度，N A为阿伏加德罗常数，m、V0表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关系式：(1) m V N A ρ= (2) 0V N M A =ρ (3) A N M m = (4) A N V V =0其中（ ）A ．（1）和（2）都是正确的B ．（1）和（3）都是正确的C ．（3）和（4）都是正确的D ．（1）和（4）都是正确的5、关于布朗运动,下列说法正确的( )A.布朗运动就是分子的无规则运动B.布朗运动是液体分子的无规则运动C.温度越高, 布朗运动越剧烈D.在00C 的环境中, 布朗运动消失6、关于布朗运动，下列说法中正确的是（ ）A ．悬浮在液体或气体中的小颗粒的无规则运动就是分子的无规则运动B ．布朗运动反映了悬浮微粒分子的无规则运动C ．分子的热运动就是布朗运动D ．悬浮在液体或气体中的颗粒越小，布朗运动越明显7、在较暗的房间里，从射进来的阳光中，可以看到悬浮在空气中的微粒在不停地运动，这些微粒的运动是（）A．是布朗运动B．空气分子运动C．自由落体运动D．是由气体对流和重力引起的运动8、做布朗运动实验，得到某个观测记录如图所示．图中记录的是( )A．分子无规则运动的情况B．某个微粒做布朗运动的轨迹C．某个微粒做布朗运动的速度—时间图线D．按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线9、以下关于分子力的说法正确的是( )A.分子间既存在引力也存在斥力B.液体难以被压缩表明液体分子间只有斥力存在C.气体分子间总没有分子力的作用D.扩散现象表明分子间不存引力10、分子间的相互作用力由引力f引和斥力f斥两部分组成，则（）A．f引和f斥是同时存在的B．f引总是大于f斥，其合力总是表现为引力C．分子间的距离越小，f引越小，f斥越大D．分子间的距离越小，f引越大，f斥越小11、若两分子间距离为r0时，分子力为零, 则关于分子力、分子势能说法中正确的是（）A．当分子间的距离为r0时，分子力为零，也就是说分子间既无引力又无斥力B．分子间距离大于r0时，分子距离变小时，分子力一定增大C．分子间距离小于r0时，分子距离变小时，分子间斥力变大，引力变小D．在分子力作用范围内，不管r>r0，还是r<r0，斥力总是比引力变化快，12、两个分子开始时相隔10倍分子直径以上的距离，在它们逐渐被压缩到不能再靠近的过程中，以下说法正确的是( )A．分子势能先增大后减小B．分子力先增大后减小C．分子势能先减小后增大．D．分子力先减小后增大13、a、b两分子相距较远，此时它们之间的分子力可忽略，设a固定不动，b逐渐向a靠近，直到很难再靠近的整个过程中( )A、分子力总是对b做正功B、b总是克服分子力做功C、b先克服分子力做功，然后分子力对b做正功D、分子力先对b做正功，然后b克服分子力做功14、分子间的势能与体积的关系，以下说法正确的是（）Ａ、物体的体积增大，分子间势能增加。
【单元练】(必考题)高中物理选修3第三章【热力学定律】经典练习(答案解析)
一、选择题1．下列例子中，通过热传递改变物体内能的是（ ）A ．火炉将水壶中的水煮开B ．汽车紧急刹车时轮胎发热C ．压缩气体放气后温度降低D ．擦火柴，火柴就燃烧A解析：AA ．火炉将水壶中的水煮开，是通过热传递改变水内能，故A 正确；B ．汽车紧急刹车时轮胎发热是通过摩擦做功改变物体内能，故B 错误；C ．压缩气体放气后温度降低是通过气体对外做功使自身内能减小，故C 错误；D ．擦火柴，火柴就燃烧是通过摩擦做功使物体内能增大，故D 错误。
故选A 。
2．一定质量的理想气体（分子力不计），体积由V 1膨胀到V 2，如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W 1，传递热量的值为Q 1，内能变化为∆U 1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W 2，传递热量的值为Q 2，内能变化为∆U 2。
则（ ） A ．W 1>W 2，Q 1<Q 2，∆U 1> ∆U 2B ．W 1>W 2，Q 1>Q 2，∆U 1> ∆U 2C ．W 1<W 2，Q 1=Q 2，∆U 1< ∆U 2D ．W 1=W 2，Q 1>Q 2，∆U 1> ∆U 2B解析：B在p − V 图象作出等压过程和等温过程的变化图线，如图所示根据图象与坐标轴所围的面积表示功，可知12W W > 第一种情况，根据pV C T=（常数）可知，气体压强不变，体积增大，因此温度升高，∆U 1> 0，根据热力学第一定律有 111ΔU Q W =-则有11Q W >第二种情况等温过程，气体等温变化，∆U 2= 0，根据热力学第一定律有222ΔU Q W =-则有22Q W =由上可得12ΔΔU U >，12Q Q >故选B 。
3．下列说法正确的是A ．自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性B ．气体压强越大，气体分子的平均动能就越大C ．气体从外界吸收了热量，内能必定增加D ．在绝热过程中，外界对气体做功，气体的内能减少A解析：AA ．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故A 正确；B ．气体压强越大，温度不一定很高，所以气体分子的平均动能不一定越大，故B 错误； D ．气体从外界吸收了热量，但气体对外做功，根据U W Q ∆=+，则气体内能不一定增加，故C 错误；C ．在绝热过程中外界对气体做功，根据U W Q ∆=+得气体的内能必然增加，故D 错误；故选A ．4．下列改变物体内能的物理过程中，不属于对物体做功来改变物体内能的有（ ） A ．用锯子锯木料，锯条温度升高B ．阳光照射地面，地面温度升高C ．锤子敲击钉子，钉子变热D ．擦火柴时，火柴头燃烧起来B解析：B【解析】【分析】改变物体内能的方式有两种：做功与热传递；分析各种情景，确定改变内能的方式，然后答题．用锯子锯木料，需要克服摩擦阻力，属于做功的方式，阳光照射地面，是阳光热量传递给地面，属于热传递；用锤子敲击钉子，通过做功的方式使钉子的内能增加，钉子变热；擦火柴的过程有摩擦力做功，是通过做功方法改变物体内能的，故B 正确．5．有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度．他的办法是：关好房间的门窗然后打开冰箱的所有门让冰箱运转，且不考虑房间内外热量的传递，则开机后，室内的温度将( ) A ．逐渐有所升高B ．保持不变C ．开机时降低，停机时又升高D ．开机时升高，停机时降低A解析：A【解析】冰箱工作，会产生热量，即消耗电能，产生了内能，且房间与外界没有能量交换，所以房内温度会升高，A正确．6．一定质量的理想气体，从状态M开始，经状态N、Q回到原状态M，其p—V图像如图所示，其中QM平行于横轴，NQ平行于纵轴，M、N在同一等温线上。
通用版高中物理热学分子动理论经典知识题库
(每日一练)通用版高中物理热学分子动理论经典知识题库单选题1、为了防止新型冠状病毒传播，许多公共场所使用乙醇喷雾消毒液和免洗洗手液进行手部消毒，两者的主要成分都是酒精，则下列说法正确的是（）A．在手上喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，这是酒精分子做布朗运动的结果B．在手上喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，与分子运动无关C．使用免洗洗手液洗手后，洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中，需要吸收热量D．使用免洗洗手液洗手后，洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中，分子间距不变答案：C解析：AB．在手上喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，这是由于酒精分子的扩散运动的结果，证明了酒精分子在不停地运动，AB错误；CD．使用免洗洗手液时，洗手液中的酒精由液态变为同温度的气体的过程中，温度不变，分子的平均动能不变，但是分子之间的距离变大，分子势能增大，需要吸收热量，D错误C正确。
故选C。
2、关于分子动理论，下列说法中正确的是（）A．图甲“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，应先滴油酸酒精溶液，再撒痱子粉B．图乙为水中某花粉颗粒每隔一定时间位置的折线图，表明该花粉颗粒在每段时间内做直线运动C．图丙为分子力F与其间距r的图像，分子间距从r0开始增大时，分子力先变小后变大D．图丁为大量气体分子热运动的速率分布图，曲线②对应的温度较高答案：D解析：A．“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，应先撒痱子粉，再滴油酸酒精溶液，否则很难形成单分子油膜，故A错误；B．图中的折线是炭粒在不同时刻的位置的连线，并不是固体小颗粒的运动轨迹，也不是分子的运动轨迹，由图可以看出小炭粒在不停地做无规则运动，故B错误；C．根据分子力与分子间距的关系图，可知分子间距从r0增大时，分子力表现为引力，分子力先变大后变小，故C错误；D．由图可知，②中速率大分子占据的比例较大，则说明②对应的平均动能较大，故②对应的温度较高，即T1＜T2故D正确。
46道高中物理33题热学热门大题整理大全
1\如图5所示，厚度和质量不计、横截面积为S＝10 cm2的绝热汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸内有一绝热的“T”形活塞固定在桌面上，活塞与汽缸封闭一定质量的理想气体，开始时，气体的温度为T0＝300 K，压强为p＝0.5×105 Pa，活塞与汽缸底的距离为h＝10 cm，活塞与汽缸可无摩擦滑动且不漏气，大气压强为p0＝1.0×105 Pa。
图5(1)求此时桌面对汽缸的作用力F N；(2)现通过电热丝将气体缓慢加热到T，此过程中气体吸收热量为Q＝7 J，内能增加了ΔU＝5 J，整个过程活塞都在汽缸内，求T的值。
解析(1)对汽缸受力分析，由平衡条件有F N＋pS＝p0S，解得F N＝(p0－p)S＝(1.0×105 Pa－0.5×105 Pa)×10×10－4 m2＝50 N。
(2)设温度升高至T时活塞距离汽缸底距离为H，则气体对外界做功W＝p0ΔV＝p0S(H－h)，由热力学第一定律得ΔU＝Q－W，解得H＝12 cm。
气体温度从T0升高到T的过程，由理想气体状态方程得pShT0＝p0SHT，解得T＝p0Hph T0＝105×0.120.5×105×0.10×300 K＝720 K。
答案(1)50 N(2)720 K(等压变化，W＝pΔV；只要温度发生变化，其内能就发生变化。
(4)结合热力学第一定律ΔU＝W＋Q求解问题。
2．如图8所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部高度h 1＝0.50 m ，气体的温度t 1＝27 ℃。
给汽缸缓慢加热至t 2＝207 ℃，活塞缓慢上升到距离汽缸底某一高度h 2处，此过程中缸内气体增加的内能ΔU ＝300 J ，已知大气压强p 0＝1.0×105 Pa ，活塞横截面积S ＝5.0×10－3 m 2。
人教版高中物理热学理想气体知识总结例题
(每日一练)人教版高中物理热学理想气体知识总结例题单选题1、如图所示，一定质量的理想气体沿直线从状态A变化到状态B。
已知在此过程中，气体吸收了280J的热量。
则该理想气体在此过程中（）A．每个气体分子的动能均增大B．状态B的热力学温度是状态A的2倍C．外界对气体做正功D．内能增加180J答案：D解析：B．根据理想气体状态方程可得P A V A T A =P B V BT B代入数据可得T B=3T A 故B错误；A．从状态A变化到状态B，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，并不是每个分子的动能都增大，故A 错误；C．从状态A变化到状态B，气体体积增大，外界对气体做负功，故C错误；D．根据p-V图像，外界对气体做功为W=−12(0.4+0.6)×105×2.0×10−3J=−100J气体从状态A变化到状态B的过程中增加的内能为ΔU=W+Q=180J故D正确。
故选D。
2、如图所示，一定质量的理想气体沿直线从状态A变化到状态B。
已知在此过程中，气体吸收了280J的热量。
则该理想气体在此过程中（）A．每个气体分子的动能均增大B．状态B的热力学温度是状态A的2倍C．外界对气体做正功D．内能增加180J答案：D解析：B．根据理想气体状态方程可得P A V A T A =P B V BT B代入数据可得T B=3T A故B错误；A．从状态A变化到状态B，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，并不是每个分子的动能都增大，故A 错误；C．从状态A变化到状态B，气体体积增大，外界对气体做负功，故C错误；D．根据p-V图像，外界对气体做功为W=−12(0.4+0.6)×105×2.0×10−3J=−100J气体从状态A变化到状态B的过程中增加的内能为ΔU=W+Q=180J故D正确。
故选D。
3、如图所示，粗细均匀竖直放置的玻璃管中，P为一小活塞，有一段水银柱将封闭在玻璃管中的空气分成上、下两部分，活塞和水银柱都静止不动。
高中物理热学综合题解析
高中物理热学综合题解析热学是高中物理中的重要内容之一，学生在学习热学时常常面临各种综合题。
本文将通过具体题目的举例，分析解题技巧，帮助高中学生和他们的父母更好地理解和应对热学综合题。
一、热传导与热辐射题目：两个均匀的金属棒A和B，长度分别为L和2L，横截面积均为A。
棒A的一端与100℃的热源接触，另一端与棒B的一端接触。
棒B的另一端与冷却剂接触，冷却剂的温度为0℃。
已知棒A的导热系数为k，棒B的导热系数为2k。
求棒B的另一端的温度。
解析：这是一道典型的热传导题。
我们可以利用热传导的基本原理来解答。
根据热传导定律，热传导的速率与导热系数、横截面积和温度差有关。
设棒A的一端温度为T1，棒B的一端温度为T2，棒B的另一端温度为T3。
则根据热传导定律，有：k * A * (T1 - T2) / L = 2k * A * (T2 - T3) / (2L)化简得：T1 - T2 = 2(T2 - T3)进一步化简得：T1 - 3T2 + 2T3 = 0由此可见，这是一个二元一次方程组。
我们可以利用线性方程组的求解方法解得T2和T3的值。
最后得到棒B的另一端的温度。
这道题的考点是热传导定律的应用，以及对方程组的解法的掌握。
通过解析这道题目，我们可以帮助学生理解热传导的基本原理，并掌握如何利用方程组解决实际问题。
二、热容与热量题目：一个质量为m的物体温度从T1升高到T2，所吸收的热量为Q。
现在将这个物体放入质量为M的水中，水的初始温度为T0。
物体与水达到热平衡后，水的温度为多少？解析：这是一道关于热容和热量的题目。
我们可以利用热量守恒定律来解答。
根据热量守恒定律，物体吸收的热量等于水吸收的热量。
设水的温度为T，根据热量守恒定律，有：m * c * (T2 - T1) = M * c * (T - T0)其中，c是物体和水的比热容。
化简得：T = (m * c * T2 + M * c * T0) / (m * c + M * c)这道题的考点是热量守恒定律和比热容的应用。
高中物理经典题库-热学试题49个
五、热学试题集粹（15+5+9+20=49个）一、选择题（在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确）1．下列说法正确的是［］Ａ．温度是物体内能大小的标志Ｂ．布朗运动反映分子无规则的运动Ｃ．分子间距离减小时，分子势能一定增大Ｄ．分子势能最小时，分子间引力与斥力大小相等2．关于分子势能，下列说法正确的是［］Ａ．分子间表现为引力时，分子间距离越小，分子势能越大Ｂ．分子间表现为斥力时，分子间距离越小，分子势能越大Ｃ．物体在热胀冷缩时，分子势能发生变化Ｄ．物体在做自由落体运动时，分子势能越来越小3．关于分子力，下列说法中正确的是［］Ａ．碎玻璃不能拼合在一起，说明分子间斥力起作用Ｂ．将两块铅压紧以后能连成一块，说明分子间存在引力Ｃ．水和酒精混合后的体积小于原来体积之和，说明分子间存在的引力Ｄ．固体很难拉伸，也很难被压缩，说明分子间既有引力又有斥力4．下面关于分子间的相互作用力的说法正确的是［］Ａ．分子间的相互作用力是由组成分子的原子内部的带电粒子间的相互作用而引起的Ｂ．分子间的相互作用力是引力还是斥力跟分子间的距离有关，当分子间距离较大时分子间就只有相互吸引的作用，当分子间距离较小时就只有相互推斥的作用Ｃ．分子间的引力和斥力总是同时存在的Ｄ．温度越高，分子间的相互作用力就越大5．用ｒ表示两个分子间的距离，Ｅｐ表示两个分子间的相互作用势能．当ｒ＝ｒ０时两分子间的斥力等于引力．设两分子距离很远时Ｅｐ＝0 ［］Ａ．当ｒ＞ｒ０时，Ｅｐ随ｒ的增大而增加Ｂ．当ｒ＜ｒ０时，Ｅｐ随ｒ的减小而增加Ｃ．当ｒ＞ｒ０时，Ｅｐ不随ｒ而变Ｄ．当ｒ＝ｒ０时，Ｅｐ＝06．一定质量的理想气体，温度从0℃升高到ｔ℃时，压强变化如图2-1所示，在这一过程中气体体积变化情况是［］图2-1Ａ．不变Ｂ．增大Ｃ．减小Ｄ．无法确定7．将一定质量的理想气体压缩，一次是等温压缩，一次是等压压缩，一次是绝热压缩，那么［］Ａ．绝热压缩，气体的内能增加Ｂ．等压压缩，气体的内能增加Ｃ．绝热压缩和等温压缩，气体内能均不变Ｄ．三个过程气体内能均有变化8．如图2-2所示，0．5ｍｏｌ理想气体，从状态Ａ变化到状态Ｂ，则气体在状态Ｂ时的温度为［］图2-2Ａ．273ＫＢ．546ＫＣ．810ＫＤ．不知ＴＡ所以无法确定9．如图2-3是一定质量理想气体的ｐ-Ｖ图线，若其状态由ａ→ｂ→ｃ→ａ（ａｂ为等容过程，ｂｃ为等压过程，ｃａ为等温过程），则气体在ａ、ｂ、ｃ三个状态时［］图2-3Ａ．单位体积内气体分子数相等，即ｎａ＝ｎｂ＝ｎｃＢ．气体分子的平均速度ｖａ＞ｖｂ＞ｖｃＣ．气体分子在单位时间内对器壁单位面积碰撞次数Ｎａ＞Ｎｂ＞ＮｃＤ．气体分子在单位时间内对器壁单位面积作用的总冲量Ｉａ＞Ｉｂ＝Ｉｃ10．一定质量的理想气体的状态变化过程如图2-4所示，ＭＮ为一条直线，则气体从状态Ｍ到状态Ｎ的过程中［］图2-4Ａ．温度保持不变Ｂ．温度先升高，后又减小到初始温度Ｃ．整个过程中气体对外不做功，气体要吸热Ｄ．气体的密度在不断减小题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10答案BD BC BD C AB C A C CD BD11．一定质量的理想气体自状态Ａ经状态Ｂ变化到状态Ｃ，这一过程在Ｖ-Ｔ图中的表示如图2-5所示，则［］Ａ．在过程ＡＢ中，气体压强不断变大Ｂ．在过程ＢＣ中，气体密度不断变大Ｃ．在过程ＡＢ中，气体对外界做功Ｄ．在过程ＢＣ中，气体对外界放热12．如图2-6所示，一圆柱形容器上部圆筒较细，下部的圆筒较粗且足够长．容器的底是一可沿下圆筒无摩擦移动的活塞Ｓ，用细绳通过测力计Ｆ将活塞提着，容器中盛水．开始时，水面与上圆筒的开口处在同一水平面上（如图），在提着活塞的同时使活塞缓慢地下移．在这一过程中，测力计的读数［］图2-6Ａ．先变小，然后保持不变Ｂ．一直保持不变Ｃ．先变大，然后变小Ｄ．先变小，然后变大13．如图2-7所示，粗细均匀的Ｕ形管，左管封闭一段空气柱，两侧水银面的高度差为ｈ，Ｕ型管两管间的宽度为ｄ，且ｄ＜ｈ，现将Ｕ形管以Ｏ点为轴顺时针旋转90°至两个平行管水平，并保持Ｕ形管在竖直平面内，两管内水银柱的长度分别变为ｈ１′和ｈ２′．设温度不变，管的直径可忽略不计，则下列说法中正确的是［］图2-7Ａ．ｈ１增大，ｈ２减小Ｂ．ｈ１减小，ｈ２增大，静止时ｈ１′＝ｈ２′Ｃ．ｈ１减小，ｈ２增大，静止时ｈ１′＞ｈ２′Ｄ．ｈ１减小，ｈ２增大，静止时ｈ１′＜ｈ２′14．如图2-8所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立气缸的活塞，使气缸悬空而静止，设活塞与缸壁间无摩擦且可以在缸内自由移动，缸壁导热性能良好使缸内气体总能与外界大气温度相同，则下述结论中正确的是［］Ａ．若外界大气压增大，则弹簧将压缩一些Ｂ．若外界大气压增大，则气缸上底面距地面的高度将减小Ｃ．若气温升高，则气缸上底面距地面的高度将减小Ｄ．若气温升高，则气缸上底面距地面的高度将增大15．如图2-9所示，导热气缸开口向下，内有理想气体，气缸固定不动，缸内活塞可自由滑动且不漏气．活塞下挂一个砂桶，砂桶装满砂子时，活塞恰好静止．现给砂桶底部钻一个小洞，细砂慢慢漏出，外部环境温度恒定，则［］图2-9Ａ．气体压强增大，内能不变Ｂ．外界对气体做功，气体温度不变Ｃ．气体体积减小，压强增大，内能减小Ｄ．外界对气体做功，气体内能增加题号11 12 13 14 15答案ABD A A BD AB二、填空题1．估算一下，可知地球表面附近空气分子之间的距离约为________ｍ（取一位有效数字）；某金属的摩尔质量为Ｍ，密度为ρ，阿伏加德罗常量为Ｎ．若把金属分子视为球形，经估算该金属的分子直径约为________．2．高压锅的锅盖通过几个牙齿似的锅齿与锅镶嵌旋紧，锅盖与锅之间有橡皮制的密封圈，不会漏气．锅盖中间有一排气孔，上面套上类似砝码的限压阀，将排气孔堵住．当加热高压锅，锅内气体压强增大到一定程度时，气体就把限压阀顶起来，蒸汽即从排气孔中排出锅外．已知某高压锅限压阀的质量为0．1ｋｇ，排气孔直径为0．3ｃｍ，则锅内气体压强最大可达________Ｐａ．3．圆筒内装有100升1ａｔｍ的空气，要使圆筒内空气压强增大到10ａｔｍ，应向筒内打入同温度下2ａｔｍ的压缩气体________Ｌ．4．如图2-10所示为一定质量理想气体的状态变化过程的图线Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａ，则Ｂ→Ｃ的变化是________过程，若已知ＴＡ＝300Ｋ，ＴＢ＝400Ｋ，则ＴＣ＝________Ｋ．图2-105．一圆柱形的坚固容器，高为ｈ，上底有一可以打开和关闭的密封阀门．现把此容器沉入水深为H 的湖底，并打开阀门，让水充满容器，然后关闭阀门．设大气压强为ｐ０，湖水密度为ρ．则容器内部底面受到的向下的压强为________．然后保持容器状态不变，将容器从湖底移到湖面，这时容器内部底面受到的向下压强为________．填空题参考答案1．3×10－９ 2．2．4×10５ 3．450 4．等压1600／3 5．ｐ０＋ρｇＨρｇＨ1．如图2-14所示，有一热气球，球的下端有一小口，使球内外的空气可以流通，以保持球内外压强相等，球内有温度调节器，以便调节球内空气的温度，使气球可以上升或下降，设气球的总体积Ｖ０＝500ｍ３（不计算壳体积），除球内空气外，气球质量Ｍ＝180ｋｇ．已知地球表面大气温度Ｔ０＝280Ｋ，密度ρ０＝1．20ｋｇ／ｍ３，如果把大气视为理想气体，它的组成和温度几乎不随高度变化．问：为使气球从地面飘起，球内气温最低必须加热到多少开?图2-142．已知一定质量的理想气体的初始状态Ⅰ的状态参量为ｐ１、Ｖ１、Ｔ１，终了状态Ⅱ的状态参量为ｐ２、Ｖ２、Ｔ２，且ｐ２＞ｐ１，Ｖ２＞Ｖ１，如图2-15所示．试用玻意耳定律和查理定律推导出一定质量的理想气体状态方程．要求说明推导过程中每步的根据，最后结果的物理意义，且在ｐ-Ｖ图上用图线表示推导中气体状态的变化过程．图2-153．在如图2-16中，质量为ｍＡ的圆柱形气缸Ａ位于水平地面，气缸内有一面积Ｓ＝5．00×10－３ｍ２，质量ｍＢ＝10．0ｋｇ的活塞Ｂ，把一定质量的气体封闭在气缸内，气体的质量比气缸的质量小得多，活塞与气缸的摩擦不计，大气压强＝1．00×10５Ｐａ．活塞Ｂ经跨过定滑轮的轻绳与质量为ｍＣ＝20．0ｋｇ的圆桶Ｃ相连．当活塞处于平衡时，气缸内的气柱长为Ｌ／4，Ｌ为气缸的深度，它比活塞的厚度大得多，现在徐徐向Ｃ桶内倒入细沙粒，若气缸Ａ能离开地面，则气缸Ａ的质量应满足什么条件?图2-164．如图2-17所示，一圆柱形气缸直立在水平地面上，内有质量不计的可上下移动的活塞，在距缸底高为2Ｈ0的缸口处有固定的卡环，使活塞不会从气缸中顶出，气缸壁和活塞都是不导热的，它们之间没有摩擦．活塞下方距缸底高为Ｈ０处还有一固定的可导热的隔板，将容器分为Ａ、Ｂ两部分，Ａ、Ｂ中各封闭同种的理想气体，开始时Ａ、Ｂ中气体的温度均为27℃，压强等于外界大气压强ｐ０，活塞距气缸底的高度为1．6Ｈ０，现通过Ｂ中的电热丝缓慢加热，试求：图2-17（1）与Ｂ中气体的压强为1．5ｐ０时，活塞距缸底的高度是多少?（2）当Ａ中气体的压强为1．5ｐ０时，Ｂ中气体的温度是多少?5．如图2-18所示是一个容积计，它是测量易溶于水的粉末物质的实际体积的装置，Ａ容器的容积Ｖ３．Ｓ是通大气的阀门，Ｃ是水银槽，通过橡皮管与容器Ｂ相通．连通Ａ、Ｂ的管道很细，容积Ａ＝300ｃｍ可以忽略．下面是测量的操作过程：（1）打开Ｓ，移动Ｃ，使Ｂ中水银面降低到与标记Ｍ相平．（2）关闭Ｓ，缓慢提升Ｃ，使Ｂ中水银面升到与标记Ｎ相平，量出Ｃ中水银面比标记Ｎ高ｈ１＝25ｃｍ．（3）打开Ｓ，将待测粉末装入容器Ａ中，移动Ｃ使Ｂ内水银面降到Ｍ标记处．（4）关闭Ｓ，提升Ｃ使Ｂ内水银面升到与Ｎ标记相平，量出Ｃ中水银面比标记Ｎ高ｈ２＝75ｃｍ．（5）从气压计上读得当时大气压为ｐ０＝75ｃｍＨｇ．设整个过程温度保持不变．试根据以上数据求出Ａ中待测粉末的实际体积．图2-186．某种喷雾器贮液筒的总容积为7．5Ｌ，如图2-19所示，现打开密封盖，装入6Ｌ的药液，与贮液筒相连的活塞式打气筒，每次能压入300ｃｍ３、1ａｔｍ的空气，若以上过程温度都保持不变，则图2-19（1）要使贮气筒中空气压强达到4ａｔｍ，打气筒应该拉压几次?（2）在贮气筒内气体压强达4ａｔｍ，才打开喷嘴使其喷雾，直至内外气体压强相等，这时筒内还剩多少药液?7．（1）一定质量的理想气体，初状态的压强、体积和温度分别为ｐ1、Ｖ1、Ｔ1，经过某一变化过程，气体的末状态压强、体积和温度分别为ｐ2、Ｖ2、Ｔ2．试用玻意耳定律及查理定律推证：ｐ1Ｖ1／Ｔ1＝ｐ2Ｖ2／Ｔ2．（2）如图2－19，竖直放置的两端开口的Ｕ形管（内径均匀），内充有密度为ρ的水银，开始两管内的水银面到管口的距离均为Ｌ．在大气压强为ｐ0＝2ρｇＬ时，用质量和厚度均不计的橡皮塞将Ｕ形管的左侧管口Ａ封闭，用摩擦和厚度均不计的小活塞将Ｕ形管右侧管口Ｂ封闭，橡皮塞与管口Ａ内壁间的最大静摩擦力ｆｍ＝ρｇＬＳ（Ｓ为管的内横截面积）．现将小活塞向下推，设管内空气温度保持不变，要使橡皮塞不会从管口Ａ被推出，求小活塞下推的最大距离．图2－198．用玻马定律和查理定律推出一定质量理想气体状态方程，并在图2－20的气缸示意图中，画出活塞位置，并注明变化原因，写出状态量．图2－209．如图2－21所示装置中，Ａ、Ｂ和Ｃ三支内径相等的玻璃管，它们都处于竖直位置，Ａ、Ｂ两管的上端等高，管内装有水，Ａ管上端封闭，内有气体，Ｂ管上端开口与大气相通，Ｃ管中水的下方有活塞顶住．Ａ、Ｂ、Ｃ三管由内径很小的细管连接在一起．开始时，Ａ管中气柱长Ｌ1＝3.0ｍ，Ｂ管中气柱长Ｌ2＝2.0ｍ，Ｃ管中水柱长Ｌ0＝3ｍ，整个装置处于平衡状态．现将活塞缓慢向上顶，直到Ｃ管中的水全部被顶到上面的管中，求此时Ａ管中气柱的长度Ｌ1′，已知大气压强ｐ0＝1.0×105Ｐａ，计算时取ｇ＝10ｍ／ｓ2．图2－2010．麦克劳真空计是一种测量极稀薄气体压强的仪器，其基本部分是一个玻璃连通器，其上端玻璃管Ａ与盛有待测气体的容器连接，其下端Ｄ经过橡皮软管与水银容器R相通，如图2－22所示．图中Ｋ1、Ｋ2是互相平行的竖直毛细管，它们的内径皆为ｄ，Ｋ1顶端封闭．在玻璃泡Ｂ与管Ｃ相通处刻有标记ｍ．测量时，先降低R使水银面低于ｍ，如图2－22（ａ）．逐渐提升Ｒ，直到Ｋ2中水银面与Ｋ1顶端等高，这时Ｋ1中水银面比顶端低ｈ，如图2－22（ｂ）所示．设待测容器较大，水银面升降不影响其中压强，测量过程中温度不变．已知Ｂ（ｍ以上）的容积为Ｖ，Ｋ1的容积远小于Ｖ，水银密度为ρ．（1）试导出上述过（2）已知Ｖ＝628ｃｍ3，毛细管的直径ｄ＝0.30ｍｍ，水银密度ρ＝13.6×103程中计算待测压强ｐ的表达式．ｋｇ／ｍ3，ｈ＝40ｍｍ，算出待测压强ｐ（计算时取ｇ＝10ｍ／ｓ2，结果保留2位数字）．图2－2111．如图2－23所示，容器Ａ和气缸Ｂ都是透热的，Ａ放置在127℃的恒温箱中，而Ｂ放置在27℃、1ａｔｍ的空气中，开始时阀门Ｓ关闭，Ａ内为真空，其容器ＶＡ＝2.4Ｌ；Ｂ内轻活塞下方装有理想气体，其体积为ＶＢ＝4.8Ｌ，活塞上方与大气相通．设活塞与气缸壁之间无摩擦且不漏气，连接Ａ和Ｂ的细管容积不计．若打开Ｓ，使Ｂ内封闭气体流入Ａ，活塞将发生移动，待活塞停止移动时，Ｂ内活塞下方剩余气体的体积是多少？不计Ａ与Ｂ之间的热传递．图2－22 图2－2312．如图2－23有一热空气球，球的下端有一小口，使球内外的空气可以流通，以保持球内外压强相等，球内有温度调节器，以便调节球内空气温度，使气球可以上升或下降，设气球的总体积Ｖ0＝500 ｍ3（不计球壳体积），除球内空气外，气球质量Ｍ＝180ｋｇ．已知地球表面大气温度Ｔ0＝280Ｋ，密度ρ0＝1.20ｋｇ／ｍ3，如果把大气视为理想气体，它的组成和温度几乎不随高度变化，问：为使气球从地面飘起，球内气温最低必须加热到多少开？13．如图2－25均匀薄壁Ｕ形管，左管上端封闭，右管开口且足够长，管的横截面积为Ｓ，内装密度为ρ的液体．右管内有一质量为ｍ的活塞搁在固定卡口上，卡口与左管上端等高，活塞与管壁间无摩擦且不漏气．温度为Ｔ0时，左、右管内液面高度相等，两管内空气柱长度均为Ｌ，压强均为大气压强ｐ0．现使两边温度同时逐渐升高，求：（1）温度升高到多少时，右管活塞开始离开卡口上升？（2）温度升高到多少时，左管内液面下降ｈ？图2－24 图2－2514．如图2－26所示的装置中，装有密度ρ＝7.5×102ｋｇ／ｍ3的液体的均匀Ｕ形管的右端与体积很大的密闭贮气箱相连通，左端封闭着一段气体．在气温为－23℃时，气柱长62ｃｍ，右端比左端低40ｃｍ．当气温升至27℃时，左管液面上升了2ｃｍ．求贮气箱内气体在－23℃时的压强为多少？（ｇ取10ｍ／ｓ2）15．两端开口、内表面光滑的Ｕ形管处于竖直平面内，如图2－27所示，质量均为ｍ＝10ｋｇ的活塞Ａ、Ｂ在外力作用下静止于左右管中同一高度ｈ处，将管内空气封闭，此时管内外空气的压强均为ｐ0＝1.0×105Ｐａ．左管和水平管横截面积Ｓ1＝10ｃｍ2，右管横截面积Ｓ2＝20ｃｍ2，水平管长为3ｈ．现撤去外力让活塞在管中下降，求两活塞稳定后所处的高度．（活塞厚度略大于水平管直径，管内气体初末状态同温，ｇ取10ｍ／ｓ2）图2－26 图2－27计算题参考答案1．解：设使气球刚好从地面飘起时球内空气密度为ρ，则由题意知ρ０ｇＶ０＝Ｍｇ＋ρｇＶ０，设温度为Ｔ、密度为ρ、体积为Ｖ０的这部分气体在温度为Ｔ０，密度为ρ０时体积为Ｖ，即有ρＶ０＝ρ０Ｖ．由等压变化有Ｖ０／Ｔ＝Ｖ／Ｔ０，解得Ｔ＝400Ｋ．2．解：设气体先由状态Ⅰ（ｐ１、Ｖ１、Ｔ１），经等温变化至中间状态Ａ（ｐＡ、Ｖ２、Ｔ１），由玻意耳定律，得ｐ１Ｖ１＝ｐＡＶ２，①再由中间状态Ａ（ｐＡ、Ｖ２、Ｔ１）经等容变化至终态Ⅱ（ｐ２、Ｖ２、Ｔ２），由查理定律，得ｐＡ／Ｔ１＝ｐ２／Ｔ２，②由①×②消去ｐＡ，可得ｐ１Ｖ１／Ｔ１＝ｐ２Ｖ２／Ｔ２，上式表明：一定质量的理想气体从初态（ｐ１、Ｖ１、Ｔ１）变到终态（ｐ２、Ｖ２、Ｔ２），压强和体积的乘积与热力学温度的比值是不变的．过程变化如图6所示．图63．解：取气缸内气柱长为Ｌ／4的平衡态为状态1，气缸被缓慢提离地面时的平衡态为状态2．以ｐ１、ｐ２表示状态1、2的压强，Ｌ２表示在状态2中气缸内气柱长度．由玻意耳定律，得ｐ１Ｌ／4＝ｐ２Ｌ２，①在状态1，活塞Ｂ处于力学平衡状态，由力学平衡条件得到ｐ１Ｓ＋ｍＣｇ＝ｐ０Ｓ＋ｍＢｇ，②在状态2，气缸Ａ处于力学平衡状态，由力学平衡条件得到ｐ２Ｓ＋ｍＡｇ＝ｐ０Ｓ，③由①、②、③三式解得ｍＡ＝（ｐ０Ｓ／ｇ）－（（ｐ０Ｓ＋ｍＢｇ－ｍＣｇ）／4ｇ）（Ｌ／Ｌ２），以题给数据代入就得到ｍＡ＝（50－10（Ｌ／Ｌ２））ｋｇ，由于Ｌ２最大等于Ｌ．故由⑤式得知，若想轻绳能把气缸Ａ提离地面，气缸的质量应满足条件ｍＡ≤40ｋｇ．4．（1）Ｂ中气体做等容变化，由查理定律ｐＢ／ｐ′Ｂ＝ＴＢ／Ｔ′Ｂ，求得压强为1．5ｐ０时气体的温度Ｔ′Ｂ＝450Ｋ．Ａ中气体做等压变化，由于隔板导热，Ａ、Ｂ中气体温度相等，Ａ中气体温度也为450Ｋ．对Ａ中气体ＶＡ′／ＶＡ＝ＴＡ′／ＴＡ，ＶＡ′＝（ＴＢ′／ＴＡ）ＶＡ＝0．9Ｈ０Ｓ，活塞距离缸底的高度为1．9Ｈ０．（2）当Ａ中气体压强为1．5ｐ０，活塞将顶在卡环处，对Ａ中气体ｐＡＶＡ／ＴＡ＝ｐ″ＡＶ＂Ａ／Ｔ＂Ａ，得Ｔ＂Ａ＝（ｐ＂ＡＶ＂Ａ／ｐＡＶＡ）ＴＡ＝750Ｋ．即Ｂ中气体温度也为750Ｋ．5．解：对于步骤①②，以Ａ、Ｂ中气体为研究对象．初态ｐ１＝ｐ０，Ｖ１＝ＶＡ＋ＶＢ，末态ｐ２＝ｐ０＋ｈ１，Ｖ２＝ＶＡ，依玻意耳定律ｐ１Ｖ１＝ｐ２Ｖ２，解得ＶＢ＝100ｃｍ３．对于步骤③④，以Ａ、Ｂ中气体为研究对象，初态ｐ′１＝ｐ０，Ｖ′１＝Ｖ，末态ｐ′２＝ｐ０＋ｈ２，Ｖ′２＝Ｖ－ＶＢ，依玻意耳定律ｐ′１Ｖ′１＝ｐ′２Ｖ′２，解得Ｖ＝200ｃｍ３，粉末体积Ｖ０＝ＶＡ＋ＶＢ－Ｖ＝200ｃｍ3．6．解：（1）贮液筒装入液体后的气体体积Ｖ１＝Ｖ总－Ｖ液①设拉力ｎ次打气筒压入的气体体积Ｖ２＝ｎＶ０，②根据分压公式：（温度Ｔ一定）ｐＶ１＝ｐ１Ｖ１＋ｐ１Ｖ２，③解①②③，可得ｎ＝（ｐＶ１－ｐ１Ｖ１）／ｐ１Ｖ０＝15（次），④（2）对充好气的贮液筒中的气体，ｍ，Ｔ一定喷雾后至内外压强相等，贮液筒内气体体积为Ｖ２，ｐＶ１＝ｐ２Ｖ２，⑤贮液筒内还剩有药液体积Ｖ剩＝Ｖ总－Ｖ２⑥解⑤⑥得：Ｖ剩＝1．5Ｌ．⑦7．（1）证明：在如图5所示的ｐ－Ｖ图中，一定质量的气体从初状态Ａ（ｐ1，Ｖ1，Ｔ1）变化至末状态Ｂ（ｐ2，Ｖ2，Ｔ2），假设气体从初状态先等温变化至Ｃ（ｐＣ，Ｖ2，Ｔ1），再等容变化至Ｂ（ｐ2，Ｖ2，Ｔ2）．第一个变化过程根据玻耳定律有，ｐ1Ｖ1＝ｐＣＶ2．第二个变化过程根据查理定律有，ｐＣ／ｐ2＝Ｔ1／Ｔ2．由以上两式可解得：ｐ1Ｖ1／Ｔ1＝ｐ2Ｖ2／Ｔ2．图5（2）解：设小活塞下推最大距离Ｌ1时，左管水银面上升的距离为ｘ，以ｐ0表示左右两管气体初态的压强，ｐ1、ｐ2表示压缩后左右两管气体的压强．根据玻意耳定律，左管内气体ｐ0ＬＳ＝ｐ1（Ｌ－ｘ）Ｓ，右管内气体ｐ0ＬＳ＝ｐ2（Ｌ＋ｘ－Ｌ1）Ｓ，左、右两管气体末状态压强关系ｐ2＝ｐ1＋ρｇ·2ｘ．橡皮塞刚好不被推出时，根据共点力平衡条件ｐ1Ｓ＝ｐ0Ｓ＋ｆｍ＝3ρｇＬＳ，由上四式解得ｘ＝Ｌ／3，Ｌ1＝26Ｌ／33．8．图略．由等温变化的玻意耳定律，得ｐ1Ｖ2＝ｐＣＶ2，再由等容变化的查理定律，得ｐＣ／Ｔ1＝ｐ2／Ｔ2，两式联立，化简得：ｐ1Ｖ1／Ｔ1＝ｐ2Ｖ2／Ｔ2．9．解：设活塞顶上后，Ａ、Ｂ两管气柱长分别为Ｌ1′和Ｌ2′，则［ｐ0＋ρｇ（Ｌ1－Ｌ2）］Ｌ1＝［ｐ0＋ρｇ（Ｌ1′－Ｌ2′）］Ｌ1′，且Ｌ1－Ｌ1′＋Ｌ2－Ｌ2′＝Ｌ0，解得Ｌ1′＝2.5ｍ．表明Ａ管中进水0.5ｍ，因Ｃ管中原有水3.0ｍ，余下的2.5ｍ水应顶入Ｂ管，而Ｂ管上方空间只有2.0ｍ，可知一定有水溢出Ｂ管．按Ｂ管上方有水溢出列方程，对封闭气体ｐ1＝ｐ0－ρｇ（Ｌ1－Ｌ2），ｐ1′＝ｐ0＋ρｇＬ1′，ｐ1Ｌ1＝ｐ1′Ｌ1′，联立解得Ｌ1′＝2.62ｍ．10．解：（1）水银面升到ｍ时Ｂ中气体刚被封闭，压强为待测压强ｐ．这部分气体末态体积为ａｈ，ａ＝πｄ2／4，压强为ｐ＋ｈρｇ，由玻意尔定律，得ｐＶ＝（ｐ＋ρｇｈ）πｄ2ｈ／4，整理得ｐ（Ｖ－πｄ2ｈ／4）＝ρｇｈπｄ2ｈ／4．根据题给条件，πｄ2ｈ／4远小于V，得ｐＶ＝（ｈρｇ）πｄ2ｈ／4，化简得ｐ＝ρｇｈ2πｄ2／4Ｖ．（2）代入数值解得ｐ＝2.4×10－2Ｐａ．11．解：设原气缸中封闭气体初状态的体积ＶＢ分别为ＶＢ1和ＶＢ2两部分．打开Ｓ后，ＶＢ1最终仍留在Ｂ中，而ＶＢ2将全部流入容器Ａ内．对于仍留在Ｂ中的这部分气体，因ｐ、Ｔ不变，故ＶＢ1不变．对于流入Ａ中的气体，由于ｐ不变，据盖·吕萨克定律得ＶＢ2／Ｔ1＝ＶＡ／Ｔ2，代入数据得ＶＢ2＝1.8Ｌ，最后Ｂ内活塞下方剩余气体体积ＶＢ1＝ＶＢ－ＶＢ2＝3Ｌ．12．解：设使气球刚好从地面飘起时球内空气密度为ρ，则由题意知ρ0ｇＶ0＝ρｇＶ0＋Ｍｇ．设温度为Ｔ、密度为ρ、体积为Ｖ0的这部分气体在温度为Ｔ0、密度为ρ0时体积为Ｖ，即有ρＶ0＝ρ0Ｖ．由等压变化有Ｖ0／Ｔ＝Ｖ／Ｔ0，联解得Ｔ＝400Ｋ．13．解：（1）右管内气体为等容过程，ｐ0／Ｔ0＝ｐ1／Ｔ1，ｐ1＝ｐ0＋ｍｇ／Ｓ，Ｔ1＝Ｔ0（1＋ｍｇ／ｐ0Ｓ）．（2）对左管内气体列出状态方程：ｐ0ＬＳ／Ｔ0＝ｐ2Ｖ2／Ｔ2，ｐ2＝ｐ0＋ｍｇ／Ｓ＋2ρｇｈ，Ｖ2＝（Ｌ＋ｈ）Ｓ，∴Ｔ2＝Ｔ0Ｌ（ｐ0＋ｍｇ／Ｓ＋2ρｇｈ）（Ｌ＋ｈ）／ｐ0．14．解：在下列的计算中，都以1ｃｍ液柱产生的压强作为压强单位．设贮气箱气体在－23℃时压强为ｐ0，则Ｕ形管左侧气体在－23℃时压强ｐ0′＝ｐ0－40．设贮气箱气体在27℃时压强为ｐ，则Ｕ形管左侧气体在27℃时压强ｐ′＝ｐ－44．对左侧气体据理想气体状态方程得ｐ0′×62Ｓ／250＝ｐ′×60Ｓ／300．对贮气箱内的气体，据查理定律得ｐ0／250＝ｐ／300．以上四式联立解出ｐ0相当于140ｃｍ液柱的压强，故ｐ0＝7.5×102×10×1.40Ｐａ＝1.05×104Ｐａ．15．解：撤去外力后左侧向下压强ｐ左＝ｐ0＋ｍｇ／Ｓ1＝2×105Ｐａ＝2ｐ0，右侧向下压强ｐ右＝ｐ0＋ｍｇ／Ｓ2＝1.5×105Ｐａ＝1.5ｐ0，故活塞均下降，且左侧降至水平管口．设右侧降至高为ｘ处，此时封闭气体压强变为ｐ′＝1.5ｐ0．对封闭气体ｐ0（4ｈＳ1＋ｈＳ2）＝1.5ｐ0（3ｈＳ1＋ｘＳ2），∴ｘ＝ｈ／2．。
高中热学选择题参考答案与试题解析
高中热学选择题参考答案与试题解析(总13页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--参考答案与试题解析一．选择题（共30小题）1．（2014•宝鸡三模）对于一定量的理想气体，下列说法正确的是（）A．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变B．若气体的内能不变，其状态也一定不变C．若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大D．气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关E．当气体温度升高时，气体的内能一定增大考点：物体的内能；理想气体的状态方程．专题：压轴题；内能及其变化专题．分析：理想气体内能由物体的温度决定，理想气体温度变化，内能变化；由理想气体的状态方程可以判断气体温度变化时，气体的体积与压强如何变化．解答：解：A、由理想气体的状态方程可知，若气体的压强和体积都不变，则其温度不变，其内能也一定不变，故A正确；B、若气体的内能不变，则气体的温度不变，气体的压强与体积可能发生变化，气体的状态可能变化，故B错误；C、由理想气体的状态方程可知，若气体的温度T随时间升高，体积同时变大，其压强可能不变，故C错误；D、气体绝热压缩或膨胀时，气体不吸热也不放热，气体内能发生变化，温度升高或降低，在非绝热过程中，气体内能变化，要吸收或放出热量，由此可知气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关，故D正确；E、理想气体内能由温度决定，当气体温度升高时，气体的内能一定增，故E正确；故答案为：ADE．点评：理想气体分子间的距离较大，分子间的作用力为零，分子势能为零，理想气体内能由温度决定．2．（2014•宁夏二模）关于一定量的气体，下列说法正确的是（）A．气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，而不是该气体所有分子体积之和B．只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零D．气体从外界吸收热量，其内能一定增加E．气体在等压膨胀过程中温度一定升高考点：热力学第一定律；气体压强的微观意义．专题：压轴题；热力学定理专题．分析：气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，温度高体分子热运动就剧烈，分子运动不停息，气体对容器壁的压强不为零，做功也可以改变物体的内能．解答：解：A、气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积，A正确；B、温度高体分子热运动就剧烈，B正确；C、在完全失重的情况下，分子运动不停息，气体对容器壁的压强不为零，C错误；D、做功也可以改变物体的内能，C错误；E、气体在等压膨胀过程中温度一定升高，E正确．故选：ABE．点评：本题考查了热力学第一定律的应用和气体压强的微观意义，难度不大．3．（2014•临沂模拟）以下关于分子动理论的说法中正确的是（）A．物质是由大量分子组成的B．﹣2℃时水已经结为冰，部分水分子已经停止了热运动C．分子势能随分子间距离的增大，可能先减小后增大D．分子间的引力与斥力都随分子间的距离的增大而减小E．扩散和布朗运动的实质是相同的，都是分子的无规则运动考点：分子动理论的基本观点和实验依据．专题：分子运动论专题．分析：物质是由大量分子组成的；分子永不停息的做无规则的热运动；分子间存在相互作用的引力和斥力，并且引力与斥力都随分子间的距离的增大而减小，在分子间距离变化过程中，伴随分子力做正或负功，分子势能会减小或增大；扩散和布朗运动都是分子无规则运动的证据，但是实质不同．解答：解：A、物质是由大量分子组成的，故A正确．B、﹣2℃时水已经结为冰，虽然水分子热运动剧烈程度降低，但不会停止热运动，故B错误．C、分子势能随分子间距离的增大（当r＜r0），先减小，（当r＞r0）后增大，故C正确．D、分子间的引力与斥力都随分子间的距离的增大而减小，故D正确．E、扩散和布朗运动都是分子无规则运动的证据，但是实质不同，布朗运动是微粒在运动，故E错误．故选：ACD．点评：本题考查分子动理论的基础知识，属记忆内容，牢记即可作答4．（2014•湖北二模）下列说法正确的有（）A．1g水中所含的分子数目和地球的总人口数差不多B．气体对容器壁的压强，是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的C．物体内能增加，温度不一定升高D．物体温度升高，内能不一定增加E．能量在转化过程中守恒，所以我们可以将失去的能量转化回我们可以利用的能量，以解决能源需求问题考点：阿伏加德罗常数；温度是分子平均动能的标志；物体的内能；热力学第二定律；封闭气体压强．分析：气体压强是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的，取决于分子数密度和平均动能；物体内能与温度和体积有关．解答：解：A、水的摩尔质量为18g/mol，故1g水的分子数为：N==×1022个，远大于地球的总人口数，故A错误；B、气体对容器壁的压强，是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的，取决于分子数密度和平均动能，故B正确；C、物体内能与温度和体积有关，故物体内能增加，温度不一定升高，故C正确；D、物体内能与温度和体积有关，物体温度升高，内能不一定增加，故D正确；E、能量在转化过程中守恒；总能量守恒，但能源可利用的品质是下降的，故我们不可能将失去的能量转化回我们可以利用的能量，故E错误；故选：BCD．点评：本题考查了阿伏加德罗常数、气体压强的微观意义、内能、能量守恒定律和热力学第二定律，知识点多，难度小，关键是记住基础知识．5．（2014•宜春模拟）下列说法正确的是（）A．A．若某物质的分子体积为V0、摩尔质量为M、摩尔体积为V A、密度为ρ，则有V A=，V0==B．显微镜下观察到的布朗运动并不是分子的无规则运动，但它反映了分子的无规则运动C．将一定质量的气体等温压缩，外界对气体做功，气体分子势能增大，同时气体放出热量D．做功和热传递均可改变物体的内能，但热量只能自发地由高温物体传给低温物体，但无论采用哪种方式均不可能使物体的温度降为绝对零度E．晶体熔化过程中，分子的平均动能保持不变，分子势能增大．考点：阿伏加德罗常数；热力学第一定律；* 晶体和非晶体．分析：摩尔体积等于摩尔质量与密度之比；对于固体或液体，分子体积等于摩尔体积除以阿伏加德罗常数N A．布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动，并不是分子的无规则运动，而是液体分子无规则运动的反映；根据热力学第一定律分析热量；绝对零度不可能达到；晶体熔化过程中，温度不变，分子的平均动能保持不变，分子势能增大．解答：解：A、据题有：V A=．若该物质是固体或液体，分子间隙可不计，则有：V0==．若该物质是气体，则V0＜=．故A错误．B、布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒做的无规则运动，而固体颗粒是由大量分子组成的，所以布朗运动并不是分子的无规则运动，由于固体颗粒的运动受到周围液体分子撞击，冲力不平衡造成的，所以布朗运动是液体分子无规则运动的反映；故B正确．C、一定质量的气体等温压缩，外界对气体做功，内能和分子势能不变，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，故C错误．D、做功和热传递均可改变物体的内能，但热量只能自发地由高温物体传给低温物体，根据热力学第三定律可知：不可能使物体的温度降为绝对零度．故D正确．E、晶体有固定的熔点，在熔化过程中，温度不变，分子的平均动能保持不变，吸收热量，内能增大，则知分子势能增大，故E正确．故选：BDE点评：本题要掌握热力学多个知识点，关键要注意只有对固体或液体，分子体积等于摩尔体积除以阿伏加德罗常数N A．要掌握热力学第三定律，知道自然界低温的极限是绝对零度．6．（2014•德州二模）下列说法中正确的是（）A．知道水蒸气的摩尔体积和水分子的体积，可计算出阿伏加德罗常数B．硬币或钢针能浮于水面上，是由于液体表面张力的作用C．晶体有固定的熔点，具有规则的几何外形，物理性质具有各向异性D．影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和气压的差距E．随着科技的发展，将来可以利用高科技手段，将散失在环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化考点：阿伏加德罗常数；* 晶体和非晶体；* 液体的表面张力现象和毛细现象．分析：A、水蒸气的体积不是水的体积，故两体积相除不能计算出阿伏伽德罗常数B、硬币或钢针能浮于水面上，是由于液体表面张力的作用C、多晶体物理性质各向同性；D、空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和气压的差距影响蒸发快慢E、能量具有单向性，解答：解：A、液体和固体可用摩尔体积除以分子体积的阿伏伽德罗常数，而气体不能，故A错误；B、硬币或钢针能浮于水面上，是由于液体表面张力的作用，故B正确；C、晶体分为单晶体和多晶体，多晶体物理性质各向同性，故C错误；D、空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和气压的差距影响蒸发快慢，故D正确；E、能量具有单向性，故不能将散失的能量在聚集利用，故E错误；故选：BD点评：本题主要考查了阿伏伽德罗常数的求法，区分液体固体与气体的不同，还有就是晶体的分类即物理特性；7．（2014•延边州模拟）下列说法中正确的是（）A．仅由阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度，是不能估算该种气体分子大小的B．若两个分子只受到它们间的分子力作用，在两分子间距离减小的过程中，分子的动能一定增大C．物体吸收热量时，它的内能不一定增加D．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体E．容器中的气体对器壁的压强是由于大量气体分子受到重力作用而产生的考点：阿伏加德罗常数；热力学第一定律；封闭气体压强．分析：气体分子的间隙很大，固体和液体分子间隙小，可以忽略不计；分子力做功等于分子势能的减小量；热力学第一定律公式：△U=W+Q；热力学第二定律说明一切宏观热现象都具有方向性；气体压强是由于大量气体分子对容器壁的频繁碰撞引起的，取决于分子的数密度和分子热运动的平均动能．解答：解：A、由于气体分子的间隙很大，仅由阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度，只能估算每个分子占据的空间体积，是不能估算该种气体分子大小的，故A正确；B、分子力做功等于分子势能的减小量；若两个分子只受到它们间的分子力作用，在两分子间距离减小的过程中，如果是引力，分子的动能一定增大；如果是斥力，分子的动能一定减小；故B错误；C、物体吸收热量时，可能同时对外做功，根据热力学第一定律，它的内能不一定增加，故C正确；D、根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化，如电冰箱要耗电，故D错误；E、容器中的气体对器壁的压强是由于大量气体分子对容器壁的频繁碰撞引起的，取决于分子的数密度和分子热运动的平均动能，故E错误；故选：AC．点评：本题考查了分子力做功与分子势能的关系、热力学第一定律、热力学第二定律、气体压强的微观意义等，知识点多，难度小，关键是多看书，记住知识点．8．（2014•宜昌模拟）下列关于分子动理论和热现象的说法中正确的是（）A．雨水没有透过布雨伞是因为液体分子表面张力的原因B．分子间的距离r增大，分子间的作用力一定做负功，分子势能增大C．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性D．悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数越多，布朗运动越明显E．熵是物体内分子运动无序程度的量度考点：分子的热运动；热力学第二定律；有序、无序和熵．分析：雨水没有透过布雨伞是由于表面张力；随着分子间距离的变化，分子间可表现为引力和斥力，故分子间的距离r增大，分子间的作用力做功情况要具体分析；由热力学第二定律可知，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性；悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间撞击它的液体分子数越少，布朗运动越明显；熵是物体内分子运动无序程度的量度解答：解：A、雨水没有透过布雨伞是由于表面张力，故A正确．B、当分子间表现为斥力时，当分子间的距离增大，分子间的作用力做正功，分子势能减小，故B错误．C、由热力学第二定律可知，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故C正确．D、悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间撞击它的液体分子数越少，布朗运动越明显，故D错误．E、熵是物体内分子运动无序程度的量度，故E正确．故选：ACE点评：掌握了课本上的基础内容就能顺利解决此类问题．故学习此部分内容时不能脱离了课本，好好识记．9．（2014•张掖模拟）下列说法正确的是（）A．分子的热运动是指物体内部分子的无规则运动B．碎玻璃不能拼在一起，是由于分子间存在着斥力C．物体做加速运动时速度越来越大，物体内分子的平均动能也越来越大D．液晶既有液体的流动性，又具有光学各向异性E．在完全失重的情况下，熔化的金属能够收缩成标准的球形．考点：分子的热运动；* 晶体和非晶体；* 液体的表面张力现象和毛细现象．分析：碎玻璃不能拼在一起，是由于分子力是短程力，平均动能由温度决定，与机械运动的速度无关；理想气体的内能由温度决定，根据热力学第一定律可知气体吸放热．解答：解：（1）A、分子的热运动是指物体内部分子的无规则运动，故A正确；B、碎玻璃不能拼在一起，是由于分子力是短程力，无法使玻璃达到分子力的作用范围内；故B错误；C、平均动能由温度决定，与机械运动的速度无关，故C错误；D、液晶既有液体的流动性，又具有光学各向异性；故D正确；E、在完全失重的情况下，在液体表面张力的作用下，熔化的金属能够收缩成标准的球形，故E正确；故选：ADE．点评：本题考查分子动理论、内能、液晶的性质及液体的表面张力的作用，注意要将机械能和物体的内能区分开．10．（2014•湖北模拟）下列有关热学的叙述中，正确的是（）A．布朗运动是指悬浮在液体中的花粉分子的无规则热运动B．随着分子间距离的增大，若分子间的相互作用力先增大后减小，此时分子间的作用力一定是引力C．热力学第一定律和热力学第二定律是相互矛盾的D．一定质量的理想气体在等温变化时，其内能一定不改变E．热量可以从低温物体传到高温物体而不引起其它变化考点：布朗运动；分子间的相互作用力；热力学第一定律．专题：布朗运动专题．分析：布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，实质是液体分子的无规则热运动造成的；分子力与分子间距离有关，当距离在平衡距离之内时，距离增大合理减小，分子间的相互作用力先增大后减小，此时分子间的必定大于平衡距离，此时分子间的作用力一定是引力；热力学第一定律说明做功和热传递在改变物体内能方面是等效的，而热力学第二定律说明一切涉及热现象的宏观过程具有方向性；温度是气体内能的决定因素；热传递过程具有方向性解答：解：A、布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，实质是液体分子的无规则热运动造成的，故A错误．B、分子间的相互作用力先增大后减小，此时分子间的必定大于平衡距离，此时分子间的作用力一定是引力，故B正确．C、热力学第一定律说明做功和热传递在改变物体内能方面是等效的，而热力学第二定律说明一切涉及热现象的宏观过程具有方向性，二者并不矛盾，故C错误．D、温度是气体内能的决定因素，故一定质量的理想气体在等温变化时，其内能一定不改变，故D正确．E、由热力学第二定律知，热量不可以从低温物体传到高温物体而不引起其它变化，故E错误．故选：BD点评：本题重点掌握布朗运动的现象和实质，温度是气体内能的标志以及热力学第一、第二定律11．（2014•新余二模）下列说法中正确是（）A．悬浮在液体中的微小固体颗粒的运动是无规则的，说明液体分子的运动也是无规则的B．物体中分子热运动动能的总和等于物体的内能C．橡胶无固定熔点，是非晶体D．热机的效率可以等于100%E．对于同一种气体，温度越高，分子平均动能越大考点：布朗运动；* 晶体和非晶体．专题：布朗运动专题．分析：布朗运动是固体小颗粒的运动，发映液体分子的无规则运动；物体的内能包括分子动能和分子势能；橡校是非晶体；热机的效率都无法达到100%；温度是分子平均动能的标志．解答：解：A、悬浮在液体中的微小固体颗粒的运动是无规则的，说明液体分子的运动也是无规则的；故A正确；B、物体中分子热运动的动能及分子势能之和等于物体的内能；故B错误C、橡胶是非晶体，没有固定的熔点；故C正确；D、热机的效率无法达到100%；故D错误；D、温度是分子平均动能的标志；温度越高，分子平均动能越大；故E正确；故选：ACE．点评：本题考查分子运动论、内能及晶体的性质，要注意明确内能包括分子动能和分子势能；而温度是分子平均动能的标志．12．（2014•鄂尔多斯一模）下列说法正确的是（）A．花粉颗粒越大，布朗运动越显著B．内能从低温物体转移到高温物体是可能实现的C．温度降低，物体内所有分子运动的速率不一定都变小D．分子势能随分子间距离的增加而减小E．容器内气体的压强是由气体分子无规则运动频繁碰撞器壁产生的考点：布朗运动；温度是分子平均动能的标志；热力学第二定律；封闭气体压强．专题：布朗运动专题．分析：布朗运动与颗粒的大小有关；内能从低温物体转移到高温物体是可能实现的；温度降低，物体分子的平均动能减小，并不是物体内所有分子运动的速率不一定都变小；分子势能随分子间距离的可能增加，也可能减小；容器内气体的压强是由气体分子无规则运动频繁碰撞器壁产生的．解答：解：A、布朗运动与颗粒的大小有关，颗粒越大，布朗运动越不明显．故A错误；B、内能从低温物体转移到高温物体是可能实现的，如冰箱．故B正确；C、温度降低，物体分子的平均动能减小，并不是物体内所有分子运动的速率不一定都变小．故C正确；D、当r＞r0时，分子力表现为引力，随着分子之间距离的增大，分子间的作用力都减小，但表现为引力，所以分子力做负功，分子势能增大．故D错误；E、气体对密闭容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起的，取决于分子的密集程度和分子的平均动能．故E正确．故选：BCE点评：明确温度是分子平均动能的标志，注意是大量分子的统计规律，如只提几个分子毫无意义；与弹簧的弹力与弹性势能类比分子作用力和分子势能间的关系．14．（2014•怀化三模）下列说法中正确的是（）A．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映B．物体内部分子间距增加时，分子斥力比分子引力减小得快C．温度相同的氢气和氮气，氢气分子和氮气分子的平均速率不同D．满足能量守恒定律的宏观过程都是可以自发进行的E．对任何一类与热现象有关的宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述考点：布朗运动；温度是分子平均动能的标志；热力学第二定律．分析：根据分子力与距离的关系，分析分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力的变化．布朗运动反映了液体中分子的无规则运动．气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁频繁碰撞而产生的．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，但最终达不到绝对零度．解答：解：A、布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的运动，是由于液体分子规则的碰撞造成的，则布朗运动反映了液体中分子的无规则运动．故A错误．B、当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都变小，分子斥力比分子引力减小得快．故B正确．C、温度是分子平均动能大小的标志，温度相同则分子平均动能相同，故C错误；D、满足能量守恒定律的宏观过程可以自发进行是有方向性的，如热量可以自发从高温物体传向低温物体，但不会自发由低温物体传向高温物体，故D错误；E、对任何一类与热现象有关的宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述，能传递的方向性，故E正确．故选：BCE．点评：本题考查对分子动理论、热力学第二定律的理解．布朗运动既不是颗粒分子的运动，也不是液体分子的运动，而是液体分子无规则运动的反映．15．（2014•呼伦贝尔二模）以下说法中正确的是（）A．分子间距离为r0时，分子间不存在引力和斥力B．悬浮在液体中的微粒足够小，来自各个方向的液体分子撞击的不平衡性使微粒的运动无规则C．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加D．气体做等温膨胀，气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少E．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积考点：布朗运动；扩散；封闭气体压强．分析：分子间的引力和斥力同时存在；悬浮在液体中的微粒做布朗运动，微粒越小，液体分子的撞击越不平衡性；气体的内能变化根据热力学第一定律分析；气体的压强与分子平均动能和单位体积内的分子数有关．知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，只能求出气体分子占据的空间大小，不能求出气体分子的体积．解答：解：A、分子间距离为r0时，分子间引力和斥力仍然存在，只不过引力和斥力大小相等、方向相反而已，故A错误．B、悬浮在液体中的微粒做布朗运动，微粒足够小时，表面积小，同一时刻撞击微粒的液体分子数，来自各个方向的液体分子的撞击越不平衡性，由于这种撞击是无规则的，从而导致微粒的运动无规则，故B正确．C、在绝热条件下压缩气体，外界对气体做功，根据热力第一定律可知气体的内能一定增加，故C正确．D、气体做等温膨胀，由玻意耳定律pV=c得知气体的压强减小，而气体分子的平均动能不变，所以气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少，故D正确．E、由于气体分子间距较大，不能忽略，知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，只能求出气体分子占据的空间大小，不能求出气体分子的体积．故E错误．故选：BCD．点评：本题考查热力学多个知识，重点要掌握分子动理论、热力学第一定律和气态方程，知道压强的微观意义．16．（2014•江西模拟）下列说法正确的是（）A．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，故液体表面存在张力B．悬浮在液体中的固体小颗粒会不停的做无规则的运动，这种运动是分子热运动C．把很多小的单晶体放在一起，就变成了非晶体D．第二类永动机没有违反能量守恒定律E．绝对零度不可达到考点：布朗运动；分子间的相互作用力；热力学第二定律；* 晶体和非晶体．分析：表面张力是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力．通常，处于液体表面层的分子较为稀薄，其分子间距较大，液体分子之间的引力大于斥力，合力表现为平行于液体界面的引力．悬浮在液体中的固体小颗粒会不停的做无规则的运动，这种运动是布朗运。
高中物理竞赛热学超级经典难题
高中物理竞赛热学超级经典难题1．已知大气压强p为l高水银柱，水银的密度为ρ．有一U型管由三段长度均为l，横截面积均为S的直细管构成，其两平行边沿竖直方向．U型管一端封闭，另一端敞开．在U 型管中有一段长度为/2l的水银柱．开始时，水银柱刚好位于U型管左竖直边的下半部，此时被封闭的气柱的温度为T，如图所示．现使气柱中的气体缓慢膨胀，直到水银从U型管的开口端全部逸出为止．(1)求整个过程中封闭气柱中的气体压强p与气柱长度x的函数关系，并画出/~/p p x l关系曲线；(2)求整个过程中封闭气柱中的气体温度T与气柱长度x的函数关系，并画出/~/T T x l关系曲线；(3)已知封闭气柱中气体的内能E与温度T的关系为32E RTν=，其中ν为气体的摩尔数，R为气体普适常量，求在整个过程中封闭气柱中的气体与外界交换的热量(忽略水银柱与气柱之间的热交换)．(1)依题意可得(a)2lx l≤≤：()p p g l x gxρρ=−−=；(b)32l x l≤≤：p glρ=；(c)322l x l<≤：0(2)()22l lp p g x l g xρρ=++−=−+；(d)522l x l<≤：322lp p g glρρ=+=；(e)532l x l<<：0(3)(4)p p g l x g l xρρ=+−=−；故得()23()23()(2)2235(2)225(4)(3)2lgx x lgl l x llp g x l x lgl l x lg l x l x lρρρρρ⎧≤≤⎪⎪⎪≤≤⎪⎪⎪=−+<≤⎨⎪⎪<≤⎪⎪⎪−<<⎪⎩(2)根据(/2)(/2)pxS gl l ST Tρ=可得p/p3/21/211/213/225/23x/ll/2l/2T200004()()234()()2134()()(2)2256()(2)254(4)()(3)2x l T x l l x T l x l l x x T T l x l l l xT l x l l x x T l x l l l ⎧≤≤⎪⎪⎪≤≤⎪⎪⎪=−+<≤⎨⎪⎪<≤⎪⎪⎪−<<⎪⎩(3)01113313[(1)1(1)(1)]22222222i i i i i ilW p V p x S p S=∆=∆=+++++++∑∑2238gl S ρ=，2000033333333()(12)2222228gl l E R T T R T T RT S gl S ρνννρ∆=−=−===，27Q E W gl S ρ=∆+=2．有一除底部外都是绝热的气筒，被一位置固定的导热板隔成相等的两部分A 和B ，如图所示，A 、B 分别盛有1mol 氮气和氦气，今将336J 的热量缓慢地由底部传给气体，设活塞上的压强始终保持为1atm ，求(1)A 部和B 部气体温度的改变量，系统对外所作的功(设导热板的热容量可忽略不计)；(2)将位置固定的导热板换成可自由滑动的导热板，重复上述讨论．(3)将位置固定的导热板换成可自由滑动的绝热板，重复上述讨论．(1)52A Q R T =∆，3522B Q R T p V R T =∆+∆=∆，5A B Q Q Q R T =+=∆，8.085Q T K R ∆==，5367.222B B A Q E R T R T J =−∆=∆−∆=．(2)5722A Q R T p V R T =∆+∆=∆，3522B Q R T p V R T =∆+∆=∆，6A B Q Q Q R T =+=∆， 6.746Q T K R ∆==，35611222A Q E R T R T R T J =−∆=∆−∆−∆=．(3)557222Q E A R T p V R T R T R T =∆+=∆+∆=∆+∆=∆，211.67Q T K R ∆==，759822A Q E R T R T J =−∆=∆−∆=．T /T 011/213/225/23x /l4612153．双原子理想气体经如图所示的直线过程从状态a 过渡到状态b ．(1)求此过程中系统内能的改变、做功和热传递．(2)过程a →b 中哪一状态对应的温度最高．(3)过程a →b 哪一状态为吸、放热转折点．(1)55()()500()22b a b b b a E R T T p V p V J ν∆=−=−=−，i i i A p V =∆=∑1()()400()2a b b a p p V V J +−=，100()Q E A J =∆+=−． (2)22410125/4(25/2)(410)p V pV V T V V pV RT R R R νννν=−+⎧−−→==−+=⎨=⎩，335(10)4V m −=为温度极大值点．切线法：~p V 线与等温线相切点为温度极值点()()0p p V V pV pV p V +∆+∆−=∆+∆=，4104p p V V V V ∆−+=−=−=−→∆335(10)4V m −=为温度极大值点．(3)考虑一微小过程：(,)()p V p p V V →+∆+∆，，p V V p R T ν∆+∆=∆．575222Q E A R T p V p V V p ν∆=∆+∆=∆+∆=∆+∆7(410)2V V =−+∆+5(4)(2435)2V V V V −∆=−+∆，3335(10)24V m −=，吸放热转折点．切线法：~p V 线与绝热线相切点为吸放热转折点pV c γ=，()()0p p V V pV γγ+∆+∆−=，()(1/)()(1/)/0p p V V V pV p p V V V pV pV pV V V γγγγγγγγγ+∆+∆−≈+∆+∆−≈∆+∆=，//p V p V γ∆∆=−，741045p V V Vγ−+−=−=−→3335(10)24V m −=，吸放热转折点．4．有一方形气缸被两楔形活塞I 和II 分割成两室A 和B ．活塞I 和II 的斜面倾角均为045θ=，质量可忽略不计，两者均可沿气缸滑动，它们与气缸接触面间的摩擦系数为0.5μ=．开始时，A 和B 两室体积相等，分别装有1mol 温度为T 0，压强等于外界气压0p 的同种理想气体，气体的内能E 与温度T 的关系为3E RT =，其中R 为气体普适常量，该气体在绝热过程中温度T 和体积V 满足：1/3TV =常量．现将量值为Q 的热量缓慢地由气缸底部传给A 中的气体，试求A 和B 中气体的最终温度．假设：除了气缸底部外，气缸壁和两活塞均绝热，活塞与气缸接触面间的摩擦所产生的热量不传给A 和B 中的气体．p 0p 0, T 0p 0, T 0QA BIIIθθ分3种情况：(1)热量Q 不足以使A 中的气体推动活塞I 移动．此时A 中气体的末态压强A p 满足(S 为气缸的横截面积)0()A A p p S p S μ−≤(1)，即0021Ap p p μ≤=−(2)，A 中气体所经历的过程为等容过程，因此03()A A Q E R T T ∆==−(3)，解得03A QT T R=+(4)，B 中气体状态不变，因此0B T T =(5)，A 中气体的末态压强0000(1)3A A T Q p p p T RT ==+(6)，根据02A p p ≤可得此时03Q RT ≤(7)．(2)热量Q 足以使A 中的气体推动活塞I 移动，但不足以使B 中的气体推动活塞II 移动．此时A 、B 中气体的末态压强满足0()B B p p S p S μ−≤(8)，()A B A p p S p S μ−=(9)，即0021B p p p μ≤=−(10)，21B A B pp p μ==−(11)，B 中气体所经历的过程为绝热过程，活塞I 对B中气体所做的功03()B B B W E R T T ∆'==−(12)，A 中气体对活塞I 所做的功026()A B B W W R T T '==−(13)，对A 中气体，由热力学第一定律：A A Q E W ∆=+可得003()6()A B Q R T T R T T =−+−(14)，即000233A B T T QT T RT +=+(15)，对B 中的气体，根据绝热过程方程：1/31/300B B T V T V =可得300()B B T V V T =(16)，另一方面，根据理想气体状态方程：000A A B B A Bp V p V p V T T T ==可得3001()2A B A A BB A B B T T p T V V V T p T T ==(17)，根据(16)(17)和02A B V V V +=得400024()A B B T T T T T T +=(18)，联立(15)和(18)解得1/400034(3)33A Q Q T T RT RT ⎧⎫⎡⎤⎪⎪=+−+⎨⎬⎢⎥⎣⎦⎪⎪⎩⎭(19)，1/4001(3)43B Q T T RT ⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦(20)，B 中末态的压强000001(3)43B B B V T Q p p p V T RT ==+(21)，由03Q RT >和02B p p ≤可得此时Q 的范围为00315RT Q RT <≤(22)．(3)015Q RT >，此时热量Q 足以使A 中的气体推动活塞I 移动，也足以使B 中的气体推动活塞II 移动．当系统吸收热量015Q RT '=时，根据(19)和(20)，A 、B 中的温度分别为5/40(82)AT T '=−(23)，1/402B T T '=(24)，此后B 中气体状态不变，A 中气体所经历的过程为等压过程，由此015()3()4()A A AA A A A Q RT p V V R T T R T T '''−=−+−=−(25)，解得5/4001517(2)444A A Q RT Q T T T R R−'=+=−+(26)，B 中末态的温度1/402B B T T T '==(27)．综合上述结果，可得(1)03Q RT ≤时003A B Q T T R T T ⎧=+⎪⎨⎪=⎩(28)；(2)00315RT Q RT <≤时1/4001/40034(3)331(3)43A B Q Q T T RT RT Q T T RT ⎧⎧⎫⎡⎤⎪⎪⎪=+−+⎨⎬⎢⎥⎪⎣⎦⎪⎪⎪⎩⎭⎨⎪⎡⎤=+⎪⎢⎥⎪⎣⎦⎩(29)；(3)015Q RT >时5/401/4017(2)442A BQ T T R T T ⎧=−+⎪⎨⎪=⎩(30)．5．有一个空的气球，初始体积为0，在恒温T下对气球充气，在充气过程中气球外面的压力0P保持不变，充入质量为m的理想气体后，体积膨胀为0V．如果在充气过程中气球外面的压力是变化的，压力每次变化NP/，每次在定压下充入质量为Nm/的理想气体，经N次充气后，气球外面的压力从NP/增加到0P，质量为m的理想气体全部被充入气球．假设气球在每次充气的始末时刻是球形的．试求：(1)在第i次(Ni≤≤1)充气的始末时刻气球的半径比fibirr/，(2)气球在第i次被压缩过程中传给环境的热量．00PV mRT=，111fPV m RT=，101//P P N m m N==，，10fV V=，1212bPV m RT=，210/2/2b fV V V==，12122fPV m RT=，20fV V=，….，11(1)biiPV i m RT=−，11fiiPV im RT=，/(1)/bi fiV V i i=−，1/3/[(1)/](1)bi fir r i i i N=−≤≤，．气球在第i次被压缩过程中，气体的压力为1/P im RT V=，气体所做的功111lim lim[/]n nj j j jn nj jW P V im RT V V→∞→∞===∆=∆∑∑．当n→∞时，1()/0j j jV V V+−→，令1()//j j jV V V a n+−=，则有1/1/j jV V a n+=+，(1)11lim/lim/lim(1/)nn ab i fi j jn n njV V V V a n e++→∞→∞→∞===+=∏，(1)ln/b i fia V V+=，11lim/nj jnjW im RT V V→∞==∆∑1(1)ln(/)b i fiim RT V V+=．利用11fiiPV im RT=和1()1(1)b i ii PV im RT++=得(1)//(1)b i fiV V i i+=+，(1)i N≤<，1ln[(1)/]W im RT i i=−+，负号表示此过程是外界对气体做功，从而使气体的体积缩小．根据理想气体的内能仅是温度的函数，气球在第i次被压缩过程中传给环境的热量为100ln[(1)/]ln[(1)/]iQ W im RT i i PV i iN==+=+．6.有一个质量均匀分布、长度为L、定压热容量为常量PC的物体，两端的温度分别为1T和2T且1T<2T．已知1niix L=∆=∑，11lim ln(1)()ln(1)ni inix bx L bL Lb→∞=∆+=++−∑．试问(1)当1T等于环境温度T、物体各处的温度都降到T时所能做出的最大功和物体放给环境的热量．(2)当1T>T、物体各处的温度都降到1T时所能做出的最大功和放给环境的热量．(3)当1T>T、物体各处的温度都降到环境温度T时所能做出的最大功和放给环境的热量．如图所示，先求单位长度热容量为c、长度为i xΔ、温度为f T的物体，当温度降到gT时所能做出的最大功111()(1/)m mi ij i j j g jj jW W c x T T T T−====∆−−=∑∑11()mi j jjc x T T−=∆−−∑11()/mi g j j jjc x T T T T−=∆−∑11()()/mi f g i g j j jjc x T T c x T T T T−==∆−−∆−∑．(1)当m→∞时，1()/0j j jT T T−−→，令1()//j j jT T T a m−−=，则有1/1/j jT T a m−=+，11lim/lim/lim(1/)mmf g j jm m mjT T T T a m−→∞→∞→∞===+∏a e=，ln/f ga T T=，()i i f gW c x T T=∆−−ln/i g f gc x T T T∆．根据题意/Pc C L=，当020()/f iT T T T x L=+−，gT T=，则有020210110()[ln ]n ni P i i i i i LT T T x C T T W W x x T L L LT ==+−−==∆−∑∑2101[ln(1)]nP i i i i C T Tx x T bx L L =−=∆−+∑，其中200()T T b LT −=．因为1ni i x L =∆=∑，21/2n i i i x x L =∆=∑，11lim ln(1)()ln(1)n i i n i x bx L bL L b →∞=∆+=++−∑，可得当温度降到0T 时物体所能做出的最大功为200200222001{[()ln(1)]}(ln )22P P T T T T T T T T W C L bL L C L b T T T −+=−++−=−−，物体放出的总热量为2020011()2nnP i f i i P i i T T T T C Q c x T T x x C L L ==−−=∆−=∆=∑∑．物体放给环境的热量为20200222200200200(ln )(ln 1)22P P P T T T T T T T T TQ Q W C C C T T T T T T T −+=−=−−=−−−．(2)当121()/f i T T T T x L =+−，1g T T =，则有1212111111()[ln ]n n i P i i i i i LT T T x C T T W W x x T L L LT ==+−−==∆−∑∑，因为1ni i x L =∆=∑，21/2n i i i x x L =∆=∑，11lim ln(1)()ln(1)ni i n i x bx L bL L b →∞=∆+=++−∑，211()T T b LT −=，可得2112112212111{[()ln(1)]}(ln )22P P T T T T T TT T W C L bL L C L b T T T −+=−++−=−−．物体的温度降到1T 时放出的总热量为2121111()2nn P i f i i Pi i C T T T T Q c x T T x x C L L ==−−=∆−=∆=∑∑；物体放给温度为1T 的热源的热量为212112222111211211(ln )(ln 1)22P P P T T T T TT T T T Q Q W C C C T T T T T T T −+=−=−−=−−−；热量1Q 所能做出的功为22210110211(1/)()(ln 1)P T T W Q T T C T T T T T =−=−−−．所以当物体的温度降到1T 时所能做出的最大功21122221210211211(ln )()(ln 1)2P P T T TT T T T W W W C C T T T T T T T T +=+=−+−−=−−202120211(ln )2P T T T T TC T T T T −−+−，物体放给环境的热量为202121222000211211(ln )(ln 1)22P P P T T T T T T T T TQ Q W C C T C T T T T T T T −−=−=−−+=−−−．(3)当121()/f i T T T T x L =+−，g T T =，则有12121100110()[ln ]n ni P i i i i i LT T T x C T TW W x x T T T L L LT ==+−−==∆+−−=∑∑211100010[ln ln(1)]nP i i ii C T T T x x T T T T bx LL T =−∆+−−−+∑．其中211()T T b LT −=，因为1nii xL =∆=∑，21/2ni ii x x L =∆=∑，11lim ln(1)()ln(1)ni i n i x bx L bL L b →∞=∆+=++−∑，可得当温度降到0T 时物体所能做出的最大功为021110001{ln [()ln(1)]}2P T T T T W C T T T L bL L T L b−=+−−−++−022********(ln ln )2P T T T T T TC T T T T T +=−−−．物体放出的总热量为2121010011()()()2nn P i f i i Pi i C T T T T Q c x T T x x T T C T L L ==−+=∆−=∆+−=−∑∑，物体放给环境的热量为0202212112120000002010201()(ln ln )(ln ln )22P P P T T T T T T T T T T T TQ Q W C T C T C T T T T T T T T T T ++=−=−−−−=+−−−7.有两个质量相同、且定压热容量同为常数P C 的物体，它们的初始温度分别为1T 和2T (12T T >)，并满足1002T T T T −=−，其中0T 为环境温度．试算利用这两个物体所能做出的最大功．(1)10(1/)i i P i i W Q C T T T η==−−∆，1011()n ni ii P i i i T T W W C T T T +==−==−∆−∑∑，当n →∞时，1()/0i i i T T T +−→，令1()//i i i T T T a n+−=，则有1/1/i i T T a n+=+，0111lim /lim /lim(1/)nn a i i n n n j T T T T a n e +→∞→∞→∞===+=∏，01ln /a T T =，110010[ln(/)]P W C T T T T T =−−(2)102(1/)()i i i i i W Q T T W Q η==−+，00201//i ii i P i i iT T T TW Q C T T T T −−==∆0/i i P i P C T T T C T =∆−∆，10()i nni ii P i ni niT T W W C T T T +==−==−∆∑∑，当n →∞时，1()/0i i i T T T +−→，令1()//i i i T T T a n +−=，则有1/1/i i T T a n +=+，0211lim /lim /lim(1/)n n a i i n n n j T T T T a n e +→∞→∞→∞===+=∏，02ln /a T T =，200202[ln(/)()]P W C T T T T T =−−，1210010[ln(/)]P W W C T T T T T +=−−+00202[ln(/)()]P C T T T T T −−2010020012[ln(/)ln(/)]ln[/()]P P C T T T T T C T T TT =−+=，202()0T T −>，0220//2T T T T +>，22202000220121/[(2/)/]/[(2)]/()1T T T T T T T T T TT −=−=>．8．【已知卡诺热机的效率121/1/W Q T T η==−，其中1Q 是热机从温度为1T 的高温热源吸取的热量，2Q 是热机放给温度为2T 的低温热源的热量，12W Q Q =−是热机的输出功．】现有一卡诺热机工作在温度分别为T 和0T 的热源之间，其效率为01/T T η=−，每单位时间从温度为H T 的热源传递热量q 到温度为T 的热源后，其中一部分热量L q 成为热损失传到环境中，剩余的热量()L q q −传到热机中，热量q 和L q 的大小分别为()H q k T T =−和0()L L q k T T =−，其中k 和L k 是两个常数且有0L k k >>和0L q q ≥≥．当高、低温热源的温度H T 和0T 不变，而中间热源的温度T 可变时，试求(1)卡诺热机的输出功率P (每单位时间的输出功)和该系统(由热机和热源构成)的总效率/T P q η=；(2)当T 为何值时，0=P ；(3)当T 为何值时，输出功率达到最大值和所对应的系统总效率； (4)当T 为何值时，系统总效率达到最大值和所对应的输出功率．(1)000[()()](1/)()(1/)H L P k T T k T T T T a bT T T =−−−−=−−，0()[1]()L T H k T T k T T η−=−−0(1/)T T −，其中0H L a kT k T =+，L b k k =+．(2)0T T =或0()/()/H L L H T kT k T k k a b T =++=<，0=P ．(3)利用222()20x y x y xy −=+−≥且222x y xy +≥(当x y =时，等号成立)可证2000()(1/)()/P a bT T T bT aT bT T aT T =−−=−++−00[(/)/]a bT b T a b T T =+−+≤0a bT +−2002(/)()b a b T a bT =−．当0(/)T a b T =时，等号成立，输出功率达到最大值2max 0()P a bT =−，对应的总效率0000(/)[1](1/)(/)L T H k aT b T bT a k T aT b η−=−−−．(4)由0(1/)()T H a bTT T k T T η−=−−可得0()()()T H k T T T a bT T T η−=−−和200()()0T T H b k T a bT kT T aT ηη−−+−+=，当200()4()0T H T a bT kT b k aT ηη∆=+−−−=时，总效率达到最大值，对应的温度02()T HT a bT kT T b k ηηη+−=−．解上述方程得220000()2[()2]()40T H H T kT kT a bT akT a bT abT ηη−+−++−=，220002[()2/]/()0T H T H a bT aT T kT ηηη−+−+=，其中001/H T T η=−，00[()2/]/()H H a bT aT T kT +−00001(1)2(1)/L L L H H H H k T Tk T k T T kT k T kT =+++−+0000002221(/)(1)L L L H H H H Hk T T k T k T T T kT T kT kT η=+−−=+，2200022(1)0L T T Hk T kT ηηηη−++=，000max22(11)()L L H T T H H L k T k T kTkT kT k T ηηη=+−+≡，002/0T H a bT kT aT T ηη+−−=．000000000000000000000002222(11)2(1)22(1)(11)2(1)2222(1)T H L L H H H H L L HL L L L H H H H H H L L HL L L H H H H H L aT aT T a bT kT k T k T kTa bT kT kT kT k T k T T kT k T T k T k T k T kT kT T kT kT kT k T k T T kT T k T k T k T kT T kT kT kT k T ηηηηη==+−+−+−++=+++−+−++=+−−+000(1)11)L H HL L H H L k T T kT T k T k kT kT k k T ηη+=+++，20/()0T aT T b k ηη−−=000/()()/()2()T HT T T T a bT kT T aT b k aT b k b k b k ηηηηηη+−=−=−−=−9．太阳能是自然界中一种丰富的清洁能源．太阳能的利用、开发和转换成为人类寻求新能源的热点．近年来，各种利用太阳能的装置应运而生，如太阳能热机、太阳能热泵、太阳能制冷机，等等．现有一个光学效率为η的太阳能集热器，当入射到集热器的总太阳能为Tq时，可输出的有用热能为()u T h cq q k T Tη=−−，其中()h ck T T−为集热器的热损失，hT为集热器的工作温度，cT为环境温度，k是一个比例系数，η、Tq、cT和k均为给定的常数．如果人们构建一个热力学系统，利用太阳能集热器输出的有用热能u q，对温度为p T的空间供热，该供热空间获得的热量p q可大于T qη，达到有效利用能源的目的，其中T qη为直接将太阳能Tq 传到温度为p T的供热空间时该空间所吸收到的太阳能．(1)画出由太阳能驱动的包括太阳能集热器的供热系统的示意图．(2)求出供热量p q的表示式．(3)求出该供热空间在Tq给定的情况下获得最大供热量时，太阳能集热器的工作温度hT和效率Tusqqη/=的表示式．(4)求出最大供热量max()pq．(5)max()pq>Tqη的必要条件是ck k<，求出ck的表示式(用给定常数η、Tq、cT和pT表示)．(1)依题意得，如下图所示．(2)()()00[][]ph cp u T h c T h ch p cTT Tq q q k T T q k T TT T Tψηψη−==−−=−−−，其中ph ch p cTT TT T Tψ−=−．(3)令0T ca q kTη=+，则()(1)pcp T s hh p cTTq q a kTT T Tηψ==−−−2[()][2]()p p pc ccc h ch p c p c p cT T TaT aTa kT k T a kT k a kTkT T T k T T T T=+−+≤+−=−−−−．当chaTTk=时，供热量达到最大值，太阳能集热器的效为()[]/()/s T h c T c Tq k T T q a kaT qηη=−−=−．(4)最大供热量为2max()()pcpp cTq a kTT T=−−．(5)当2max0()()pcp Tp cTq a kT qT Tη=−>−时，2c ca kTb kT b>++，其中0p cTpT Tb qTη−=，04()T ccp p cq Tk kT T Tη<≡−．10．下图为半导体温差发电器的示意图．它是由P 型和N 型半导体元件及负载电阻R 所组成，工作在温度分别为1T 和2T 的高、低温热源之间．P 型和N 型导体元件的长度、横截面积及电导率分别为P l 、P A 、P σ和N l 、N A 、N σ．当半导体温差发电器工作时，由于珀尔贴效应，每单位时间发电器从高温热源吸取的热量1Q 和放给低温热源的2Q 分别为11 T I Q α=和22 T I Q α=，其中I 为发电器回路中的电流，α为P 型和N 型半导体的总温差电势率．当电流I 通过发电器时，半导体元件中产生焦耳热流2I r Q J =，其中r 为发电器中半导体元件的总电阻．为了计算方便，通常假设半导体元件侧面绝热隔离，并可证明元件中产生的焦耳热的一半流向高温热源、一半流向低温热源．当发电器工作时，由于半导体元件两端存在一定的温差，根据牛顿传热定律有一热流)(21T T K Q K −=经元件内部由高温端传往低温端，其中K 为发电器中半导体元件的总热传导系数．图中的H Q 和L Q 分别为每单位时间半导体温差发电器从高温热源吸取的和放给低温热源的净热量．为了计算方便，假设1T 、2T 、P l 、P A 、P σ、N l 、N A 、N σ、r 、α和K 均为常数，半导体温差发电器中的其它效应和金属导线中的电阻可忽略不计．(在半导体温差发电器的设计中，人们总是希望获得尽可能大的输出功率和效率．对于半导体温差发电器，有时设计它工作在最大输出功率状态；有时设计它工作在最大效率状态；有时为了兼顾它的输出功率和效率，设计它工作在其它的合理状态：既不是最大输出功率状态又不是最大效率状态)．请根据上述模型，回答如下问题：(1)写出r 的表示式； (2)写出H Q 和L Q 的表示式；(3)写出半导体温差发电器的输出功率P 和效率η的表示式； (4)确定半导体温差发电器的电流范围；(5)求出半导体温差发电器的最大输出功率max P 和所对应的电流P I 和效率P η的表示式； (6)确定当半导体温差发电器的效率大于最大输出功率的效率P η时的电流范围； (7)定性地讨论和画出P 和η随I 变化的曲线，定性地标注出半导体温差发电器工作在最大效率时的电流ηI 的位置；(8)讨论并确定电流的最佳范围；(9)计算当半导体温差发电器工作在最大输出功率时所需匹配的负载电阻P R ，并分析当半导体温差发电器工作在最大效率时所需匹配的负载电阻ηR 是应该大于P R 还是小于P R ；(10)定性地确定负载电阻的最佳范围．(1)) /() /(N N N P P P A l A l r σσ+=．RPINQLQ HT HT L(2)211111222()H J K Q Q Q Q ITrI K T T α=−+=−+−，122L J K Q Q Q Q =++=212122()IT rI K T T α++−． (3)21212()H L J P Q Q Q Q Q I T T rI α=−=−−=−−，212211122()()H I T T rI PQ IT rI K T T αηα−−==−+−． (4)当12max ()0,T T I I I rα−==≡时，0P =；当0P >时，要求max 0I I <<． (5)2221212()[()]42T T P r T T I r rαα−=−−−，12()2P I T T I r α=−≡，2212max ()4T T P P r α−=≡．(6)22212122221121()[()]42()()22H T T r T T I P r r T r Q K T T T I r rααηαα−−−−==−+−−，12(),2P Pb I T T I r a αη=−≡=，2122(),2()2b r I T T r r ac αη−∆=−+∆=−∆−∆．当P ηη=时，0∆=，/20/2bc b a∆=<−；当0∆>或/2/2bc b a ∆<−时，P ηη<；当/20/2bc b a>∆>−时，P ηη>，则电流的范围为1212/2()()2/22L bc I T T I T T rb a rαα≡−+<<−−．(7)I P ~曲线是一条开口朝下的双曲线，并通过(0，0)，),(max P I P ，)0,(max I 三个坐标点，如图所示．I η~曲线通过(0，0)，),(P L ηI ，),(max ηI η，),(P P ηI ，)0,(max I 五个坐标点，其中P ηL I I I <<，如图所示．(8)从图看出，当I I η<时，P 和η均随着I 的减少而减少，当P I I >时，P 和η均随着I 的增加而减少．在P I I I η≤≤范围内，当P 增加时，η减少，而当P 减少时，η增加．因此，电流的最佳范围应为P I I I η≤≤．(9)2212()P I T T rI RI α=−−=，12()/R T T I r α=−−，P R r =，因为ηP I I >，1212()/()/P P R T T I r T T I r R ηηαα=−−<−−=．(10)根据电流的最佳范围P I I I η≤≤，可确定负载电阻R 的最佳范围应为ηP R R R ≤≤.11．太阳辐射的可见光波段承载了绝大部分的能量，地球上的能量从源头上说都来自太阳辐射．地球大气对可见光透明，到达地面的可见光一部分被地球表面反射到太空，其余部分被地球吸收．被吸收的部分最终转换成为地球热辐射(红外波段的电磁波)．热辐射在向外传播过程中，其中一部分会被温室气体反射回地面，地球以此方式保持了总能量平衡．作为一个简单的理想模型，假定地球表面的温度处处相同，且太阳和地球的辐射可近似为黑体辐射．根据斯忒蕃—玻尔兹曼定律，单位面积的黑体辐射功率J 与表面的热力学温度T 的四次方成正比，即4J =T σ，其中σ是一个常量．已知太阳的温度30 5.7810K T =⨯(K 是热力学温度单位)，半径50 6.9610km R =⨯，地球到太阳的平均距离91.5010km d =⨯．假设温室气体在大气层中集中形成一个均匀的薄层，并设它对热辐射能量的反射率为0.38β=．(1)如果地球表面对太阳辐射的平均反射率0.3α=，请问考虑了温室气体对热辐射的反射作用后，地球表面的温度是多少．(2)如果地球表面一部分被冰雪覆盖，覆盖部分对太阳辐射的反射率为0.85α'=，其余部分的反射率仍然是0.3α=．问冰雪覆盖面占总面积的多少以上时会导致冰雪覆盖面积不再减少．(1)根据斯忒蕃—玻尔兹曼定律，太阳辐射的总功率244S S P R T πσ=．太阳能均匀(各向同性)地向外传播．设地球半径为E r ，则地球接收太阳辐射的总功率为224S E PP r dππ=，即422()S S S E R P T r dσπ=①，地球表面反射可见光的总功率为S P α．设地球表面的温度为E T ，则地球的热辐射总功率为244E E E P r T πσ=②，考虑到温室气体向地球表面释放的热辐射，则输入地球表面的总功率为S E P P β+．当达到热平衡时，输入的能量与输出的能量相等有S E S E P P P P βα+=+③，从而可得1/41/221()()21S E SR T T dαβ−=−④，代入数值有287K E T =⑤． (2)地球表面维持稳定的冰雪覆盖的低温状态要求地球表面的平均温度低于水的冰点0273K T =．将0E T T =代入式④，可求得地表对太阳辐射的平均反射率为0.43α'=⑥，设冰雪覆盖的地表面积比例为x ，则0.850.3(1)x x α'=+−⑦，可由此解得23%x =⑧．12．南极冰架崩裂形成一座巨型冰山，随洋流漂近一个城市．有人设计了一个利用这座冰山来发电的方案，具体过程为：(a )先将环境中一定量的空气装入体积可变的容器，在保持压强不变的条件下通过与冰山接触使容器内空气温度降至冰山温度；(b )使容器脱离冰山，保持其体积不变，让容器中的冷空气从环境中吸收热量，使其温度升至环境温度；(c )在保持容器体积不变的情况下让空气从容器中喷出，带动发电装置发电．如此重复，直至整座冰山融化．已知环境温度293K =a T ，冰山的温度为冰的熔点I 273K =T ，可利用的冰山的质量111.010kg m =⨯．为了估算可能获得的电能，设计者做出的假设和利用的数据如下：(1)空气可视为理想气体．(2)冰的熔解热53.3410J /kg =⨯L ；冰融化成温度为I T 的水之后即不再利用． (3)压强为p 、体积为V 的空气的内能 2.5=U pV ．(4)容器与环境之间的热传导良好，可以保证喷气过程中容器中空气温度不变． (5)喷气过程可分解为一连串小过程，每次喷出的气体的体积都是u ，且u 远小于容器的体积．在每个小过程中；喷管中的气体在内外压强差的作用下加速，从而获得一定动能E ∆，从喷嘴喷出．不考虑喷出气体在加速过程中体积的改变，并认为在喷气过程中容器内的气体压强仍是均匀的，外压强为大气压．(6)假设可能获得的电能是E ∆总和的45%． (7)当||1x <<时，()ln 1+≈x x ．试根据设计者的假设，计算利用这座冰山可以获得的电能．以a p 表示环境中大气的压强，则初始时装入容器的空气的压强为a p ，温度为a T ，以a V 表示其体积．当容器与冰山接触，达到平衡时，容器中空气的温度为T I ，体积减小为V0，根据题意，空气经历的过程为等压过程，故有0I aa V V T T =(1)在这一过程中，容器中空气内能的增加量为()02.5a a U p V V ∆=−(2)，大气对所考察空气做功为()0a a W p V V =−−(3)，若以Q 表示此过程中冰山传给容器中空气的热量，根据热力学第一定律有=∆−Q U W (4)，由以上四式得I 3.5a a a a T T Q p V T ⎛⎫−= ⎪⎝⎭(5)，(5)式给出的Q 是负的，表示在这一过程中，实际上是容器中的空气把热量传给冰山．容器中空气的温度降至冰山温度后，又经一过等容升温过程，即保持体积V 0不变，温度从T I 升至环境温度a T ，并从周围环境吸热．若以p 1表示所考察空气的压强，则有1I aa p p T T =(6)，设喷管的体积为u ；当喷管中的气体第一次被喷出时，容器中空气的压强由p 1降到p 2；根据题目给出的条件有()1020p V u p V −=(7)，即021V up p V −=(8)，喷出气体获得的动能()k11a E p p u ∆=−(9)．当喷管中的空气第二次被喷出后，容器中空气压强由p 2降到p 3，根据题给出的条件可得032V u p p V −=(10)，喷出气体获得的动能()k22a E p p u ∆=−(11)，当喷管中的空气第N 次被喷出后，容器内空气的压强由p N 降到p N +1，根据题给出的条件可得010N NV up p V +−=(12)，喷出气体获得的动能()kN N a E p p u ∆=−(13)，如果经过N 次喷射后，容器中空气的压强降到周围大气的压强，即1N a p p +=(14)，这时喷气过程终止．在整过喷气过程中，喷出气体的总动能k k1k2kN =∆+∆++∆E E E E …(15)，利用(8)到(13)式，(15)式可化成21000k 10001N a V u V u V u E p u Np u V V V −⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫−−−⎢⎥=+++− ⎪ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦…(16)，(16)式等号右边第1项方括号内是N 项的等比级数，故有00k 1011Na V u VE p u Np u V u V ⎛⎫−− ⎪⎝⎭=−−−(17)．又根据(8)(10)(12)(14)各式可得010Na V u p p V ⎛⎫−= ⎪⎝⎭(18)，对(18)式等式两边取自然对数得01ln 1lna p u N V p ⎛⎫−= ⎪⎝⎭(19)，因0<<u V ，可利用近似公式()ln 1+≈x x 把(19)进一步化简，即01ln aV p N u p =(20)，进而由(17)(18)(20)三式得()1k 100ln a a a pE p p V p V p =−−(21)，将(1)(6)代入(21)式可得I I I k 1ln a a a a a T T T E p V T T T ⎛⎫=−+ ⎪⎝⎭(22)． 根据题意，这些动能可转化成的电能为I I I 0.451ln a a a a a T T T E p V T T T ⎛⎫=−+ ⎪⎝⎭(23)，以上讨论表明，要获得电能E ，冰山必须吸收-Q 的热量．整座冰山化掉可吸收的总热量=t Q mL (24)，因此可产生的总电量为=−t mL E E Q (25)，将(5)和(23)带入(25)式得I I II 1ln 9701a a a t aT T T T T T E mL T T −+=−(26)，代入数据后有141.510J t E =⨯(27)．。
高中物理每日一练一检(必考专题知识点精炼总结) - 热学(附答案)
物理每日一练（19）1.物质是由大量分子组成的2.油膜法测分子大小原理式s v d =，多数分子大小数量级为10-10m3.估算分子大小：①（固体液体）分子球体模型直径d ＝ 36V π. ②（气体）分子立方体模型d ＝3V ，（d 并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平均距离）4.宏观量与微观量的转换a.分子质量：A mol N M m =0＝A mol N V ρ b.分子体积：A mol A mol N M N V v ρ==0(估算固体液体分子体积或气体分子平均占有的空间) c.分子数量：A A A A mol mol mol mol M v M v n N N N N M M V V ρρ====5.某教室的空间约 120 m 3。
试计算标况下教室里空气分子数。
已知：N A ＝6.0×1023mol －1，标况下气体摩尔体积V 0＝22.4×10－3m 3。
(保留一位有效数字)物理每日一练（19）检1.物质是由 ❶ 组成的2.油膜法测分子大小原理式 ❷ ，多数分子大小数量级为 ❸3.估算分子大小：①（固体液体）分子球体模型直径d ＝ ❹②（气体）分子立方体模型d ＝ ❺ ，（d 并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的 ❻ ）4.宏观量与微观量的转换a.分子质量： ❼b.分子体积： ❽ (估算固体液体分子体积或气体分子平均占有的空间)c.分子数量： ❾❿某教室的空间约 120 m 3。
试计算标况下教室里空气分子数？(保留一位有效数字，已知：N A＝6.0×1023mol－1，标况下气体摩尔体积V0＝22.4×10－3 m3）物理每日一练（20）1.扩散现象：说明了物质分子在不停地运动、分子间有空隙，可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间。
温度越高扩散越快。
2.布朗运动：悬浮在液体（或气体）中的固体微粒的无规则运动，需在显微镜下观察。
高中物理 选修三(2019)第三章 热力学定律 第1节 功、热和内能的改变练习(含答案)
功、热和内能的改变练习学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外逸出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关。
在外界保持恒温的条件下，经过一段较长时间后，再次打开开关，这时出现的现象是（）A．筒外空气流向筒内B．筒内空气流向筒外C．筒内外有空气变换，处于动态平衡，筒内空气质量不变D．筒内外无空气交换2．两个温度不同的物体相互接触，达到热平衡后，它们具有相同的物理量是() A．质量B．密度C．温度D．重力3．关于内能，以下说法正确的是（）A．做功和热传递在改变物体内能的效果上是等效的B．只要物体的温度不变，它的内能就不变C．每个分子的内能等于这个分子的势能和动能的总和D．焦耳通过大量实验提出了热和能的当量关系4．关于物体的内能，下列说法正确的是（）A．做功可以改变物体的内能B．只有通过热传递才能改变物体的内能C．对同一物体的不同物态，固态比液态的内能大D．在物体内相邻的分子与分子之间距离越大，物体的内能越大5．热传递的实质是（）A．内能多的物体把热量传递给内能少的物体B．热量多的物体把热量传递给热量少的物体C．高温物体把热量传递给低温物体D．质量大的物体把热量传递给质量小的物体6．如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体( )图13－2－4A．温度升高，压强增大，内能减少B．温度降低，压强增大，内能减少C．温度升高，压强增大，内能增加D．温度降低，压强减小，内能增加7．绝热过程中，外界压缩气体做功20J，下列说法中正确的是()A．气体内能一定增加20J B．气体内能增加必定小于20JC．气体内能增加可能小于20J D．气体内能可能不变8．下列说法正确的是（）A．只有通过做功，才能改变物体的内能B．气体被压缩时，外界对气体做功，气体内能减少C．物体的温度越高，分子热运动的平均动能越大D．物体分子热运动的动能的总和，就是物体的内能9．关于温度和内能的理解，下列说法中正确的是( ).A．温度是分子平均动能的标志，物体温度升高，则物体每一个分子的动能都增大B．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能C．1g100℃水的内能小于1g100℃水蒸气的内能D．做功和热传递对改变物体内能是等效的，也就是说做功和热传递的实质是相同的10．关于内能，下列说法正确的是A．物体的内能包括物体运动的动能B．0℃C的水结冰过程中温度不变，内能减小C．提起重物，因为提力做正功，所以物体内能增大D．摩擦冰块使其融化是采用热传递的方式改变物体的内能二、多选题11．下列说法正确的是（）A．将一块品体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体B．晶体的分子（或原子、离子）排列是有规则的C．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点D．在完全失重的状态下，一定质量的理想气体压强为零E.热量总是自发地从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体12．对内能的理解，下列说法正确的是( )A．系统的内能是由物质的质量，种类及状态参量温度体积决定的B．做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能C．若不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能D．1g的100℃水的内能小于1g的100℃水蒸气的内能13．下列说法正确的是A．温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度便由T升至2TB．相同温度下液体中悬浮的花粉小颗粒越小，布朗运动越剧烈C．做功和热传递是改变物体内能的两种方式D．分子间距离越大，分子势能越大，分子间距离越小，分子势能也越小E.晶体具有固定的熔点，物理性质可表现为各向同性14．下列说法中正确的是（）A．做功和传热是改变物体内能的两种本质不同的物理过程，做功是其他形式的能和内能之间的转化，传热是物体内能的转移B．外界对物体做功，物体的内能一定增大C．物体向外界放热，物体的内能一定增大D．物体内能发生了改变，可能是做功引起的，也可能是传热引起的，还可能是两者共同引起的15．关于热量、功和内能的下列说法中正确的是（）A．热量、功、内能三者的物理意义等同B．热量、功都可以作为物体内能的量度C．热量、功都可以作为物体内能变化的量度D．热量、功、内能的单位相同16．下列说法正确的是A．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则热运动B．理想气体的温度升高时，分子的平均动能一定增大C．同一种化学元素构成的固体可能会于原子的列方式不同而成为不同的晶体D．晶体在熔化时需要吸热，说明品体在熔化过程中分子动能增加E.做功利热传递的本质在于做功是能量的转化，热传递是内能的转移17．在下述现象中没有做功而使物体内能改变的是()A．电流通过电炉而使温度升高B．在阳光照射下，水的温度升高C．铁锤打铁块，使铁块温度升高D．夏天在室内放几块冰，室内温度会降低18．我们用手不断反复弯折铅丝，铅丝被折断的同时温度也升高了，这一事实说明（）A．铅丝不吸收热量，温度也能升高B．对物体做功，能使物体内能增加C．做功和热传递对物体内能的改变是等效的D．机械功可以转化成热量，铅丝吸收了热量，温度升高参考答案1．B【详解】因高压空气急剧外逸时，气体没有时间充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程。
高中物理试题库及答案
高中物理试题库及答案一、选择题1. 光在真空中的传播速度是（）。
A. 300,000 km/sB. 299,792 km/sC. 299,792 km/hD. 300,000 km/h答案：B2. 根据牛顿第二定律，物体的加速度与作用力成正比，与物体的质量成反比。
如果一个物体的质量是2kg，作用力是10N，那么它的加速度是多少？（）。
A. 5 m/s²B. 2 m/s²C. 10 m/s²D. 20 m/s²答案：A二、填空题3. 根据能量守恒定律，能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
在热力学中，能量的转化和转移过程中，能量的总量保持不变，这一定律称为____。
答案：热力学第一定律4. 电磁波谱中，波长最长的是____。
答案：无线电波三、计算题5. 一个质量为5kg的物体从静止开始自由下落，忽略空气阻力，求物体下落2秒后的速度。
答案：根据自由落体运动公式，v = gt，其中g为重力加速度，取9.8m/s²。
则物体下落2秒后的速度v = 9.8m/s² × 2s = 19.6m/s。
6. 一个电流为2A的电路，通过一个电阻为10Ω的电阻器，求电阻器两端的电压。
答案：根据欧姆定律，V = IR，其中I为电流，R为电阻。
则电阻器两端的电压V = 2A × 10Ω = 20V。
四、简答题7. 简述电磁感应现象的原理。
答案：电磁感应现象是指当导体在磁场中运动时，会在导体中产生电动势，从而产生电流的现象。
这一现象是由英国科学家法拉第首次发现的。
8. 描述牛顿第三定律。
答案：牛顿第三定律，也称为作用与反作用定律，指出对于两个相互作用的物体，它们之间的作用力和反作用力大小相等、方向相反。
五、实验题9. 在验证牛顿第二定律的实验中，如何减小实验误差？答案：可以通过以下方法减小实验误差：确保实验装置的精确性，减少摩擦力的影响，使用高精度的测量工具，多次测量取平均值等。
2021年高中物理选修三第三章《热力学定律》复习题(答案解析)(1)
一、选择题1．一定质量的理想气体经历一系列变化过程，如图所示，下列说法正确的是（）→过程中，气体体积增大，从外界吸热A．a b→过程中，气体体积增大，从外界吸热B．b c→过程中，气体体积不变，向外界放热C．c a→过程中，气体内能增大，向外界放热D．c a2．“绿色、环保、低碳”是当今世界的关键词，“低碳”要求我们节约及高效利用能源。
关于能源与能量，下列说法正确的是（）A．因为能量守恒，所以不要节约能源B．自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用C．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造3．一定质量的理想气体在某一过程中，气体对外界做功1.6×104J，从外界吸收热量3.8×104J，则该理想气体的（）A．温度降低，密度减小B．温度降低，密度增大C．温度升高，密度减小D．温度升高，密度增大4．下列说法正确的是（）A．物体放出热量，其内能一定减小B．物体对外做功，其内能一定减小C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变5．如图所示，一定质量理想气体的体积V与温度T关系图像，它由状态A经等温过程到状态B，再经等容过程到状态C。
则下列说法中正确的是（）A．在A、B、C三个状态中B对应的压强最大B．在A、B、C三个状态中C对应的压强最大C．过程AB中外界对气体做功，内能增加D．过程BC中气体吸收热量，内能不变6．如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。
其中，A→B和C→D为等温过程，B→C为等压过程，D→A为等容过程。
关于该循环过程中，下列说法正确的是（）A．A→B过程中，气体吸收热量B．B→C过程中，气体分子的平均动能减小C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化7．一定质量的理想气体从状态A开始，经状态B和状态C回到状态A，其状态变化的p—T图象如图所示，其中线AB与OT轴平行，线段BC与Op轴平行。
高中物理热学变质量问题归纳总结（解析版）
设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来，那么，当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时，这些气体的状态不管怎样变化，其质量总是不变的。
【典例1】.空气压缩机的储气罐中储有1.0 atm 的空气6.0 L ，现再充入1.0 atm 的空气9.0 L ．设充气过程为等温过程，空气可看做理想气体，则充气后储气罐中气体压强为( )A ．2.5 atmB ．2.0 atmC ．1.5 atmD ．1.0 atm【典例2】一只篮球的体积为V 0，球内气体的压强为p 0，温度为T 0。
现用打气筒对篮球充入压强为p 0、温度为T 0的气体，使球内气体压强变为3p 0，同时温度升至2T 0。
篮球体积不变。
求充入气体的体积。
【典例3】．水火箭的简化图如图所示，容器内气体的体积V=2L ，内装有少量水，容器口竖直向下，用橡胶塞塞紧，放在发射架上，打气前容器内气体的压强p 0=1.0×105Pa 。
用打气筒通过容器口的阀门向容器内打气，每次能向容器内打入压强也为p 0、体积△V=100mL 的空气，当容器中气体的压强达到一定值时，水冲开橡胶塞，火箭竖直升空。
已知橡胶塞与容器口的最大静摩擦力f =19.5N ，容器口的横截面积S=2cm 2，不计容器内水的压强及橡胶塞受到的重力，打气过程容器内气体的温度保持不变，求：(1)火箭发射升空瞬间容器内气体的压强p ；(2)打气筒需打气的次数n 。
抽气问题在用抽气筒对容器抽气的过程中，对每一次抽气而言，气体质量发生变化，解决这类问题的方法与充气问题类似：假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把变质量问题转化为恒质量问题。
【典例4】.用活塞式抽气机抽气，在温度不变的情况下，从玻璃瓶中抽气，第一次抽气后，瓶内气体的压强减小到原来的，要使容器内剩余气体的压强减为原来的625256，抽气次数应为（ ） A ．2次 B ．3次 C ．4次 D ．5次 【典例5】用容积为V ∆的活塞式抽气机对容积为V 0的容器中的气体抽气，如图所示。
高中物理热学气体专题带答案解析
高中物理热学气体专题复习一：气体压强的微观解释气体压强的产生:大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强。
单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力。
所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。
决定气体压强大小的因素。
①微观因素:气体压强由气体分子的数密度和平均动能决定:A气体分子的数密度(即单位体积内气体分子的数目)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多;B气体的温度高，气体分子的平均动能变大，每个气体分子与器壁的碰撞(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就大;从另一方面讲，气体分子的平均速率大，在单位时间里撞击器壁的次数就多，累计冲力就大。
②宏观因素:气体的体积增大，分子的数密度变小。
在此情况下，如温度不变，气体压强减小;如温度降低，气体压强进一步减小;如温度升高，则气体压强可能不变，可能变化，由气体的体积变化和温度变化两个因素哪一个起主导地位来定。
③因密闭容器的气体分子的数密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生，大小由气体分子的数密度和温度决定，与地球的引力无关，气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的。
1.关于理想气体的下列说法正确的是A. 气体对容器的压强是由气体的重力产生的B. 气体对容器的压强是由大量气体分子对器壁的频繁碰撞产生的C. 一定质量的气体，分子的平均动能越大，气体压强也越大D. 压缩理想气体时要用力，是因为分子之间有斥力2.将相同质量，相同温度的理想气体放入相同容器，体积不同，则这两部分气体A. 平均动能相同，压强相同B. 平均动能不同，压强相同C. 平均动能相同，压强不同D. 平均动能不同，压强不同cm3.一定质量的理想气体，当温度保持不变时，压缩气体，气体的压强会变大。
这是因为气体分子的A. 密集程度增加B. 密集程度减小C. 平均动能增大D. 平均动能减小4.下列说法中正确的是A. 一定质量的理想气体压强不变时，气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞次数随着温度升高而增大B. 温度相同的氢气和氧气，氢气分子和氧气分子的平均速率相同C. 物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的D. 可看作理想气体的质量相等的氢气和氧气，温度相同时氧气的内能小5.对一定量的理想气体，下列说法正确的是A. 气体体积是指所有气体分子的体积之和B. 气体分子的热运动越剧烈，气体的温度就越高C. 当气体膨胀时，气体的分子势能减小，因而气体的内能一定减少D. 气体的压强是由气体分子的重力产生的，在失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁没有压强二：平衡状态下气体压强计算（1）液体封闭气体压强的计算6、如图，玻璃管中灌有水银，管壁摩擦不计，设p 0=76cmHg 水银柱长度L=10cm,求封闭气体的压强（单位：cm)7、如图，玻璃管中灌有水银，管壁摩擦不计，设p0水银柱重力mg=10N S=1 cm2,求封闭气体的压强。
2020届高中物理二轮总复习《热学》试题
2020届高中物理二轮总复习《热学》试题试卷满分：360分命题人：嬴本德1．[物理——选修3－3](1)(5分)在一个标准大气压下，1g 水在沸腾时吸收了2260J 的热量后变成同温度的水蒸气，对外做了170J 的功．已知阿伏加德罗常数N A =6.0×1023mol －1，水的摩尔质量M=18g/mol ．下列说法中正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．分子间的平均距离增大B ．水分子的热运动变得更剧烈了C ．水分子总势能的变化量为2090J D ．在整个过程中能量是不守恒的E ．1g 水所含的分子数为3.3×1022个(2)(10分)如图所示，U 形管右管横截面积为左管横截面积的2倍，在左管内用水银封闭一段长为26cm 、温度为280K 的空气柱，左、右两管水银面高度差为36cm ，外界大气压为76cmHg ．若给左管的封闭气体加热，使管内气柱长度变为30cm，则此时左管内气体的温度为多少？2．[物理——选修3－3](1)(5分)关于晶体、液晶和饱和汽压的理解，下列说法正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．晶体的分子排列都是有规则的B ．液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的特点C ．饱和汽压与温度和体积都有关D ．相对湿度越大，空气中水蒸气越接近饱和E ．对于同一种液体，饱和汽压随温度升高而增大(2)(10分)为适应太空环境，去太空旅行的航天员都要穿上航天服，航天服有一套生命保障系统，为航天员提供合适的温度、氧气和气压，让航天员在太空中如同在地面上一样．假如在地面上航天服内气压为1atm ，气体体积为2L ，到达太空后由于外部气压低，航天服急剧膨胀，内部气体体积变为4L ，使航天服达到最大体积，假设航天服内气体的温度不变，将航天服视为封闭系统．(ⅰ)求此时航天服内气体的压强，并从微观角度解释压强变化的原因；(ⅱ)若开启航天服封闭系统向航天服内充气，使航天服内的气压缓慢恢复到0.9atm ，则需补充1atm 的等温气体多少升？3．[物理——选修3－3](1)(5分)下列说法中正确的是______．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力的缘故B ．液体表面具有收缩的趋势，这是液体表面层分子的分布比内部稀疏的缘故C ．黄金、白银等金属容易加工成各种形状，没有固定的外形，所以金属不是晶体D ．某温度的空气的相对湿度是此时空气中水蒸气的压强与同温度下水的饱和汽压之比的百分数E ．水很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现(2)(10分)如图所示，水平地面上放置有一内壁光滑的圆柱形导热汽缸，汽缸内部有一质量和厚度均可忽略的活塞，活塞的横截面积S=2.5×10－3m 2，到汽缸底部的距离为L=0.5m ，活塞上固定有一个质量可忽略的力传感器，该力传感器通过一根竖直细杆固定在天花板上，汽缸内密封有温度t 1=27℃的理想气体，此时力传感器的读数恰好为0．已知外界大气压强p 0=1.2×105Pa 保持不变．(ⅰ)如果保持活塞不动，当力传感器的读数达到F=300N 时，密封气体的温度升高到多少摄氏度？(ⅱ)现取走竖直细杆，从初状态开始将活塞往下压，当下压的距离为x=0.2m 时力传感器的示数达到F ′=450N ，则通过压缩气体可以使此密封气体的温度升高到多少摄氏度？4．[物理——选修3－3](1)(5分)下列有关热现象分析与判断正确的是__________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的撞击引起的，固体小颗粒的体积越大，液体分子对它的撞击越多，布朗运动就越明显B ．在墙壁与外界无热传递的封闭房间里，夏天为了降低温度，同时打开电冰箱和电风扇，两电器工作较长时间后，房间内的气温将会增加C ．温度升高，单位时间里从液体表面飞出的分子数增多，液体继续蒸发，饱和汽压增大D ．一定质量的理想气体经历等温压缩过程时，气体压强增大，从分子动理论观点来分析，这是因为单位时间内，器壁单位面积上分子碰撞的次数增多E ．在一个大气压下，1g 100℃的水吸收2.26×103J 热量变为1g 100℃的水蒸气．在这个过程中，2.26×103J =水蒸气的内能＋水的内能＋水变成水蒸气体积膨胀对外界做的功(2)(10分)如图甲所示，横截面积为S ，质量为M 的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体，现对缸内气体缓慢加热，使其温度从T 1升高了ΔT ，气柱的高度增加了ΔL ，吸收的热量为Q ．不计汽缸与活塞的摩擦，外界大气压强为p 0，重力加速度为g ．求：①此加热过程中气体内能增加了多少？②若保持缸内气体温度不变，再在活塞上放一砝码，如图乙所示，使缸内气体的体积又恢复到初始状态，则所放砝码的质量为多少？5．[物理——选修3－3](1)(5分)下列说法正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．给变速自行车轮胎充气时费力，说明分子间有斥力B ．做功和热传递在改变内能的方式上是不同的C ．扩散现象说明了分子的迁移规律，布朗运动说明了分子运动的无规则性规律D ．单晶体和多晶体都有确定的熔点E ．对于一定质量的理想气体，若气体的温度升高，则单位时间内气体分子对容器器壁撞击的次数也一定增多(2)(10分)如图所示，绝热汽缸内封闭着一定质量的理想气体．汽缸内部有一根电热丝，轻质绝热活塞的横截面积为S ，活塞到汽缸顶部的距离为H .活塞下面挂着一个质量为m 的物块．用电热丝给理想气体缓慢加热，电热丝放出热量为Q 时，停止加热．这时活塞向下移动了h ，气体的温度为T 0．若重力加速度为g ，大气压强为p 0，不计一切摩擦．(ⅰ)整个加热过程，气体的内能增加还是减少？求出气体内能的变化量；(ⅱ)若移走物块，活塞又缓慢回到原来的高度，求出此时气体的温度．6．[物理——选修3－3](1)(5分)下列说法中正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分0分)A ．无论技术怎样改进，热机的效率都不能达到100%B ．空气中所含水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比为空气的相对湿度C ．蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块看起来没有确定的几何形状，是多晶体D ．已知阿伏加德罗常数、某种气体的摩尔质量和密度，可以估算该种气体分子体积的大小E ．“油膜法估测分子的大小”实验中，用一滴油酸溶液的体积与浅盘中油膜面积的比值可估测油酸分子直径(2)(10分)一定质量的理想气体从状态A 变化到状态B 再变化到状态C ，其状态变化过程的p －V 图象如图所示．已知该气体在状态A 时的温度为27℃．求：(ⅰ)该气体在状态B 、C 时的温度分别为多少℃？(ⅱ)该气体从状态A 经B 再到C的全过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？7．[物理——选修3－3](1)(5分)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________．(填入正确选项前的字母．选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分)A ．过程ab 中气体一定吸热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(2)(10分)一竖直放置、缸壁光滑且导热的柱形汽缸内盛有一定量的氮气，被活塞分隔成Ⅰ、Ⅱ两部分；达到平衡时，这两部分气体的体积相等，上部分气体的压强为p 10，如图(a)所示，若将汽缸缓慢倒置，再次达到平衡时，上下两部分气体的体积之比为3∶1，如图(b)所示．设外界温度不变，已知活塞面积为S ，重力加速度大小为g ，求活塞的质量．8．[物理——选修3－3](1)(5分)关于固体、液体和气体，下列说法正确的是________．(填入正确选项前的字母．选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分)A ．固体可以分为晶体和非晶体两类，非晶体和多晶体都没有确定的几何形状B ．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些多晶体相似，具有各向同性C ．在围绕地球运行的“天宫一号”中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果D ．空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近同一温度时水的饱和汽压E ．大量气体分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率按“中间少，两头多”的规律分布(2)(10分)如图所示，汽缸放置在水平台上，活塞质量为5kg ，厚度不计，由活塞产生的压强为0.2×105Pa ，汽缸全长25cm ，大气压强为1×105Pa ，当温度为27℃时，活塞封闭的气柱长10cm ．若保持封闭气体温度不变，将汽缸缓慢竖起倒置．(ⅰ)求汽缸倒置后封闭气柱的长度？(ⅱ)汽缸倒置后，使封闭气体温度升至多少开时，活塞刚好接触平台(活塞摩擦不计)？9．[物理——选修3－3](15分)(1)(5分)下列说法中正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小B ．分子热运动就是布朗运动C ．当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而减小D ．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内的分子数和温度有关E ．温度相同的物体分子动能都相等(2)(10分)如图所示，圆筒固定不动，活塞A 的横截面积为2S ，活塞B 的横截面积为S ，圆筒内壁光滑，圆筒左端封闭，右端与大气相通，大气压强为p 0，活塞A 、B 将圆筒分为三部分，活塞B 左边部分为真空，A 、B 之间是一定质量的理想气体，活塞B 通过劲度系数为k=p 0SL 的弹簧与圆筒左端相连，开始时A 、B 之间的气体在粗筒和细筒中的长度均为L ，现用水平向左的力F=p 0S 作用在活塞A 上，求：(设气体温度不变，弹簧始终在弹性限度内)(ⅰ)活塞B 移动的距离y ；(ⅱ)活塞A 移动的距离x．10．[物理——选修3－3](15分)(1)(5分)下列说法中正确的是________．(填入正确选项前的字母．选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分)A ．气体放出热量，其分子的平均动能可能增大B ．布朗运动不是液体分子的运动，但它可以说明分子在永不停息地做无规则运动C ．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大D ．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律E ．某气体的摩尔体积为V ，每个分子的体积为V 0，则阿伏加德罗常数可表示为N A =V V 0(2)(10分)如图所示，开口向上竖直放置的内壁光滑气缸，其侧壁是绝热的，底部导热，内有两个质量均为m 的密闭活塞，活塞A 导热，活塞B 绝热，将缸内理想气体分成Ⅰ、Ⅱ两部分．初状态整个装置静止不动且处于平衡状态，Ⅰ、Ⅱ两部分气体的高度均为L 0，温度为T 0．设外界大气压强为p 0保持不变，活塞横截面积为S ，且mg=p 0S ，g 为重力加速度，环境温度保持不变．求：在活塞A 上逐渐添加铁砂，当铁砂质量等于2m 时，两活塞在某位置重新处于平衡，活塞A下降的高度．11．[物理——选修3－3](1)(5分)下列说法中正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．分子间的距离增大时，分子势能一定增大B ．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点C ．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体D ．物体吸热时，它的内能可能不增加E ．一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热(2)(10分)如图甲所示，一玻璃管两端封闭，管内有一10cm 长的水银柱将玻璃管中理想气体分割成两部分，上部分气柱长20cm ，下部分气柱长5cm ，现将玻璃管下部分浸入高温液体中，如图乙所示，发现水银柱向上移动了2cm.已知上部分气柱初始时压强为50cmHg ，且上部分气体温度始终与外界温度相同，上、下两部分气体可以认为没有热交换，外界温度是20℃，试求高温液体的温度．12．[物理——选修3－3](1)(5分)下列说法中正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．当温度升高时，物体内每个分子热运动的速率都增大B ．“露似珍珠月似弓”中，形成球形露珠的原因是液体表面张力的作用C ．分子间的相互作用力随分子间距离的增大而减小D ．第一类永动机不可制成是因为违反了能量守恒定律E ．气体压强本质上就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力(2)(10分)一定质量的理想气体用光滑轻质活塞封闭在气缸内，其压强p 随体积V 的变化关系如图所示．已知气体在状态A 时的温度为T 0，压强为p 0，体积为V 0，气体在状态B 时的压强为2p 0，体积为2V 0.(ⅰ)试计算理想气体在状态B 时的温度(用热力学温标表示)；(ⅱ)若气体从状态A 变化到状态B 的过程中，气体吸收了热量Q，试计算在此过程中气体内能的增加量．13．[物理——选修3－3](1)(5分)下列说法中正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分0分)A ．布朗运动反映的是液体分子的无规则运动B ．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体C ．物体放出热量，温度一定降低D ．气体对容器壁的压强是由于大量气体分子对器壁的碰撞作用产生的E ．热量是热传递过程中，物体间内能的转移量；温度是物体分子平均动能大小的量度(2)(10分)如图所示，“13”形状的各处连通且粗细相同的细玻璃管竖直放置在水平地面上，只有竖直玻璃管FG 中的顶端G 开口，并与大气相通，水银面刚好与顶端G 平齐．AB=CD=L ，BD=DE=L 4，FG=L2．管内用水银封闭有两部分理想气体，气体1长度为L ，气体2长度为L2，L=76cm.已知大气压强p 0=76cmHg ，环境温度始终为t 0=27℃，现在仅对气体1缓慢加热，直到使BD 管中的水银恰好降到D 点，求此时(计算结果保留三位有效数字)(ⅰ)气体2的压强p 2为多少厘米汞柱？(ⅱ)气体1的温度需加热到多少摄氏度？14．[物理——选修3－3](1)(5分)下列说法中正确的是__________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．气体对容器壁有压强是气体分子对容器壁频繁碰撞的结果B ．物体温度升高，组成物体的所有分子速率均增大C ．一定质量的理想气体等压膨胀过程中气体一定从外界吸收热量D ．自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的E ．饱和汽压与分子密度有关，与温度无关(2)(10分)如图所示，在绝热圆柱形汽缸中用光滑绝热活塞密闭有一定质量的理想气体，在汽缸底部开有一小孔，与U 形水银管相连，外界大气压为p 0=75cmHg ，缸内气体温度t 0=27℃，稳定后两边水银面的高度差为Δh=1.5cm ，此时活塞离容器底部的高度为L=50cm(U 形管内气体的体积忽略不计)．已知柱形容器横截面S=0.01m 2，取75cmHg 压强为1.0×105Pa ，重力加速度g=10m/s 2．(ⅰ)求活塞的质量；(ⅱ)若容器内气体温度缓慢降至－3℃，求此时U 形管两侧水银面的高度差Δh ′和活塞离容器底部的高度L ′．15．[物理——选修3－3](1)(5分)下列说法中正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．－2℃时水已经结为冰，水分子停止了热运动B ．物体温度越高，物体内部分子热运动的平均动能越大C ．内能不同的物体，物体内部分子热运动的平均动能可能相同D ．一定质量的气体分子的平均速率增大，气体的压强可能减小E ．热平衡是指一个系统内部的状态不再改变时所处的状态(2)(10分)一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化．(ⅰ)已知从A 到B 的过程中，气体对外放出600J 的热量，则从A 到B ，气体的内能变化了多少？(ⅱ)试判断气体在状态B 、C 的温度是否相同．如果知道气体在状态C 时的温度T C =300K ，则气体在状态A 时的温度为多少？16．[物理——选修3－3](1)(5分)下列说法正确的是__________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．第二类永动机违反了热力学第二定律，也违反了能量守恒定律B ．布朗运动的规律反映出分子热运动的规律，即小颗粒的运动是液体分子无规则运动C ．在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果D ．干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果E ．从微观上看，气体压强的大小与分子平均动能和分子的密集程度有关(2)(10分)如图所示，汽缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡，已知活塞距缸口h=50cm ，活塞面积S=10cm 2，封闭气体的体积为V 1=1500cm 3，温度为0℃，大气压强p 0=1.0×105Pa ，物体重力G=50N ，活塞重力及一切摩擦不计．缓慢升高环境温度，封闭气体吸收了Q=60J 的热量，使活塞刚好升到缸口．求：(ⅰ)活塞刚好升到缸口时，气体的温度；(ⅱ)汽缸内气体对外界所做的功；(ⅲ)气体内能的变化量．17．[物理——选修3－3](1)(5分)下列说法正确的是______．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．布朗运动反映了组成固体小颗粒的分子的无规则运动B ．热量可以从低温物体传递到高温物体C ．一定质量的理想气体，体积减小、温度不变时，气体的内能不变D ．温度降低，物体内分子运动的速率不一定都变小E ．随着科学技术的发展，人类终会制造出效率为100%的热机(2)(10分)在一端封闭、内径均匀的光滑直玻璃管内，有一段长为l=16cm 的水银柱封闭着一定质量的理想气体．当玻璃管水平放置达到平衡时如图甲所示，被封闭气柱的长度l 1=23cm ；当管口向上竖直放置时，如图乙所示，被封闭气柱的长度l 2=19cm ．已知重力加速度g=10m/s 2，不计温度的变化．求：(ⅰ)大气压强p 0(用cmHg 表示)；(ⅱ)当玻璃管开口向上以a=5m/s 2的加速度匀加速上升时，水银柱和玻璃管相对静止时被封闭气柱的长度．18．[物理——选修3－3](1)(5分)下列说法中正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．物体中分子热运动动能的总和等于物体的内能B ．橡胶无固定熔点，是非晶体C ．饱和汽压与分子密度有关，与温度无关D ．热机的效率总小于1E ．对于同一种气体，温度越高，分子平均动能越大(2)(10分)如图甲所示，封闭有一定质量理想气体的汽缸固定在水平桌面上，开口向右放置，活塞的横截面积为S .活塞通过轻绳连接了一个质量为m 的小物体，轻绳跨在定滑轮上．开始时汽缸内外压强相同，均为大气压p 0(mg <p 0S )．汽缸内气体的温度T 0，轻绳处在伸直状态．不计摩擦．缓慢降低汽缸内温度，最终使得气体体积减半，求：(ⅰ)重物刚离地时汽缸内的温度T 1；(ⅱ)气体体积减半时的温度T 2；(ⅲ)在图乙坐标系中画出气体状态变化的整个过程．并标注相关点的坐标值．19．[物理——选修3－3](1)(5分)下列说法正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．松香在熔化过程中温度不变，分子平均动能不变B ．当分子间的引力与斥力平衡时，分子势能最小C ．液体的饱和汽压与饱和汽的体积有关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 ．若一定质量的理想气体分子平均动能减小，且外界对气体做功，则气体一定放热(2)(10分)如图所示，开口向上的汽缸C 静置于水平桌面上，用一横截面积S=50cm 2的轻质活塞封闭了一定质量的理想气体，一轻绳一端系在活塞上，另一端跨过两个定滑轮连着一劲度系数k=2800N/m 的竖直轻弹簧A ，A 下端系有一质量m=14kg 的物块B .开始时，缸内气体的温度t 1=27℃，活塞到缸底的距离L 1=120cm ，弹簧恰好处于原长状态．已知外界大气压强恒为p 0=1.0×105Pa ，取重力加速度g=10m/s 2，不计一切摩擦．现使缸内气体缓慢冷却，求：(ⅰ)当B 刚要离开桌面时汽缸内封闭气体的温度；(ⅱ)气体的温度冷却到－93℃时B 离桌面的高度H .(结果保留两位有效数字)20．[物理——选修3－3](1)(5分)下列说法正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．液体的分子势能与体积有关B ．落在荷叶上的水呈球状是因为液体表面存在张力C ．饱和蒸汽是指液体不再蒸发，蒸汽不再液化时的状态D ．布朗运动表明了分子越小，分子运动越剧烈E ．物体的温度升高，并不表示物体中所有分子的动能都增大(2)(10分)如图甲所示，竖直放置的汽缸中的活塞上放置一重物，活塞可在汽缸内无摩擦滑动．汽缸导热性良好，其侧壁有一个小孔与装有水银的U 形玻璃管相通，汽缸内封闭了一段高为80cm 的理想气体柱(U 形管内的气体体积不计，U 形管足够长且水银始终没有进入汽缸)，此时缸内气体处于图乙中的A 状态，温度为27℃．已知大气压强p 0=1.0×105Pa =75cmHg ，重力加速度g 取10m/s 2．(ⅰ)求A 状态时U 形管内水银面的高度差h 1和活塞及重物的总质量m ；(ⅱ)若对汽缸缓慢加热，使缸内气体变成B状态，求此时缸内气体的温度．21．[物理——选修3－3](1)(5分)关于热学，下列说法正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．物体内热运动速率大的分子数占总分子数的比例与温度有关B ．功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功C ．空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比叫做空气的相对湿度D ．一定质量的理想气体，在体积不变时，分子每秒与器壁的碰撞次数随着温度降低而减小E ．一定质量的理想气体，当气体温度升高时，因做功情况不明确，其内能不一定增大(2)(10分)如图甲所示，一质量为2m 的汽缸中用质量为m 的活塞密封有一定质量的空气(可视为理想气体)，当汽缸开口向上且通过悬挂活塞静止时，密封空气柱长度为L 1．现将汽缸缓慢旋转180°悬挂缸底静止，如图乙所示，已知大气压强为p 0，外界温度不变，活塞的横截面积为S ，汽缸与活塞之间不漏气且无摩擦，气缸导热性良好，求：(ⅰ)图乙中密封空气柱的长度L 2；(ⅱ)从图甲到图乙，密封空气柱是吸热还是放热，并说明理由．22．[物理——选修3－3](1)(5分)氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示．下列说法正确的是________．(填正确答案标号．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，最低得分为0分)A ．图中两条曲线下面积相等B ．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C ．图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形D ．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目E ．与0℃时相比，100℃时氧气分子速率出现在0～400m/s 区间内的分子数占总分子数的百分比较大(2)(10分)如图，容积均为V 的汽缸A 、B 下端有细管(容积可忽略)连通，阀门K 2位于细管的中部，A 、B 的顶部各有一阀门K 1、K 3；B 中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略)．初始时，三个阀门均打开，活塞在B 的底部；关闭K 2、K 3，通过K 1给汽缸充气，使A 中气体的压强达到大气压p 0的3倍后关闭K 1．已知室温为27℃，汽缸导热．(ⅰ)打开K 2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；(ⅱ)接着打开K 3，求稳定时活塞的位置；(ⅲ)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20℃，求此时活塞下方气体的压强．。
人教版高中物理选择性必修三热力学定律复习与提高AB组答案及解析
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4．如图 3-5，一定质量的理想气体从状态A 变化到状态 B，已知在此过程中，气体吸收 了 300 J 的热量， 则该过程中气体内能变化了多少？
5．如图 3-6，内壁光滑的汽缸竖直放置在水平桌面上，汽缸内封闭一定质量的气体。气体从状 态 A（活塞在 A 处）变为状态 B（活塞在 B 处）时，气体吸收热量 280 J，并对外做功120 J。
2．装着压缩气体的钢瓶，打开阀门后会听到“哧——”的一声，气体喷到外面。会不 会有这样的现象：外面的气体自发地进入钢瓶，使瓶内的压强变大？说出理由。
不会。打开阀门后，钢瓶中的压缩气体喷到外面，是一个气体从高压到低压膨胀的过程， 由热力学第二定律可知一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，具有方向性。分 子的膨胀总是从压强高处到低处进行的，其逆过程是不能自发发生的。
3．如图 3-1，一绝热容器被隔板 K 隔开成A、B 两部分。已知 A 内有一定量的稀薄气体， B 内为真空。抽开隔板 K 后，A 内气体进入 B，最终达到平衡状态。分析此过程中气体内 能的变化情况。
【解析】绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，Q=0，稀薄气体向真空扩散没有做功， W=0，根据热力学第一定律△U=0，内能不变，根据热力学第一定律稀薄气体的内能不变， 则温度不变，稀薄气体扩散体积增大，压强必然减小。
7．小李想估测燃气灶烧水时的效率。他在开水壶里装了 2.5 L 的水，测得烧水前的水温是15 ℃，水烧开后便停止加热。烧水前后燃气表的示数如图 3-3 所示。为了得出燃气灶烧水的效率， 他还要知道什么数据？请用字母表示相关数据，指出所用的单位，列出计算效率的表达式。
【单元练】(必考题)高中物理选修3第三章【热力学定律】经典练习(含答案解析)
一、选择题1．如图所示为一定质量的氦气（可视为理想气体）状态变化的V T -图像。
已知该氦气所含的氦分子总数为N ，氦气的摩尔质量为M ，在状态A 时的压强为0p 。
已知阿伏加德罗常数为A N ，下列说法正确的是（ ）A ．氦气分子的质量为M NB ．B 状态时氦气的压强为02pC ．B→C 过程中氦气向外界放热D ．C 状态时氦气分子间的平均距离03AV d N =解析：CA ．氦气分子的质量 AM m N =故A 错误； B ．由图示图象可知，A 到B 过程气体体积不变，由查理定律得A B A Bp p T T = 即0002B p p T T = 解得00.5B p p =故B 错误；C ．由图示图象可知，B →C 过程中氦气温度不变而体积减小，气体内能不变，外界对气体做功，即△U =0，W ＞0由热力学第一定律△U =W +Q 可知0Q U W W =∆-=-＜氦气向外界放出热量，故C 正确；D ．由图示图象可知，在状态C 氦气的体积为V 0，气体分子间距离远大于分子直径，可以把一个分子占据的空间看做正方体，设分子间的平均距离为d ，则30Nd V =解得 03V d N=故D 错误。
故选C 。
2．对于一定质量的理想气体，下列判断错误的是（ ）A ．在等温变化过程中，系统与外界一定有热量交换B ．在等容变化过程中，系统从外界吸收热量一定等于内能增量C ．在等压变化过程中，内能增加，系统一定从外界吸收热量D ．在绝热过程中，系统的内能一定不变D解析：DA ．在等温变化过程中，理想气体的内能不变，当体积发生变化时，气体做功，根据热力学第一定律可知，气体系统与外界一定有热量交换，故A 正确，不符合题意；B ．在等容变化过程中，不做功，根据热力学第一定律可知，系统从外界吸收热量一定等于内能增量，故B 正确，不符合题意；C ．在等压变化过程中，内能增加，即温度升高，根据盖·吕萨克定律可知，体积增大，故气体对外做功，根据热力学第一定律可知，系统一定从外界吸收热量，且吸收的热量大于对外做的功，故C 正确，不符合题意；D ．在绝热过程中，系统与外界没有热交换，但气体可以做功，故系统的内能可以改变，故D 错误，符合题意。
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热学试题一选择题：1只知道下列那一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离A. 阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和质量B. 阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和密度C. 阿伏加徳罗常数，该气体的质量和体积D .该气体的质量、体积、和摩尔质量2. 关于布朗运动下列说法正确的是A. 布朗运动是液体分子的运动B. 布朗运动是悬浮微粒分子的运动C. 布朗微粒做无规则运动的原因是由于它受到水分子有时吸引、有时排斥的结果D. 温度越高，布朗运动越显著3. 铜的摩尔质量为口(kg/ mol ),密度为p (kg/m3)，若阿伏加徳罗常数为NA,则下列说法中哪个是错毘.的A. Im3铜所含的原子数目是p NA/ 口 B . 1kg铜所含的原子数目是p NAC. 一个铜原子的质量是(口/ N A) kg D .一个铜原子占有的体积是(口/ p NA) m4. 分子间同时存在引力和斥力，下列说法正确的是A. 固体分子间的引力总是大于斥力B. 气体能充满任何仪器是因为分子间的斥力大于引力C. 分子间的引力和斥力都随着分子间的距离增大而减小D. 分子间的引力随着分子间距离增大而增大，而斥力随着距离增大而减小5. 关于物体内能，下列说法正确的是A. 相同质量的两种物体，升高相同温度，内能增量相同B. —定量0C的水结成0C的冰，内能一定减少C. 一定质量的气体体积增大，既不吸热也不放热，内能减少D. —定质量的气体吸热，而保持体积不变，内能一定减少6. 质量是18g的水，18g的水蒸气，32g的氧气，在它们的温度都是100 C时A. 它们的分子数目相同，分子的平均动能相同B. 它们的分子数目相同，分子的平均动能不相同，氧气的分子平均动能大C. 它们的分子数目相同，它们的内能不相同，水蒸气的内能比水大D. 它们的分子数目不相同，分子的平均动能相同7. 有一桶水温度是均匀的，在桶底部水中有一个小气泡缓缓浮至水面，气泡上升过程中逐渐变大，若不计气泡中空气分子的势能变化，则A. 气泡中的空气对外做功，吸收热量B .气泡中的空气对外做功，放出热量C.气泡中的空气内能增加，吸收热量 D .气泡中的空气内能不变，放出热量&关于气体压强，以下理解不正确的是A. 从宏观上讲，气体的压强就是单位面积的器壁所受压力的大小B. 从微观上讲，气体的压强是大量的气体分子无规则运动不断撞击器壁产生的C. 容器内气体的压强是由气体的重力所产生的D •压强的国际单位是帕，1Pa= 1N/mf9. 一定质量的理想气体处于平衡状态I ,现设法使其温度降低而压强升高，达到平衡状态n则()A. 状态I时气体的密度比状态n时的大B. 状态I时分子的平均动能比状态n时的大C. 状态I时分子的平均距离比状态n时的大D. 状态I时每个分子的动能都比状态n时分子平均动能大10. 如图所示，气缸内装有一定质量的气体，气缸的截面积为s,其活塞为梯形，它的一个面与气缸成0角，活塞与器壁间的摩擦忽略不计，现用一水平力F推活塞，汽缸不动,此时大气压强为P。
，则气缸内气体的压强P为A. P=R+ F— B . P=F0+FSeos S11. 如图所示，活塞质量为m缸套质量为M通过弹簧吊在天花板上，气缸内封住一定质量12. 关于热力学温度的下列说法中，不正确的是（）A. 热力学温度与摄氏温度的每一度的大小是相同的B. 热力学温度的零度等于-CC. 热力学温度的零度是不可能达到的D. 气体温度趋近于绝对零度时，其体积趋近于零13. 若在水银气压计上端混入少量空气，气压计的示数与实际大气压就不一致，在这种情况下（）A. 气压计的读数可能大于外界大气压B. 气压计的读数总小于实际大气压C. 只要外界大气压不变，气压计的示数就是定值D. 可以通过修正气压计的刻度来予以校正14、根据分子动理论，下列关于气体的说法中正确的是A. 气体的温度越高，气体分子无规则运动越剧烈B .气体的压强越大，气体分子的平均动能越大C.气体分子的平均动能越大，气体的温度越高D .气体的体积越大，气体分子之间的相互作用力越大15..如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。
两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体势能可忽略。
现通过电热丝对气体a加热一段时间后，A. a的体积增大了，压强变小了B. b的温度升高了C. 加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈c. P=R+±0Ss .P=F o+F^i ns的空气，缸套与活塞无摩擦，活塞截面积为s,大气压强为po,则A.气缸内空气的压强为P。
一MgSB.气缸内空气的压强为p o + mgSc.内外空气对缸套的作用力为（m g D.内外空气对活塞的作用力为Mga、a和b。
气体分子之间相互作用b各自达到新D. a增加的内能大于b增加的内能16封闭在气缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是（）A.气体的密度增大 C.气体分子的平均动能减小E.气体的压强增大 D.每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多17. 如图是氧气分子在不同温度（0C和100C）下的速率分布，由图可得信息A. 同一温度下，氧气分子呈现出“中间多，两头少”的分布规律B. 随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大C. 随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例高D. 随着温度的升高，氧气分子的平均速率变小18. 一定质量的理想气体,处于某一初态，现要使它经过一些状态变化后回到原来初温，下列哪些过程可能实现（）A.先等压压缩，再等容减压B. 先等压膨胀，再等容减压C. 先等容增压，再等压膨胀D. 先等容减压，再等压膨胀19.用r表示两分子之间的距离，E P表示两个分子间的相互作用势能，当r=r o时时, 两个分子之间引力等于斥力，设两个分子间相距较远时, 5=0,则（）A. 当分子间距r变小时，引力减小，斥力增大B. 当r>r o时，引力大于斥力，r增大时分子力做负功，E p增加C. 当r<r 0时，引力大于斥力，r减小时分子力做负功，曰减小D .当r=r o 时，E P=020.如图所示，一端封闭的玻璃管开口向下竖直倒插在水银槽中, 其位置保持固定。
已知封闭端内有少量空气。
若大气压强变小一些，则管中在水银槽水银面上方的水银柱高度h和封闭端内空气的压强p将如何变化（）变小，P变大变大，P变大变大，P变小变小，P变小21. 一定质量的理想气体经历如图所示的一系列变化过程，ab、be、cd和da这四个过程中在P-T图上都是直线段，其中ab的延长线通过坐标原点O，bc垂直于ab而ed平行于ab，由图可以判断（）过程中气体体积不断增大过程中气体体积不断减小过程中气体体积不断增大过程中气体体积不断减小22、下列说法不符合分子动理论观点的是A. 用气筒打气需外力做功，是因为分子间的后斥力作用B. 温度升高，布朗运动显著，说明悬浮颗粒的分子运动剧烈C. 相距较远的两个分子相互靠近的过程中，分子势能先减小后增大D. 相距较远的两个分子相互靠近的过程中，分子间引力先增大后减小23、关于气体的压强，下列说法中正确的是A. 气体的压强是气体分子间的吸引和排斥产生的B. 气体分子的平均速率增大，气体的压强一定增大C. 当某一容器自由下落时，容器中气体的压强将变为零24、下列说法正确的是A. 分子间同时存在着引力和斥力B. 拉伸物体时，分子间引力增大，斥力减小，所以分子间引力大于斥力C .在真空容器中注入气体，气体分子迅速散开充满整个容器，是因为气体分子间的斥力大于引力D. 当分子间相互作用力做正功时，分子势能增大25、用r表示两个分子间的距离，Ep表示两个分子间的相互作用的势能，当r=r 0时两分子间斥力大小等于引力大小，设两分子相距很远时E=0,则A.当r > r o时，Ep随r的增大而增加B. 当r v r o时，Ep随r的减小而增加C. 当r > r o时，Ep不随r而变D. 当r=r o时，Ep=O26、关于布朗运动，下列叙述正确的是：A.我们所观察到的布朗运动，就是液体分子的无规则运动B•布朗运动是悬浮在液体中的固体分子的无规则运动C. 布朗动动的激烈程度与温度无关D. 悬浮在液体中的颗粒越小，它的布朗运动就越显著17.若以M表示水的摩尔质量，V表示水的摩尔体积，p表示水的密度。
N A为阿伏加德罗常数，m表示水的分子质量，V表示水分子体积。
则下列关系中正确的是( ) A. N A= V/V ' B. V=M/p C. m=M/N D. V= p M28．关于分子势能下面说法中，正确的是( ) A.当分子距离为r°=10「10m时分子势能最大－10B •当分子距离为r o=1O m时分子势能最小，但不一定为零C. 当分子距离为r o=1O —10m时，由于分子力为零，所以分子势能为零D. 分子相距无穷远时分子势能为零，在相互靠近到不能再靠近的过程中，分子势能逐渐增大29．下列说法正确的是( )A. —定质量的理想气体，温度不变时，体积减小，压强增大B. 在失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁没有压强C •外界对气体做功，气体的内能一定增大D.气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大30．被活塞封闭在气缸中的一定质量的理想气体温度升高，压强保持不变，则：( )(A)气缸中每个气体分子的速率都增大(B)气缸中单位体积内气体分子数减少(C)气缸中的气体吸收的热量等于气体内能的增加量(D)气缸中的气体吸收的热量大于气体内能的增加量三、计算题：31、如图所示，重G的活塞a和重G2的活塞b，将长为L的气室分成体积比为1 : 2的A B两部分，温度是127C，系统处于平衡状态，当温度缓慢地降到27 C时系统达到新的平衡，求活塞a、 b 移动的距离。
热学测试题答题卷31解：如图所示，设b向上移动y, a向上移动x ,因为两个气室都做等压变化所以由盖•吕萨克定律有：对于A室系统：辿电坐（4 分）400 300对于B室系统：辿皇y空（4 分）400 300解得：x=L/12 （2 分）y=L/4 (2。