高三物理二轮复习第1部分专题7选修部分第1讲(选修33)热学课时作业集训

热学
1.(1)(5分)如图，一个导热气缸竖直放置，气缸内封闭有一定质量的气体，活塞与气缸壁紧密接触，可沿气缸壁无摩擦地上下移动．若大气压保持不变，而环境温度缓慢升高，在这个过程中________．
A．气缸内每个分子的动能都增大
B．封闭气体对外做功
C．气缸内单位体积内的分子数增多
D．封闭气体吸收热量
E．气缸内单位时间内撞击活塞的分子数减少
(2)(10分)某同学用一端封闭的U形管，研究一定质量封闭气体的压强，如图所示，U 形管竖直放置，当封闭气柱长为L0时，两侧水银面的高度差为h，大气压强为p0.
①求封闭气体的压强(用cmHg作单位)；
②若L0＝20 cm，h＝8.7 cm，该同学用与U形管口径相同的量筒柱U形管内继续缓慢注入水银，当再注入13.3 cm水银柱时，右侧水银面恰好与管口相平齐．设环境温度不变，求大气压强是多少cmHg.
解析：(2)①封闭气体的压强为
p＝p0＋ρgh
解得p＝(p0＋h)cmHg
②此时封闭气柱长
L1＝L0－(h＋ΔL－L0)＝18 cm
由玻意尔定律
(p0＋h)L0＝(p0＋L1)L1
解得p0＝75 cmHg
答案： (1)BDE (2)①(p 0＋h )cmHg ②75 cmHg
2.(1)(5分)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成．开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示，在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体________．
A ．分子的平均动能减小
B ．内能增大
C ．对外做功
D ．温度升高
E ．缸内气体压强减小
(2)(10分)如图所示，大气压强为p 0，气缸水平固定，开有小孔的薄隔板将其分为A 、B 两部分，光滑活塞可自由移动．初始时气缸内被封闭气体温度T ，A 、B 两部分容积相同．加热气体，使A 、B 两部分体积之比为1∶2.
①气体应加热到多少温度？
②将活塞向左推动，把B 部分气体全部压入A 中，气体温度变为2T ，求此时气体压强． 解析： (2)①设A 的容积为V ，则初状态A 、B 总体积为2V ，末状态A 、B 体积之比为1∶2，总体积为3V
等压变化：2V T ＝3V T 1
解得T 1＝3
2T
②
p 0·2V T ＝p 2·V
2T
解得p 2＝4p 0.
答案： (1)ACE (2)①3
2T ②4p 0
3．(1)(5分)下列说法正确的是________． A ．分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小 B ．布朗运动就是气体或液体分子的无规则运动
C ．食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性
D ．做功和热传递在改变系统内能方面是不等价的
E ．第二类永动机虽不违背能量守恒定律，但也是不可能制成的
(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：
①该气体在状态B 时的温度；
②该气体从状态A 到状态C 的过程中与外界交换的热量． 解析： (2)①对于理想气体：A →B ，由理想气体方程得p A T A ＝p B T B
即T B ＝p B p A
T A ＝100 K ，所以t B ＝T B －273 ℃＝－173 ℃ ②B →C 由V B T B ＝V C T C
得T C ＝300 K ，所以t C ＝27 ℃
A 、C 温度相等，ΔU ＝0
A →C 的过程，由热力学第二定律ΔU ＝Q ＋W 得
Q ＝ΔU －W ＝－p ΔV ＝－200 J ，即气体从外界吸热200 J
答案： (1)ACE (2)①－173 ℃ ②吸热200 J 4．(1)(5分)下列说法中正确的是________． A ．晶体都具有各向异性的物理性质 B ．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
C ．1 g 氧气与2 g 氢气在20 ℃时分子平均动能相同
D ．某气体的摩尔体积为V ，阿伏加德罗常数为N A ，则每个气体分子的体积V 0＝V N A
E ．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 (2)(10分)如图所示，一个高为H ＝60 cm ，横截面积S ＝10 cm 2
的圆柱形竖直放置的导热气缸，开始活塞在气缸最上方，将一定质量的理想气体封闭在气缸内，现在活塞上轻放一个质量为5 kg 的重物，待整个系统稳定后，测得活塞与气缸底部距离变为h .已知外界大气压强始终为p 0＝1×105
Pa ，不计活塞质量及其与气缸之间的摩擦，取g ＝10 m/s 2
.求：
①在此过程中被封闭气体与外界交换的热量．
②若开始环境温度为27 ℃，现将气缸开口朝上整体竖直放在87 ℃的热水系统中，则稳定后活塞与气缸底部距离变为多少．
解析：(2)①封闭气体发生等温变化，气体初状态的压强为p1＝p0＝1.0×105 Pa，气体末状态的压强为p2＝p0＋mg/S
根据玻意耳定律得p1HS＝p2hS
得：h＝0.40 m
外界对气体做功W＝(p0S＋mg)(H－h)
根据热力学第一定律：ΔU＝W＋Q＝0
得：Q＝－30 J，即放出30 J热量
②气体发生等压变化，得：Sh
T
＝
Sh1
T1
代入数据可得：h1＝0.48 m
答案：(1)BCE (2)①放出热量30 J ②0.48 m
5．(1)(5分)下列说法正确的是________．
A．单晶体冰糖磨碎后熔点不会发生变化
B．足球充足气后很难压缩，是足球内气体分子间斥力作用的结果
C．一定质量的理想气体经过等容过程，吸收热量，其内能一定增加
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．一定质量的理想气体保持体积不变，单位体积内分子数不变，虽然温度升高，单位时间内撞击单位面积上的分子数不变
(2)(10分)如图所示，两端开口、粗细均匀的足够长玻璃管插在大水银槽中，管的顶部有一定长度的水银．两段空气柱被封闭在左右两侧的竖直管中．开启顶部连通左右水银的阀门A，右侧空气柱长为L0，右侧空气柱底部水银面比槽中水银面高出h，右侧空气柱顶部水银面比左侧空气柱顶部水银面低h.
①试根据上述条件推测左侧空气柱的长度为________，左侧空气柱底部水银面与槽中水银面的高度差为________；
②若初始状态温度为T0，大气压强为p0，关闭阀门A，则当温度升至多少时，右侧气柱底部水银面与水银槽中的水银面相平？(不考虑水银柱下降对大水银槽中液面高度的影响，大气压强保持不变)
解析：(1)冰糖磨碎不改变其微观结构，仍是晶体，所以不改变其熔点，A项正确；足球充足气后很难被压缩，是压强的作用效果，不是分子斥力的作用，B项错误；等容过程
中，由气体实验定律和热力学第一定律可知，吸收热量其内能一定增大，C 项正确；由热力学第二定律(熵增加原理)可知，D 项正确；由理想气体状态方程可知，气体体积不变，温度升高，压强一定增大，由压强的微观解释可知，单位体积内分子数不变，但由于温度升高，分子平均动能增大，故单位时间内撞击在单位面积上的分子数一定增大，E 项错．
(2)以右侧气柱为研究对象，初态T 1＝T 0，p 1＝p 0－h ，L 1＝L 0①(1分) 末态p 2＝p 0，L 2＝L 0＋h ②(1分) 根据：
p 1V 1T 1＝p 2V 2
T 2
③(2分) 得：T 2＝
p 0L 0＋h
L 0p 0－h
T 0④(2分)
答案： (1)ACD (2)①L 0 2h ②
p 0L 0＋h
L 0p 0－h
T 0
6．(1)(5分)下列说法正确的是________． A ．做功和热传递在改变物体内能上是等效的 B ．布朗运动就是液体分子的热运动
C ．分子间的引力和斥力是不能同时存在的，有引力就不会有斥力
D ．一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大
E ．一定质量的理想气体吸热时，其温度不一定升高
(2)(10分)如图所示，一定质量的理想气体从状态A 变化到状态B ，再由状态B 变化到状态C .已知状态A 的温度为300 K.
①求气体在状态B 的温度；
②由状态B 变化到状态C 的过程中，气体是吸热还是放热？简要说明理由．
解析： (1)做功和热传递是改变内能的两种方式，A 正确；布朗运动是固体小颗粒的无规则运动，B 错误；分子间的引力和斥力是同时存在的，C 错误；由于理想气体无分子势能，只有分子动能，分子动能大小由温度决定，故一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大，因此D 正确；若气体吸热的同时也对外界做功则内能就可能减小，温度也就可能降低，故E 正确．
(2)①由理想气体的状态方程p A V A T A ＝p B V B
T B
得气体在状态B 的温度T B ＝
p B V B T A
p A V A
＝1 200 K
②由状态B 到状态C ，气体做等容变化，由查理定律得p B T B ＝p C T C
， 则T C ＝p C p B
T B ＝600 K
气体由状态B 到状态C 为等容变化，气体不做功，但温度降低，内能减小．根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ，ΔU ＜0，W ＝0，故Q ＜0，可知气体要放热．
答案： (1)ADE (2)①1 200 K ②放热
7．(1)(5分)下列有关热现象的叙述，正确的是________． A ．布朗运动是指悬浮在液体中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 ．第二类永动机没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律
D ．一定质量的理想气体在等温变化时，其内能一定不变
E ．热量可以从高温物体传递到低温物体，也可以从低温物体传递到高温物体 (2)(10分)如图所示，L 形一端开口的玻璃管在竖直平面内，管是由粗细不同的两部分组成的，竖直部分粗管的横截面积是水平部分细管横截面积的2倍，管的封闭端水平放置，水平段管长为100 cm ，竖直段管长为30 cm ，在水平管内有一段长为12 cm 的水银封闭着一段长为80 cm 的空气柱．已知气柱的温度为27 ℃，大气压强为75 cmHg ，现对气体缓慢加热，求：当温度上升到119 ℃时，封闭端空气柱的长度．
解析： (2)设水银柱将要进入竖直管内所需温度为t 1，由气体状态方程：
p 1V 1T 1＝p 2V 2
T 2
，p 1＝p 2
解得：T 2＝330 K ，t 1＝57 ℃
设水银柱刚好全部到竖直管内所需温度为t 2，由气体状态方程：p 1V 1T 1＝p 3V 3
T 3
解得：T 3＝405 K ，t 2＝132 ℃
可见119 ℃时水平管内还有水银，设竖直管内水银柱高为x ， 把数据代入对应气体状态方程易得：
75×80
300
＝＋x
－12＋2x
392
解得：x ＝5 cm 所以空气柱长为98 cm 答案： (1)BDE (2)98 cm。