高考物理 专题七 热学 跟踪强化训练16 选修3-3.doc
跟踪强化训练(十六)
1．(2017·河北保定高三期末)(1)(多选)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．高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故
E．即使科技再进步，第二类永动机也不可能制成
(2)如图所示，一根粗细均匀的细玻璃管管口朝上竖直放置，玻璃管中有一段长为h＝24 cm的水银柱封闭了一段长为x0＝23 cm的空气柱，系统初始温度为T0＝200 K，外界大气压恒为p0＝76 cmHg.现将玻璃管开口封闭，将系统温度升至T＝400 K，结果发现管中水银柱上升了2 cm.若空气可以看作理想气体，求升温后玻璃管内封闭的上、下两部分空气的压强．
[解析](1)分子间的引力和斥力都随分子间距离增大而减小，选项A对；布朗运动是固体小颗粒的运动，不是气体或液体分子的运动，选项B错；晶体的原子、分子都是按一定的规则排列的，具有空间上的周期性，选项C对；高原地区水的沸点较低，是高原地区大气压较低的缘故，选项D错；第二类永动机违背了热力学第二定律，一定不能制成，选项E 对．
(2)设升温后下部空气压强为p，玻璃管横截面积为S，对下部气体有p0＋p h x0S
T0
＝
p x0＋2S
T
代入数据得p＝184 cmHg
上部气体压强p′＝p－p h＝160 cmHg
[答案](1)ACE (2)160 cmHg 184 cmHg
2．(2017·广西六校联考)
(1)(多选)如图所示，小朋友坐在滑梯上匀速下滑，在这个过程中________．
A．小朋友的机械能逐渐转化为系统的内能，总能量不变
B．因为能量是守恒的，小朋友的机械能大小不变
C．该过程中产生的内能可以让小朋友再运动到滑梯顶端，而不产生其他影响
D．由于摩擦，小朋友滑过的滑梯温度升高，分子的平均动能增大，但不是其中每一个分子的动能都增大
E．由于摩擦，小朋友的裤子温度升高，分子的平均动能增大
(2)如图所示，导热性能良好的气缸的开口向下，内有体积为V0的理想气体，外界大气压强为p0，环境温度为T0，轻活塞的横截面积为S，轻活塞与气缸之间的摩擦不计．现在活塞下面挂一个质量为m的小桶，活塞缓慢下移，并最终处于某一位置静止不动．已知重力加速度为g.
①求挂上小桶后系统稳定时，气缸内气体的体积V.
②拿掉小桶后，若要保持气缸内气体的体积V不变，环境温度需要升高到多少？气缸吸热还是放热？
[解析](1)小朋友沿滑梯匀速下滑的过程中，动能不变，重力势能减小，故机械能减小，减小的重力势能逐渐转化为系统的内能，总能量不变，选项A正确，B错误；根据热力学第二定律，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，但不是每一个分子的动能都增大，选项D、E正确．
(2)①挂上小桶后，稳定时气缸内气体的压强为p ＝p 0－mg S 气体等温变化，根据玻意耳定律，有p 0V 0＝pV
解得V ＝p 0V 0S p 0S －mg
②最初及末状态，气体压强不变，根据盖－吕萨克定律，有V 0T 0＝V
T
解得T ＝T 0p 0S p 0S －mg
(也可由气体等容变化过程，根据查理定律得p 0T ＝p
T 0，求解T )
气体体积不变，温度升高，气缸要吸热
[答案] (1)ADE (2)①p 0V 0S p 0S －mg ②T 0p 0S p 0S －mg
吸热 3．(2017·石家庄质检)(1)(多选)下列说法中正确的是________．
A ．一定质量的理想气体体积增大时，其内能一定减少
B ．气体的温度降低，某个气体分子热运动的动能可能增加
C ．当水面上方的水蒸气达到饱和状态时，水中不会有水分子飞出水面
D ．气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的
E ．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，会使分子直径计算结果偏大
(2)如图所示，右侧有挡板的导热气缸固定在水平地面上，气缸内部总长为21 cm ，活塞横截面积为10 cm 2
，厚度为1 cm ，给活塞施加一向左的水平恒力F ＝20 N ，稳定时活塞封闭的气柱长度为10 cm.大气压强为1.0×105 Pa ，外界温度为27 ℃，不计摩擦．
①若将恒力F 方向改为水平向右，大小不变，求稳定时活塞封闭气柱的长度；
②若撤去外力F ，将外界温度缓慢升高，当挡板对活塞的作用力大小为60 N 时，求封闭气柱的温度．
[解析] (1)一定质量的理想气体的内能与气体的体积无关，选项A 错误；易知选项B 、
D 、
E 正确；当水面上方的水蒸气达到饱和状态时，回到水中的分子数等于从水面飞出去的分子数，则选项C 错误．
(2)①温度不变，设外力F 方向改变前、后，达到稳定状态时，被封闭气体压强分别为p 1、p 2，气柱长分别为l 1、l 2，则有
p 1＝p 0＋F S
＝1.2×105 Pa p 2＝p 0－F S
＝0.8×105 Pa V 1＝l 1S ，V 2＝l 2S
根据玻意耳定律，有p 1V 1＝p 2V 2
解得l 2＝15 cm
②设封闭气柱升温前、后温度分别为T 1、T 3，升温后气柱长度为l 3
T 1＝300 K ，l 3＝(21－1) cm ＝20 cm
最后气体压强p 3＝p 0＋F ′S
＝1.6×105 Pa V 3＝l 3S
根据理想气体状态方程得
p 1V 1T 1＝p 3V 3T 3
解得：T 3＝800 K
此时封闭气柱的温度为t 3＝527 ℃
[答案] (1)BDE (2)①15 cm ②527 ℃
4．(2017·四川成都二诊)(1)(多选)下列说法正确的是________．
A ．空气中PM2.5的运动属于分子热运动
B ．露珠呈球形是由于液体表面张力的作用
C ．液晶显示屏是利用液晶光学性质各向同性制成的
D ．不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响
E ．热力学温标的最低温度为0 K ，热力学温度的单位是物理学的基本单位之一
(2)如图所示，长为2a ＝20 cm 、底面积S ＝10 cm 2的薄壁气缸放在水平面上，气缸内有一厚度不计的活塞，活塞与墙壁之间连接一个劲度系数k ＝250 N/m 的轻弹簧，气缸与活塞的质量相等，均为m ＝5 kg.当气缸内气体(可视为理想气体)的温度为t 0＝27 ℃、压强为p 0＝1×105 Pa 时，活塞恰好位于气缸的中央位置，且弹簧处于原长状态．已知大气压强p 0＝1×105 Pa ，重力加速度g ＝10 m/s 2，气缸与水平面间的动摩擦因数μ＝0.1，气缸与水平面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，气缸内壁光滑，气缸和活塞气密性良好．现用电热丝对气缸内的气体缓慢加热．求：
①气缸恰开始滑动时，气缸内气体的温度；
②活塞恰好滑到气缸最右端(未脱离气缸)时，气缸内气体的温度．
[解析] (1)空气中PM2.5的运动是漂浮在空气中的微粒的运动，不是分子热运动，选项A 错误．露珠呈球形是由于液体表面张力的作用，选项B 正确．液晶显示屏是利用液晶光学性质各向异性制成的，选项C 错误．由热力学第二定律可知，不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响，选项D 正确．热力学温标的最低温度为0 K ，热力学温度的单位是物理学的基本单位之一，选项E 正确．
(2)①当气缸恰好开始滑动时，对气缸有p 0S ＋μ(m ＋m )g ＝p 1S
设在此过程中活塞向右移动了x 1，对活塞有p 1S ＝p 0S ＋kx 1
得p 1＝p 0＋2μmg S ，x 1＝2μmg k
由理想气体状态方程有p 0Sa T 0＝p 1a ＋x 1S T 1
其中T 0＝t 0＋273 K ＝300 K
得T 1＝? ????p 0＋2μmg S ? ??
??a ＋2μmg k p 0a T 0
代入数据解得T 1＝462 K
②缓慢加热，气缸处于平衡状态
气缸滑动过程中，对气缸有p 0S ＋μ(m ＋m )g ＝p 2S
因气体压强p 2＝p 1，故气体做等压变化，活塞向右移动距离x 1后不再移动
由理想气体状态方程有
a ＋x 1S T 1＝2aS T 2 得T 2＝2a ? ??
??a ＋2μmg k T 1 代入数据解得T 2＝660 K
[答案] (1)BDE (2)①462 K ②660 K
5．(2017·广州市普通高中综合测试)(1)夏天，如果自行车内胎充气过足，又放在阳光下暴晒，车胎极易爆裂，暴晒过程中可以认为内胎容积几乎不变．在爆裂前的过程中，气体
吸热、温度升高，________加剧，压强增大，气体内能________；在车胎突然爆裂的瞬间，气体内能________．
(2)如图，孔明灯的质量m ＝0.2 kg 、体积恒为V ＝1 m 3
，空气初温t 0＝27 ℃，大气压强p 0＝1.013×105 Pa ，该条件下空气密度ρ0＝1.2 kg/m 3.重力加速度g ＝10 m/s 2.对灯内气体缓慢加热，直到灯刚能浮起时，求：
①灯内气体密度ρ；
②灯内气体温度t .
[解析] (1)自行车车胎在暴晒的过程中，车胎内气体吸热，温度升高，分子热运动加剧，分子平均动能增加，而气体的体积不变，单位体积内的分子数不变，因此气体压强增大，气体内能增大；突然爆裂的瞬间气体对外界做功，其内能应减小．
(2)①设加热至温度T ，灯内气体密度为ρ，孔明灯刚能浮起，有
ρ0Vg ＝mg ＋ρVg
解得ρ＝1.0 kg/m 3
②孔明灯底部开口，说明灯内气体压强不变．以t 0＝27 ℃(热力学温度为T 0)时灯内气体为研究对象(初始体积V 0)，设加热后体积膨胀至V ′，有V 0T 0＝
V ′T
又因为灯内原有气体总质量不变，则ρ0V 0＝ρV ′
联立代入T ＝273＋t ，解得T ＝360 K ，即t ＝87 ℃
[答案] (1)分子热运动 增大 减小 (2)①1.0 kg/m 3 ②87 ℃
6．(2017·甘肃兰州高考诊断)(1)(多选)下列说法正确的是________．
A ．布朗运动就是液体分子的热运动
B ．物体温度升高，并不表示物体内所有分子的动能都增大
C ．内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化
D ．分子间距等于分子间平衡距离时，分子势能最小
E ．一切自然过程总是向分子热运动的无序性增大的方向进行
(2)一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化．问：
①已知从A 到B 的过程中，气体的内能减少了300 J ，则从A 到B 气体吸收或放出的热量是多少？
②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 ＝300 K ，则气体在状态A 时的温度为多少？
[解析] (1)布朗运动是悬浮在液体中微粒的运动，反映了液体分子无规则的热运动，选项A 错误．物体温度升高，分子平均动能增大，并不表示物体内所有分子的动能都增大，选项B 正确．根据热力学第二定律，内能可以全部转化为机械能，但一定会引起其他变化，选项C 错误．分子间距等于分子间平衡距离时，分子势能最小，选项D 正确．根据熵增加原理，一切自然过程总是向分子热运动的无序性增大的方向进行，选项E 正确．
(2)①从A 到B ，外界对气体做功
有W ＝pΔV ＝15×104×(8－2)×10－3
J ＝900 J
根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q Q ＝ΔU －W ＝－1200 J ，气体放热1200 J
②由图可知p B v B ＝p C V C ，故T B ＝T C
根据理想气体状态方程有p A V A T A ＝p C V C T C
代入图中数据可得T A ＝1200 K
[答案] (1)BDE (2)①1200 J ②1200 K