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專(zhuān)題突破練16　熱學(xué) (時(shí)間:45分鐘　滿分:100分) 一、選擇題(共8小題,每小題5分,共40分。填正確答案標(biāo)號(hào)。每個(gè)題選對(duì)1個(gè)得2分,選對(duì)2個(gè)得4分,選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分,最低得0分) 1.〔2018全國(guó)卷Ⅲ33(1)〕 如圖,一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,其過(guò)程如p-V圖中從a到b的直線所示。在此過(guò)程中　　　　。 A.氣體溫度一直降低 B.氣體內(nèi)能一直增加 C.氣體一直對(duì)外做功 D.氣體一直從外界吸熱 E.氣體吸收的熱量一直全部用于對(duì)外做功 2.(2018福建龍巖一模)關(guān)于氣體的內(nèi)能和熱力學(xué)定律,下列說(shuō)法正確的是　　　　。 A.對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能 B.質(zhì)量和溫度都相同的氣體,內(nèi)能一定相同 C.熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體 D.一定量的理想氣體在等壓膨脹過(guò)程中,內(nèi)能一定增加 E.一定量的理想氣體溫度越高,氣體分子運(yùn)動(dòng)越劇烈,氣體內(nèi)能越大 3.(2018山東淄博一中三模)下列說(shuō)法正確的是　　　　。 A.相對(duì)濕度與同一溫度時(shí)水的飽和汽壓無(wú)關(guān) B.松香在熔化過(guò)程中溫度升高,但分子的平均動(dòng)能不變 C.若一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí),則兩系統(tǒng)溫度一定相同 D.若一定質(zhì)量的理想氣體被壓縮且吸收熱量,則壓強(qiáng)一定增大 E.液體的表面張力是由于液體表面層分子間距離略大于平衡距離而產(chǎn)生的 4.(2018山東青島二模)下列說(shuō)法正確的是　　　　。 A.液體表面張力的方向與液面垂直并指向液體內(nèi)部 B.單晶體具有各向異性的性質(zhì) C.絕對(duì)濕度大,相對(duì)濕度不一定大 D.根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,機(jī)械能不可能全部轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能 E.液晶具有液體的流動(dòng)性,同時(shí)具有晶體的各向異性特征 5.(2018河北邢臺(tái)期末)關(guān)于分子動(dòng)理論和物體的內(nèi)能,下列說(shuō)法正確的是　　　　。 A.熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體 B.物體放出熱量,其內(nèi)能一定減少 C.溫度高的物體的內(nèi)能一定大,但分子平均動(dòng)能不一定大 D.若兩分子間的距離減小,則分子間的引力和分子間的斥力均增大 E.若分子間的作用力表現(xiàn)為斥力,則分子間的勢(shì)能隨分子間距離的減小而增大 6.(2018遼寧大連二模)下列說(shuō)法中正確的是　　　　。 A.單晶體和多晶體均存在固定的熔點(diǎn) B.空氣相對(duì)濕度越大,空氣中水蒸氣壓強(qiáng)越接近飽和汽壓,水蒸發(fā)越快 C.液晶的光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似,具有各向異性 D.用油膜法估測(cè)分子大小時(shí),用油酸溶液體積除以油膜面積,可估測(cè)油酸分子的直徑 E.由于液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離,所以液體表面存在張力 7. (2018山西太原三模)如圖所示,在斯特林循環(huán)的p-V圖象中,一定質(zhì)量理想氣體從狀態(tài)a依次經(jīng)過(guò)狀態(tài)b、c和d后再回到狀態(tài)a,整個(gè)過(guò)程由兩個(gè)等溫和兩個(gè)等容過(guò)程組成。下列說(shuō)法正確的是　　　　。 A.從a到b,氣體的溫度一直升高 B.從b到c,氣體與外界無(wú)熱量交換 C.從c到d,氣體對(duì)外放熱 D.從d到a,單位體積中的氣體分子數(shù)目增大 E.從b到c氣體吸收的熱量與從d到a氣體放出的熱量相同 8. (2018江西師范大學(xué)附中三模)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始,經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程ab、bc、ca回到原狀態(tài),其p-T圖象如圖所示,下列判斷正確的是　　　　。 A.過(guò)程ab中是等容變化 B.過(guò)程bc中氣體既不吸熱也不放熱 C.過(guò)程ca中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱 D.a、b和c三個(gè)狀態(tài)中,狀態(tài)a分子的平均動(dòng)能最小 E.b和c兩個(gè)狀態(tài)中,容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同 二、計(jì)算題(本題共4個(gè)小題,共60分) 9.(15分)〔2018全國(guó)卷Ⅱ33(2)〕 如圖,一豎直放置的汽缸上端開(kāi)口,汽缸壁內(nèi)有卡口a和b,a、b間距為h,a距缸底的高度為H;活塞只能在a、b間移動(dòng),其下方密封有一定質(zhì)量的理想氣體。已知活塞質(zhì)量為m,面積為S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均絕熱,不計(jì)它們之間的摩擦,開(kāi)始時(shí)活塞處于靜止?fàn)顟B(tài),上、下方氣體壓強(qiáng)均為p0,溫度均為T(mén)0?，F(xiàn)用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體,直至活塞剛好到達(dá)b處,求此時(shí)汽缸內(nèi)氣體的溫度以及在此過(guò)程中氣體對(duì)外所做的功。重力加速度大小為g。 10. (15分)(2018山西孝義一模)如圖所示,容器A和汽缸B都能導(dǎo)熱,均處于27 ℃的環(huán)境中,汽缸B上方與大氣連通,大氣壓強(qiáng)為p0=1.0105 Pa。開(kāi)始時(shí)閥門(mén)K關(guān)閉。A內(nèi)為真空,其容積VA=1.2 L,B內(nèi)活塞橫截面積S=100 cm2、質(zhì)量m=1 kg,活塞下方充有理想氣體,其體積VS=4.8 L。活塞上方恰與汽缸上部接觸但沒(méi)有彈力。A與B間連通細(xì)管體積不計(jì),打開(kāi)閥門(mén)K后使活塞緩慢下移。不計(jì)摩擦,g取10 m/s2。 (1)求穩(wěn)定后活塞的位置及活塞下移過(guò)程中汽缸B內(nèi)氣體對(duì)活塞做的功。 (2)穩(wěn)定后將閥門(mén)K再次關(guān)閉,然后把整個(gè)裝置放置于207 ℃的恒溫槽中。求活塞穩(wěn)定后汽缸B內(nèi)氣體的壓強(qiáng)。 11. (15分)(2018山西晉中適應(yīng)性調(diào)研)一端開(kāi)口的長(zhǎng)直圓筒,在開(kāi)口端放置一個(gè)傳熱性能良好的活塞,活塞與筒壁無(wú)摩擦且不漏氣?，F(xiàn)將圓筒開(kāi)口端豎直向下緩慢地放入27 ℃的水中。當(dāng)筒底與水平面平齊時(shí),恰好平衡,這時(shí)筒內(nèi)空氣柱長(zhǎng)52 cm,如圖所示。當(dāng)水溫緩慢升至87 ℃,試求穩(wěn)定后筒底露出水面多少?(不計(jì)筒壁及活塞的厚度,不計(jì)活塞的質(zhì)量,圓筒的質(zhì)量為M,水密度ρ水,大氣壓強(qiáng)p0) 12. (15分)(2018河南新鄉(xiāng)三模)如圖甲所示,粗細(xì)均勻、橫截面積為S的足夠長(zhǎng)的導(dǎo)熱細(xì)玻璃管豎直放置,管內(nèi)用質(zhì)量為m的水銀柱密封著一定質(zhì)量的理想氣體,當(dāng)環(huán)境溫度為T(mén)(熱力學(xué)溫度),大氣壓強(qiáng)為p0時(shí),理想氣體的長(zhǎng)度為l0,現(xiàn)保持溫度不變,將玻璃管緩慢水平放置。重力加速度為g,不計(jì)摩擦。求: (1)穩(wěn)定后氣柱的長(zhǎng)度; (2)若將環(huán)境溫度降為T(mén)3(熱力學(xué)溫度),將玻璃管平放于光滑水平桌面上并讓其以加速度a向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)(如圖乙所示),求穩(wěn)定后的氣柱長(zhǎng)度。  專(zhuān)題突破練16　熱學(xué) 一、選擇題(共8小題,每小題5分,共40分。填正確答案標(biāo)號(hào)。每個(gè)題選對(duì)1個(gè)得2分,選對(duì)2個(gè)得4分,選對(duì)3個(gè)得5分。每選錯(cuò)1個(gè)扣3分,最低得0分) 1.BCD　解析 根據(jù)理想氣體方程pVT=C,氣體的壓強(qiáng)和體積都增加,所以氣體溫度升高,內(nèi)能增加,A錯(cuò)、B對(duì);氣體的體積增大,氣體對(duì)外做功,C對(duì);根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,其中ΔU>0,W<0,所以Q>0,從外界吸收熱量,D對(duì);氣體吸收的熱量,一部分對(duì)外做功,另一部分增加了氣體的內(nèi)能,E錯(cuò)。 2.ADE　解析 做功和熱傳遞都能改變內(nèi)能;所以對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能,故A正確;質(zhì)量和溫度都相同的氣體,內(nèi)能不一定相同,還和氣體的種類(lèi)有關(guān),故B錯(cuò)誤;根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,C錯(cuò)誤;由蓋—呂薩克定律可知,理想氣體在等壓膨脹過(guò)程中氣體溫度升高,氣體內(nèi)能增加,故D正確;一定量的理想氣體溫度越高,氣體分子運(yùn)動(dòng)越劇烈,其內(nèi)能越大,故E正確;故選ADE。 3.CDE　解析 根據(jù)相對(duì)濕度的定義可知,相對(duì)濕度等于實(shí)際的水蒸氣壓強(qiáng)與同一溫度下水的飽和汽壓之比,所以相對(duì)濕度與同一溫度水的飽和汽壓有關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;松香在熔化過(guò)程中溫度升高,分子的平均動(dòng)能變大,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;若一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí),則兩系統(tǒng)溫度一定相同,選項(xiàng)C正確;若一定質(zhì)量的理想氣體被壓縮且吸收熱量,則內(nèi)能一定變大,溫度升高,由pVT=C可知壓強(qiáng)一定增大,選項(xiàng)D正確;液體的表面張力是由于液體表面層分子間距離略大于平衡距離,使得表面層分子表現(xiàn)為引力而產(chǎn)生的,選項(xiàng)E正確;故選CDE。 4.BCE　解析 表面張力產(chǎn)生在液體表面層,它的方向平行于液體表面,而非與液面垂直,A錯(cuò)誤;單晶體具有各向異性的性質(zhì),B正確;對(duì)于不同的壓強(qiáng)和溫度,飽和汽壓不同,故絕對(duì)濕度大時(shí)相對(duì)濕度不一定大,C正確;熱力學(xué)第二定律有不同的表述:不可能從單一熱源吸熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響;熱量不可以全部轉(zhuǎn)化為功,但是機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,D錯(cuò)誤;根據(jù)液晶特點(diǎn)和性質(zhì)可知:液晶既有液體的流動(dòng)性,又具有單晶體的各向異性,E正確;故選BCE。 5.ADE　解析 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體,但要引起其他的變化,選項(xiàng)A正確;根據(jù)熱力學(xué)第一定律,ΔU=W+Q,則物體放出熱量,若對(duì)外做功,其內(nèi)能不一定減少,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;溫度高的物體的分子平均動(dòng)能一定大,但內(nèi)能不一定大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若兩分子間的距離減小,則分子間的引力和分子間的斥力均增大,選項(xiàng)D正確;若分子間的作用力表現(xiàn)為斥力,則隨分子間距離的減小,分子力做負(fù)功,則分子間的勢(shì)能增大,選項(xiàng)E正確;故選ADE。 6.ACE　解析 單晶體和多晶體均存在固定的熔點(diǎn),選項(xiàng)A正確;空氣相對(duì)濕度越大,空氣中水蒸氣壓強(qiáng)越接近飽和汽壓,水蒸發(fā)越慢,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;液晶的光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似,具有各向異性,選項(xiàng)C正確;用油膜法估測(cè)分子大小時(shí),用油酸溶液中含有的純油酸的體積除以油膜面積,可估測(cè)油酸分子的直徑,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;由于液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離,所以液體表面存在張力,選項(xiàng)E正確;故選ACE。 7.ACD　解析 從a到b,體積不變,壓強(qiáng)增大,溫度一直升高,A正確;從b到c,溫度不變,內(nèi)能不變,壓強(qiáng)減小,體積增大,對(duì)外做功,氣體從外界吸收熱量,B錯(cuò)誤;從c到d,體積不變,壓強(qiáng)減小,溫度降低,內(nèi)能減小,氣體對(duì)外放熱,C正確;從d到a,溫度不變,壓強(qiáng)增大,體積減小,單位體積中的氣體分子數(shù)目增大,D正確;從b到c氣體吸收的熱量等于氣體對(duì)外做的功,從d到a氣體放出的熱量等于外界對(duì)氣體做的功,兩個(gè)過(guò)程體積變化相同,但壓強(qiáng)不同,做的功不同,所以從b到c氣體吸收的熱量與從d到a氣體放出的熱量不同,E錯(cuò)誤。故選ACD。 8.ADE　解析 由題圖可知,ab過(guò)程,氣體壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比,則氣體發(fā)生等容變化,A正確;bc過(guò)程氣體發(fā)生等溫變化,氣體內(nèi)能不變,壓強(qiáng)減小,由玻意耳定律可知,體積增大,氣體對(duì)外做功,由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知,氣體吸熱,故B錯(cuò)誤;由圖象可知,ca過(guò)程氣體壓強(qiáng)不變,溫度降低,由蓋—呂薩克定律可知,其體積減小,外界對(duì)氣體做功,W>0,氣體溫度降低,內(nèi)能減少,ΔU<0,由熱力學(xué)第一定律可知,氣體要放出熱量,過(guò)程ca中外界對(duì)氣體所做的功小于氣體所放熱量,故C錯(cuò)誤;a、b和c三個(gè)狀態(tài)中,a狀態(tài)的溫度最低,溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,故分子平均動(dòng)能最小,故D正確;由圖象可知,bc過(guò)程氣體發(fā)生等溫變化,氣體內(nèi)能不變,壓強(qiáng)減小,由玻意耳定律可知,體積增大,b、c狀態(tài)氣體的分子數(shù)密度不同,b和c兩個(gè)狀態(tài)中,容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同,故E正確。 二、計(jì)算題(本題共4個(gè)小題,共60分) 9.答案 (1+hH)1+mgp0ST0　(p0S+mg)h 解析 開(kāi)始時(shí)活塞位于a處,加熱后,汽缸中的氣體先經(jīng)歷等容過(guò)程,直至活塞開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。設(shè)此時(shí)汽缸中氣體的溫度為T(mén)1,壓強(qiáng)為p1,根據(jù)查理定律有p0T0=p1T1 ① 根據(jù)力的平衡條件有p1S=p0S+mg ② 聯(lián)立①②式可得T1=1+mgp0ST0 ③ 此后,汽缸中的氣體經(jīng)歷等壓過(guò)程,直至活塞剛好到達(dá)b處,設(shè)此時(shí)汽缸中氣體的溫度為T(mén)2;活塞位于a處和b處時(shí)氣體的體積分別為V1和V2。根據(jù)蓋—呂薩克定律有V1T1=V2T2 ④ 式中V1=SH ⑤ V2=S(H+h) ⑥ 聯(lián)立③④⑤⑥式解得 T2=1+hH1+mgp0ST0 ⑦ 從開(kāi)始加熱到活塞到達(dá)b處的過(guò)程中,汽缸中的氣體對(duì)外做的功為 W=(p0S+mg)h ⑧ 10.答案 (1)距汽缸頂部0.12 m　-121.2 J (2)1.212105 Pa 解析 (1)未打開(kāi)閥門(mén)K時(shí)有: pB=p0S+mgS=1.01105 Pa 打開(kāi)閥門(mén)后,活塞緩慢下降。 如果活塞穩(wěn)定時(shí)停留在汽缸底部,則此時(shí)氣體體積減小為1.2 L,壓強(qiáng)會(huì)大于pB,不符合實(shí)際,故最終活塞未與汽缸底部接觸。所以氣體的溫度、壓強(qiáng)均未變化,則體積也不變,設(shè)最終汽缸B中氣體體積為V1 則有:VS=VA+V1,代入數(shù)據(jù)解得:V1=3.6 L。 活塞下移距離為: d=VS-V1S=(4.8-3.6)10-310010-4 m=0.12 m 所以穩(wěn)定后活塞的位置距汽缸頂部為0.12 m。 氣體對(duì)活塞的作用力為:pS=p0S+mg=11050.01 N+10 N=1 010 N 做功為:W=-pSd=-1 0100.12 J=-121.2 J。 (2)閥門(mén)K關(guān)閉,整個(gè)裝置放置于207 ℃的恒溫槽中,則活塞將上升,如果氣體發(fā)生等壓變化,設(shè)最終體積為V2,根據(jù)查理定律:V2T2=V1T1, 解得:V2=5.76 L>VB=4.8 L 說(shuō)明活塞最終停在汽缸頂部,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有:pBV1T1=pBVST2 代入數(shù)據(jù)解得:pB=1.212105 Pa。 11.答案 10.4 cm 解析 設(shè)氣體壓強(qiáng)為p,活塞橫截面積為S。所以p=p0+ρ水gh ① 以圓筒作為研究對(duì)象,有 pS-p0S=Mg ② 聯(lián)立①②兩式,得ρ水ghS=Mg 所以h=Mgρ水gS 可見(jiàn),當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),液面高度保持不變,氣體為等壓變化。 以氣體作為研究對(duì)象,設(shè)穩(wěn)定后筒底露出水面的高度為x 有V1T1=V2T2 代入數(shù)據(jù),有S52300=S(52+x)360 所以x=10.4 cm。 12.答案 (1)(mg+p0S)l0p0S　(2)p0S+mg3(p0S-ma)l0 解析 (1)初始時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng) p1=p0+mgS 水平放置時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)p2=p0 由理想氣體方程可得:p1l0S=p2lS 解得l=(mg+p0S)l0p0S (2)當(dāng)環(huán)境溫度降為T(mén)3時(shí),有:l2ST1=l3ST2 其中T1=T,T2=T13,l2=l 得l3=l3 當(dāng)玻璃管向左以加速度a做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)。有 (p0-p3)S=ma p3l4=p0l3 解得:l4=p0S+mg3(p0S-ma)l0。