还剩45页未读，
继续阅读
所属成套资源：山东专用高考物理一轮复习专题成套模拟集训含解析
成套系列资料，整套一键下载
山东专用高考物理一轮复习专题十四热学_模拟集训含解析
展开
这是一份山东专用高考物理一轮复习专题十四热学_模拟集训含解析，共48页。
专题十四 热学
【5年高考】
考点一 分子动理论、内能
[2018课标Ⅱ,33(1),5分](多选)对于实际的气体,下列说法正确的是 ( )
A.气体的内能包括气体分子的重力势能
B.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能
C.气体的内能包括气体整体运动的动能
D.气体的体积变化时,其内能可能不变
E.气体的内能包括气体分子热运动的动能
答案 BDE
考点二 热力学定律与能量守恒
1.(2020天津,5,5分)水枪是孩子们喜爱的玩具,常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体,达到一定压强后,关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开,水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中,罐内气体温度始终保持不变,则气体 ( )
A.压强变大 B.对外界做功
C.对外界放热 D.分子平均动能变大
答案 B
2.[2017课标Ⅲ,33(1),5分](多选)如图,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到初态a。下列说法正确的是 ( )
A.在过程ab中气体的内能增加
B.在过程ca中外界对气体做功
C.在过程ab中气体对外界做功
D.在过程bc中气体从外界吸收热量
E.在过程ca中气体从外界吸收热量
答案 ABD
3.[2017课标Ⅱ,33(1),5分](多选)如图,用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是 ( )
A.气体自发扩散前后内能相同
B.气体在被压缩的过程中内能增大
C.在自发扩散过程中,气体对外界做功
D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功
E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变
答案 ABD
4.[2020课标Ⅱ,33(1),5分]下列关于能量转换过程的叙述,违背热力学第一定律的有 ,不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有 。(填正确答案标号)
A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B.冷水倒入保温杯后,冷水和杯子的温度都变得更低
C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功,而不产生其他影响
D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
答案 B C
5.[2019课标Ⅲ,33(2),10分]如图,一粗细均匀的细管开口向上竖直放置,管内有一段高度为2.0cm的水银柱,水银柱下密封了一定量的理想气体,水银柱上表面到管口的距离为2.0cm。若将细管倒置,水银柱下表面恰好位于管口处,且无水银滴落,管内气体温度与环境温度相同。已知大气压强为76cmHg,环境温度为296K。
(ⅰ)求细管的长度;
(ⅱ)若在倒置前,缓慢加热管内被密封的气体,直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止,求此时密封气体的温度。
答案 (ⅰ)41cm (ⅱ)312K
6.[2018课标Ⅱ,33(2),10分]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。
答案 1+hH1+mgp0ST0 (p0S+mg)h
7.[2019课标Ⅰ,33(2),10分]热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时,先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中,然后炉腔升温,利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理,改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3,炉腔抽真空后,在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2m3,使用前瓶中气体压强为1.5×107Pa,使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106Pa;室温温度为27℃。氩气可视为理想气体。
(ⅰ)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强;
(ⅱ)将压入氩气后的炉腔加热到1227℃,求此时炉腔中气体的压强。
答案 (ⅰ)3.2×107Pa (ⅱ)1.6×108Pa
8.[2020课标Ⅰ,33(2),10分]甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体)。甲罐的容积为V,罐中气体的压强为p;乙罐的容积为2V,罐中气体的压强为12p。现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去,两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变,调配后两罐中气体的压强相等。求调配后
(ⅰ)两罐中气体的压强;
(ⅱ)甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。
答案 (ⅰ)23p (ⅱ)23
9.(2020山东等级考,15,7分)中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上,进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种,如图所示,左侧为火罐,下端开口;右侧为抽气拔罐,下端开口,上端留有抽气阀门。使用火罐时,先加热罐中气体,然后迅速按到皮肤上,自然降温后火罐内部气压低于外部大气压,使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上,再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时,罐内气体初始压强与外部大气压相同,温度为450K,最终降到300K,因皮肤凸起,内部气体体积变为罐容积的2021。若换用抽气拔罐,抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的2021,罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体,忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。
答案 13
[教师专用题组]
【5年高考】
考点一 分子动理论、内能
1.(2017北京理综,13,6分)以下关于热运动的说法正确的是 ( )
A.水流速度越大,水分子的热运动越剧烈
B.水凝结成冰后,水分子的热运动停止
C.水的温度越高,水分子的热运动越剧烈
D.水的温度升高,每一个水分子的运动速率都会增大
答案 C 本题考查分子动理论。温度是分子热运动平均动能的标志,故温度越高,分子热运动越剧烈。分子热运动的剧烈程度与机械运动速度大小无关,故选项A错C对;水凝结成冰后,分子热运动依然存在,B项错误;温度升高,分子运动的平均速率增大,但不是每个分子的运动速率都会增大,D项错误。
易错点拨 分子热运动与物体运动、物态变化的关系
水流速度大,只是说明水流整体运动的动能大,是宏观运动的表现,而分子热运动是指物体内部的分子微观层面的运动,两者没有必然联系;水凝结成冰的过程,温度保持不变,分子热运动的平均动能不变,这一过程中物体放出热量,内能减少。
2.(2016北京理综,20,6分)雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中,各种悬浮颗粒物形状不规则,但可视为密度相同、直径不同的球体,并用PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10μm、2.5μm的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)。
某科研机构对北京地区的检测结果表明,在静稳的雾霾天气中,近地面高度百米的范围内,PM10的浓度随高度的增加略有减小,大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小,且两种浓度分布基本不随时间变化。
据此材料,以下叙述正确的是 ( )
A.PM10表示直径小于或等于1.0×10-6m的悬浮颗粒物
B.PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力
C.PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动
D.PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大
答案 C PM10的直径小于或等于10×10-6m=1.0×10-5m,A错误;处于静稳态的颗粒受力平衡,B错误;布朗运动是悬浮颗粒物的无规则运动,C正确;根据题意不能判断PM2.5的浓度随高度的增加而增大,D错误。
失分警示 本题易错选D而失分,题目中明确提出“近地面高度百米的范围内,PM10的浓度随高度的增加略有减小,大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小”,并没有明确PM2.5的浓度随高度的变化情况。
3.[2015课标Ⅱ,33(1),5分,0.425](多选)关于扩散现象,下列说法正确的是 。
A.温度越高,扩散进行得越快
B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应
C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生
E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的
答案 ACD 扩散现象是分子无规则热运动的反映,C正确,E错误;温度越高,分子热运动越激烈,扩散越快,A正确;气体、液体、固体的分子都在不停地进行着热运动,扩散现象在气体、液体和固体中都能发生,D正确;在扩散现象中,分子本身结构没有发生变化,不属于化学变化,B错误。
解题关键 扩散现象:不同物质能够彼此进入对方的现象。扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的。固体、液体和气体中都能发生扩散现象。扩散现象的快慢与温度有关。
4.[2015山东理综,37(1)]墨滴入水,扩而散之,徐徐混匀。关于该现象的分析正确的是 ( )
A.混合均匀主要是由于碳粒受重力作用
B.混合均匀的过程中,水分子和碳粒都做无规则运动
C.使用碳粒更小的墨汁,混合均匀的过程进行得更迅速
D.墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的
答案 BC 墨汁与水混合均匀的过程,是水分子和碳粒做无规则运动的过程,这种运动与重力无关,也不是化学反应引起的。微粒越小、温度越高,无规则运动越剧烈,可见,B、C正确,A、D均错。
5.(2019北京理综,15,6分)下列说法正确的是 ( )
A.温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度
B.内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和
C.气体压强仅与气体分子的平均动能有关
D.气体膨胀对外做功且温度降低,分子的平均动能可能不变
答案 A 本题为热学中的基本概念的辨析问题,主要考查考生对物理观念的理解能力,体现了能量观念、模型建构等核心素养。
温度是分子平均动能的标志,故A项正确;内能是所有分子的分子动能与分子势能的总和,B错误;气体压强与气体分子的平均动能和分子密集程度有关,故C错误;气体温度降低,则气体分子的平均动能减小,故D错误。
试题评析 物理观念是物理学科重要的核心素养之一,体现着人们对客观事实的基本认识。这些认识往往以基本的物理概念呈现,是否牢固掌握这些概念,体现着对物理认识水平的高低,所以用辨析题目考查这些概念是高考中的常见形式。
6.(2018北京理综,14,6分)关于分子动理论,下列说法正确的是 ( )
A.气体扩散的快慢与温度无关
B.布朗运动是液体分子的无规则运动
C.分子间同时存在着引力和斥力
D.分子间的引力总是随分子间距增大而增大
答案 C 本题考查分子动理论。温度是分子热运动平均动能的标志,温度越高,分子运动越剧烈,气体扩散越快,A错;布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动,不是液体分子的运动,B错;分子间同时存在着引力和斥力,且随着分子间距的增大,引力和斥力均减小,故C对、D错。
易错点拨 分子力与分子间距离的关系
分子间同时存在引力与斥力,两力的大小均与分子间距有关,分子力是指这两个力的合力,下图为斥力f斥、引力f引及分子力f分随分子间距离r的变化关系图线。
7.(2017课标Ⅰ,33,15分)(1)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 。
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
答案 ABC 本题考查气体分子速率及分布率。
每条曲线下面积的意义是各种速率的分子总和占总分子数的百分比,故面积为1,A正确、D错误。气体温度越高,分子无规则运动越剧烈,分子平均动能越大,大速率的分子所占的百分比越大,故虚线对应的温度较低,B、C皆正确。由图中0~400m/s区间图线下的面积可知0℃时出现在0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大,E错误。
8.[2016课标Ⅲ,33(1),5分](多选)关于气体的内能,下列说法正确的是 ( )
A.质量和温度都相同的气体,内能一定相同
B.气体温度不变,整体运动速度越大,其内能越大
C.气体被压缩时,内能可能不变
D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加
答案 CDE 由于非理想气体分子间作用力不可忽略,内能包括分子势能,则气体的内能与体积有关,再者即使是理想气体,内能取决于温度和分子数目,质量相同的气体,当分子数目不同、温度相同时,内能也不相同,故A项错误;物体的内能与其机械运动无关,B项错误;由热力学第一定律知,气体被压缩时,若同时向外散热,则内能可能保持不变,C项正确;对于一定量的某种理想气体,体积变化时分子势能不变,其内能只取决于分子平均动能的变化,而温度是分子平均动能的标志,所以D项正确;由理想气体状态方程pVT=C知,p不变V增大,则T增大,故E项正确。
考查点 内能、热力学第一定律
温馨提示 ①物体的内能与物体的机械运动无关。
②一定量的实际气体的内能与气体体积、温度都有关。而一定量的理想气体的内能只与温度有关。
9.[2019江苏单科,13A(2)(3)](2)由于水的表面张力,荷叶上的小水滴总是球形的。在小水滴表面层中,水分子之间的相互作用总体上表现为 (选填“引力”或“斥力”)。分子势能Ep和分子间距离r的关系图像如图甲所示,能总体上反映小水滴表面层中水分子Ep的是图甲中 (选填“A”“B”或“C”)的位置。
图甲
图乙
(3)如图乙所示,一定质量理想气体经历A→B的等压过程,B→C的绝热过程(气体与外界无热量交换),其中B→C过程中内能减少900J。求A→B→C过程中气体对外界做的总功。
答案 (1)引力 C (2)1500J
解析 (1)本题考查了液体的表面张力,体现了运动和相互作用观念的素养要素。
液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,则液体表面层分子间作用力表现为分子间引力。当分子间引力和斥力相等时分子势能最小,而此时分子力表现为引力,分子间距离应大于最小分子势能对应的距离,故应是图像中C位置。
(2)本题考查了热力学第一定律的应用与学生的综合分析能力和理解能力,体现了科学探究中的问题和证据的素养要素。
A→B过程,W1=-p(VB-VA);B→C过程,根据热力学第一定律,W2=ΔU;则气体对外界做的总功W=-(W1+W2),代入数据得W=1500J。
易错警示 对分子势能随分子间距离变化的图像与分子间作用力随分子间距离变化的关系认识不清楚而出现错误。
审题指导 ①等压做功,W1=p·ΔV。
②绝热过程中Q=0,故W2=ΔU。
考点二 固体、液体和气体
1.(2016江苏单科,12A,12分)(1)在高原地区烧水需要使用高压锅。水烧开后,锅内水面上方充满饱和汽。停止加热,高压锅在密封状态下缓慢冷却。在冷却过程中,锅内水蒸气的变化情况为 。
A.压强变小 B.压强不变
C.一直是饱和汽 D.变为未饱和汽
答案 AC 高压锅在密封状态下,因为冷却过程是缓慢进行的,所以水和水蒸气保持动态平衡,即水蒸气一直是饱和汽,故C对D错。饱和汽压随温度的降低是减小的,故A对B错。
2.[2015课标Ⅰ,33(1),5分]下列说法正确的是 ( )
A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体
B.固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上有不同的光学性质
C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体
E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变
答案 BCD晶体被敲碎后,其空间点阵结构未变,仍是晶体,A错误;单晶体光学性质各向异性,B正确;同种元素由于空间的排列结构而形成不同物质的晶体,C正确;如果外界条件改变了分子或原子的空间排列结构,晶体和非晶体之间可以互相转化,D正确;在晶体熔化过程中,分子势能会发生改变,内能也会改变,E错误。
3.[2014课标Ⅱ,33(1),5分]下列说法正确的是 ( )
A.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动
B.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果
C.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
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.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
答案 BCE 水中花粉的布朗运动,反映的是水分子的热运动规律,则A项错。正是表面张力使空中雨滴呈球形,则B项正确。液晶的光学性质是各向异性,液晶显示器正是利用了这种性质,C项正确。高原地区大气压较低,对应的水的沸点较低,D项错误。因为纱布中的水蒸发吸热,则同样环境下湿泡温度计显示的温度较低,E项正确。
4.(2014大纲全国,16,6分)(多选)对于一定量的稀薄气体,下列说法正确的是 ( )
A.压强变大时,分子热运动必然变得剧烈
B.保持压强不变时,分子热运动可能变得剧烈
C.压强变大时,分子间的平均距离必然变小
D.压强变小时,分子间的平均距离可能变小
答案 BD 对一定量的稀薄气体,压强变大,温度不一定升高,因此分子热运动不一定变得剧烈,A项错误;在保持压强不变时,如果气体体积变大则温度升高,分子热运动变得剧烈,选项B正确;在压强变大或变小时气体的体积可能变大,也可能变小或不变,因此选项C错D对。
考查点 气体的压强
解题关键 气体压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁产生的,压强的大小既与气体分子的分子数密度有关,也与气体分子无规则热运动的剧烈程度有关。宏观理解就是气体的压强既与体积有关,也与温度有关。
5.(2012重庆理综,16,6分)为伽利略设计的一种测温装置示意图,玻璃管的上
端与导热良好的玻璃泡连通,下端插入水中,玻璃泡中封闭有一定量的空气.若玻璃管内水柱上升,则外界大气的变化可能是 ( )
A.温度降低,压强增大
B.温度升高,压强不变
C.温度升高,压强减小
D.温度不变,压强减小
6.[2020课标Ⅱ,33(2),10分]潜水钟是一种水下救生设备,它是一个底部开口、上部封闭的容器,外形与钟相似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气,以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便,将潜水钟简化为截面积为S、高度为h、开口向下的圆筒;工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为H的水下,如图所示。已知水的密度为ρ,重力加速度大小为g,大气压强为p0,H≫h,忽略温度的变化和水密度随深度的变化。
(ⅰ)求进入圆筒内水的高度l;
(ⅱ)保持H不变,压入空气使筒内的水全部排出,求压入的空气在其压强为p0时的体积。
答案 (ⅰ)ρgHp0+ρgHh (ⅱ)ρgSHhp0
解析 (ⅰ)设潜水钟在水面上方时和放入水下后筒内气体的体积分别为V0和V1,放入水下后筒内气体的压强为p1,由玻意耳定律和题给条件有
p1V1=p0V0 ①
V0=hS ②
V1=(h-l)S ③
p1=p0+ρg(H-l) ④
联立以上各式并考虑到H≫h>l,解得
l=ρgHp0+ρgHh ⑤
(ⅱ)设水全部排出后筒内气体的压强为p2,此时筒内气体的体积为V0,这些气体在其压强为p0时的体积为V3,由玻意耳定律有
p2V0=p0V3 ⑥
其中
p2=p0+ρgH ⑦
设需压入筒内的气体体积为V,依题意
V=V3-V0 ⑧
联立②⑥⑦⑧式得
V=ρgSHhp0 ⑨
7.[2020课标Ⅲ,33(2),10分]如图,两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H=18cm的U形管,左管上端封闭,右管上端开口。右管中有高h0=4cm的水银柱,水银柱上表面离管口的距离l=12cm。管底水平段的体积可忽略。环境温度为T1=283K,大气压强p0=76cmHg。
(ⅰ)现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙),恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱的高度为多少?
(ⅱ)再将左管中密封气体缓慢加热,使水银柱上表面恰与右管口平齐,此时密封气体的温度为多少?
答案 (ⅰ)12.9cm (ⅱ)363K
解析 (ⅰ)设密封气体初始体积为V1,压强为p1,左、右管的截面积均为S,密封气体先经等温压缩过程体积变为V2,压强变为p2。由玻意耳定律有
p1V1=p2V2 ①
设注入水银后水银柱高度为h,水银的密度为ρ,按题设条件有
p1=p0+ρgh0 ②
p2=p0+ρgh ③
V1=(2H-l-h0)S,V2=HS ④
联立①②③④式并代入题给数据得
h=12.9cm⑤
(ⅱ)密封气体再经等压膨胀过程体积变为V3,温度变为T2,由盖—吕萨克定律有
V2T1=V3T2 ⑥
按题设条件有
V3=(2H-h)S ⑦
联立④⑤⑥⑦式并代入题给数据得
T2=363K⑧
8.[2018课标Ⅲ,33(2),10分]在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,水银柱的两端各封闭有一段空气。当U形管两端竖直朝上时,左、右两边空气柱的长度分别为l1=18.0cm和l2=12.0cm,左边气体的压强为12.0cmHg。现将U形管缓慢平放在水平桌面上,没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。求U形管平放时两边空气柱的长度。在整个过程中,气体温度不变。
答案 见解析
解析 本题考查气体实验定律。
设U形管两端竖直朝上时,左、右两边气体的压强分别为p1和p2。U形管水平放置时,两边气体压强相等,设为p,此时原左、右两边气柱长度分别变为l1'和l2'。
由力的平衡条件有
p1=p2+ρg(l1-l2) ①
式中ρ为水银密度,g为重力加速度大小。
由玻意耳定律有
p1l1=pl1' ②
p2l2=pl2' ③
两边气柱长度的变化量大小相等
l1'-l1=l2-l2' ④
由①②③④式和题给条件得
l1'=22.5cm⑤
l2'=7.5cm⑥
审题指导 液柱移动问题的分析方法
9.[2018海南单科,15(2),8分]一储存氮气的容器被一绝热轻活塞分隔成两个气室A和B,活塞可无摩擦地滑动。开始时用销钉固定活塞,A中气体体积为2.5×10-4m3,温度为27℃,压强为6.0×104Pa;B中气体体积为4.0×10-4m3,温度为-17℃,压强为2.0×104Pa。现将A中气体的温度降至-17℃,然后拔掉销钉,并保持A、B中气体温度不变,求稳定后A和B中气体的压强。
答案 3.2×104Pa
解析 本题考查了查理定律、玻意耳定律。
A气体的温度由27℃降至-17℃,由查理定律得
pATA=pA'TA' ①
设拔掉销钉稳定后,A、B中气体的压强均为p,根据玻意耳定律,对A气体有pA'VA=pVA' ②
对B气体有pBVB=pVB' ③
由已知条件得VA'+VB'=2.5×10-4m3+4.0×10-4m3 ④
联立以上各式得p=3.2×104Pa
10.[2017课标Ⅱ,33(2),10分]一热气球体积为V,内部充有温度为Ta的热空气,气球外冷空气的温度为Tb。已知空气在1个大气压、温度T0时的密度为ρ0,该气球内、外的气压始终都为1个大气压,重力加速度大小为g。
(ⅰ)求该热气球所受浮力的大小;
(ⅱ)求该热气球内空气所受的重力;
(ⅲ)设充气前热气球的质量为m0,求充气后它还能托起的最大质量。
答案 (ⅰ)Vgρ0T0Tb (ⅱ)Vgρ0T0Ta
(ⅲ)Vρ0T0(1Tb-1Ta)-m0
解析 (ⅰ)设1个大气压下质量为m的空气在温度为T0时的体积为V0,密度为
ρ0=mV0 ①
在温度为T时的体积为VT,密度为
ρ(T)=mVT ②
由盖—吕萨克定律得
V0T0=VTT ③
联立①②③式得
ρ(T)=ρ0T0T ④
气球所受到的浮力为
f=ρ(Tb)gV ⑤
联立④⑤式得
f=Vgρ0T0Tb ⑥
(ⅱ)气球内热空气所受的重力为
G=ρ(Ta)Vg ⑦
联立④⑦式得G=Vgρ0T0Ta ⑧
(ⅲ)设该气球还能托起的最大质量为m,由力的平衡条件得
mg=f-G-m0g ⑨
联立⑥⑧⑨式得m=Vρ0T0(1Tb-1Ta)-m0 ⑩
11.[2017课标Ⅲ,33(2),10分]一种测量稀薄气体压强的仪器如图(a)所示,玻璃泡M的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管K1和K2。K1长为l,顶端封闭,K2上端与待测气体连通;M下端经橡皮软管与充有水银的容器R连通。开始测量时,M与K2相通;逐渐提升R,直到K2中水银面与K1顶端等高,此时水银已进入K1,且K1中水银面比顶端低h,如图(b)所示。设测量过程中温度、与K2相通的待测气体的压强均保持不变。已知K1和K2的内径均为d,M的容积为V0,水银的密度为ρ,重力加速度大小为g。求:
(ⅰ)待测气体的压强;
(ⅱ)该仪器能够测量的最大压强。
答案 (ⅰ)ρπgh2d24V0+πd2(l-h) (ⅱ)πρgl2d24V0
解析 本题考查气体压强的计算、玻意耳定律。
(ⅰ)水银面上升至M的下端使玻璃泡中气体恰好被封住,设此时被封闭的气体的体积为V,压强等于待测气体的压强p。提升R,直到K2中水银面与K1顶端等高时,K1中水银面比顶端低h;设此时封闭气体的压强为p1,体积为V1,则
V=V0+14πd2l ①
V1=14πd2h ②
由力学平衡条件得
p1=p+ρgh ③
整个过程为等温过程,由玻意耳定律得
pV=p1V1 ④
联立①②③④式得
p=ρπgh2d24V0+πd2(l-h) ⑤
(ⅱ)由题意知
h≤l ⑥
联立⑤⑥式有
p≤πρgl2d24V0 ⑦
该仪器能够测量的最大压强为
pmax=πρgl2d24V0 ⑧
12.[2016课标Ⅲ,33(2),10分]一U形玻璃管竖直放置,左端开口,右端封闭,左端上部有一光滑的轻活塞。初始时,管内汞柱及空气柱长度如图所示。用力向下缓慢推活塞,直至管内两边汞柱高度相等时为止。求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离。已知玻璃管的横截面积处处相同;在活塞向下移动的过程中,没有发生气体泄漏;大气压强p0=75.0cmHg。环境温度不变。
解析 设初始时,右管中空气柱的压强为p1,长度为l1;左管中空气柱的压强为p2=p0,长度为l2。活塞被下推h后,右管中空气柱的压强为p1',长度为l1';左管中空气柱的压强为p2',长度为l2'。以cmHg为压强单位。由题给条件得p1=p0+(20.0-5.00)cmHg①
l1'=20.0-20.0-5.002cm②
由玻意耳定律得p1l1=p1'l1' ③
联立①②③式和题给条件得
p1'=144cmHg④
依题意p2'=p1' ⑤
l2'=4.00cm+20.0-5.002cm-h ⑥
由玻意耳定律得p2l2=p2'l2' ⑦
联立④⑤⑥⑦式和题给条件得h=9.42cm⑧
答案 144cmHg 9.42cm
审题指导 由于环境温度不变,玻璃管内气体发生的是等温变化,适用规律是玻意耳定律,分别以左管内和右管内气体为研究对象,找出初末状态参量,列出玻意耳定律方程即可求解。
13.[2016课标Ⅰ,33(2),10分]在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强,两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp=2σr,其中σ=0.070N/m。现让水下10m处一半径为0.50cm的气泡缓慢上升。已知大气压强p0=1.0×105Pa,水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度大小g=10m/s2。
(ⅰ)求在水下10m处气泡内外的压强差;
(ⅱ)忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。
答案 (ⅰ)28Pa (ⅱ)1.3
解析 (ⅰ)当气泡在水下h=10m处时,设其半径为r1,气泡内外压强差为Δp1,则
Δp1=2σr1 ①
代入题给数据得
Δp1=28Pa②
(ⅱ)设气泡在水下10m处时,气泡内空气的压强为p1,气泡体积为V1;气泡到达水面附近时,气泡内空气的压强为p2,内外压强差为Δp2,其体积为V2,半径为r2。
气泡上升过程中温度不变,根据玻意耳定律有
p1V1=p2V2 ③
由力学平衡条件有
p1=p0+ρgh+Δp1 ④
p2=p0+Δp2 ⑤
气泡体积V1和V2分别为
V1=43πr13 ⑥
V2=43πr23 ⑦
联立③④⑤⑥⑦式得
r1r23=p0+Δp2ρgh+p0+Δp1 ⑧
由②式知,Δpi≪p0,i=1,2,故可略去⑧式中的Δpi项。代入题给数据得
r2r1=32≈1.3 ⑨
解题关键 ①准确写出气体初、末态的压强。
②计算过程中进行合理近似。
14.[2016课标Ⅱ,33(2),10分]一氧气瓶的容积为0.08m3,开始时瓶中氧气的压强为20个大气压。某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36m3。当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时,需重新充气。若氧气的温度保持不变,求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。
答案 4天
解析 设氧气开始时的压强为p1,体积为V1,压强变为p2(2个大气压)时,体积为V2。根据玻意耳定律得
p1V1=p2V2 ①
重新充气前,用去的氧气在p2压强下的体积为
V3=V2-V1 ②
设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0,则有
p2V3=p0V0 ③
设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV,则氧气可用的天数为N=V0/ΔV ④
联立①②③④式,并代入数据得
N=4(天) ⑤
解题指导 解答此题的关键是将用去的氧气在p2压强下的体积转化为在p0(1个大气压)压强下的体积,从而可以计算出氧气在p0压强下的可用天数。
易错点拨 没有将氧气的体积转化为1个大气压下的体积而直接进行计算。
15.[2019课标Ⅱ,33(2),10分]如图,一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成,容器平放在水平地面上,汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分,分别充有氢气、空气和氮气。平衡时,氮气的压强和体积分别为p0和V0,氢气的体积为2V0,空气的压强为p。现缓慢地将中部的空气全部抽出,抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变,活塞没有到达两汽缸的连接处,求
(ⅰ)抽气前氢气的压强;
(ⅱ)抽气后氢气的压强和体积。
答案 (ⅰ)12(p0+p)
(ⅱ)12p0+14p 4(p0+p)V02p0+p
解析 本题考查气体的性质,是对学生综合分析能力要求较高的题目,也是对学生科学推理素养的考查。
(ⅰ)设抽气前氢气的压强为p10,根据力的平衡条件得
(p10-p)·2S=(p0-p)·S ①
得p10=12(p0+p) ②
(ⅱ)设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1,氮气的压强和体积分别为p2和V2。
根据力的平衡条件有p2·S=p1·2S ③
由玻意耳定律得
p1V1=p10·2V0 ④
p2V2=p0V0 ⑤
由于两活塞用刚性杆连接,故
V1-2V0=2(V0-V2) ⑥
联立②③④⑤⑥式解得
p1=12p0+14p ⑦
V1=4(p0+p)V02p0+p ⑧
解题关键 ①准确写出活塞的平衡方程。②准确写出两部分气体的体积变化关系。
16.[2018课标Ⅰ,33(2),10分]如图,容积为V的汽缸由导热材料制成,面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分,汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K。开始时,K关闭,汽缸内上下两部分气体的压强均为p0。现将K打开,容器内的液体缓慢地流入汽缸,当流入的液体体积为V8时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了V6。不计活塞的质量和体积,外界温度保持不变,重力加速度大小为g。求流入汽缸内液体的质量。
答案 15p0S26g
解析 本题考查气体实验定律、气体压强计算等知识。
设活塞再次平衡后,活塞上方气体的体积为V1,压强为p1;下方气体的体积为V2,压强为p2。在活塞下移的过程中,活塞上、下方气体的温度均保持不变,由玻意耳定律得
p0V2=p1V1 ①
p0V2=p2V2 ②
由已知条件得
V1=V2+V6-V8=1324V ③
V2=V2-V6=V3 ④
设活塞上方液体的质量为m,由力的平衡条件得
p2S=p1S+mg ⑤
联立以上各式得
m=15p0S26g ⑥
审题指导 关键词理解,隐含条件显性化
①关键词“导热”说明气体上下两部分温度相等,且与环境温度相同。
②外界温度保持不变,说明气体做等温变化。
③流入液体产生的压强p'=mgS。
④K关闭,说明外部液体对气体压强不产生影响。
17.[2017课标Ⅰ,33(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K2位于细管的中部,A、B的顶部各有一阀门K1、K3,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K2、K3,通过K1给汽缸充气,使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27℃,汽缸导热。
(ⅰ)打开K2,求稳定时活塞上方气体的体积和压强;
(ⅱ)接着打开K3,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。
答案 (ⅰ)V2 2p0 (ⅱ)B的顶部 (ⅲ)1.6p0
解析 本题考查气体实验定律。
(ⅰ)设打开K2后,稳定时活塞上方气体的压强为p1,体积为V1。依题意,被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。由玻意耳定律得
p0V=p1V1 ①
(3p0)V=p1(2V-V1) ②
联立①②式得
V1=V2 ③
p1=2p0 ④
(ⅱ)打开K3后,由④式知,活塞必定上升。设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2(V2≤2V)时,活塞下气体压强为p2。由玻意耳定律得
(3p0)V=p2V2 ⑤
由⑤式得
p2=3VV2p0 ⑥
由⑥式知,打开K3后活塞上升直到B的顶部为止;此时p2为p2'=32p0。
(ⅲ)设加热后活塞下方气体的压强为p3,气体温度从T1=300K升高到T2=320K的等容过程中,由查理定律得
p2'T1=p3T2 ⑦
将有关数据代入⑦式得
p3=1.6p0 ⑧
思路点拨 活塞封闭的气体
通过分析活塞的受力,利用平衡条件可获得活塞两侧气体压强之间的关系。注意轻质物体在任意状态下所受合外力均为0。
18.[2015课标Ⅰ,33(2),10分,★]如图,一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成,两圆筒中各有一个活塞。已知大活塞的质量为m1=2.50kg,横截面积为S1=80.0cm2;小活塞的质量为m2=1.50kg,横截面积为S2=40.0cm2;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l=40.0cm;汽缸外大气的压强为p=1.00×105Pa,温度为T=303K。初始时大活塞与大圆筒底部相距l2,两活塞间封闭气体的温度为T1=495K。现汽缸内气体温度缓慢下降,活塞缓慢下移。忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦,重力加速度大小g取10m/s2。求
(ⅰ)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,缸内封闭气体的温度;
(ⅱ)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强。
答案 (ⅰ)330K (ⅱ)1.01×105Pa
解析 (ⅰ)设初始时气体体积为V1,在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,缸内封闭气体的体积为V2,温度为T2。由题给条件得
V1=S2l-l2+S1l2 ①
V2=S2l ②
在活塞缓慢下移的过程中,用p1表示缸内气体的压强,由力的平衡条件得
S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p) ③
故缸内气体的压强不变。由盖—吕萨克定律有
V1T1=V2T2 ④
联立①②④式并代入题给数据得
T2=330K⑤
(ⅱ)在大活塞与大圆筒底部刚接触时,被封闭气体的压强为p1。在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中,被封闭气体的体积不变。设达到热平衡时被封闭气体的压强为p',由查理定律,有
p'T=p1T2 ⑥
联立③⑤⑥式并代入题给数据得
p'=1.01×105Pa⑦
19.[2014课标Ⅰ,33(2),9分]一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内,汽缸壁导热良好,活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动。开始时气体压强为p,活塞下表面相对于汽缸底部的高度为h,外界的温度为T0。现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面,沙子倒完时,活塞下降了h/4。若此后外界的温度变为T,求重新达到平衡后气体的体积。已知外界大气的压强始终保持不变,重力加速度大小为g。
答案 9mghT4pT0
解析 设汽缸的横截面积为S,沙子倒在活塞上后,对气体产生的压强为Δp,由玻意耳定律得phS=(p+Δp)(h-14h)S,解得Δp=13p
外界的温度变为T后,设活塞距底面的高度为h'。根据盖—吕萨克定律,得
(h-14h)ST0=h'ST
解得h'=3T4T0h
据题意可得Δp=mgS
气体最后的体积为V=Sh'
联立各式得V=9mghT4pT0
20.[2014课标Ⅱ,33(2),10分]如图,两汽缸A、B粗细均匀、等高且内壁光滑,其下部由体积可忽略的细管连通;A的直径是B的2倍,A上端封闭,B上端与大气连通;两汽缸除A顶部导热外,其余部分均绝热。两汽缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b,活塞下方充有氮气,活塞a上方充有氧气。当大气压为p0、外界和汽缸内气体温度均为7℃且平衡时,活塞a离汽缸顶的距离是汽缸高度的14,活塞b在汽缸正中间。
(ⅰ)现通过电阻丝缓慢加热氮气,当活塞b恰好升至顶部时,求氮气的温度;
(ⅱ)继续缓慢加热,使活塞a上升。当活塞a上升的距离是汽缸高度的116时,求氧气的压强。
答案 (ⅰ)320K (ⅱ)43p0
解析 (ⅰ)活塞b升至顶部的过程中,活塞a不动,活塞a、b下方的氮气经历等压过程。设汽缸A的容积为V0,氮气初态体积为V1,温度为T1;末态体积为V2,温度为T2。按题意,汽缸B的容积为V0/4,由题给数据和盖—吕萨克定律有
V1=34V0+12V04=78V0
V2=34V0+14V0=V0
V1T1=V2T2
解得T2=320K
(ⅱ)活塞b升至顶部后,由于继续缓慢加热,活塞a开始向上移动,直至活塞上升的距离是汽缸高度的116时,活塞a上方的氧气经历等温过程。设氧气初态体积为V1',压强为p1';末态体积为V2',压强为p2'。由题给数据和玻意耳定律有
V1'=14V0,p1'=p0,V2'=316V0
p1'V1'=p2'V2'
解得p2'=43p0
温馨提示 关注:①“细管连通”表示压强相等,②B上端与大气连通表示压强不变,③活塞b恰好升至顶部表示等压变化,此过程中活塞a不动,④A顶部导热表示等温。
21.[2014山东理综,37(2)]一种水下重物打捞方法的工作原理如图所示。将一质量M=3×103kg、体积V0=0.5m3的重物捆绑在开口朝下的浮筒上。向浮筒内充入一定量的气体,开始时筒内液面到水面的距离h1=40m,筒内气体体积V1=1m3。在拉力作用下浮筒缓慢上升,当筒内液面到水面的距离为h2时,拉力减为零,此时气体体积为V2,随后浮筒和重物自动上浮。求V2和h2。
已知大气压强p0=1×105Pa,水的密度ρ=1×103kg/m3,重力加速度的大小g=10m/s2。不计水温变化,筒内气体质量不变且可视为理想气体,浮筒质量和筒壁厚度可忽略。
答案 2.5m3 10m
解析 当F=0时,由平衡条件得
Mg=ρg(V0+V2) ①
代入数据得
V2=2.5m3 ②
设筒内气体初态、末态的压强分别为p1、p2,由题意得
p1=p0+ρgh1 ③
p2=p0+ρgh2 ④
在此过程中筒内气体温度和质量不变,由玻意耳定律得
p1V1=p2V2 ⑤
联立②③④⑤式,代入数据得
h2=10m⑥
22.[2013课标Ⅰ,33(2),9分]如图,两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同汽缸直立放置,汽缸底部和顶部均有细管连通,顶部的细管带有阀门K。两汽缸的容积均为V0,汽缸中各有一个绝热活塞(质量不同,厚度可忽略)。开始时K关闭,两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体),压强分别为p0和p0/3;左活塞在汽缸正中间,其上方为真空;右活塞上方气体体积为V0/4。现使汽缸底与一恒温热源接触,平衡后左活塞升至汽缸顶部,且与顶部刚好没有接触;然后打开K,经过一段时间,重新达到平衡。已知外界温度为T0,不计活塞与汽缸壁间的摩擦。求:
(ⅰ)恒温热源的温度T;
(ⅱ)重新达到平衡后左汽缸中活塞上方气体的体积Vx。
答案 (ⅰ)75T0 (ⅱ)12V0
解析 (ⅰ)与恒温热源接触后,在K未打开时,右活塞不动,两活塞下方的气体经历等压过程,由盖-吕萨克定律得
TT0=7V0/45V0/4 ①
由此得
T=75T0 ②
(ⅱ)由初始状态的力学平衡条件可知,左活塞的质量比右活塞的大。打开K后,左活塞下降至某一位置,右活塞必须升至汽缸顶,才能满足力学平衡条件。
汽缸顶部与外界接触,底部与恒温热源接触,两部分气体各自经历等温过程,设左活塞上方气体压强为p,由玻意耳定律得
pVx=p03·V04 ③
(p+p0)(2V0-Vx)=p0·74V0 ④
联立③④式得
6Vx2-V0Vx-V02=0
其解为Vx=12V0 ⑤
另一解Vx=-13V0,不合题意,舍去。
23.[2013山东理综,36(2),4分]我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米,再创载人深潜新纪录。在某次深潜实验中,“蛟龙”号探测到990m深处的海水温度为280K。某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化。如图所示,导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体,不计活塞的质量和摩擦,汽缸所处海平面的温度T0=300K,压强p0=1atm,封闭气体的体积V0=3m3。如果将该汽缸下潜至990m深处,此过程中封闭气体可视为理想气体。
①求990m深处封闭气体的体积(1atm相当于10m深的海水产生的压强)。
②下潜过程中封闭气体 (填“吸热”或“放热”),传递的热量 (填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功。
答案 ①2.8×10-2m3 ②放热 大于
解析 ①当汽缸下潜至990m时,设封闭气体的压强为p,温度为T,体积为V,由题意可知
p=100atm①
根据理想气体状态方程得
p0V0T0=pVT ②
代入数据得
V=2.8×10-2m3
②下潜过程中,封闭理想气体温度降低,内能减少,体积减小,外界对气体做功,由热力学第一定律可知下潜过程中封闭气体放热,由能量守恒定律可知传递的热量大于外界对气体所做的功。
考点三 热力学定律与能量守恒定律
1.(2015广东理综,17,6分)(多选)图为某实验器材的结构示意图,金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气,内筒中有水,在水加热升温的过程中,被封闭的空气 ( )
A.内能增大
B.压强增大
C.分子间引力和斥力都减小
D.所有分子运动速率都增大
答案 AB 由于金属内筒导热而隔热外筒绝热,故水升温过程中封闭空气不停地从内筒吸收热量而不向外放热,且封闭空气的体积不能改变即不做功,故由热力学第一定律可知其内能一定增大,A正确;由pVT=C知温度升高时封闭空气的压强一定增大,B正确;气体分子间作用力微弱,即使考虑分子间作用力,也因气体体积不变,分子间平均距离不变,某两分子间距离变化情况不能确定,而不能判定分子间作用力变化情况,C错误;温度升高时,分子平均动能增大,但这并不意味着每个分子的运动速率都增大,D错误。
2.(2015北京理综,13,6分)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
答案 C 根据热力学第一定律ΔU=Q+W判断,只有C项正确。
3.(2014广东理综,17,6分)(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品,如图所示,充气袋四周被挤压时,假设袋内气体与外界无热交换,则袋内气体 ( )
A.体积减小,内能增大 B.体积减小,压强减小
C.对外界做负功,内能增大 D.对外界做正功,压强减小
答案 AC 袋内气体与外界无热交换即Q=0,袋四周被挤压时,体积V减小,外界对气体做正功,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,气体内能增大,则温度升高,由pVT=常数知压强增大,选项A、C正确,B、D错误。
4.(2014北京理综,13,6分)下列说法中正确的是 ( )
A.物体温度降低,其分子热运动的平均动能增大
B.物体温度升高,其分子热运动的平均动能增大
C.物体温度降低,其内能一定增大
D.物体温度不变,其内能一定不变
答案 B 温度是物体分子平均动能的标志,温度升高则其分子平均动能增大,反之,则其分子平均动能减小,故A错误B正确。物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和,宏观上取决于物体的温度、体积和质量,故C、D错误。
5.[2013课标Ⅰ,33(1),6分,0.257](多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动,直至不再靠近。在此过程中,下列说法正确的是 ( )
A.分子力先增大,后一直减小
B.分子力先做正功,后做负功
C.分子动能先增大,后减小
D.分子势能先增大,后减小
E.分子势能和动能之和不变
答案 BCE 分子力F与分子间距r的关系是:当rr0时F为引力。综上可知,当两分子由相距较远逐渐达到最近过程中分子力是先变大再变小后又变大,A项错误。分子力为引力时做正功,分子势能减小,分子力为斥力时做负功,分子势能增大,故B项正确、D项错误。因仅有分子力作用,故只有分子动能与分子势能之间发生转化,即分子势能减小时分子动能增大,分子势能增大时分子动能减小,其总和不变,C、E项均正确。
规律总结 如图所示
6.[2012课标,33(1),6分](多选)关于热力学定律,下列说法正确的是 ( )
A.为了增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热量
B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加
C.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功
D.不可能使热量从低温物体传向高温物体
E.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
答案 ACE 由ΔU=W+Q可知做功和热传递是改变内能的两种途径,它们是等效的,故A正确、B错误。由热力学第二定律可知,可以从单一热源吸收热量,使之全部变为功,但会产生其他影响,故C正确。由热力学第二定律知,热量只是不能自发地从低温物体传向高温物体,则D项错。一切与热现象有关的宏观过程不可逆,则E正确。
7.[2015福建理综,29(2),6分]如图,一定质量的理想气体,由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c。设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc,在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac。则 。
A.Tb>Tc,Qab>Qac B.Tb>Tc,Qab
[2018海南单科,15(1),4分](多选)如图,一定量的理想气体,由状态a等压变化到状态b,再从b等容变化到状态c。a、c两状态温度相等。下列说法正确的是 ( )
A.从状态b到状态c的过程中气体吸热
B.气体在状态a的内能等于在状态c的内能
C.气体在状态b的温度小于在状态a的温度
D.从状态a到状态b的过程中气体对外做正功
答案 BD 本题考查对一定质量的理想气体的p-V图像的理解、理想气体状态方程、热力学第一定律、理想气体内能及其相关的知识点。
内能是组成物体分子的无规则热运动动能和分子间相互作用势能的总和,由于理想气体不考虑分子势能,因此理想气体的内能等于所有分子动能的总和,而温度是分子平均动能的宏观表现,由理想气体状态方程可得pbVb/Tb=pcVc/Tc,当Vb=Vc,pb>pc时,Tb>Tc,故ΔUbc<0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,体积V不变,故W=0,所以ΔQ<0,从状态b到状态c的过程中气体放热,选项A错误;气体在状态a的温度等于在状态c的温度,故气体在状态a的内能等于在状态c的内能,选项B正确;由理想气体状态方程可得paVa/Ta=pbVb/Tb,当pa=pb,Va
A.气体在a、c两状态的体积相等
B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功
答案 ABE 由理想气体状态方程pVT=C知,p=CVT,因此气体在a、c两状态的体积相等,故A项正确;对理想气体而言,内能由温度决定,因Ta>Tc,故气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能,选项B正确;过程cd为等温变化,内能不变(ΔU=0),压强变大,体积减小,外界对气体做功(W>0),由热力学第一定律ΔU=W+Q,知Q<0,故为放热过程且W=|Q|,C选项错误;过程da为等压变化,温度升高,体积变大,气体的内能增大,ΔU>0,对外做功,W<0,由ΔU=W+Q,知该过程吸热且Q>|W|,选项D错误;bc和da过程中温度改变量相同,故体积变化量与压强的乘积相同,由W=Fl=pSl=p·ΔV知,选项E正确。
本题考查了气体实验定律、p-T图象、热力学第一定律。试题涉及的过程多,有一定的难度。
10.[2014课标Ⅰ,33(1),6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图像如图所示。下列判断正确的是 ( )
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
答案 ADE 对封闭气体,由题图可知a→b过程,气体体积V不变,没有做功,而温度T升高,则为吸热过程,A项正确。b→c过程为等温变化,压强减小,体积增大,对外做功,则为吸热过程,B项错。c→a过程为等压变化,温度T降低,内能减少,体积V减小,外界对气体做功,依据W+Q=ΔU,外界对气体所做的功小于气体所放的热,C项错。温度是分子平均动能的标志,Tapc,显然E项正确。
11.[2018课标Ⅰ,33(1),5分]如图,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体,下列说法正确的是 (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.过程①中气体的压强逐渐减小
B.过程②中气体对外界做正功
C.过程④中气体从外界吸收了热量
D.状态c、d的内能相等
E.状态d的压强比状态b的压强小
答案 BDE (1)本题考查气体实验定律、理想气体状态方程。
过程①是等容升温过程,由paTa=pbTb,可知压强逐渐增大,A项错误。过程②中气体膨胀,故气体对外界做正功,B项正确。过程④为等容降温过程,气体向外放出热量,C项错误。一定质量的理想气体的内能只与温度有关,而Tc=Td,所以状态c、d的内能相等,D项正确。由理想气体状态方程pVT=C得p=CTV,由题图可知TbVb>TdVd,则pb>pd,E项正确。
12.[2018课标Ⅲ,33(1),5分]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 。(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
答案 BCD (1)本题考查热力学第一定律、理想气体状态方程。对于一定量的理想气体有pVT=恒量。从a到b,p逐渐增大,V逐渐增大,所以p与V的乘积pV增大,可知T增大,则气体的内能一直增加,故A错误、B正确。由于V逐渐增大,可知气体一直对外做功,故C正确。由热力学第一定律ΔU=Q+W,因ΔU>0,W<0,可知Q>0,即气体一直从外界吸热,且吸收的热量大于对外做的功,故D正确、E错误。
13.[2019课标Ⅱ,33(1),5分]如p-V图所示,1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态,对应的温度分别是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数,则N1 N2,T1 T3,N2 N3。(填“大于”“小于”或“等于”)
答案 大于 等于 大于
解析 本题考查气体的状态参量及理想气体状态方程的内容,考查学生对三个气体状态参量及气体实验定律的理解能力,培养学生物理观念素养的形成,提高学生对实验的认识。
由理想气体状态方程可得2p1V1T1=p1V1T2=p1·2V1T3,可知T1=T3>T2。由状态1到状态2,气体压强减小,气体体积相同,温度降低,则气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数减少,N1>N2。对状态2和状态3,压强相同,温度大的次数少,则N3
图甲
图乙
答案 不变 ①
解析 (2)B→C过程气体体积不变,气体的总分子数也不变,故单位体积内的分子数是不变的。
由pVT=C可知,TA
时间:35分钟 分值:45分
一、单项选择题(每小题3分,共21分)
1.(2020山东等级考模拟,2)如图所示,水平放置的封闭绝热汽缸,被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分。已知a部分气体为1mol氧气,b部分气体为2mol氧气,两部分气体温度相等,均可视为理想气体。解除锁定,活塞滑动一段距离后,两部分气体各自再次达到平衡态时,它们的体积分别为Va、Vb,温度分别为Ta、Tb。下列说法正确的是 ( )
A.Va>Vb,Ta>Tb B.Va>Vb,TaTb
答案 D
2.(2020,5·3原创)下列说法正确的是 ( )
A.荷叶上面的小水珠呈球形的主要原因是液体有表面张力
B.单晶体有固定的熔点,多晶体没有固定的熔点
C.分子力减小时,分子势能一定减少
D.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动
答案 A
3.(2021届山东济南校级月考,2)关于一定质量的理想气体,下列说法正确的是 ( )
A.当分子热运动变剧烈且分子平均间距变大时,气体压强一定变大
B.在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零
C.一定质量的理想气体压强增大,其分子的平均动能一定增加
D.理想气体在等压膨胀过程中温度、内能一定变大
答案 D
4.(2020山东德州二模,2)戴一次性医用防护口罩是预防新冠肺炎的有效措施之一,合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的,图为一滴水滴在某一次性防护口罩内侧的照片。对此,以下说法正确的是 ( )
A.照片中的口罩一定为不合格产品
B.照片中附着层内分子比水的内部稀疏
C.照片中附着层内分子比水的内部密集
D.水对所有材料都是不浸润的
答案 B
5.(2020山东临沂期末,6)如图是一定质量的理想气体状态变化的一系列过程,以下说法正确的是 ( )
A.a→b的过程气体体积增大
B.b→c的过程气体体积减小
C.c→d的过程气体体积增大
D.d→a的过程气体体积增大
答案 C
6.(2020山东青岛三模,2)拔罐是中医传统养生疗法之一,以罐为工具,将点燃的纸片放入一个小罐内,当纸片燃烧完时,迅速将火罐开口端紧压在皮肤上,火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上,造成局部瘀血,以达到通经活络、祛风散寒等作用的疗法。封闭气体质量变化不计,可以看作理想气体。火罐“吸”到皮肤上之后,下列说法正确的是 ( )
A.火罐内的气体内能增大
B.火罐内的气体温度降低,压强减小
C.火罐内的气体温度降低,压强不变
D.火罐内的气体单位体积分子数增大,压强不变
答案 B
7.(2020山东日照期末,8)钢瓶中装有一定量的气体,现在用两种方法抽钢瓶中的气体,第一种方法是用小抽气机,每次抽1L气体,共抽取3次;第二种方法是用大抽气机,一次抽取3L气体。以上过程中气体温度保持不变,下列说法正确的是 ( )
A.两种抽法抽取的气体质量一样多
B.第二种抽法抽取的气体质量多
C.第一种抽法中,每次抽取的气体质量逐渐减少
D.第一种抽法中,每次抽取的气体质量逐渐增大
答案 C
二、多项选择题(每小题4分,共8分)
8.(2020山东济南外国语学校月考,11)如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e,对此气体,下列说法正确的是 ( )
A.过程①中气体的压强逐渐减小
B.过程②中气体对外界做正功
C.过程④中气体从外界吸收了热量
D.状态c、d的内能相等
答案 BD
9.(2021届山东青岛月考,9)吸盘挂钩的工作原理可以这样简述:使用时如图甲所示,按住锁扣把吸盘紧压在墙上,吸盘中的空气被挤出一部分;然后如图乙所示,将锁扣扳下,让锁扣以盘盖为依托把吸盘向外拉出,这样吸盘就会牢牢地被固定在墙壁上。吸盘内气体可视为理想气体,在拉起吸盘的过程中吸盘内气体的温度保持不变,则在拉起吸盘后 ( )
A.吸盘内气体的压强比拉起前气体的压强小
B.吸盘内气体的密度不变
C.吸盘内气体的内能不变
D.此过程中吸盘内的气体要吸收热量
答案 ACD
三、非选择题(共16分)
10.(2020山东等级考模拟,16)(8分)如图所示,按下压水器,能够把一定量的外界空气,经单向进气口压入密闭水桶内。开始时桶内气体的体积V0=8.0L,出水管竖直部分内外液面相平,出水口与大气相通且与桶内水面的高度差h1=0.20m。出水管内水的体积忽略不计,水桶的横截面积S=0.08m2。现压入空气,缓慢流出了V1=2.0L水。求压入的空气在外界时的体积ΔV为多少?已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3,外界大气压强p0=1.0×105Pa,取重力加速度大小g=10m/s2,设整个过程中气体可视为理想气体,温度保持不变。
答案 2.225L
11.(2020山东枣庄期末,16)(8分)如图所示,一定质量的理想气体被轻质绝热活塞封闭在绝热汽缸下部a内,汽缸顶端有绝热阀门K,汽缸底部接有电热丝,E为电源。a内被封闭气体初始温度t1=27℃,活塞位于汽缸中央,与底部的距离h1=60cm,活塞和汽缸之间的摩擦不计。
(1)若阀门K始终打开,电热丝通电一段时间,稳定后,活塞与底部的距离h2=67cm,求a内气体的温度;
(2)若阀门K始终闭合,电热丝通电一段时间,给a内气体传递了Q=1.0×104J的热量,稳定后a内气体内能增加了ΔUa=8×103J,求此过程中b内气体的内能增加量。
答案 (1)335K (2)2×103J
专题十四 热学
【5年高考】
考点一 分子动理论、内能
[2018课标Ⅱ,33(1),5分](多选)对于实际的气体,下列说法正确的是 ( )
A.气体的内能包括气体分子的重力势能
B.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能
C.气体的内能包括气体整体运动的动能
D.气体的体积变化时,其内能可能不变
E.气体的内能包括气体分子热运动的动能
答案 BDE
考点二 热力学定律与能量守恒
1.(2020天津,5,5分)水枪是孩子们喜爱的玩具,常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体,达到一定压强后,关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开,水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中,罐内气体温度始终保持不变,则气体 ( )
A.压强变大 B.对外界做功
C.对外界放热 D.分子平均动能变大
答案 B
2.[2017课标Ⅲ,33(1),5分](多选)如图,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到初态a。下列说法正确的是 ( )
A.在过程ab中气体的内能增加
B.在过程ca中外界对气体做功
C.在过程ab中气体对外界做功
D.在过程bc中气体从外界吸收热量
E.在过程ca中气体从外界吸收热量
答案 ABD
3.[2017课标Ⅱ,33(1),5分](多选)如图,用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是 ( )
A.气体自发扩散前后内能相同
B.气体在被压缩的过程中内能增大
C.在自发扩散过程中,气体对外界做功
D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功
E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变
答案 ABD
4.[2020课标Ⅱ,33(1),5分]下列关于能量转换过程的叙述,违背热力学第一定律的有 ,不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有 。(填正确答案标号)
A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B.冷水倒入保温杯后,冷水和杯子的温度都变得更低
C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功,而不产生其他影响
D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
答案 B C
5.[2019课标Ⅲ,33(2),10分]如图,一粗细均匀的细管开口向上竖直放置,管内有一段高度为2.0cm的水银柱,水银柱下密封了一定量的理想气体,水银柱上表面到管口的距离为2.0cm。若将细管倒置,水银柱下表面恰好位于管口处,且无水银滴落,管内气体温度与环境温度相同。已知大气压强为76cmHg,环境温度为296K。
(ⅰ)求细管的长度;
(ⅱ)若在倒置前,缓慢加热管内被密封的气体,直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止,求此时密封气体的温度。
答案 (ⅰ)41cm (ⅱ)312K
6.[2018课标Ⅱ,33(2),10分]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。
答案 1+hH1+mgp0ST0 (p0S+mg)h
7.[2019课标Ⅰ,33(2),10分]热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时,先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中,然后炉腔升温,利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理,改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3,炉腔抽真空后,在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2m3,使用前瓶中气体压强为1.5×107Pa,使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106Pa;室温温度为27℃。氩气可视为理想气体。
(ⅰ)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强;
(ⅱ)将压入氩气后的炉腔加热到1227℃,求此时炉腔中气体的压强。
答案 (ⅰ)3.2×107Pa (ⅱ)1.6×108Pa
8.[2020课标Ⅰ,33(2),10分]甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体)。甲罐的容积为V,罐中气体的压强为p;乙罐的容积为2V,罐中气体的压强为12p。现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去,两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变,调配后两罐中气体的压强相等。求调配后
(ⅰ)两罐中气体的压强;
(ⅱ)甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。
答案 (ⅰ)23p (ⅱ)23
9.(2020山东等级考,15,7分)中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上,进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种,如图所示,左侧为火罐,下端开口;右侧为抽气拔罐,下端开口,上端留有抽气阀门。使用火罐时,先加热罐中气体,然后迅速按到皮肤上,自然降温后火罐内部气压低于外部大气压,使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上,再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时,罐内气体初始压强与外部大气压相同,温度为450K,最终降到300K,因皮肤凸起,内部气体体积变为罐容积的2021。若换用抽气拔罐,抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的2021,罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体,忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。
答案 13
[教师专用题组]
【5年高考】
考点一 分子动理论、内能
1.(2017北京理综,13,6分)以下关于热运动的说法正确的是 ( )
A.水流速度越大,水分子的热运动越剧烈
B.水凝结成冰后,水分子的热运动停止
C.水的温度越高,水分子的热运动越剧烈
D.水的温度升高,每一个水分子的运动速率都会增大
答案 C 本题考查分子动理论。温度是分子热运动平均动能的标志,故温度越高,分子热运动越剧烈。分子热运动的剧烈程度与机械运动速度大小无关,故选项A错C对;水凝结成冰后,分子热运动依然存在,B项错误;温度升高,分子运动的平均速率增大,但不是每个分子的运动速率都会增大,D项错误。
易错点拨 分子热运动与物体运动、物态变化的关系
水流速度大,只是说明水流整体运动的动能大,是宏观运动的表现,而分子热运动是指物体内部的分子微观层面的运动,两者没有必然联系;水凝结成冰的过程,温度保持不变,分子热运动的平均动能不变,这一过程中物体放出热量,内能减少。
2.(2016北京理综,20,6分)雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中,各种悬浮颗粒物形状不规则,但可视为密度相同、直径不同的球体,并用PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10μm、2.5μm的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)。
某科研机构对北京地区的检测结果表明,在静稳的雾霾天气中,近地面高度百米的范围内,PM10的浓度随高度的增加略有减小,大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小,且两种浓度分布基本不随时间变化。
据此材料,以下叙述正确的是 ( )
A.PM10表示直径小于或等于1.0×10-6m的悬浮颗粒物
B.PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力
C.PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动
D.PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大
答案 C PM10的直径小于或等于10×10-6m=1.0×10-5m,A错误;处于静稳态的颗粒受力平衡,B错误;布朗运动是悬浮颗粒物的无规则运动,C正确;根据题意不能判断PM2.5的浓度随高度的增加而增大,D错误。
失分警示 本题易错选D而失分,题目中明确提出“近地面高度百米的范围内,PM10的浓度随高度的增加略有减小,大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小”,并没有明确PM2.5的浓度随高度的变化情况。
3.[2015课标Ⅱ,33(1),5分,0.425](多选)关于扩散现象,下列说法正确的是 。
A.温度越高,扩散进行得越快
B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应
C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生
E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的
答案 ACD 扩散现象是分子无规则热运动的反映,C正确,E错误;温度越高,分子热运动越激烈,扩散越快,A正确;气体、液体、固体的分子都在不停地进行着热运动,扩散现象在气体、液体和固体中都能发生,D正确;在扩散现象中,分子本身结构没有发生变化,不属于化学变化,B错误。
解题关键 扩散现象:不同物质能够彼此进入对方的现象。扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的。固体、液体和气体中都能发生扩散现象。扩散现象的快慢与温度有关。
4.[2015山东理综,37(1)]墨滴入水,扩而散之,徐徐混匀。关于该现象的分析正确的是 ( )
A.混合均匀主要是由于碳粒受重力作用
B.混合均匀的过程中,水分子和碳粒都做无规则运动
C.使用碳粒更小的墨汁,混合均匀的过程进行得更迅速
D.墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的
答案 BC 墨汁与水混合均匀的过程,是水分子和碳粒做无规则运动的过程,这种运动与重力无关,也不是化学反应引起的。微粒越小、温度越高,无规则运动越剧烈,可见,B、C正确,A、D均错。
5.(2019北京理综,15,6分)下列说法正确的是 ( )
A.温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度
B.内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和
C.气体压强仅与气体分子的平均动能有关
D.气体膨胀对外做功且温度降低,分子的平均动能可能不变
答案 A 本题为热学中的基本概念的辨析问题,主要考查考生对物理观念的理解能力,体现了能量观念、模型建构等核心素养。
温度是分子平均动能的标志,故A项正确;内能是所有分子的分子动能与分子势能的总和,B错误;气体压强与气体分子的平均动能和分子密集程度有关,故C错误;气体温度降低,则气体分子的平均动能减小,故D错误。
试题评析 物理观念是物理学科重要的核心素养之一,体现着人们对客观事实的基本认识。这些认识往往以基本的物理概念呈现,是否牢固掌握这些概念,体现着对物理认识水平的高低,所以用辨析题目考查这些概念是高考中的常见形式。
6.(2018北京理综,14,6分)关于分子动理论,下列说法正确的是 ( )
A.气体扩散的快慢与温度无关
B.布朗运动是液体分子的无规则运动
C.分子间同时存在着引力和斥力
D.分子间的引力总是随分子间距增大而增大
答案 C 本题考查分子动理论。温度是分子热运动平均动能的标志,温度越高,分子运动越剧烈,气体扩散越快,A错;布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动,不是液体分子的运动,B错;分子间同时存在着引力和斥力,且随着分子间距的增大,引力和斥力均减小,故C对、D错。
易错点拨 分子力与分子间距离的关系
分子间同时存在引力与斥力,两力的大小均与分子间距有关,分子力是指这两个力的合力,下图为斥力f斥、引力f引及分子力f分随分子间距离r的变化关系图线。
7.(2017课标Ⅰ,33,15分)(1)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 。
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
答案 ABC 本题考查气体分子速率及分布率。
每条曲线下面积的意义是各种速率的分子总和占总分子数的百分比,故面积为1,A正确、D错误。气体温度越高,分子无规则运动越剧烈,分子平均动能越大,大速率的分子所占的百分比越大,故虚线对应的温度较低,B、C皆正确。由图中0~400m/s区间图线下的面积可知0℃时出现在0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大,E错误。
8.[2016课标Ⅲ,33(1),5分](多选)关于气体的内能,下列说法正确的是 ( )
A.质量和温度都相同的气体,内能一定相同
B.气体温度不变,整体运动速度越大,其内能越大
C.气体被压缩时,内能可能不变
D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加
答案 CDE 由于非理想气体分子间作用力不可忽略,内能包括分子势能,则气体的内能与体积有关,再者即使是理想气体,内能取决于温度和分子数目,质量相同的气体,当分子数目不同、温度相同时,内能也不相同,故A项错误;物体的内能与其机械运动无关,B项错误;由热力学第一定律知,气体被压缩时,若同时向外散热,则内能可能保持不变,C项正确;对于一定量的某种理想气体,体积变化时分子势能不变,其内能只取决于分子平均动能的变化,而温度是分子平均动能的标志,所以D项正确;由理想气体状态方程pVT=C知,p不变V增大,则T增大,故E项正确。
考查点 内能、热力学第一定律
温馨提示 ①物体的内能与物体的机械运动无关。
②一定量的实际气体的内能与气体体积、温度都有关。而一定量的理想气体的内能只与温度有关。
9.[2019江苏单科,13A(2)(3)](2)由于水的表面张力,荷叶上的小水滴总是球形的。在小水滴表面层中,水分子之间的相互作用总体上表现为 (选填“引力”或“斥力”)。分子势能Ep和分子间距离r的关系图像如图甲所示,能总体上反映小水滴表面层中水分子Ep的是图甲中 (选填“A”“B”或“C”)的位置。
图甲
图乙
(3)如图乙所示,一定质量理想气体经历A→B的等压过程,B→C的绝热过程(气体与外界无热量交换),其中B→C过程中内能减少900J。求A→B→C过程中气体对外界做的总功。
答案 (1)引力 C (2)1500J
解析 (1)本题考查了液体的表面张力,体现了运动和相互作用观念的素养要素。
液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,则液体表面层分子间作用力表现为分子间引力。当分子间引力和斥力相等时分子势能最小,而此时分子力表现为引力,分子间距离应大于最小分子势能对应的距离,故应是图像中C位置。
(2)本题考查了热力学第一定律的应用与学生的综合分析能力和理解能力,体现了科学探究中的问题和证据的素养要素。
A→B过程,W1=-p(VB-VA);B→C过程,根据热力学第一定律,W2=ΔU;则气体对外界做的总功W=-(W1+W2),代入数据得W=1500J。
易错警示 对分子势能随分子间距离变化的图像与分子间作用力随分子间距离变化的关系认识不清楚而出现错误。
审题指导 ①等压做功,W1=p·ΔV。
②绝热过程中Q=0,故W2=ΔU。
考点二 固体、液体和气体
1.(2016江苏单科,12A,12分)(1)在高原地区烧水需要使用高压锅。水烧开后,锅内水面上方充满饱和汽。停止加热,高压锅在密封状态下缓慢冷却。在冷却过程中,锅内水蒸气的变化情况为 。
A.压强变小 B.压强不变
C.一直是饱和汽 D.变为未饱和汽
答案 AC 高压锅在密封状态下,因为冷却过程是缓慢进行的,所以水和水蒸气保持动态平衡,即水蒸气一直是饱和汽,故C对D错。饱和汽压随温度的降低是减小的,故A对B错。
2.[2015课标Ⅰ,33(1),5分]下列说法正确的是 ( )
A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体
B.固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上有不同的光学性质
C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体
E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变
答案 BCD晶体被敲碎后,其空间点阵结构未变,仍是晶体,A错误;单晶体光学性质各向异性,B正确;同种元素由于空间的排列结构而形成不同物质的晶体,C正确;如果外界条件改变了分子或原子的空间排列结构,晶体和非晶体之间可以互相转化,D正确;在晶体熔化过程中,分子势能会发生改变,内能也会改变,E错误。
3.[2014课标Ⅱ,33(1),5分]下列说法正确的是 ( )
A.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动
B.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果
C.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
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.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
答案 BCE 水中花粉的布朗运动,反映的是水分子的热运动规律,则A项错。正是表面张力使空中雨滴呈球形,则B项正确。液晶的光学性质是各向异性,液晶显示器正是利用了这种性质,C项正确。高原地区大气压较低,对应的水的沸点较低,D项错误。因为纱布中的水蒸发吸热,则同样环境下湿泡温度计显示的温度较低,E项正确。
4.(2014大纲全国,16,6分)(多选)对于一定量的稀薄气体,下列说法正确的是 ( )
A.压强变大时,分子热运动必然变得剧烈
B.保持压强不变时,分子热运动可能变得剧烈
C.压强变大时,分子间的平均距离必然变小
D.压强变小时,分子间的平均距离可能变小
答案 BD 对一定量的稀薄气体,压强变大,温度不一定升高,因此分子热运动不一定变得剧烈,A项错误;在保持压强不变时,如果气体体积变大则温度升高,分子热运动变得剧烈,选项B正确;在压强变大或变小时气体的体积可能变大,也可能变小或不变,因此选项C错D对。
考查点 气体的压强
解题关键 气体压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁产生的,压强的大小既与气体分子的分子数密度有关,也与气体分子无规则热运动的剧烈程度有关。宏观理解就是气体的压强既与体积有关,也与温度有关。
5.(2012重庆理综,16,6分)为伽利略设计的一种测温装置示意图,玻璃管的上
端与导热良好的玻璃泡连通,下端插入水中,玻璃泡中封闭有一定量的空气.若玻璃管内水柱上升,则外界大气的变化可能是 ( )
A.温度降低,压强增大
B.温度升高,压强不变
C.温度升高,压强减小
D.温度不变,压强减小
6.[2020课标Ⅱ,33(2),10分]潜水钟是一种水下救生设备,它是一个底部开口、上部封闭的容器,外形与钟相似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气,以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便,将潜水钟简化为截面积为S、高度为h、开口向下的圆筒;工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为H的水下,如图所示。已知水的密度为ρ,重力加速度大小为g,大气压强为p0,H≫h,忽略温度的变化和水密度随深度的变化。
(ⅰ)求进入圆筒内水的高度l;
(ⅱ)保持H不变,压入空气使筒内的水全部排出,求压入的空气在其压强为p0时的体积。
答案 (ⅰ)ρgHp0+ρgHh (ⅱ)ρgSHhp0
解析 (ⅰ)设潜水钟在水面上方时和放入水下后筒内气体的体积分别为V0和V1,放入水下后筒内气体的压强为p1,由玻意耳定律和题给条件有
p1V1=p0V0 ①
V0=hS ②
V1=(h-l)S ③
p1=p0+ρg(H-l) ④
联立以上各式并考虑到H≫h>l,解得
l=ρgHp0+ρgHh ⑤
(ⅱ)设水全部排出后筒内气体的压强为p2,此时筒内气体的体积为V0,这些气体在其压强为p0时的体积为V3,由玻意耳定律有
p2V0=p0V3 ⑥
其中
p2=p0+ρgH ⑦
设需压入筒内的气体体积为V,依题意
V=V3-V0 ⑧
联立②⑥⑦⑧式得
V=ρgSHhp0 ⑨
7.[2020课标Ⅲ,33(2),10分]如图,两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H=18cm的U形管,左管上端封闭,右管上端开口。右管中有高h0=4cm的水银柱,水银柱上表面离管口的距离l=12cm。管底水平段的体积可忽略。环境温度为T1=283K,大气压强p0=76cmHg。
(ⅰ)现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙),恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱的高度为多少?
(ⅱ)再将左管中密封气体缓慢加热,使水银柱上表面恰与右管口平齐,此时密封气体的温度为多少?
答案 (ⅰ)12.9cm (ⅱ)363K
解析 (ⅰ)设密封气体初始体积为V1,压强为p1,左、右管的截面积均为S,密封气体先经等温压缩过程体积变为V2,压强变为p2。由玻意耳定律有
p1V1=p2V2 ①
设注入水银后水银柱高度为h,水银的密度为ρ,按题设条件有
p1=p0+ρgh0 ②
p2=p0+ρgh ③
V1=(2H-l-h0)S,V2=HS ④
联立①②③④式并代入题给数据得
h=12.9cm⑤
(ⅱ)密封气体再经等压膨胀过程体积变为V3,温度变为T2,由盖—吕萨克定律有
V2T1=V3T2 ⑥
按题设条件有
V3=(2H-h)S ⑦
联立④⑤⑥⑦式并代入题给数据得
T2=363K⑧
8.[2018课标Ⅲ,33(2),10分]在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,水银柱的两端各封闭有一段空气。当U形管两端竖直朝上时,左、右两边空气柱的长度分别为l1=18.0cm和l2=12.0cm,左边气体的压强为12.0cmHg。现将U形管缓慢平放在水平桌面上,没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。求U形管平放时两边空气柱的长度。在整个过程中,气体温度不变。
答案 见解析
解析 本题考查气体实验定律。
设U形管两端竖直朝上时,左、右两边气体的压强分别为p1和p2。U形管水平放置时,两边气体压强相等,设为p,此时原左、右两边气柱长度分别变为l1'和l2'。
由力的平衡条件有
p1=p2+ρg(l1-l2) ①
式中ρ为水银密度,g为重力加速度大小。
由玻意耳定律有
p1l1=pl1' ②
p2l2=pl2' ③
两边气柱长度的变化量大小相等
l1'-l1=l2-l2' ④
由①②③④式和题给条件得
l1'=22.5cm⑤
l2'=7.5cm⑥
审题指导 液柱移动问题的分析方法
9.[2018海南单科,15(2),8分]一储存氮气的容器被一绝热轻活塞分隔成两个气室A和B,活塞可无摩擦地滑动。开始时用销钉固定活塞,A中气体体积为2.5×10-4m3,温度为27℃,压强为6.0×104Pa;B中气体体积为4.0×10-4m3,温度为-17℃,压强为2.0×104Pa。现将A中气体的温度降至-17℃,然后拔掉销钉,并保持A、B中气体温度不变,求稳定后A和B中气体的压强。
答案 3.2×104Pa
解析 本题考查了查理定律、玻意耳定律。
A气体的温度由27℃降至-17℃,由查理定律得
pATA=pA'TA' ①
设拔掉销钉稳定后,A、B中气体的压强均为p,根据玻意耳定律,对A气体有pA'VA=pVA' ②
对B气体有pBVB=pVB' ③
由已知条件得VA'+VB'=2.5×10-4m3+4.0×10-4m3 ④
联立以上各式得p=3.2×104Pa
10.[2017课标Ⅱ,33(2),10分]一热气球体积为V,内部充有温度为Ta的热空气,气球外冷空气的温度为Tb。已知空气在1个大气压、温度T0时的密度为ρ0,该气球内、外的气压始终都为1个大气压,重力加速度大小为g。
(ⅰ)求该热气球所受浮力的大小;
(ⅱ)求该热气球内空气所受的重力;
(ⅲ)设充气前热气球的质量为m0,求充气后它还能托起的最大质量。
答案 (ⅰ)Vgρ0T0Tb (ⅱ)Vgρ0T0Ta
(ⅲ)Vρ0T0(1Tb-1Ta)-m0
解析 (ⅰ)设1个大气压下质量为m的空气在温度为T0时的体积为V0,密度为
ρ0=mV0 ①
在温度为T时的体积为VT,密度为
ρ(T)=mVT ②
由盖—吕萨克定律得
V0T0=VTT ③
联立①②③式得
ρ(T)=ρ0T0T ④
气球所受到的浮力为
f=ρ(Tb)gV ⑤
联立④⑤式得
f=Vgρ0T0Tb ⑥
(ⅱ)气球内热空气所受的重力为
G=ρ(Ta)Vg ⑦
联立④⑦式得G=Vgρ0T0Ta ⑧
(ⅲ)设该气球还能托起的最大质量为m,由力的平衡条件得
mg=f-G-m0g ⑨
联立⑥⑧⑨式得m=Vρ0T0(1Tb-1Ta)-m0 ⑩
11.[2017课标Ⅲ,33(2),10分]一种测量稀薄气体压强的仪器如图(a)所示,玻璃泡M的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管K1和K2。K1长为l,顶端封闭,K2上端与待测气体连通;M下端经橡皮软管与充有水银的容器R连通。开始测量时,M与K2相通;逐渐提升R,直到K2中水银面与K1顶端等高,此时水银已进入K1,且K1中水银面比顶端低h,如图(b)所示。设测量过程中温度、与K2相通的待测气体的压强均保持不变。已知K1和K2的内径均为d,M的容积为V0,水银的密度为ρ,重力加速度大小为g。求:
(ⅰ)待测气体的压强;
(ⅱ)该仪器能够测量的最大压强。
答案 (ⅰ)ρπgh2d24V0+πd2(l-h) (ⅱ)πρgl2d24V0
解析 本题考查气体压强的计算、玻意耳定律。
(ⅰ)水银面上升至M的下端使玻璃泡中气体恰好被封住,设此时被封闭的气体的体积为V,压强等于待测气体的压强p。提升R,直到K2中水银面与K1顶端等高时,K1中水银面比顶端低h;设此时封闭气体的压强为p1,体积为V1,则
V=V0+14πd2l ①
V1=14πd2h ②
由力学平衡条件得
p1=p+ρgh ③
整个过程为等温过程,由玻意耳定律得
pV=p1V1 ④
联立①②③④式得
p=ρπgh2d24V0+πd2(l-h) ⑤
(ⅱ)由题意知
h≤l ⑥
联立⑤⑥式有
p≤πρgl2d24V0 ⑦
该仪器能够测量的最大压强为
pmax=πρgl2d24V0 ⑧
12.[2016课标Ⅲ,33(2),10分]一U形玻璃管竖直放置,左端开口,右端封闭,左端上部有一光滑的轻活塞。初始时,管内汞柱及空气柱长度如图所示。用力向下缓慢推活塞,直至管内两边汞柱高度相等时为止。求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离。已知玻璃管的横截面积处处相同;在活塞向下移动的过程中,没有发生气体泄漏;大气压强p0=75.0cmHg。环境温度不变。
解析 设初始时,右管中空气柱的压强为p1,长度为l1;左管中空气柱的压强为p2=p0,长度为l2。活塞被下推h后,右管中空气柱的压强为p1',长度为l1';左管中空气柱的压强为p2',长度为l2'。以cmHg为压强单位。由题给条件得p1=p0+(20.0-5.00)cmHg①
l1'=20.0-20.0-5.002cm②
由玻意耳定律得p1l1=p1'l1' ③
联立①②③式和题给条件得
p1'=144cmHg④
依题意p2'=p1' ⑤
l2'=4.00cm+20.0-5.002cm-h ⑥
由玻意耳定律得p2l2=p2'l2' ⑦
联立④⑤⑥⑦式和题给条件得h=9.42cm⑧
答案 144cmHg 9.42cm
审题指导 由于环境温度不变,玻璃管内气体发生的是等温变化,适用规律是玻意耳定律,分别以左管内和右管内气体为研究对象,找出初末状态参量,列出玻意耳定律方程即可求解。
13.[2016课标Ⅰ,33(2),10分]在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强,两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp=2σr,其中σ=0.070N/m。现让水下10m处一半径为0.50cm的气泡缓慢上升。已知大气压强p0=1.0×105Pa,水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度大小g=10m/s2。
(ⅰ)求在水下10m处气泡内外的压强差;
(ⅱ)忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。
答案 (ⅰ)28Pa (ⅱ)1.3
解析 (ⅰ)当气泡在水下h=10m处时,设其半径为r1,气泡内外压强差为Δp1,则
Δp1=2σr1 ①
代入题给数据得
Δp1=28Pa②
(ⅱ)设气泡在水下10m处时,气泡内空气的压强为p1,气泡体积为V1;气泡到达水面附近时,气泡内空气的压强为p2,内外压强差为Δp2,其体积为V2,半径为r2。
气泡上升过程中温度不变,根据玻意耳定律有
p1V1=p2V2 ③
由力学平衡条件有
p1=p0+ρgh+Δp1 ④
p2=p0+Δp2 ⑤
气泡体积V1和V2分别为
V1=43πr13 ⑥
V2=43πr23 ⑦
联立③④⑤⑥⑦式得
r1r23=p0+Δp2ρgh+p0+Δp1 ⑧
由②式知,Δpi≪p0,i=1,2,故可略去⑧式中的Δpi项。代入题给数据得
r2r1=32≈1.3 ⑨
解题关键 ①准确写出气体初、末态的压强。
②计算过程中进行合理近似。
14.[2016课标Ⅱ,33(2),10分]一氧气瓶的容积为0.08m3,开始时瓶中氧气的压强为20个大气压。某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36m3。当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时,需重新充气。若氧气的温度保持不变,求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。
答案 4天
解析 设氧气开始时的压强为p1,体积为V1,压强变为p2(2个大气压)时,体积为V2。根据玻意耳定律得
p1V1=p2V2 ①
重新充气前,用去的氧气在p2压强下的体积为
V3=V2-V1 ②
设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0,则有
p2V3=p0V0 ③
设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV,则氧气可用的天数为N=V0/ΔV ④
联立①②③④式,并代入数据得
N=4(天) ⑤
解题指导 解答此题的关键是将用去的氧气在p2压强下的体积转化为在p0(1个大气压)压强下的体积,从而可以计算出氧气在p0压强下的可用天数。
易错点拨 没有将氧气的体积转化为1个大气压下的体积而直接进行计算。
15.[2019课标Ⅱ,33(2),10分]如图,一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成,容器平放在水平地面上,汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分,分别充有氢气、空气和氮气。平衡时,氮气的压强和体积分别为p0和V0,氢气的体积为2V0,空气的压强为p。现缓慢地将中部的空气全部抽出,抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变,活塞没有到达两汽缸的连接处,求
(ⅰ)抽气前氢气的压强;
(ⅱ)抽气后氢气的压强和体积。
答案 (ⅰ)12(p0+p)
(ⅱ)12p0+14p 4(p0+p)V02p0+p
解析 本题考查气体的性质,是对学生综合分析能力要求较高的题目,也是对学生科学推理素养的考查。
(ⅰ)设抽气前氢气的压强为p10,根据力的平衡条件得
(p10-p)·2S=(p0-p)·S ①
得p10=12(p0+p) ②
(ⅱ)设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1,氮气的压强和体积分别为p2和V2。
根据力的平衡条件有p2·S=p1·2S ③
由玻意耳定律得
p1V1=p10·2V0 ④
p2V2=p0V0 ⑤
由于两活塞用刚性杆连接,故
V1-2V0=2(V0-V2) ⑥
联立②③④⑤⑥式解得
p1=12p0+14p ⑦
V1=4(p0+p)V02p0+p ⑧
解题关键 ①准确写出活塞的平衡方程。②准确写出两部分气体的体积变化关系。
16.[2018课标Ⅰ,33(2),10分]如图,容积为V的汽缸由导热材料制成,面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分,汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K。开始时,K关闭,汽缸内上下两部分气体的压强均为p0。现将K打开,容器内的液体缓慢地流入汽缸,当流入的液体体积为V8时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了V6。不计活塞的质量和体积,外界温度保持不变,重力加速度大小为g。求流入汽缸内液体的质量。
答案 15p0S26g
解析 本题考查气体实验定律、气体压强计算等知识。
设活塞再次平衡后,活塞上方气体的体积为V1,压强为p1;下方气体的体积为V2,压强为p2。在活塞下移的过程中,活塞上、下方气体的温度均保持不变,由玻意耳定律得
p0V2=p1V1 ①
p0V2=p2V2 ②
由已知条件得
V1=V2+V6-V8=1324V ③
V2=V2-V6=V3 ④
设活塞上方液体的质量为m,由力的平衡条件得
p2S=p1S+mg ⑤
联立以上各式得
m=15p0S26g ⑥
审题指导 关键词理解,隐含条件显性化
①关键词“导热”说明气体上下两部分温度相等,且与环境温度相同。
②外界温度保持不变,说明气体做等温变化。
③流入液体产生的压强p'=mgS。
④K关闭,说明外部液体对气体压强不产生影响。
17.[2017课标Ⅰ,33(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K2位于细管的中部,A、B的顶部各有一阀门K1、K3,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K2、K3,通过K1给汽缸充气,使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27℃,汽缸导热。
(ⅰ)打开K2,求稳定时活塞上方气体的体积和压强;
(ⅱ)接着打开K3,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。
答案 (ⅰ)V2 2p0 (ⅱ)B的顶部 (ⅲ)1.6p0
解析 本题考查气体实验定律。
(ⅰ)设打开K2后,稳定时活塞上方气体的压强为p1,体积为V1。依题意,被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。由玻意耳定律得
p0V=p1V1 ①
(3p0)V=p1(2V-V1) ②
联立①②式得
V1=V2 ③
p1=2p0 ④
(ⅱ)打开K3后,由④式知,活塞必定上升。设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2(V2≤2V)时,活塞下气体压强为p2。由玻意耳定律得
(3p0)V=p2V2 ⑤
由⑤式得
p2=3VV2p0 ⑥
由⑥式知,打开K3后活塞上升直到B的顶部为止;此时p2为p2'=32p0。
(ⅲ)设加热后活塞下方气体的压强为p3,气体温度从T1=300K升高到T2=320K的等容过程中,由查理定律得
p2'T1=p3T2 ⑦
将有关数据代入⑦式得
p3=1.6p0 ⑧
思路点拨 活塞封闭的气体
通过分析活塞的受力,利用平衡条件可获得活塞两侧气体压强之间的关系。注意轻质物体在任意状态下所受合外力均为0。
18.[2015课标Ⅰ,33(2),10分,★]如图,一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成,两圆筒中各有一个活塞。已知大活塞的质量为m1=2.50kg,横截面积为S1=80.0cm2;小活塞的质量为m2=1.50kg,横截面积为S2=40.0cm2;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l=40.0cm;汽缸外大气的压强为p=1.00×105Pa,温度为T=303K。初始时大活塞与大圆筒底部相距l2,两活塞间封闭气体的温度为T1=495K。现汽缸内气体温度缓慢下降,活塞缓慢下移。忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦,重力加速度大小g取10m/s2。求
(ⅰ)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,缸内封闭气体的温度;
(ⅱ)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强。
答案 (ⅰ)330K (ⅱ)1.01×105Pa
解析 (ⅰ)设初始时气体体积为V1,在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,缸内封闭气体的体积为V2,温度为T2。由题给条件得
V1=S2l-l2+S1l2 ①
V2=S2l ②
在活塞缓慢下移的过程中,用p1表示缸内气体的压强,由力的平衡条件得
S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p) ③
故缸内气体的压强不变。由盖—吕萨克定律有
V1T1=V2T2 ④
联立①②④式并代入题给数据得
T2=330K⑤
(ⅱ)在大活塞与大圆筒底部刚接触时,被封闭气体的压强为p1。在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中,被封闭气体的体积不变。设达到热平衡时被封闭气体的压强为p',由查理定律,有
p'T=p1T2 ⑥
联立③⑤⑥式并代入题给数据得
p'=1.01×105Pa⑦
19.[2014课标Ⅰ,33(2),9分]一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内,汽缸壁导热良好,活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动。开始时气体压强为p,活塞下表面相对于汽缸底部的高度为h,外界的温度为T0。现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面,沙子倒完时,活塞下降了h/4。若此后外界的温度变为T,求重新达到平衡后气体的体积。已知外界大气的压强始终保持不变,重力加速度大小为g。
答案 9mghT4pT0
解析 设汽缸的横截面积为S,沙子倒在活塞上后,对气体产生的压强为Δp,由玻意耳定律得phS=(p+Δp)(h-14h)S,解得Δp=13p
外界的温度变为T后,设活塞距底面的高度为h'。根据盖—吕萨克定律,得
(h-14h)ST0=h'ST
解得h'=3T4T0h
据题意可得Δp=mgS
气体最后的体积为V=Sh'
联立各式得V=9mghT4pT0
20.[2014课标Ⅱ,33(2),10分]如图,两汽缸A、B粗细均匀、等高且内壁光滑,其下部由体积可忽略的细管连通;A的直径是B的2倍,A上端封闭,B上端与大气连通;两汽缸除A顶部导热外,其余部分均绝热。两汽缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b,活塞下方充有氮气,活塞a上方充有氧气。当大气压为p0、外界和汽缸内气体温度均为7℃且平衡时,活塞a离汽缸顶的距离是汽缸高度的14,活塞b在汽缸正中间。
(ⅰ)现通过电阻丝缓慢加热氮气,当活塞b恰好升至顶部时,求氮气的温度;
(ⅱ)继续缓慢加热,使活塞a上升。当活塞a上升的距离是汽缸高度的116时,求氧气的压强。
答案 (ⅰ)320K (ⅱ)43p0
解析 (ⅰ)活塞b升至顶部的过程中,活塞a不动,活塞a、b下方的氮气经历等压过程。设汽缸A的容积为V0,氮气初态体积为V1,温度为T1;末态体积为V2,温度为T2。按题意,汽缸B的容积为V0/4,由题给数据和盖—吕萨克定律有
V1=34V0+12V04=78V0
V2=34V0+14V0=V0
V1T1=V2T2
解得T2=320K
(ⅱ)活塞b升至顶部后,由于继续缓慢加热,活塞a开始向上移动,直至活塞上升的距离是汽缸高度的116时,活塞a上方的氧气经历等温过程。设氧气初态体积为V1',压强为p1';末态体积为V2',压强为p2'。由题给数据和玻意耳定律有
V1'=14V0,p1'=p0,V2'=316V0
p1'V1'=p2'V2'
解得p2'=43p0
温馨提示 关注:①“细管连通”表示压强相等,②B上端与大气连通表示压强不变,③活塞b恰好升至顶部表示等压变化,此过程中活塞a不动,④A顶部导热表示等温。
21.[2014山东理综,37(2)]一种水下重物打捞方法的工作原理如图所示。将一质量M=3×103kg、体积V0=0.5m3的重物捆绑在开口朝下的浮筒上。向浮筒内充入一定量的气体,开始时筒内液面到水面的距离h1=40m,筒内气体体积V1=1m3。在拉力作用下浮筒缓慢上升,当筒内液面到水面的距离为h2时,拉力减为零,此时气体体积为V2,随后浮筒和重物自动上浮。求V2和h2。
已知大气压强p0=1×105Pa,水的密度ρ=1×103kg/m3,重力加速度的大小g=10m/s2。不计水温变化,筒内气体质量不变且可视为理想气体,浮筒质量和筒壁厚度可忽略。
答案 2.5m3 10m
解析 当F=0时,由平衡条件得
Mg=ρg(V0+V2) ①
代入数据得
V2=2.5m3 ②
设筒内气体初态、末态的压强分别为p1、p2,由题意得
p1=p0+ρgh1 ③
p2=p0+ρgh2 ④
在此过程中筒内气体温度和质量不变,由玻意耳定律得
p1V1=p2V2 ⑤
联立②③④⑤式,代入数据得
h2=10m⑥
22.[2013课标Ⅰ,33(2),9分]如图,两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同汽缸直立放置,汽缸底部和顶部均有细管连通,顶部的细管带有阀门K。两汽缸的容积均为V0,汽缸中各有一个绝热活塞(质量不同,厚度可忽略)。开始时K关闭,两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体),压强分别为p0和p0/3;左活塞在汽缸正中间,其上方为真空;右活塞上方气体体积为V0/4。现使汽缸底与一恒温热源接触,平衡后左活塞升至汽缸顶部,且与顶部刚好没有接触;然后打开K,经过一段时间,重新达到平衡。已知外界温度为T0,不计活塞与汽缸壁间的摩擦。求:
(ⅰ)恒温热源的温度T;
(ⅱ)重新达到平衡后左汽缸中活塞上方气体的体积Vx。
答案 (ⅰ)75T0 (ⅱ)12V0
解析 (ⅰ)与恒温热源接触后,在K未打开时,右活塞不动,两活塞下方的气体经历等压过程,由盖-吕萨克定律得
TT0=7V0/45V0/4 ①
由此得
T=75T0 ②
(ⅱ)由初始状态的力学平衡条件可知,左活塞的质量比右活塞的大。打开K后,左活塞下降至某一位置,右活塞必须升至汽缸顶,才能满足力学平衡条件。
汽缸顶部与外界接触,底部与恒温热源接触,两部分气体各自经历等温过程,设左活塞上方气体压强为p,由玻意耳定律得
pVx=p03·V04 ③
(p+p0)(2V0-Vx)=p0·74V0 ④
联立③④式得
6Vx2-V0Vx-V02=0
其解为Vx=12V0 ⑤
另一解Vx=-13V0,不合题意,舍去。
23.[2013山东理综,36(2),4分]我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米,再创载人深潜新纪录。在某次深潜实验中,“蛟龙”号探测到990m深处的海水温度为280K。某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化。如图所示,导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体,不计活塞的质量和摩擦,汽缸所处海平面的温度T0=300K,压强p0=1atm,封闭气体的体积V0=3m3。如果将该汽缸下潜至990m深处,此过程中封闭气体可视为理想气体。
①求990m深处封闭气体的体积(1atm相当于10m深的海水产生的压强)。
②下潜过程中封闭气体 (填“吸热”或“放热”),传递的热量 (填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功。
答案 ①2.8×10-2m3 ②放热 大于
解析 ①当汽缸下潜至990m时,设封闭气体的压强为p,温度为T,体积为V,由题意可知
p=100atm①
根据理想气体状态方程得
p0V0T0=pVT ②
代入数据得
V=2.8×10-2m3
②下潜过程中,封闭理想气体温度降低,内能减少,体积减小,外界对气体做功,由热力学第一定律可知下潜过程中封闭气体放热,由能量守恒定律可知传递的热量大于外界对气体所做的功。
考点三 热力学定律与能量守恒定律
1.(2015广东理综,17,6分)(多选)图为某实验器材的结构示意图,金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气,内筒中有水,在水加热升温的过程中,被封闭的空气 ( )
A.内能增大
B.压强增大
C.分子间引力和斥力都减小
D.所有分子运动速率都增大
答案 AB 由于金属内筒导热而隔热外筒绝热,故水升温过程中封闭空气不停地从内筒吸收热量而不向外放热,且封闭空气的体积不能改变即不做功,故由热力学第一定律可知其内能一定增大,A正确;由pVT=C知温度升高时封闭空气的压强一定增大,B正确;气体分子间作用力微弱,即使考虑分子间作用力,也因气体体积不变,分子间平均距离不变,某两分子间距离变化情况不能确定,而不能判定分子间作用力变化情况,C错误;温度升高时,分子平均动能增大,但这并不意味着每个分子的运动速率都增大,D错误。
2.(2015北京理综,13,6分)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
答案 C 根据热力学第一定律ΔU=Q+W判断,只有C项正确。
3.(2014广东理综,17,6分)(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品,如图所示,充气袋四周被挤压时,假设袋内气体与外界无热交换,则袋内气体 ( )
A.体积减小,内能增大 B.体积减小,压强减小
C.对外界做负功,内能增大 D.对外界做正功,压强减小
答案 AC 袋内气体与外界无热交换即Q=0,袋四周被挤压时,体积V减小,外界对气体做正功,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,气体内能增大,则温度升高,由pVT=常数知压强增大,选项A、C正确,B、D错误。
4.(2014北京理综,13,6分)下列说法中正确的是 ( )
A.物体温度降低,其分子热运动的平均动能增大
B.物体温度升高,其分子热运动的平均动能增大
C.物体温度降低,其内能一定增大
D.物体温度不变,其内能一定不变
答案 B 温度是物体分子平均动能的标志,温度升高则其分子平均动能增大,反之,则其分子平均动能减小,故A错误B正确。物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和,宏观上取决于物体的温度、体积和质量,故C、D错误。
5.[2013课标Ⅰ,33(1),6分,0.257](多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动,直至不再靠近。在此过程中,下列说法正确的是 ( )
A.分子力先增大,后一直减小
B.分子力先做正功,后做负功
C.分子动能先增大,后减小
D.分子势能先增大,后减小
E.分子势能和动能之和不变
答案 BCE 分子力F与分子间距r的关系是:当r
规律总结 如图所示
6.[2012课标,33(1),6分](多选)关于热力学定律,下列说法正确的是 ( )
A.为了增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热量
B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加
C.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功
D.不可能使热量从低温物体传向高温物体
E.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
答案 ACE 由ΔU=W+Q可知做功和热传递是改变内能的两种途径,它们是等效的,故A正确、B错误。由热力学第二定律可知,可以从单一热源吸收热量,使之全部变为功,但会产生其他影响,故C正确。由热力学第二定律知,热量只是不能自发地从低温物体传向高温物体,则D项错。一切与热现象有关的宏观过程不可逆,则E正确。
7.[2015福建理综,29(2),6分]如图,一定质量的理想气体,由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c。设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc,在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac。则 。
A.Tb>Tc,Qab>Qac B.Tb>Tc,Qab
[2018海南单科,15(1),4分](多选)如图,一定量的理想气体,由状态a等压变化到状态b,再从b等容变化到状态c。a、c两状态温度相等。下列说法正确的是 ( )
A.从状态b到状态c的过程中气体吸热
B.气体在状态a的内能等于在状态c的内能
C.气体在状态b的温度小于在状态a的温度
D.从状态a到状态b的过程中气体对外做正功
答案 BD 本题考查对一定质量的理想气体的p-V图像的理解、理想气体状态方程、热力学第一定律、理想气体内能及其相关的知识点。
内能是组成物体分子的无规则热运动动能和分子间相互作用势能的总和,由于理想气体不考虑分子势能,因此理想气体的内能等于所有分子动能的总和,而温度是分子平均动能的宏观表现,由理想气体状态方程可得pbVb/Tb=pcVc/Tc,当Vb=Vc,pb>pc时,Tb>Tc,故ΔUbc<0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,体积V不变,故W=0,所以ΔQ<0,从状态b到状态c的过程中气体放热,选项A错误;气体在状态a的温度等于在状态c的温度,故气体在状态a的内能等于在状态c的内能,选项B正确;由理想气体状态方程可得paVa/Ta=pbVb/Tb,当pa=pb,Va
A.气体在a、c两状态的体积相等
B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功
答案 ABE 由理想气体状态方程pVT=C知,p=CVT,因此气体在a、c两状态的体积相等,故A项正确;对理想气体而言,内能由温度决定,因Ta>Tc,故气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能,选项B正确;过程cd为等温变化,内能不变(ΔU=0),压强变大,体积减小,外界对气体做功(W>0),由热力学第一定律ΔU=W+Q,知Q<0,故为放热过程且W=|Q|,C选项错误;过程da为等压变化,温度升高,体积变大,气体的内能增大,ΔU>0,对外做功,W<0,由ΔU=W+Q,知该过程吸热且Q>|W|,选项D错误;bc和da过程中温度改变量相同,故体积变化量与压强的乘积相同,由W=Fl=pSl=p·ΔV知,选项E正确。
本题考查了气体实验定律、p-T图象、热力学第一定律。试题涉及的过程多,有一定的难度。
10.[2014课标Ⅰ,33(1),6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图像如图所示。下列判断正确的是 ( )
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
答案 ADE 对封闭气体,由题图可知a→b过程,气体体积V不变,没有做功,而温度T升高,则为吸热过程,A项正确。b→c过程为等温变化,压强减小,体积增大,对外做功,则为吸热过程,B项错。c→a过程为等压变化,温度T降低,内能减少,体积V减小,外界对气体做功,依据W+Q=ΔU,外界对气体所做的功小于气体所放的热,C项错。温度是分子平均动能的标志,Ta
11.[2018课标Ⅰ,33(1),5分]如图,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体,下列说法正确的是 (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.过程①中气体的压强逐渐减小
B.过程②中气体对外界做正功
C.过程④中气体从外界吸收了热量
D.状态c、d的内能相等
E.状态d的压强比状态b的压强小
答案 BDE (1)本题考查气体实验定律、理想气体状态方程。
过程①是等容升温过程,由paTa=pbTb,可知压强逐渐增大,A项错误。过程②中气体膨胀,故气体对外界做正功,B项正确。过程④为等容降温过程,气体向外放出热量,C项错误。一定质量的理想气体的内能只与温度有关,而Tc=Td,所以状态c、d的内能相等,D项正确。由理想气体状态方程pVT=C得p=CTV,由题图可知TbVb>TdVd,则pb>pd,E项正确。
12.[2018课标Ⅲ,33(1),5分]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 。(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
答案 BCD (1)本题考查热力学第一定律、理想气体状态方程。对于一定量的理想气体有pVT=恒量。从a到b,p逐渐增大,V逐渐增大,所以p与V的乘积pV增大,可知T增大,则气体的内能一直增加,故A错误、B正确。由于V逐渐增大,可知气体一直对外做功,故C正确。由热力学第一定律ΔU=Q+W,因ΔU>0,W<0,可知Q>0,即气体一直从外界吸热,且吸收的热量大于对外做的功,故D正确、E错误。
13.[2019课标Ⅱ,33(1),5分]如p-V图所示,1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态,对应的温度分别是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数,则N1 N2,T1 T3,N2 N3。(填“大于”“小于”或“等于”)
答案 大于 等于 大于
解析 本题考查气体的状态参量及理想气体状态方程的内容,考查学生对三个气体状态参量及气体实验定律的理解能力,培养学生物理观念素养的形成,提高学生对实验的认识。
由理想气体状态方程可得2p1V1T1=p1V1T2=p1·2V1T3,可知T1=T3>T2。由状态1到状态2,气体压强减小,气体体积相同,温度降低,则气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数减少,N1>N2。对状态2和状态3,压强相同,温度大的次数少,则N3
图甲
图乙
答案 不变 ①
解析 (2)B→C过程气体体积不变,气体的总分子数也不变,故单位体积内的分子数是不变的。
由pVT=C可知,TA
时间:35分钟 分值:45分
一、单项选择题(每小题3分,共21分)
1.(2020山东等级考模拟,2)如图所示,水平放置的封闭绝热汽缸,被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分。已知a部分气体为1mol氧气,b部分气体为2mol氧气,两部分气体温度相等,均可视为理想气体。解除锁定,活塞滑动一段距离后,两部分气体各自再次达到平衡态时,它们的体积分别为Va、Vb,温度分别为Ta、Tb。下列说法正确的是 ( )
A.Va>Vb,Ta>Tb B.Va>Vb,Ta
答案 D
2.(2020,5·3原创)下列说法正确的是 ( )
A.荷叶上面的小水珠呈球形的主要原因是液体有表面张力
B.单晶体有固定的熔点,多晶体没有固定的熔点
C.分子力减小时,分子势能一定减少
D.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动
答案 A
3.(2021届山东济南校级月考,2)关于一定质量的理想气体,下列说法正确的是 ( )
A.当分子热运动变剧烈且分子平均间距变大时,气体压强一定变大
B.在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零
C.一定质量的理想气体压强增大,其分子的平均动能一定增加
D.理想气体在等压膨胀过程中温度、内能一定变大
答案 D
4.(2020山东德州二模,2)戴一次性医用防护口罩是预防新冠肺炎的有效措施之一,合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的,图为一滴水滴在某一次性防护口罩内侧的照片。对此,以下说法正确的是 ( )
A.照片中的口罩一定为不合格产品
B.照片中附着层内分子比水的内部稀疏
C.照片中附着层内分子比水的内部密集
D.水对所有材料都是不浸润的
答案 B
5.(2020山东临沂期末,6)如图是一定质量的理想气体状态变化的一系列过程,以下说法正确的是 ( )
A.a→b的过程气体体积增大
B.b→c的过程气体体积减小
C.c→d的过程气体体积增大
D.d→a的过程气体体积增大
答案 C
6.(2020山东青岛三模,2)拔罐是中医传统养生疗法之一,以罐为工具,将点燃的纸片放入一个小罐内,当纸片燃烧完时,迅速将火罐开口端紧压在皮肤上,火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上,造成局部瘀血,以达到通经活络、祛风散寒等作用的疗法。封闭气体质量变化不计,可以看作理想气体。火罐“吸”到皮肤上之后,下列说法正确的是 ( )
A.火罐内的气体内能增大
B.火罐内的气体温度降低,压强减小
C.火罐内的气体温度降低,压强不变
D.火罐内的气体单位体积分子数增大,压强不变
答案 B
7.(2020山东日照期末,8)钢瓶中装有一定量的气体,现在用两种方法抽钢瓶中的气体,第一种方法是用小抽气机,每次抽1L气体,共抽取3次;第二种方法是用大抽气机,一次抽取3L气体。以上过程中气体温度保持不变,下列说法正确的是 ( )
A.两种抽法抽取的气体质量一样多
B.第二种抽法抽取的气体质量多
C.第一种抽法中,每次抽取的气体质量逐渐减少
D.第一种抽法中,每次抽取的气体质量逐渐增大
答案 C
二、多项选择题(每小题4分,共8分)
8.(2020山东济南外国语学校月考,11)如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e,对此气体,下列说法正确的是 ( )
A.过程①中气体的压强逐渐减小
B.过程②中气体对外界做正功
C.过程④中气体从外界吸收了热量
D.状态c、d的内能相等
答案 BD
9.(2021届山东青岛月考,9)吸盘挂钩的工作原理可以这样简述:使用时如图甲所示,按住锁扣把吸盘紧压在墙上,吸盘中的空气被挤出一部分;然后如图乙所示,将锁扣扳下,让锁扣以盘盖为依托把吸盘向外拉出,这样吸盘就会牢牢地被固定在墙壁上。吸盘内气体可视为理想气体,在拉起吸盘的过程中吸盘内气体的温度保持不变,则在拉起吸盘后 ( )
A.吸盘内气体的压强比拉起前气体的压强小
B.吸盘内气体的密度不变
C.吸盘内气体的内能不变
D.此过程中吸盘内的气体要吸收热量
答案 ACD
三、非选择题(共16分)
10.(2020山东等级考模拟,16)(8分)如图所示,按下压水器,能够把一定量的外界空气,经单向进气口压入密闭水桶内。开始时桶内气体的体积V0=8.0L,出水管竖直部分内外液面相平,出水口与大气相通且与桶内水面的高度差h1=0.20m。出水管内水的体积忽略不计,水桶的横截面积S=0.08m2。现压入空气,缓慢流出了V1=2.0L水。求压入的空气在外界时的体积ΔV为多少?已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3,外界大气压强p0=1.0×105Pa,取重力加速度大小g=10m/s2,设整个过程中气体可视为理想气体,温度保持不变。
答案 2.225L
11.(2020山东枣庄期末,16)(8分)如图所示,一定质量的理想气体被轻质绝热活塞封闭在绝热汽缸下部a内,汽缸顶端有绝热阀门K,汽缸底部接有电热丝,E为电源。a内被封闭气体初始温度t1=27℃,活塞位于汽缸中央,与底部的距离h1=60cm,活塞和汽缸之间的摩擦不计。
(1)若阀门K始终打开,电热丝通电一段时间,稳定后,活塞与底部的距离h2=67cm,求a内气体的温度;
(2)若阀门K始终闭合,电热丝通电一段时间,给a内气体传递了Q=1.0×104J的热量,稳定后a内气体内能增加了ΔUa=8×103J,求此过程中b内气体的内能增加量。
答案 (1)335K (2)2×103J
相关试卷
山东专用高考物理一轮复习专题十四热学专题检测含解析： 这是一份山东专用高考物理一轮复习专题十四热学专题检测含解析，共9页。
山东专用高考物理一轮复习专题十七实验_模拟集训含解析： 这是一份山东专用高考物理一轮复习专题十七实验_模拟集训含解析，共21页。
山东专用高考物理一轮复习专题十六近代物理初步_模拟集训含解析： 这是一份山东专用高考物理一轮复习专题十六近代物理初步_模拟集训含解析，共28页。
