2020届高考物理课标版二轮复习训练题：专题七第14讲 选修3-3 热学 Word版含解析

 www.ks5u.com第14讲　选修3-3　热学

1.(1)下列说法中正确的是(　　)

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100%

E.对于同一种气体,温度越高,分子平均动能越大

(2)在室温恒定的实验室内放置着如图所示的粗细均匀的L形管,管的两端封闭且管内充有水银,管的上端和左端分别封闭着长度均为L0=15 cm的A、B两部分理想气体,已知竖直管内水银柱高度为H=20 cm,A部分气体的压强恰好等于大气压强。对B部分气体进行加热到某一温度,保持A部分气体温度不变,水银柱上升h=5 cm(已知大气压强为76 cmHg,室温为300 K)。试求:

①水银柱升高后A部分气体的压强;

②温度升高后B部分气体的温度。

答案　(1)BDE　(2)①114 cmHg　②579.2 K

解析　(1)物体中分子热运动动能的总和与分子势能的总和等于物体的内能,故A错误;橡胶是非晶体,没有固定的熔点,故B正确;饱和汽压与温度有关,且随着温度的升高而增大,故C错误;热机的效率无法达到100%,故D正确;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。

(2)①设L形管的横截面积为S,水银柱上升前后A部分气体的压强分别为pA和pA',气体A的温度并没有发生变化,由玻意耳定律可得pAL0S=pA'(L0-h)S

解得pA'=114 cmHg

②设水银柱上升前后B部分气体的压强分别为pB和pB',温度分别是T和T',则

pB=pA+H,pB'=pA'+h+H

由理想气体状态方程可得

=

解得T'≈579.2 K

2.(2019山东烟台模拟)(1)下列说法正确的是(　　)

A.液晶具有液体的流动性,同时具有晶体的各向异性

B.当两薄玻璃板间加有一层水膜时,在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开,这是由于水膜具有表面张力的缘故

C.当环境的相对湿度为1时,则干湿泡湿度计的两个温度计读数一定相同

D.用油膜法测出油酸分子的直径后,要测定阿伏加德罗常数,还需要知道油酸的密度和油酸的摩尔质量

E.PM2.5是指环境空气中直径小于等于2.5 μm的颗粒物。温度越高,PM2.5的运动就会越激烈,所以PM2.5的运动属于分子热运动

(2)如图所示,一绝热汽缸固定在倾角为30°的固定斜面上,通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体。活塞的质量为m,横截面积为S。初始时,气体的温度为T0,活塞与汽缸底部相距为L。通过电热丝缓慢加热气体,当气体吸收热量Q时,活塞上升到与汽缸底部相距2L处,已知大气压强为p0,重力加速度为g,不计活塞与汽缸壁之间的摩擦。求:

(ⅰ)此时气体的温度;

(ⅱ)加热过程中气体内能的增加量。

答案　(1)ACD　(2)(ⅰ)2T0　(ⅱ)Q-SL

解析　(1)液晶既具有液体的流动性,同时又具有晶体的各向异性,故A正确;中间有一层水膜的薄玻璃板,沿垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开,是由于大气压强的缘故,故B错误;当环境的相对湿度为1时,湿泡温度计停止蒸发,则干湿泡湿度计的两个温度计读数一定相同,故C正确;在已知直径的情况下要测定阿伏加德罗常数,还需要知道油滴的摩尔体积,若知道油酸的密度和油酸的摩尔质量,则可求得阿伏加德罗常数,故D正确;PM2.5是指环境空气中直径小于等于2.5 μm的颗粒物,不是分子,故E错误。

(2)(ⅰ)设加热后的温度为T,此时气体体积V=2LS

初始时体积V0=LS,由等压变化有

=

解得T=2T0

(ⅱ)由题意得,封闭气体压强为

p=p0+=p0+

该过程气体对外界做功

W=pSL=SL

气体内能的增加量

ΔU=-W+Q=Q-SL

3.(2019吉林模拟)(1)下列说法正确的是(　　)

A.当分子间距离为平衡距离时分子势能最大

B.饱和汽压随温度的升高而减小

C.对于一定质量的理想气体,当分子热运动变剧烈时,压强可以不变

D.熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行

E.由于液体表面分子间距大于液体内部分子间的距离,所以液体表面具有收缩的趋势

(2)如图所示,内壁光滑的圆柱形导热汽缸固定在水平面上,汽缸内部被活塞封有一定质量的理想气体,活塞横截面积为S,质量和厚度都不计,活塞通过弹簧与汽缸底部连接在一起,弹簧处于原长。已知周围环境温度为T0,大气压强为p0,弹簧的劲度系数k=(S为活塞横截面积),原长为l0,一段时间后,环境温度降低,在活塞上施加一水平向右的压力F,使活塞缓慢向右移动,当压力增大到一定值时保持恒定,此时活塞向右移动了0.2l0,缸内气体压强为1.1p0。

(ⅰ)求此时缸内的气体的温度T1;

(ⅱ)对汽缸加热,使气体温度缓慢升高,当活塞移动到距离汽缸底部1.2l0时,求此时缸内的气体温度T2。

答案　(1)CDE

(2)(ⅰ)0.88T0　(ⅱ)1.8T0

解析　(1)当分子间距离r>r0时,随着距离的增大,分子引力和斥力都减小,但斥力减小快,分子力表现为引力,分子之间的距离增大时,分子力做负功,分子势能增大;相反当r<r0时,分子力表现为斥力,分子间距离越小,分子力做负功,分子势能越大,故可知当分子间距离为r0时,分子具有最小势能,A错误。饱和汽压随温度的升高而增大,B错误。根据=C可得,对于一定质量的理想气体,当分子热运动变剧烈时,即温度升高时,体积增大,压强可能不变,C正确。由熵增加原理可知,一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增加的方向进行,D正确。由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离,液面分子间表现为引力,产生表面张力,从而使液体表面具有收缩的趋势,故E正确。

(2)(ⅰ)汽缸内的气体,初态时,压强为p0,体积为V0=Sl0,温度为T0

末态时,压强为p1=1.1p0,体积为V1=S(l0-0.2l0)

根据理想气体状态方程可得

=

解得T1=0.88T0

(ⅱ)当活塞移动到距汽缸底部1.2l0时

体积为V2=1.2l0S,设气体压强为p2,

由理想气体状态方程可得=

此时活塞受力平衡

p0S+F-p2S+k(1.2l0-l0)=0

当活塞向右移动了0.2l0后压力F保持恒定,活塞受力平衡

p0S+F-1.1p0S-0.2l0k=0

解得T2=1.8T0

4.(1)如图为分子间的作用力与分子间距离的关系曲线,正值表示斥力,负值表示引力,则下列关于分子间作用力和分子势能的说法正确的是(　　)

A.当分子间的距离r>r0时,分子间作用力表现为引力

B.当r<r0且分子间的距离减小时,对分子间的斥力影响更大

C.当分子间的距离增大时,分子间作用力会做负功,分子势能增大

D.当分子间的距离r=r0时,分子势能最小

E.若取分子间的距离无穷大时的分子势能为零,则分子间的距离r=r0时分子势能也为零

(2)生活中给车胎打气的过程可以用如图所示的简化装置进行模拟,图中装置A为打气筒,其下端有两个单向阀门K1、K2,容器B相当于车胎,两者之间由一根体积不计的细管连接。已知活塞的横截面积为S=15 cm2,质量不计,与装置A的摩擦不计。B的容积VB=5 L,打气前装置A内和容器B内的气体压强都等于大气压强p0=1.0×105 Pa。假设在保持装置内气体温度不变的情况下进行打气,将活塞从图中C处用力向下推至筒底,把气体压入容器B,然后再把活塞提到C处,如此反复。若活塞在C处时距气筒底部L=40 cm,把空气看成理想气体处理。

(ⅰ)求活塞如此反复打气25次后,容器B内气体的压强;

(ⅱ)在打第26次时,活塞要向下移动多大距离才能将空气压入容器B内?此时推动活塞的推力F至少为多大?

答案　(1)ABD　(2)(ⅰ)4.0×105 Pa

(ⅱ)30 cm　450 N

解析　(1)当分子间的距离r>r0时,分子间的引力大于斥力,分子间作用力表现为引力,选项A正确;由题图可以看出当r<r0且分子间的距离减小时,分子间的斥力随分子间距离变化较明显,选项B正确;当分子间的距离增大时,分子间作用力可能会做正功,也可能做负功,主要看初始时是r<r0还是r>r0,选项C错误;分子间作用力做正功,分子势能减少,分子间作用力做负功,分子势能增加,当分子间的距离r=r0时,分子间作用力等于零,无论分子间距离增大还是减小,分子间作用力都做负功,所以r=r0时分子势能最小但不为零,选项D正确,E错误。

(2)(ⅰ)因打气过程中气体的温度保持不变,所以根据玻意耳定律有

p0(VB+25·SL)=pVB

解得p=4.0×105 Pa

(ⅱ)设活塞向下移动的距离为L'时气筒内的压强等于容器B内的压强,则

p0SL=p(L-L')S

解得L'=30 cm

设此时推动活塞的推力为F,对活塞受力分析,有

p0S+F=pS

解得F=450 N

5.(1)下列叙述正确的是(　　)

A.容器内的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及气体温度有关

B.晶体一定是各向异性的

C.当分子间的引力和斥力平衡时,分子势能最小

D.对于一定质量的理想气体,如果气体分子总数不变,当气体温度升高时,气体分子的平均动能一定增大,压强也必然增大

E.能量耗散反映了与热现象有关的宏观自然过程具有不可逆性

(2)一定质量的理想气体,从状态A开始经历如图所示的状态变化。设在状态A时气体的温度为682.5 K。

(ⅰ)求在状态C时气体的温度TC和气体从状态B变化到状态C对外界做的功;

(ⅱ)已知标准状态(压强为1.0×105 Pa,温度为273 K)下1 mol气体的体积为V0=22.4 L,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,估算气体在状态B时分子之间的平均距离。(保留1位有效数字)

答案　(1)ACE　(2)(ⅰ)546 K　200 J　(ⅱ)3×10-9 m

解析　(1)容器内的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及气体温度有关,选项A正确;单晶体是各向异性的,多晶体是各向同性的,选项B错误;当分子间的引力和斥力平衡时,分子势能最小,选项C正确;如果气体分子总数不变,当气体温度升高时,气体分子的平均动能一定增大,若气体温度升高的同时体积增大,根据=C可知,压强可能减小,选项D错误;能量耗散反映了与热现象有关的宏观自然过程具有不可逆性,选项E正确。

(2)(ⅰ)由理想气体状态方程,可得=

解得在状态C时气体的温度TC=546 K

从状态B到状态C气体对外界做的功

W=pBΔV=1.0×105×2×10-3 J=200 J

(ⅱ)由理想气体状态方程,可得

=

解得在状态B时气体的温度TB=273 K,即状态B为标准状态

气体的物质的量n=

分子数N=nNA

分子之间的平均距离l=

联立以上各式代入数据解得l≈3×10-9 m