全国版2022高考物理一轮复习专题十四热学1练习含解析

专题十四 热学

考点1　分子动理论　内能

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[2020全国Ⅰ,33(1),5分]分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示,r=r1时,F=0.分子间势能由r决定,规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零.若一分子固定于原点O,另一分子从距O点很远处向O点运动,在两分子间距减小到r2的过程中,势能　　　　(填“减小”“不变”或“增大”);在间距由r2减小到r1的过程中,势能　　　　(填“减小”“不变”或“增大”);在间距等于r1处,势能　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)零. 

拓展变式

1.[2015新课标全国Ⅱ,33(1),5分,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液体的对流形成的

2.

如图所示是通过扫描隧道显微镜拍下的照片:48个铁原子在铜的表面排列成圆圈,构成了“量子围栏”.为了估算铁原子直径,查到以下数据:铁的密度ρ=7.8×103 kg/m3,摩尔质量M=5.6×10-2 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023 mol-1.若将铁原子简化为球体模型,铁原子直径的表达式D=　　　　,铁原子直径约为　　　　m(结果保留1位有效数字). 

3.如图甲、乙所示, 用F表示两分子间的作用力,用Ep表示两分子系统所具有的分子势能,在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中              (　　)

图甲

图乙

A.F不断增大,Ep不断减小

B.F先增大后减小,Ep不断减小

C.F不断增大,Ep先增大后减小

D.F、Ep都是先增大后减小

4.[2019全国Ⅲ,33(1),5分]用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是　. 

实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以 　. 

为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是　　　　. 

考点2　固体、液体和气体　热力学定律

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[2020山东,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450 K,最终降到300 K,因皮肤凸起,内部气体体积变为罐容积的.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,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.

拓展变式

1.若已知大气压强为p0,各图中的装置均处于静止状态,液体密度均为ρ,重力加速度为g,求各图中被封闭气体的压强.

2.[2019全国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:

(1)抽气前氢气的压强;

(2)抽气后氢气的压强和体积.

3.[漏气+充气问题][2016全国Ⅱ,33(2),10分]一氧气瓶的容积为0.08 m3,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0.36 m3.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.

4.如图所示,内壁光滑的圆柱形汽缸竖直倒立在两木块上,汽缸底水平,汽缸质量为M=20 kg、横截面积为S=5.0×10-3 m2、高为H=0.5 m,质量m=10 kg、厚度可忽略的活塞在汽缸中封闭了一定质量的理想气体,气体温度t1=27 ℃,活塞静止,此时活塞到汽缸开口端的距离为h=0.1 m.通过一定的方法使汽缸内封闭气体从外界吸收了热量Q=620 J,此时气体温度为t2=177 ℃,已知大气压强为 p0=1.0×105 Pa,重力加速度大小g=10 m/s2,求:

(1)最终气体的压强;

(2)此过程中封闭气体的内能变化.

5.[2020江苏,13A(3),4分]一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C,其p-图像如图所示,求该过程中气体吸收的热量Q.

6.

[2017全国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

7.[2018江苏,12A(1),4分]如图所示,一支温度计的玻璃泡外包着纱布,纱布的下端浸在水中.纱布中的水在蒸发时带走

热量,使温度计示数低于周围空气温度.当空气温度不变,若一段时间后发现该温度计示数减小,则              (　　)

A.空气的相对湿度减小

B.空气中水蒸气的压强增大

C.空气中水的饱和汽压减小

D.空气中水的饱和汽压增大

8.

[2018全国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=18.0 cm和l2=12.0 cm,左边气体的压强为12.0 cmHg.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

专题十四 热　学

考点1　分子动理论　内能

减小　减小　小于

解析:若一分子固定于原点O,另一分子从距O点很远处向O点运动,在两分子间距减小到r2的过程中,分子力做正功,势能减小;由r2减小到r1的过程中,分子力仍做正功,势能减小;在间距为r1处,势能小于零.

1.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,分子热运动越剧烈,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.

2.　3×10-10

解析:由题意可知,一个铁原子的质量为m=,一个铁原子的体积为V=,又V=π()3,整理得铁原子的直径为D=,代入数据解得D=3×10-10 m.

3.B　由题图可知分子间距离由10r0减小到r0的过程中,分子力表现为引力,且引力先增大后减小,而分子势能一直减小,因此B选项正确,A、C、D选项错误.

4.使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜　把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,数出1 mL油酸酒精溶液的滴数,得到一滴溶液中纯油酸的体积　单分子层油膜的面积

解析:由于极少量油酸所形成的单分子层油膜面积会很大,因此实验前需要将油酸稀释,使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜.可以用累积法测量多滴溶液的体积,然后计算得到一滴溶液的体积.油酸分子直径等于油酸的体积与单分子层油膜的面积之比,即d=,故除测得油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积外,还需要测量单分子层油膜的面积.

考点2　固体、液体和气体　热力学定律

解析:设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1,温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2,罐的容积为V0,由题意知

p1=p0、T1=450 K、V1=V0、T2=300 K、V2=　①

由理想气体状态方程得=　②

代入数据得p2=0.7p0　③

对于抽气罐,设初态气体状态参量分别为p3、V3,末态气体状态参量分别为p4、V4,罐的容积为V'0,由题意知p3=p0、V3=V'0、p4=p2　④

由玻意耳定律得p0V'0=p2V4　⑤

联立③⑤式,代入数据得V4=V'0　⑥

设抽出的气体的体积为ΔV,由题意知ΔV=V4-V'0　⑦

故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为=　⑧

联立⑥⑦⑧式,代入数据得=　⑨.

1.甲:p0-ρgh　乙:p0-ρgh　丙:p0-ρgh　丁:p0+ρgh1　戊:pa=p0+ρg(h2-h1-h3)　pb=p0+ρg(h2-h1)

解析:在图甲中,以高为h的液柱为研究对象,由二力平衡知,p甲S+ρghS=p0S,所以p甲=p0-ρgh;在图乙中,以B液面为研究对象,由平衡方程F上=F下有p乙S+ρghS=p0S,得p乙=p0-ρgh;在图丙中,仍以B液面为研究对象,有p丙S+ρghsin 60°·S=p0·S,所以p丙=p0-ρgh;在图丁中,以液面A为研究对象,由二力平衡得p丁·S=(p0+ρgh1)S,所以p丁=p0+ρgh1;在图戊中,从开口端开始计算,右端为大气压p0,同种液体同一水平面上的压强相同,所以b气柱的压强为pb=p0+ρg(h2-h1),而a气柱的压强为pa=pb-ρgh3=p0+ρg·(h2-h1-h3).

2.(1)(p0+p)　(2)p0+p　

解析:(1)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=(p0+p)　②.

(2)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=p0+p

V1=.

3.4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压强下的体积为ΔV,则氧气可用的天数为N=　④

联立①②③④式,并代入数据得N=4.

4.(1)0.96×105 Pa　(2)气体内能增加580 J

解析:(1)初始时气体压强为p1=p0-=0.8×105 Pa

气体体积V1=(H-h)S,温度T1=300 K

假设汽缸足够长,温度变为T2=(273+177) K=450 K,根据盖—吕萨克定律有=

解得V2=0.6S>V0(汽缸体积),表明活塞向下移动h后气体做等容变化

最终气体的压强为p3,体积V3=V0,温度T3=T2

根据理想气体状态方程有=

解得p3=0.96×105 Pa.

(2)封闭气体在等压变化过程中气体对外界做的功W=p1hS

对封闭气体,应用热力学第一定律有ΔU=Q-W

解得ΔU=580 J,气体内能增加580 J.

5.2×105 J

解析:A→B过程,外界对气体做的功W1=p(VA-VB)

B→C过程W2=0

根据热力学第一定律得ΔU=(W1+W2)+Q

A和C的温度相等ΔU=0

代入数据解得Q=2×105 J.

6.ABD　气体向真空自发扩散过程中,气体不对外界做功,C错误;由热力学第一定律W+Q=ΔU知,W=0,Q=0,则内能不变,A正确;气体被压缩的过程中,外界对气体做功,W>0,Q=0,由热力学第一定律W+Q=ΔU可知,ΔU>0,B、D正确;由于理想气体的内能只与温度有关,所以气体被压缩的过程中,温度升高,气体分子的平均动能增大,E错误.

7.A　若一段时间后发现该温度计示数减小,说明纱布上的水分蒸发,空气的相对湿度减小,选项A正确.纱布上的水分蒸发,说明空气中的水蒸气压强减小,选项B错误.由于饱和汽压只与温度有关,所以空气温度不变,空气中的水的饱和汽压不变,选项C、D错误.

8.左边空气柱长为22.5 cm,右边空气柱长为7.5 cm

解析: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'=22.5 cm　⑤

l2'=7.5 cm　⑥.