2022届高考物理二轮复习专题分层突破练15热学含解析

专题分层突破练15　热学

A组

1.(多选)(2021安徽宿州高三三模)下列说法正确的是 (　　)

A.温度越高水的饱和汽压越大

B.把一枚针轻放在水面上,它会浮在水面,这是水的浮力的缘故

C.晶体在熔化过程中吸收热量,但温度不变

D.气体从外界吸收热量的同时对外界做功,其内能可能增加

E.不可以从单一热源吸收热量,使之完全转换为功

2.(多选)下列说法正确的是(　　)

A.食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布,具有空间上的规律性

B.绝热汽缸中密封的理想气体在被压缩过程中,气体分子热运动剧烈程度减小

C.在恒温水池中,小气泡由底部缓慢上升的过程中,气泡中的理想气体内能变大,对外做功,放出热量

D.质量和温度都相同的水、冰和水蒸气,它们的内能不相等

E.一切与热现象有关的自发宏观过程都具有方向性,总是向分子热运动无序性更大的方向进行

3.(多选)(2021湖南永州高三二模)下列说法正确的是(　　)

A.分子间距离减小时分子势能一定减小

B.温度相同的氢气和氧气,它们分子的平均速率不同

C.若气体分子总数不变而气体温度升高,则气体压强可能不变

D.叶面上的露珠呈球形是重力作用的结果

E.第二类永动机不可能制成是因为它违背了热力学第二定律

4.

(多选)(2021山西高三其他模拟)如图是斯特林循环的V-t图象。一定质量的理想气体按图线从状态a经b、c和d后再回到a,图中ab、cd和横轴平行,bc和ad与纵轴平行。下列说法正确的是(　　)

A.从a到b,气体从外界吸收热量

B.从b到c,气体的分子势能增加

C.从c到d,气体的压强减小,向外放热

D.从d到a,单位体积内的气体分子数目增多

E.从b到c过程中气体对外界做的功,小于从d到a过程中外界对气体做的功

5.

(2021福建漳州高三一模)一定质量的理想气体,从状态A经A→B→C循环后又回到状态A,其变化过程的V-T图象如图。若状态A时的气体压强为p0,则理想气体在状态B时的压强为　　　　;从状态B到状态C,再到状态A的过程中气体　　　　(选填“吸收”或“释放”)热量。 

6.(2021福建厦门高三一模)

一定质量的理想气体由状态a等压膨胀到状态b,再等容增压到状态c,然后膨胀到状态d,其压强p与体积V的关系如图所示,其中曲线cd为双曲线的一支。若气体在状态a时的热力学温度为T0,气体由状态a等压膨胀到状态b的过程中内能增加了ΔU,则该过程中气体从外界吸收的热量为　　　　　,在状态d时的热力学温度为　　　　　。 

7.甲、乙两图分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图象。由图象判断当分子间距离r<r0时,分子力随分子间距离的减小而　　　　,当分子间距离r>r0时,分子势能随分子间距离的增大而　　　　。(均选填“增大”或“减小”) 

8.

(2021广东高三三模)修车师傅为一自行车更换新内胎,用电动充气泵给内胎充气后测得内胎胎压为200 kPa,外界环境温度为27 ℃,大气压强为100 kPa。胎内气体可视为理想气体,充气过程中胎内气体温度无明显变化,不计充气前内胎中的残余气体,不计内胎容积的变化。

(1)求充入内胎的空气在100 kPa条件下的体积是充气后胎内气体体积的多少倍;

(2)充气结束后,当外界环境温度缓慢升高到30 ℃时,求内胎胎压。

B组

9.(2021山东青岛高三一模)如图,绝热汽缸a与导热汽缸b、c均固定于地面,由刚性杆连接着的两个绝热活塞均可在汽缸内无摩擦滑动。开始时a、b两个汽缸内装有体积相等、温度均为T0的理想气体,真空汽缸c的容积与此时a、b两个汽缸中的气体体积相等,通过阀门与汽缸b相连。现将阀门打开,稳定后,a中气体压强为原来的0.6倍,环境温度保持不变。

(1)求稳定后汽缸a中气体的温度;

(2)请用热力学第一定律解释上述过程汽缸a中气体温度变化的原因。

10.

(2021河北高三一模)如图所示,有一足够深的容器内装有密度ρ=1.0×103 kg/m3的液体,现将一端开口、一端封闭,质量m=25 g、截面面积S=2.5 cm2的圆柱形玻璃细管倒插入液体中(细管本身玻璃的体积可忽略不计),稳定后用活塞将容器封闭,此时容器液面上方的气体压强p0=1.01×105 Pa,玻璃细管内空气柱的长度为l1=20 cm。已知所有容器导热良好,环境温度不变,g取10 m/s2。

(1)求玻璃细管内空气柱的压强;

(2)若缓慢向下推动活塞,当玻璃细管底部处与液面齐平时(活塞与细管不接触),求容器液面上方的气体压强。

11.(2021山东烟台高三一模)

如图所示是某潜艇的横截面示意图,它有一个主压载水舱系统结构,主压载水舱有排水孔与海水相连,人们可以通过向水舱里注水或者排水来控制潜艇的浮沉。潜艇内有一个容积V=3 m3的贮气钢筒,在海面上时,贮气钢筒内贮存了p=200×105 Pa的压缩空气,压缩空气的温度为t=27 ℃。某次执行海底采矿任务时,通过向主压载水舱里注入海水,潜艇下潜到水面下h=290 m处,此时海水及贮气钢筒内压缩空气的温度均为t1=7 ℃;随着采矿质量的增加,需要将贮气钢筒内的压缩空气压入水舱内,排出部分海水,使潜艇保持水面下深度不变,每次将筒内一部分空气压入水舱时,排出海水的体积为ΔV=1 m3,当贮气钢筒内的压强降低到p2=50×105 Pa时,就需要重新充气。在排水过程中气体的温度不变,已知海水的密度ρ=1×103 kg/m3,海面上大气压强p0=1×105 Pa,g取10 m/s2。求在该贮气钢筒重新充气之前,可将贮气钢筒内的空气压入水舱多少次?

12.

(2021广东高三二模)如图所示,“手掌提杯”实验可反映大气压的存在。先将热水加入不计壁厚的小杯子中,杯子升温后将水倒掉,再迅速用手盖住杯口,待杯中密封气体缓慢冷却至室温,手掌竖直向上提起,杯子跟着手掌被提起而不脱落(杯内气体各处温度相等)。

(1)杯口横截面为S,手掌刚盖上时,杯内气体的热力学温度为T1,冷却后热力学温度为T2,大气压强为p0,忽略杯内气体体积变化,则能提起的杯子的最大重力G为多少?

(2)若杯口横截面S=40 cm2,p0=1.00×105 Pa,冷却后杯内气体温度为17 ℃,杯内气体体积减为原来的,将杯子固定,需要用F=25 N竖直向上的力才能将手掌和杯子分开(不计拉开过程中杯内气体体积变化的影响),则刚密闭时杯内气体温度约为多少摄氏度?

13.

(2021安徽淮南二模)如图,粗细均匀的光滑细玻璃管竖直放置,A、G端均开口,BC段和DEF段有水银柱。其中,AB段长度为40 cm,BC、EF段长度均为25 cm,CD段长度为40 cm,DE段长度为10 cm,FG段比较长,CD部分封闭有一定质量的理想气体,外界大气压强p0=75 cmHg。

(1)求初始状态下,CD段气体的压强;

(2)封闭A端,在G端加上活塞并缓慢向左压,使BC段水银柱的B端向上移动10 cm,求FE段水银柱的F端向下移动的距离(整个过程温度不变)。

专题分层突破练15　热学

1.ACD　解析温度越高,水的蒸发越厉害,平衡时水蒸气中分子数越多,故水的饱和汽压越大,A正确;把一枚针轻放在水面上,它会浮在水面,这是由于水的表面张力的缘故,B错误;晶体在熔化过程中吸收热量,但温度不变,C正确;气体从外界吸收热量的同时对外界做功,由热力学第一定律可知,其内能可能增加、可能减小、也可能不变,D正确;不可以从单一热源吸收热量,使之完全转换为功,而不引起其他变化,E错误。

2.ADE　解析食盐是晶体,钠、氯离子按一定规律分布,具有空间上的规律性,A正确;绝热汽缸中密封的理想气体在被压缩过程中,外界对气体做功,气体的温度升高,气体分子热运动剧烈程度变大,B错误;在恒温水池中,小气泡由底部缓慢上升的过程中,气泡中的理想气体内能不变,对外做功,吸收热量,C错误;质量和温度都相同的水、冰和水蒸气,分子动能相同,分子势能不同,内能不同,D正确;一切与热现象有关的自发宏观过程都具有方向性,总是向分子热运动无序性更大的方向进行,符合熵增加原理,E正确。

3.BCE　解析当分子间作用力表现为斥力时,分子间距离减小分子势能增大,A错误;温度相同的氢气和氧气,其分子平均动能相同,但是分子质量不同,所以它们分子的平均速率不同,B正确;若气体分子总数不变而气体温度升高,则当体积增大时,其压强也可能不变,C正确;叶面上的露珠呈球形是液体表面张力作用的结果,D错误;第二类永动机不可能制成是因为它违背了热力学第二定律,即能量转化或转移具有方向性,E正确。故选B、C、E。

4.ACD　解析从a到b,温度升高,内能变大,体积不变,不做功,根据热力学第一定律可知,气体从外界吸收热量,故A正确;理想气体只有分子动能,没有分子势能,体积变化时,势能仍然为0,不会变化,故B错误;从c到d,体积不变,温度降低,=C,气体的压强减小,不做功,内能降低,根据热力学第一定律可知,向外放热,故C正确;从d到a,体积减小,单位体积内的气体分子数目增多,故D正确;b到c过程中气体温度高于d到a过程,体积变化相同,分子平均动能大,平均压强大,W=pΔV,故从b到c过程中气体对外界做的功,大于从d到a过程中外界对气体做的功,故E错误。

5.答案p0　释放

解析由题中图象可知,从状态A到状态B为等温变化,由玻意耳定律pAVA=pBVB得状态B的压强pB=p0。从状态B到状态C气体体积不变,外界对气体不做功,从状态C到状态A,气体压强不变、体积减小,外界对气体做正功,状态A、B温度相等,得理想气体内能变化为ΔU=0,对整个过程,由热力学第一定律ΔU=Q+W,得Q=-W,即气体释放热量。

6.答案ΔU+p0V0　

解析从a到b,理想气体做等压变化,气体对外做功为

W=p0(V0-2V0)=-p0V0

根据热力学第一定律,有ΔU=W+Q

联立,可得Q=ΔU+p0V0

根据曲线cd为双曲线的一支,可知从c到d,气体做等温变化,有Tc=Td

根据理想气体状态方程,从a到c有

联立,可得Td=

7.答案增大　增大

解析由图象判断当分子间距离r<r0时,分子力随分子间距离的减小而增大,当分子间距离r>r0时,分子间表现为引力,分子间距离的增大,分子力做负功,分子势能增大。

8.答案(1)2　(2)202 kPa

解析(1)对所充气体由玻意耳定律可得p0kV=p1V

其中p0=100kPa,p1=200kPa,解得k=2。

(2)由于体积不变,对气体由盖—吕萨克定律得

其中T1=300K,T2=303K,解得p2=202kPa。

9.答案(1)0.8T0　(2)见解析

解析(1)阀门打开,稳定后,a中气体压强为原来的0.6倍,此时B中的压强变为原来的0.6倍,设初始状态a、b、c的体积均为V0,打开阀门后气体体积变化量为V,以b、c为整体,由于温度不变

p0V0=0.6p0(2V0-V)

V=0.2V0

在阀门打开至稳定过程汽缸a中有

可得T=0.72T0。

(2)a中气体膨胀对外做功,绝热过程Q=0,根据热力学第一定律,理想气体内能减少,温度降低。

10.答案(1)1.02×105 Pa　(2)2.03×105 Pa

解析(1)以玻璃管为研究对象受力平衡可得

p1S=p0S+mg

解得p1=p0+=1.02×105Pa。

(2)当细管平口封闭处恰好与水面齐平时,设细管内气柱长度为l2,压强为p2,活塞内气体压强为p,l2处的压强p2=p+ρgl2

玻璃管受力平衡p2S=pS+mg

玻璃管内的气体p1l1S=p2l2S

联立解得l2=0.1m,p=2.03×103Pa。

11.答案13次

解析设在水面下h=290m处贮气钢筒内气体的压强变为p1,由查理定律得

设贮气钢筒内气体的压强变为p2时,体积为V2,由玻意耳定律得p2V2=p1V

重新充气前,用去的气体在p2压强下的体积为V3=V2-V

设用去的气体在水舱压强为p4时的体积为V4,由玻意耳定律得p2V3=p4V4

其中p4=p0+ρgh=30×105Pa

则可压入水舱的次数N==13.67

贮气钢筒内的空气可压入水舱的次数为N0=13。

12.答案(1)p0S　(2)47 ℃

解析(1)气体的体积不变,根据查理定律

得降温后杯内气压为p2=p1

根据杯子受力平衡可知杯子重力最大值为

G=(p0-p2)S=p0S。

(2)根据手受力平衡可知降温后杯内气压为

p3=p0-=9.375×104Pa

根据理想气体状态方程有

其中T0=273+17K=290K,V3=V0

解得T3=320K

t3=47℃。

13.答案(1)100 cmHg　(2)18 cm

解析(1)设初状态CD部分气体的压强为p1,则

p1=p0+pBC=100cmHg。

(2)封闭A端,在G端加上活塞并缓慢向左压,设初状态AB部分气体的压强为p2,体积为V2,末状态AB部分气体的压强为p2',体积为V2'

由玻意耳定律p2V2=p2'V2'

75cmHg×S×40cm=p2'×S×30cm

解得p2'=100cmHg

再研究CD段气体,由玻意耳定律p1V1=p1'V1'

100cmHg×S×40cm=125cmHg×S×L1'

解得L1'=32cm

综上所述,FE段水银柱的F端向下移动的距离x=18cm。