统考版2023版高考物理一轮复习单元质量评估（十三）热学含答案

这是一份统考版2023版高考物理一轮复习单元质量评估（十三）热学含答案，共9页。试卷主要包含了[物理—选修3－3]等内容，欢迎下载使用。

1．[物理—选修3－3](15分)
(1)(5分)如图所示，一定质量的理想气体由状态a经过等压变化到达状态b，再从状态b经过等容变化到达状态c.状态a与状态c温度相等．则：气体在状态a的温度________在状态b的温度，气体在状态a的内能________在状态c的内能(均选填“小于”“等于”或“大于”)；从状态b到状态c的过程中，气体________(选填“吸热”或“放热”).
(2)(10分)如图所示，在一圆形竖直管道内封闭有理想气体，用一固定绝热活塞K和质量为m的可自由移动的绝热活塞A将管内气体分割成体积相等的两部分．温度都为T0＝300 K，上部气体压强为p0＝1.0×105 Pa，活塞A有 eq \f(mg,S) ＝2×104 Pa(S为活塞横截面积).现保持下部分气体温度不变，只对上部分气体缓慢加热，当活塞A移动到最低点B时(不计摩擦).求：
(ⅰ)下部分气体的压强；
(ⅱ)上部分气体的温度．
2．[物理—选修3－3](15分)
(1)(5分)(多选)下列说法正确的是( )
A．一定质量的理想气体，压强变小时，分子间的平均距离可能变小
B．分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距离增大时，分子间的引力减小、斥力减小
C．布朗运动是由液体各部分的温度不同而引起的
D．外界对气体做功，气体内能可能减少
E．热量不可能由低温物体传递给高温物体
(2)(10分)
如图所示，两个边长为10 cm的正方体密闭导热容器A、B，用一很细的玻璃管连接，玻璃管的下端刚好与B容器的底部平齐，玻璃管竖直部分长为L＝30 cm，初始时刻阀门K1、K2均关闭，B容器中封闭气体的压强为15 cmHg.外界环境温度保持不变．
(ⅰ)打开阀门K1，让水银缓慢流入B容器，求最终B容器中水银的高度；
(ⅱ)再打开阀门K2，向B容器中充入p0＝75 cmHg的气体，使B容器中恰好没有水银，求充入气体的体积．
3．[物理—选修3－3](15分)
(1)(5分)气闸舱是载人航天器中可供航天员由太空返回用的气密性装置，其原理图如图所示．座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气，气闸舱B内为真空．打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡．假设此过程中系统与外界没有热交换，舱内气体可视为理想气体，下列说法正确的是________．(填正确答案标号)
A．气体扩散前后内能相同
B．由热力学定律可知气体向真空扩散的过程是可逆过程
C．气体等温膨胀，压强减小
D．气体经历绝热过程，对外做功，内能减小
E.气体分子单位时间内与A舱壁单位面积上的碰撞次数将减少
(2)(10分)负压病房是指病房内的气体压强略低于病房外的标准大气压的一种病房，即新鲜空气可以流进病房，而被污染的空气不会自行向外排出，必须由抽气系统抽出进行消毒处理，是WHO规定的抢救新冠肺炎病人时的一个重要设施．现简化某负压病房为一个可封闭的绝热空间，室内空气所占空间的体积为V0，室内外气温均为－3 ℃，疫情期间，为了收治新冠肺炎病人，首先将室内空气封闭并加热至27 ℃.(标准大气压为p0，空气视为理想气体)
①此时病房内的气压为多少？
②为了达到安全标准(病房内气压不大于标准大气压)，在使用前先要抽掉一部分空气，求至少要抽掉的空气排到室外降温后的体积．
4．[物理—选修3－3](15分)
(1)(5分)某一体积为V的密封容器，充入密度为ρ、摩尔质量为M的理想气体，阿伏加德罗常数为NA，则该容器中气体分子的总个数N＝________．现将这部分气体压缩成液体，体积变为V0，此时分子间的平均距离d＝________．(将液体分子视为立方体模型)
(2)(10分)
如图所示，一篮球内气体的压强为p0，温度为T0，体积为V0.用打气筒对篮球充入压强为p0，温度为T0的气体，已知打气筒每次压缩气体的体积为 eq \f(1,15) V0，一共打气20次，假设篮球体积不变，最终使篮球内气体的压强为4p0.充气过程中气体向外放出的热量为Q，已知气体的内能与温度的关系为U＝kT(k为常数).求：
(ⅰ)第一次打入气体后，篮球的压强变为多少？(可认为篮球内气体温度不变)
(ⅱ)打气筒在篮球充气过程中对气体做的功是多少？
单元质量评估（十三） 热学（选修3－3）
1．解析：（1）气体从状态a到b发生等压变化，根据盖—吕萨克定律知，体积增大，温度升高，所以气体在状态a的温度小于在状态b的温度．理想气体的内能只与温度有关，状态a、c温度相等，内能相等．气体从状态b到c，体积不变，温度降低，内能减少，做功为零，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，应该放出热量．
（2）（ⅰ）对下部分气体，做等温变化，初状态压强为：
p1＝p0＋ eq \f(mg,S) ＝1.0×105 Pa＋2×104 Pa＝1.2×105 Pa
体积为：V1＝V0
末状态：压强为p2，体积为：V2＝ eq \f(1,2) V0
根据玻意耳定律有：p1V1＝p2V2
代入数据得：p2＝2.4×105 Pa.
（ⅱ）对上部分气体，当活塞A移动到最低点时，对活塞A受力分析可得出两部分气体的压强p′2＝p2
初状态：压强为p0，温度为T0，体积为V0
末状态：压强为p′2，温度为T′2，体积为V′2＝ eq \f(3,2) V0
根据理想气体状态方程，有： eq \f(p0V0,T0) ＝ eq \f(p′2V′2,T′2)
代入数据解得：T′2＝3.6T0＝1 080 K.
答案：（1）小于 等于 放热 （2）（ⅰ）2.4×105 Pa （ⅱ）1 080 K
2．解析：（1）一定质量的理想气体，压强变小时，若温度降低、体积减小，则分子间的平均距离变小，A项正确；分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距离增大时，引力和斥力均减小，当分子间距离减小时，引力和斥力均增大，B项正确；布朗运动是悬浮在液体中的微小颗粒的无规则运动，C项错误；外界对气体做功，若气体放出热量，根据热力学第一定律，气体内能可能减少，D项正确；压缩机做功可以使热量由低温物体传递给高温物体，E项错误．
（2）（ⅰ）
打开阀门K1，稳定后，设B容器中水银的高度为h，容器底面积为S，初始时，B中封闭气体体积V1＝10 cm×S，气体压强p1＝15 cmHg，稳定时，B中封闭气体体积V2＝（10 cm－h）S，
气体压强p2＝10－h＋L－h，
据玻意耳定律，有p1V1＝p2V2，
得h＝5 cm（另一解不符合题意，舍去）.
（ⅱ）再打开阀门K2，设向B容器中充入气体的体积为ΔV时，B容器中恰好没有水银，B中封闭气体压强p3＝40 cmHg，
由p1V1＋p0ΔV＝p3V1，
解得ΔV＝3.3×10－4 m3.
答案：（1）ABD （2）5 cm 3.3×10－4 m3
3．解析：（1）由于气闸舱B内为真空，可知气体进入B中的过程中不对外做功，又因为此过程中系统与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知气体的内能不变，故A正确，D错误；根据熵增加原理可知一切宏观热现象均具有方向性，故B中气体不可能自发地全部退回到A中，故B错误；因为内能不变，故温度不变，气体分子平均动能不变，因为气闸舱B内为真空，对于座舱A中充满的空气，根据玻意耳定律pV＝C可知，扩散后体积V增大，压强p减小，所以气体分子的密集程度减小，根据气体压强的微观意义可知，气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数将变少，故C、E正确．
（2）（ⅰ）病房内气体发生等容变化，由查理定律可得 eq \f(p0,T0) ＝ eq \f(p1,T1) ，解得此时病房内的气压p1＝ eq \f(10,9) p0.
（ⅱ）抽气过程可看成等温变化，由玻意耳定律可得p1V0＝p0V2，解得V2＝ eq \f(10,9) V0
在27 ℃时至少需要抽掉的空气体积为V3＝V2－V0＝ eq \f(1,9) V0降温过程可看成等压变化，由盖－吕萨克定律可得 eq \f(V3,T1) ＝ eq \f(V,T0) ，解得V＝ eq \f(1,10) V0
故至少要抽掉的空气排到室外降温后的体积为 eq \f(1,10) V0
答案：（1）ACE （2）（ⅰ） eq \f(10,9) p0 （ⅱ） eq \f(1,10) V0
4．解析：（1）气体的质量为m＝ρV
气体分子的总个数为N＝nNA＝ eq \f(m,M) NA＝ eq \f(ρV,M) NA；
每个液体分子占据空间的体积为V1＝ eq \f(V0,N) ＝ eq \f(V0M,ρVNA)
所以此时分子间的平均距离d＝ eq \r(3,V1) ＝ eq \r(3,\f(V0M,ρVNA)) .
（2）（ⅰ）第一次打入气体后，篮球内气体压强变为p1，根据玻意耳定律有：p0 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(V0＋\f(1,15)V0)) ＝p1V0
解得p1＝ eq \f(16,15) p0
（ⅱ）设篮球内气体最终温度为T，根据气体实验定律知：
eq \f(p0\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(V0＋20×\f(1,15)V0)),T0) ＝ eq \f(4p0V0,T)
解得T＝ eq \f(12,7) T0
篮球内气体内能的增量为ΔU＝kΔT＝ eq \f(5,7) kT0
根据热力学第一定律可得打气过程中，对气体所做的功为W＝Q＋ΔU＝Q＋ eq \f(5,7) kT0.
答案：（1） eq \f(ρV,M) NA eq \r(3,\f(V0M,ρVNA)) （2）（ⅰ） eq \f(16,15) p0 （ⅱ）Q＋ eq \f(5,7) kT0