高考物理一轮复习第12章热学限时检测含答案

第十二章　热学

综合过关规范限时检测

满分：100分　考试时间：45分钟

一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共计48分。每小题给出的四个选项中，第1～3题只有一项符合题目要求，第4～8题有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)

1．(2021·北京市高考适应性考试)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是(　D　)

A．若体积不变、温度升高，则每个气体分子热运动的速率都增大

B．若体积减小、温度不变，则器壁单位面积受气体分子的碰撞力不变

C．若体积不变、温度降低，则气体分子密集程度不变，压强可能不变

D．若体积减小、温度不变，则气体分子密集程度增大，压强一定增大

[解析]　温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均速率会增大，但每个气体分子热运动的速率不一定增大，A错误；温度不变，分子的平均动能不变，体积减小，分子的密集程度增大，则器壁单位面积受气体分子的碰撞力会增大，B错误；由公式＝C可知，体积不变、温度降低时，压强一定减小，C错误；体积减小，则气体分子密集程度增大，体积减小、温度不变时，由公式＝C可知，压强一定增大，D正确。

2．(2020·山东德州高三模拟)如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气(　B　)

A．体积不变，压强变小　　 B．体积变小，压强变大

C．体积不变，压强变大　 D．体积变小，压强变小

[解析]　由于气体温度不变，属于等温变化，水位升高，封闭气体的体积减小，根据理想气体状态方程pV＝C(C为定值)，压强增大，故B正确。

3．(2020·辽宁沈阳高三模拟)如图所示是医院给病人输液的部分装置示意图。在输液过程中(　A　)

A．A瓶中的药液先用完

B．B瓶中的药液先用完

C．随着液面下降，A瓶内C处气体压强逐渐减小 

D．随着液面下降，A瓶内C处气体压强保持不变

[解析]　药液从B瓶中流下，封闭气体体积增大，温度不变，根据玻意耳定律知，气体压强减小，A瓶中空气将A瓶中药液压入B瓶补充，使B瓶液面保持不变，直到A瓶液体全部流入B瓶，所以A瓶液体先用完，故A正确，B错误； A瓶瓶口处压强和大气压相等，但液面下降，液体产生压强减小，因此封闭气体压强增大，故C、D错误。

4．甲分子固定在坐标原点O，只在两分子间的作用力作用下，乙分子沿x轴方向运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图所示，则下列说法正确的是(　ADE　)

A．乙分子在P点时加速度为0

B．乙分子在Q点时分子势能最小

C．乙分子在Q点时处于平衡状态

D．乙分子在P点时动能最大

E．乙分子在P点时，分子间引力和斥力相等

[解析]　由题图可知，乙分子在P点时分子势能最小，此时乙分子受力平衡，甲、乙两分子间引力和斥力相等，乙分子所受合力为0，加速度为0，AE正确；乙分子在Q点时分子势能为0，大于乙分子在P点时的分子势能，B错误；乙分子在Q点时与甲分子间的距离小于平衡距离，分子引力小于分子斥力，合力表现为斥力，所以乙分子在Q点所受合力不为0，故不处于平衡状态，C错误；乙分子在P点时，其分子势能最小，由能量守恒可知此时乙分子动能最大，D正确。

5．(2020·天津部分区期中)下列说法正确的是(　ABD　)

A．单晶体具有规则的几何形状

B．晶体管、集成电路必须用单晶体制作

C．具有各向同性特征的材料一定属于非晶体

D．液晶在数字式电子表和计算机彩色显示器中有重要应用

E．晶体熔化过程中要吸收热量，分子的平均动能增大

[解析]　本题考查晶体的性质及应用。单晶体内部的微粒按一定规则排列，使单晶体具有规则的几何形状，选项A正确；晶体管、集成电路要求材料的内部分子排列必须是有序的，多晶体和非晶体内部分子排列没有次序，故只能用单晶体制作，选项B正确；单晶体具有规则的几何形状，多晶体是多个单晶体的结合体，在热传导等物理性质中不具有各向异性，选项C错误；液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的特点，液晶在数字式电子表和计算机彩色显示器中有重要应用，故D正确；温度是分子平均动能的标志，晶体熔化时吸收热量，但温度不变，因此分子的平均动能不变，故E错误。

6．如图所示是用光学显微镜观察一滴充分稀释的碳素墨汁，调节好合适的放大倍数后，显示屏上会跟踪一个炭粒的运动，发现炭粒做无规则运动。则下列说法中正确的有(　BDE　)

A．炭粒无规则运动是炭粒分子无规则运动的结果

B．炭粒无规则运动是液体分子不平衡撞击的结果

C．炭粒体积越大，其无规则运动的现象越明显

D．墨汁温度越高，炭粒无规则运动现象越明显

E．这个装置无法直接观察到液体分子无规则运动

[解析]　炭粒作为一种宏观微粒，不受外力作用时是无法凭借自身因素而运动的，其无规则运动是液体分子不平衡撞击的结果，故A错误，B正确；炭粒体积越大，受到液体分子的撞击越趋于平衡，无规则运动将越不明显，所以C错误；墨汁温度越高，液体分子无规则运动越激烈，撞击炭粒的作用力越大，不平衡撞击也越多，所以炭粒无规则运动会越明显，D正确；光学显微镜无法观察到分子个体，也就无法观察到液体分子无规则运动，所以E正确。

7．(2021·河南模拟)气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或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，航天员由太空返回气闸舱时，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(　ADE　)

A．气体并没有对外做功，气体内能不变

B．B中气体可自发地全部退回到A中

C．气体体积膨胀，对外做功，内能减小

D．气体温度不变，体积增大，压强减小

E．气体分子单位时间内对座舱A舱壁单位面积的碰撞次数将减少

[解析]　本题考查热力学第一定律、气体压强的微观解释等。气体自由扩散，对外不做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据ΔU＝W＋Q可知气体内能不变，故A正确，C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；因为气体内能不变，故温度不变。因为气闸舱B内为真空，根据玻意耳定律pV＝C，可知扩散后气体体积V增大，压强p减小，所以气体的密集程度减小，根据气体压强的微观意义可知气体分子单位时间对座舱A舱壁单位面积碰撞的次数将变少，故DE正确。

8．(2018·全国卷Ⅰ)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(　BDE　)

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

[解析]　过程①中，气体由a到b，体积V不变、T升高，则压强增大。；A错误；过程②中，气体由b到c，体积V变大，对外界做功；B正确；过程④中，气体由d到e，温度T降低，内能ΔU减小，体积V不变，气体不做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得Q<0，即气体放出热量；C错误；状态c、d温度相同，所以内能相同；D正确；由理想气体状态方程＝C，得T＝V，在T－V图像中，斜率表示压强，则由图知pb>pd，E正确。

二、非选择题(本题共4小题，共52分。)

9．(6分)(2020·江苏省高三模拟)某同学做“用油膜法估测分子的大小”的实验。

(1)每滴油酸酒精溶液的体积为V0，将该溶液滴一滴到水面上，稳定后形成油膜的面积为S。已知500 mL油酸酒精溶液中含有纯油酸1 mL，则油酸分子直径大小的表达式为d＝ 。

(2)该同学做完实验后，发现自己所测的分子直径d明显偏大。出现这种情况的原因可能是(多选)AC。

A．将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算

B．油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化

C．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开

D．计算油膜面积时，将不完整的方格作为完整方格处理

[解析]　(1)纯油酸的体积V等于油酸酒精溶液的体积乘以浓度，即：V＝×1，油滴面积为S，则分子直径大小的公式为d＝；

(2)根据d＝，则有：A项错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，则计算时所用体积数值偏大，会导致计算结果偏大，故A正确；油酸酒精溶液长时间放置，酒精挥发使溶液的浓度变大，油膜面积变大则会导致计算结果偏小，故B错误；水面上痱子粉撒得较多，油膜没有充分展开，则测量的面积S偏小，导致结果计算偏大，故C正确；计算油膜面积时，将不完整的方格作为完整方格处理，则计算所用的面积S偏大，会导致计算结果偏小，故D错误。

10．(15分)(2020·河北邯郸月考)如图所示，粗细均匀的细U形管左端封闭，右端开口，两竖直管长为l1＝50 cm，水平管长d＝20 cm，大气压强p0相当于76 cmHg。左管内一段l0＝8 cm长的水银柱封住l2＝30 cm长的空气柱，现将开口端接上带有压强传感器的抽气机向外抽气，使左管内气体温度保持不变而右管内压强缓缓降低，要把水银柱全部移到右管中。求右管内压强至少降为多少cmHg。(g取10 m/s2，结果保留两位小数)

[答案]　21.14 cmHg

[解析]　本题考查U形管内气柱的等温变化问题。设U形管的横截面积为S，以左管中封闭气体为研究对象，初态p1＋p10＝p0，

得p1＝p0－p10＝68 cmHg，V1＝l2S，

末态由题意知，水银柱全部移到右管中，则有V2＝(l1＋d)S，

根据玻意耳定律，则有p1V1＝p2V2，

可得p2＝≈29.14 cmHg，

设右管内压强降为p′，则有p′＋p10＝p2，

解得p′＝p2－p10＝21.14 cmHg。

11．(15分)(2020·贵州长顺二中期末)如图所示，用轻质活塞在绝热汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁之间的摩擦忽略不计。开始时活塞距汽缸底的高度为h1＝0.50 m，气体温度为t1＝27 ℃。给汽缸加热，活塞缓慢上升到距汽缸底的高度为h2＝0.80 m处时，缸内气体吸收Q＝450 J的热量。已知活塞横截面积S＝5.0×10－3m2，大气压强p0＝1.0×105 Pa。求：

(1)加热后缸内气体的温度；

(2)此过程中缸内气体增加的内能ΔU。

[答案]　(1)207 ℃　(2)300 J

[解析]　本题考查气体实验定律与热力学定律的综合。

(1)设加热后缸内气体的温度为t2，活塞缓慢上升过程为等压过程，根据盖—吕萨克定律得＝，

其中V1＝h1S，V2＝h2S，T1＝300 K，

联立解得T2＝480 K，即t2＝207 ℃。

(2)设气体对活塞做功为W，则W＝p0SΔh，

根据热力学第一定律得ΔU＝(－W)＋Q，

联立解得ΔU＝300 J。

12．(16分)如图所示，质量均为m＝1 kg的光滑活塞甲、乙将容器分为A、B两部分，容器的横截面积S为10 cm2，容器与活塞均导热良好，容器下端连接有U形管(管内气体的体积可忽略不计)，U形管内装有水银。开始时将活塞甲锁定，活塞乙可以无摩擦地自由移动，B内气体体积是A内气体体积的两倍，U形管内的水银面右管比左管高16 cm。已知外界大气压强p0＝76 cmHg＝1.0×105 Pa，取g＝10 m/s2。

(1)求A、B容器内气体的压强分别为多少：

(2)将活塞甲解锁，当A、B内气体状态稳定时，求A、B两部分气体体积的比值。(保留两位有效数字)

[答案]　(1)52.4 cmHg　60 cmHg　(2)0.48

[解析]　(1)由pB＋16 cmHg＝76 cmHg，

解得pB＝60 cmHg

由pA＋＝pB，解得pA＝52.4 cmHg。

(2)设解锁前A内气体体积为V，则B内气体体积为2V

解锁后气体状态稳定时，A内气体压强pA′＝p0＋＝83.6 cmHg

B内气体压强p′B＝p′＋＝91.2 cmHg

A、B内气体均发生等温变化，对B内气体，由玻意耳定律有

pB×2V＝pB′VB′

对A内气体，由玻意耳定律有pAV＝pA′VA′

解得≈0.48。