2023届高考物理二轮复习专题14热学作业含答案

专题分层突破练14　热学

A组

1.(2022北京丰台二模)下列说法正确的是(　　)

A.布朗运动证明,悬浮在液体中的固体小颗粒的分子在做无规则热运动

B.当用力拉伸铅块时,铅块各部分之间要产生反抗拉伸的作用力,此时铅块分子间的作用力表现为引力

C.当我们把一个物体举高时,组成物体的每个分子的重力都做了负功,因此分子势能增大,物体内能增大

D.在太空实验室里,水滴的形状是一个完美的球形,这是表面张力作用使其表面具有扩张趋势的结果

2.(2022江苏模拟)石墨烯是从石墨中分离出的新材料,其中碳原子紧密结合成单层六边形晶格结构,如图所示,则(　　)

A.石墨是非晶体

B.石墨研磨成的细粉末就是石墨烯

C.单层石墨烯的厚度约3 μm

D.碳原子在六边形顶点附近不停地振动

3.(多选)(2021天津卷)列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关,车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振,空气弹簧主要由活塞、汽缸及内封的一定质量的气体构成。上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动,上下乘客时汽缸内气体的体积变化缓慢,气体与外界有充分的热交换;剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快,气体与外界来不及热交换。若汽缸内气体视为理想气体,在气体压缩的过程中(　　)

A.上下乘客时,气体的内能不变

B.上下乘客时,气体从外界吸热

C.剧烈颠簸时,外界对气体做功

D.剧烈颠簸时,气体的温度不变

4.(2022山东淄博二模)某潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3 kg/m3和2.1 kg/m3,空气的摩尔质量为0.029 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1。若潜水员呼吸一次吸入2 L空气,试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数约为(　　)

A.3×1021 B.3×1022

C.3×1023 D.3×1024

5.(2021重庆卷)图甲和图乙中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别描述了某物理量随分子之间距离变化的规律,r0为平衡位置。现有如下物理量:①分子势能,②分子间引力,③分子间斥力,④分子间引力和斥力的合力,则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的物理量分别是(　　)

甲

乙

A.①③② B.②④③

C.④①③ D.①④③

6.(2021山东卷)如图所示,密封的矿泉水瓶中,距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中,小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶,小瓶下沉到底部;松开后,小瓶缓慢上浮,上浮过程中,小瓶内气体(　　)

A.内能减少

B.对外界做正功

C.增加的内能大于吸收的热量

D.增加的内能等于吸收的热量

7.(多选)(2021海南卷)如图所示,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程到达状态b,再经过等温过程到达状态c,直线ac过原点。则气体(　　)

A.在状态c的压强等于在状态a的压强

B.在状态b的压强小于在状态c的压强

C.在b→c的过程中内能保持不变

D.在a→b的过程对外做功

8.(2021河北卷)两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B,汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体,如图甲所示,现向活塞上表面缓慢倒入细沙,若A中细沙的质量大于B中细沙的质量,重新平衡后,汽缸A内气体的内能　　　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)汽缸B内气体的内能,图乙为重新平衡后A、B汽缸中气体分子速率分布图像,其中曲线　　　　(填图像中曲线标号)表示汽缸B中气体分子的速率分布规律。 

甲

乙

B组

9.(2022山东德州二模)如图所示,两端封闭的导热U形管竖直放置在水平面上,其中的空气被水银隔成①、②两部分空气柱,以下说法正确的是(　　)

A.若以水平虚线MN为轴缓慢转动U形管,使其倾斜,则空气柱①长度不变

B.若以水平虚线MN为轴缓慢转动U形管,使其倾斜,则空气柱①变短

C.若周围环境温度升高,则空气柱①长度不变

D.若周围环境温度升高,则空气柱①长度变大

10.(2022江苏模拟预测)在某一带有活塞的密闭容器内,质量为10 g的理想气体在27 ℃时的p-V图线为图中的曲线乙。若X为此容器内充满质量为10 g的该理想气体在温度为327 ℃时的曲线,Y为此容器内充满质量为20 g的该理想气体在温度为27 ℃时的曲线。分子平均动能与热力学温度的关系为,k是一个常数;理想气体满足pV=nRT,n为气体物质的量,R为理想气体常数。下列说法正确的是(　　)

A.X、Y均为曲线丁

B.X为曲线丙,Y为曲线丁

C.在同一体积时,气体分子单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数,X曲线代表的气体较Y曲线代表的气体多

D.X曲线与Y曲线代表的气体在相同体积时,温度均加热至1 200 K,则压强之比为1∶2

11.(2021全国乙卷)如图所示,一玻璃装置放在水平桌面上,竖直玻璃管A、B、C粗细均匀,A、B两管的上端封闭,C管上端开口,三管的下端在同一水平面内且相互连通。A、B两管的长度分别为l1=13.5 cm,l2=32 cm。将水银从C管缓慢注入,直至B、C两管内水银柱的高度差h=5 cm。已知外界大气压为p0=75 cmHg。求A、B两管内水银柱的高度差。

12.(2022全国甲卷改编)(1)一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-T图上从a到b的线段所示。在此过程中　　　　。 

A.气体一直对外做功

B.气体的内能一直增加

C.气体一直从外界吸热

D.气体吸收的热量等于其对外做的功

(2)如图所示,容积均为V0、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中:两汽缸的底部通过细管连通,A汽缸的顶部通过开口C与外界相通;汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分,其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为V0和V0。环境压强保持不变, 不计活塞的质量和体积,忽略摩擦。

(ⅰ)将环境温度缓慢升高,求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度。

(ⅱ)将环境温度缓慢改变至2T0,然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体,求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后,B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。

答案：

专题分层突破练14　热学

1.B　解析布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动,反映了液体分子的无规则热运动,A错误;当用力拉伸铅块时,铅块各部分之间要产生反抗拉伸的作用力,此时铅块分子间的作用力表现为引力,B正确;物体被举高后,宏观的重力势能增加,对微观中分子势能没有影响,分子势能的大小与分子间距有关,分子间距不变,则分子势能不变,内能不变,C错误;在太空实验室里,水滴的形状是一个完美的球形,这是表面张力作用使其表面具有收缩趋势的结果,D错误。

2.D　解析石墨是晶体,A错误;石墨烯是从石墨中提取出来的新材料,B错误;单层石墨烯的厚度约为原子尺寸10-10m,C错误;根据分子动理论可知,固体分子在平衡点附近不停地振动,D正确。

3.AC　解析上下乘客时汽缸内气体与外界有充分的热交换,即发生等温变化,温度不变,故气体的内能不变,体积变化缓慢,没有做功,故没有热交换,A正确,B错误;剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快,且气体与外界来不及热交换,气体经历绝热过程,外界对气体做功,温度升高,C正确,D错误。

4.B　解析设空气的摩尔质量为M,在海底和岸上的密度分别为ρ海和ρ岸,一次吸入空气的体积为V,在海底和在岸上分别吸入的空气分子个数为n海和n岸,则有n海=,n岸=,多吸入的空气分子个数为Δn=n海-n岸=3×1022,故选B。

5.D　解析根据分子处于平衡位置(即分子之间距离为r0)时分子势能最小可知,曲线Ⅰ为分子势能随分子之间距离r变化的图像;根据分子处于平衡位置(即分子之间距离为r0)时分子力为零,可知曲线Ⅱ为分子力随分子之间距离r变化的图像;根据分子之间斥力随分子之间距离的增大而减小,可知曲线Ⅲ为分子斥力随分子之间距离r变化的图像。故选D。

6.B　解析由于越接近矿泉水瓶口,水的温度越高,因此小瓶上浮的过程中,小瓶内气体温度升高,内能增加,A错误;在小瓶上升的过程中,小瓶内气体的温度逐渐升高,压强逐渐减小,根据理想气体状态方程=C,气体体积膨胀,对外界做正功,B正确;由A、B分析,小瓶上升时,小瓶内气体内能增加,气体对外做功,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,由于气体对外做功,因此吸收的热量大于增加的内能,C、D错误。

7.AC　解析根据V=T可知,因直线ac过原点,所以在状态c的压强等于在状态a的压强,b点与原点连线的斜率小于c点与原点连线的斜率,可知在状态b的压强大于在状态c的压强,A正确,B错误;在b→c的过程中温度不变,则气体的内能保持不变,C正确;在a→b的过程中,气体的体积不变,则气体不对外做功,D错误。

8.答案大于　①

解析对活塞分析有p=,因为A中细沙的质量大于B中细沙的质量,故稳定后有pA>pB,可知在达到平衡过程中外界对气体做的功WA>WB;则根据ΔU=W+Q,因为汽缸和活塞都是绝热的,故有ΔUA>ΔUB,即重新平衡后A汽缸内的气体内能大于B汽缸内的气体内能。由题图乙可知曲线②中分子速率大的分子数占总分子数百分比较大,即曲线②的温度较高,由前面分析可知B汽缸温度较低,故曲线①表示汽缸B中气体分子的速率分布规律。

9.B　解析未转动前,两空气柱的压强关系为p左=p右-ρgh0,若以水平虚线MN为轴缓慢转动U形管,由于倾斜,若要保持水银柱高度差稳定,则空气柱①变短,A错误,B正确;由图示可知p左=p右-ρgh0,若周围环境温度升高,假设气体体积不变,由查理定律得压强变化量Δp=p'-p=p,初状态时p左<p右,T相等,如果同时使两边空气柱升高相同的温度,则左边增大的压强小于右边增大的压强,水银柱向左流动,空气柱①长度变小,C、D错误。

10.D　解析X曲线代表的理想气体的热力学温度为600K,Y曲线代表的理想气体的热力学温度为300K,原有理想气体的热力学温度为300K,X曲线代表的理想气体、Y曲线代表的理想气体、原有理想气体的物质的量之比为1∶2∶1,根据pV=nRT可知,X、Y曲线代表的理想气体的pV乘积为原有理想气体的2倍,由图像可知,X、Y均为曲线丙,A、B错误;由于X、Y曲线代表的理想气体的物质的量之比为1∶2,则在同一体积时,X曲线代表的理想气体的分子数是Y曲线代表的理想气体分子数的一半,所以气体分子单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数,X曲线代表的气体较Y曲线代表的气体少,C错误;根据pV=nRT可知,由于X、Y曲线代表的理想气体的物质的量之比为1∶2,则X曲线与Y曲线代表的气体在相同体积时,温度均加热至1200K,压强之比为1∶2,D正确。

11.答案1 cm

解析以B管中的气体为研究对象有p0l2=(p0+ρgh)l2'

解得l2'=30cm

B管中的水银柱高Δl=l2-l2'=2cm

设A、B管中水银柱的高度差为h'

以A管中气体为研究对象有p0l1=(p0+ρgh+ρgh')[l1-(Δl-h')]

解得h'=1cm。

12.答案(1)BC　(2)(ⅰ)T0　(ⅱ)p0

解析(1)从a到b,气体发生等容变化,不对外做功,选项A错误;从a到b,理想气体温度升高,内能增加,选项B正确;根据热力学第一定律,气体内能增加,外界对气体做功为0,气体必定从外界吸热,选项C正确;气体从外界吸热,但不对外做功,选项D错误。

(2)(ⅰ)环境温度升高,汽缸内气体发生等压变化

对Ⅳ部分气体由盖-吕萨克定律得

解得T=T0。

(ⅱ)研究Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部分气体,初始温度T0,初始压强p0,体积为V1=V0,环境温度升高到2T0后,A汽缸中的活塞到达汽缸底部时,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部分气体的体积为V2=V0,压强为p

由理想气体状态方程得

解得p=p0。