高中物理高考 专题15 热学-2021年高考物理真题与模拟题分类训练（教师版含解析）

专题15  热学

1．(2021·山东高考真题）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

【答案】B

【解析】A．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，小瓶内温度升高，内能增加，A错误；

B．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

气体体积膨胀，对外界做正功，B正确；

CD．由AB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

由于气体对外做功，因此吸收的热量大于增加的内能，CD错误。故选B。

2．(2021·山东高考真题）血压仪由加压气囊、臂带，压强计等构成，如图所示。加压气囊可将外界空气充入臂带，压强计示数为臂带内气体的压强高于大气压强的数值，充气前臂带内气体压强为大气压强，体积为V；每次挤压气囊都能将的外界空气充入臂带中，经5次充气后，臂带内气体体积变为，压强计示数为。已知大气压强等于，气体温度不变。忽略细管和压强计内的气体体积。则V等于(　　）

A． B． C． D．

【答案】D

【解析】根据玻意耳定律可知

已知

，，

代入数据整理得

故选D。

3．(2021·湖南高考真题）如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞(截面积分别为和）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从下降高度到位置时，活塞上细沙的总质量为。在此过程中，用外力作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为。下列说法正确的是(　　）

A．整个过程，外力做功大于0，小于

B．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变

C．整个过程，理想气体的内能增大

D．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于

E.左端活塞到达位置时，外力等于

【答案】BDE

【解析】

A. 根据做功的两个必要因素有力和在力的方向上有位移，由于活塞没有移动，可知整个过程，外力F做功等于0，A错误；

BC. 根据气缸导热且环境温度没有变，可知气缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，内能不变，B正确，C错误；

D. 由内能不变可知理想气体向外界释放的热量等于外界对理想气体做的功：

D正确；

E. 左端活塞到达 B 位置时，根据压强平衡可得：

即：

E正确。故选BDE。

4．(2021·全国高考真题）如图，一定量的理想气体从状态经热力学过程、、后又回到状态a。对于、、三个过程，下列说法正确的是(　　）

A．过程中，气体始终吸热

B．过程中，气体始终放热

C．过程中，气体对外界做功

D．过程中，气体的温度先降低后升高

E.过程中，气体的温度先升高后降低

【答案】ABE

【解析】A．由理想气体的图可知，理想气体经历ab过程，体积不变，则，而压强增大，由可知，理想气体的温度升高，则内能增大，由可知，气体一直吸热，故A正确；

BC．理想气体经历ca过程为等压压缩，则外界对气体做功，由知温度降低，即内能减少，由可知，，即气体放热，故B正确，C错误；DE．由可知，图像的坐标围成的面积反映温度，b状态和c状态的坐标面积相等，而中间状态的坐标面积更大，故bc过程的温度先升高后降低，故D错误，E正确；故选ABE。

1．下列说法正确的是(　　）

A．只要增强气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高

B．露珠由空气中的水蒸气凝结而成，凝结过程中分子间的引力、斥力都减小

C．同种物质要么是晶体，要么是非晶体，不可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现

D．在温度不变的情况下，减小液面上方饱和汽的体积时，饱和汽的压强不变

E.第二类永动机不可能制成，是因为它违反了热力学第二定律

【答案】ADE

【解析】A．温度是分子平均动能的标志，所以只要能增加气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高，选项A正确；

B．水蒸气变为水珠，即由气态变为液态，分子间距要减小，所以分子引力和斥力都要增大，选项B错误；

C．同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，比如：金刚石与石墨，选项C错误；

D．饱和汽压仅与温度有关，在温度不变的情况下，减小液面上方饱和汽的体积时，饱和汽的压强不变，选项D正确；

E．外界对物体做功，若同时物体放出热量，物体的内能不一定增加第二类永动机不可能制成，是因为它违反了热力学第二定律，选项E正确。故选ADE。

2．下列说法正确的是(　　）

A．阳光透过黑暗房间的孔洞形成的“光柱”中，肉眼可见灰尘在做布朗运动

B．可以从单一热源吸热，将其全部用于对外做功

C．液体在毛细管内的高度高于外面液面的高度，说明液体对毛细管是浸润的

D．不计空气阻力，将装有水的容器斜向上抛出后，水对器壁的压强为零

E.一个分子运动很快，这个分子温度高

【答案】BCD

【解析】A．布朗粒子必须在光学显微镜下才能看到，光柱中的灰尘肉眼可见，其无规则运动是空气流动所致，并非布朗运动，A错误；

B．理想气体的等温膨胀是将单一热源中吸的热全部用于对外做功的例子，这并不与热力学第二定律矛盾，因为并非对外界不造成其他影响，B正确；

C．只有液体对毛细管浸润，才能产生“爬升”现象，C正确；

D．水对容器产生压力是由于水受到重力引起的，斜抛出去的容器中的水处于完全失重状态，故不再对器壁产生压力，因而压强为零，D正确；

E．温度是宏观量，衡量的是大量分子的运动的剧烈程度，对微观的个体分子没有温度可言，E错误；故选BCD。

3．关于分子动理论，下列说法正确的是(　　）

A．若仅知道氦气的摩尔体积和阿伏加德罗常数，则不能算出氦气分子的体积

B．温度越高，分子热运动越缓慢

C．相同质量的水和冰在0°C时，分子平均动能一定相等

D．当分子间的作用力表现为斥力时，分子间的距离越小，分子势能越大

E.两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力的变化总是比斥力的变化快

【答案】ACD

【解析】A．由于气体分子间距很大，仅知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，不能算出气体分子的体积，选项A正确；

B．温度越高，分子热运动越剧烈，选项B错误；

C．分子平均动能与温度有关，所以相同质量的水和冰在0°C时，分子平均动能一定相等，选项C正确；

D．当分子间的作用力表现为斥力时，分子间的距离越小，分子力做负功，分子势能越大，选项D正确；

E．两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力的变化总是比斥力的变化慢，选项E错误。故选ACD。

4．关于热力学及其相关现象，下列说法正确的是(　　）

A．PM2.5在空气中的运动属于布朗运动

B．气体对器壁的压强是由气体分子之间的排斥力产生的

C．一定质量的理想气体发生绝热压缩，气体分子的平均动能增大

D．空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近同一温度时水的饱和汽压

E.其他形式的能量在向内能转化过程中存在“能量耗散”，所以能的总量减少了

【答案】ACD

【解析】A．布朗运动是悬浮在液体或气体的微粒所做的永不停息的无规则运动，故PM2.5在空气中的运动属于布朗运动，A项正确；

B．气体对器壁的压强是由气体分子对器壁的频繁碰撞产生的，B项错误；

C．一定质量的理想气体发生绝热压缩，体积减小，压强增大，温度升高，气体的分子平均动能增大，C项正确；

D．相对湿度为水蒸气的实际压强与相同温度下水的饱和汽压的比值的百分数，空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近同一温度时水的饱和汽压，D项正确；

E．能量耗散是指集中度较高的能量转化为分散形式的能量的过程，但不能使能的总量减少，因而不违反能量守恒定律，E项错误。故选ACD。

5．关于生活中的物理现象，下列说法中正确的是_________。

A．冰箱制冷，说明热量可以从低温物体传递给高温物体

B．彩色液晶电视利用了液晶具有光学性质各向异性的特点

C．对能源的过度消耗会使自然界的能量不断减少，因而存在“能源危机”

D．泡茶时，开水比冷水能快速泡出茶香、茶色，是因为温度越高分子热运动越剧烈

E.水黾能停在水面上是因为受到浮力的作用

【答案】ABD

【解析】A．根据热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，冰箱是靠制冷剂来制冷的，常用的制冷剂氟利昂既容易汽化又容易液化，汽化时吸热，液化时放热，冰箱就是利用氟利昂的这种特性来实现制冷的，故A正确；

B．液晶具有各向异性的特点，彩色液晶电视利用了液晶具有光学性质各向异性的特点，故B正确；C．表述有误，人类可利用的少了，并非能量真的减少了，能量是守恒的，故C错误；

D．温度越高，分子热运动越剧烈，故D正确；
E．并不是由于浮力，而是表面张力，故E错误。故选ABD。

6．下列说法正确的是(　　）

A．布朗运动是指液体分子的无规则热运动

B．扩散现象可以在固体、液体和气体中发生，说明固体、液体和气体分子都在做热运动

C．液体的表面张力是分子间存在相互作用力的一种表现

D．理想气体中某分子的热运动的动能增大，则气体的内能一定增大

E.气体迅速膨胀时内能一定减小

【答案】BCE

【解析】A．布朗运动是指悬浮微粒的无规则运动，反映液体分子的无规则运动，选项A错误；

B．扩散现象可以在固体、液体和气体中发生，这是分子做热运动的直接证明，选项B正确；

C．液体的表面张力是由于液体表面分子距离大亍平衡距离，分子间作用力表现为相互吸引力，选项C正确；

D．理想气体的内能只与气体温度(分子的平均动能）有关，温度越高内能越大，但个別分子的热运动动能增大并不能表示气体分子的平均动能增大，因此选项D错误；

E．气体迅速膨胀时对外做功，但吸热较缓慢，所以内能一定减小，选项E正确。故选BCE。

7．人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程。关于固体和液体，下列说法正确的是(　　）

A．单晶体内部沿不同方向的等长线段上微粒的个数通常是相等的

B．多晶体在熔化过程中，分子的平均动能不变

C．非晶体没有确定的熔点，其物理性质可能呈现各向异性

D．在真空中，自由下落的水滴是球形

E.从某个方向上看液晶分子排列整齐。从另一个方向看液晶分子的排列是杂乱无章的

【答案】BDE

【解析】A．单晶体内部沿不同方向的等长线段上微粒的个数通常是不相等的，选项A错误；

B．多晶体具有确定的熔点，在熔化过程中温度不变，温度是分子平均动能的标志，分子的平均动能不变，选项B正确；

C．非晶体物理性质呈现各向同性，选项C错误；

D．在真空中，自由下落的水滴处于完全失重状态，水滴在表面张力作用下呈球形，选项D正确；

E．从某个方向上看液晶分子排列整齐，从另一个方向看液晶分子的排列是杂乱无章的，选项E正确。故选BDE。

8．一定质量的理想气体从a状态开始，经历三个过程ab、bc、ca回到a状态，其p-t图像如图所示，图中ba的延长线过原点O，bc平行于t轴，ca的延长线过点(-273.15℃，0）。下列判断正确的是(　　）

A．过程ab中气体体积不变

B．过程ab中气体内能增加

C．过程bc中气体从外界吸热

D．过程ca中外界对气体做功

E.b状态与c状态相比，c状态时容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数较少

【答案】BCE

【解析】A．由图可知，ab过程，b与绝对零度连线的斜率大于a与绝对零度连线的斜率，则b状态气体的体积小于a状态气体的体积，则ab过程中体积减小，故A错误；

B．由图可知，ab过程，气体温度升高，内能增大，故B正确；

C．由图可知，bc过程，气体的压强不变，温度升高，内能变大，体积变大，气体对外界做功，则气体从外界吸热，故C正确；

D．由图可知，ca过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，故D错误；

E．由图可知，bc过程，气体的压强不变，温度升高，体积变大，所以分子平均动能变大，为保证压强不变，所以容器单位面积、单位时间内受到的气体分子撞击次数，c较少，故E正确。故选BCE。

9．以下关于分子动理论的说法正确的是(　　）

A．布朗运动是由悬浮在液体中的固体小颗粒之间的相互碰撞产生的

B．相互接触的两个物体发生热传递，达到热平衡时物体的温度一定相同，内能不一定相同

C．分子间相互作用的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小

D．一定质量的某种理想气体绝热压缩，会使封闭气体的温度升高，压强变大

E.某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为

【答案】BCD

【解析】A．布朗运动是由悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，反映液体分子的不规则运动，故A错误；

B．相互接触的两个物体发生热传递，达到热平衡时物体的温度一定相同，内能不一定相同，故B正确；

C．分子间相互作用的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，故C正确；

D．一定质量的某种理想气体绝热压缩，外界对其做功，气体内能增大，会使封闭气体的温度升高，由

可得压强变大，故D正确；

E．若知某气体的摩尔体积为V，每个分子所占据的空间体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为

故E错误。故选BCD。

10．以下说法正确的是(　　）

A．有些晶体是各向同性的

B．布朗运动的剧烈程度与温度有关，所以布朗运动也叫分子热运动

C．内能相等的两个物体相互接触，也可能发生热传递

D．对于一定种类的大量气体分子，在温度一定时，处于一定速率范围内的分子数所占的百分比是确定的

E.随着科技的进步，人类一定能制造出从单一热源吸收热量使之完全转化为功而不产生其他影响的热机

【答案】ACD

【解析】A．有些晶体是各向同性的，例如多晶体，故A正确；

B．虽然布朗运动的剧烈程度与温度有关，但布朗运动并不是分子的运动，而是分子热运动的对外宏观体现，所以不能称之为分子热运动，故B错误；

C．内能相等的两个物体相互接触，若温度不相等，热量将会从高温物体传递到低温物体，故C正确；

D．根据麦克斯韦统计规律可知，对于一定种类的大量气体分子，在温度一定时，处于一定速率范围内的分子数所占的百分比是确定的，故D正确；

E．根据热力学第二定律知，人类是不可能制造出从单一热源吸收热量使之完全转化为功而不产生其他影响的热机，故E错误。故选ACD。

11．“回热式热机”的热循环过程可等效为如图所示a→b→c→d→a的曲线，一定质量的理想气体在a→b、c→d为等温过程，b→c、d→a为等容过程，则(　　）

A．a状态气体分子平均动能比c状态小

B．a状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数与d状态相同

C．a→b的过程气体放出热量

D．在一次循环过程中，气体从外界吸收的热量大于放出的热量。

【答案】D

【解析】A．根据气态方程

a状态气体分子的温度比c状态大，故a状态气体分子平均动能比c状态大，A错误；

B．d→a为等容过程，根据气态方程可知，a状态气体分子的温度比c状态大，故a状态下单位时间与器壁单位面积碰撞的气体分子数与d状态不相同，B错误；

C．a→b为等温过程，体积增大，故气体吸收热量，C错误；

D．根据

可知，压强体积图像包围的面积表示做功，由于a→b过程中气体对外界做功，c→d的过程外界对气体做功，根据面积关系可知，整个过程中气体对外界做功，即

而整个过程中

根据热力学第一定律

可知

即气体吸热，故在一次循环过程中，气体从外界吸收的热量大于放出的热量，D正确。故选D。

12．如图所示为某同学设计的一个简易温度计，一根透明吸管插入导热良好的容器，连接处密封，在吸管内注入一小段油柱，外界大气压保持不变。将容器放入热水中，观察到油柱缓慢上升，下列说法正确的是(　　）

A．气体对外做的功大于气体吸收的热量

B．气体对外做的功等于气体吸收的热量

C．容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力增大

D．气体分子单位时间撞击容器壁单位面积的次数减小

【答案】D

【解析】AB．将容器放入热水中，气体的温度升高，内能变大，由

知，气体对外做的功小于气体吸收的热量，选项AB错误；

C．气体的压强保持不变，则容器内壁的单位面积上受到气体分子的平均作用力大小不变，选项C错误。

D．由于P一定，温度升高使热运动平均动能增大，故气体分子单位时间撞击容器壁单位面积的次数减小，选项D正确。故选D。

13．如图所示，固定于地面的绝热汽缸与导热汽缸中各封闭着一定质量的理想气体，绝热活塞与两汽缸间均无摩擦，且由刚性杆连接。开始时两气缸中气体体积均为、温度均为，压强均为，两气缸横截面积相等。缓慢加热中气体，停止加热达到稳定后，中气体体积，设环境温度始终保持不变。求：

(1）稳定后汽缸中气体的压强；

(2）稳定后汽缸中气体的温度。

【答案】(1）；(2）

【解析】

(1）对汽缸B中气体，初状态

末状态

由玻意耳定律得

解得

(2）设汽缸A中气体的体积为VA，膨胀后A、B压强相等，有

对汽缸A中气体，由理想气体状态方程得

解得

14．某物理学习兴趣小组设计了一个测定水深的深度计，如图，导热性能良好的圆柱形气缸I、II内径分别为S和2S，长度均为L，内部分别有轻质薄活塞A、B，活塞密封性良好且可无摩擦左右滑动，气缸I左端开口。外界大气压强为p0，气缸Ⅰ内通过A封有压强为p0的气体，气缸II内通过B封有压强为3p0的气体，一细管连通两气缸，初始状态A、B均位于气缸最左端，该装置放入水下后，通过A向右移动的距离可测定水的深度，已知p0相当于10m高的水产生的压强，不计水温随深度的变化，被封闭气体视为理想气体，求：

①当A向右移动时，水的深度h；

②该深度计能测量的最大水深hm。

【答案】①10m；②25m

【解析】①当A向右移动时，设B不移动，对I内气体，由玻意耳定律得

解得

而此时B中气体的压强为，故B不动，对A有

得

又p0相当于10m高的水产生的压强，故可得水的深度为

②该装置放入水下后，由于水的压力A向右移动，I内气体压强逐渐增大，当压强增大到大于后B开始向右移动，当A恰好移动到缸底时所测深度最大，此时原I内气体全部进入Ⅱ内，设B向右移动x距离，两部分气体压强均为

对原I内气体，由玻意耳定律得

对原II内气体，由玻意耳定律得

又此时A有

联立解得

15．如图所示，封闭有一定质量的理想气体的内壁光滑的导热汽缸固定在水平桌面上，且开口向右放置；活塞的横截面积为S，其到汽缸底部的距离为；活塞通过轻绳连。接了一个质量为的小物体，轻绳跨在定滑轮上。开始时汽缸内、外压强相同，均为大气压(，为重力加速度）。汽缸内气体的温度为时，轻绳恰好处于伸直状态，滑轮左侧细绳水平，连接小物体的细绳竖直。不计摩擦，现缓慢降低汽缸内气体的温度。

(1）小物体对地面的压力恰好为零时，求气体的温度。

(2）继续缓慢降低气体的温度，当活塞到汽缸底部的距离为时，气体放出的热量为，则气体的内能变化了多少？

【答案】(1）；(2）

【解析】(1）小物体对地面的压力恰好为零，汽缸内气体压强

气体从开始到小物体对地面的压力恰好为零的过程中，气体做等容变化，有

解得

(2）继续缓慢降低气体温度，小物体离开地面后气体做等压变化，外界对气体做的功

根据热力学第一定律可知，气体的内能变化量