高考物理一轮复习 单元测试 热学 综合题（含答案解析）

2020版高考物理 单元测试

热学 综合题

1.地球是太阳系中从内到外的第三颗行星．已知地球半径约为6.4×106 m，空气的摩尔质量约为 29×10－3 kg/mol，一个标准大气压约为1.0×105 Pa.利用以上数据估算出地球表面大气在标准状况下的体积为多少(g取9.8 m/s2，计算结果保留一位有效数字)?

2.空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥．某空调工作一段时间后，排出液化水的体积V=1.0×103 cm3.已知水的密度ρ=1.0×103 kg/m3、摩尔质量M=1.8×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA=6.0×1023 mol－1.试求(结果均保留一位有效数字)：

(1)该液化水中含有水分子的总数N；

(2)一个水分子的直径d.

3. (1)(多选)下列说法正确的是　　　　。 

A.分子运动的平均速度可能为零,瞬时速度不可能为零

B.液体与大气相接触时,表面层内分子所受其他分子的作用表现为相互吸引

C.空气的相对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示

D.有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体

E.随着分子间距增大,分子间引力和斥力均减小,分子势能不一定减小

(2)如图甲所示,横截面积为S,质量为m活的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体,现对缸内气体缓慢加热,使其温度从T1升高了ΔT,气柱的高度增加了Δl,吸收的热量为Q。不计汽缸与活塞的摩擦,外界大气压强为p0,重力加速度为g。

①此加热过程中气体内能增加了多少?

②若保持缸内气体温度不变,再在活塞上放一砝码,如图乙所示,使缸内气体的体积又恢复到初始状态,则所放砝码的质量为多少?

4. (1)(多选)下列说法正确的是　　　　。 

A.机械能不可能全部转化为内能,内能也无法全部用来做功从而转化成机械能

B.将两个分子由距离极近移动到相距无穷远的过程中,它们的分子势能先减少后增加

C.热量总是自发地从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体

D.液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离,所以液体表面层分子间的作用表现为相互吸引,即存在表面张力

E.单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减少,气体的压强一定减小

(2)一热气球体积为V,内部充有温度为Ta的热空气,气球外冷空气的温度为Tb。已知空气在标准大气压、温度T0时的密度为ρ0,该气球内、外的气压始终都为标准大气压,重力加速度大小为g。

①求该热气球所受浮力的大小;

②求该热气球内空气所受的重力;

③设充气前热气球的质量为m0,求充气后它还能托起的最大质量。

5. (1)(多选)下列说法正确的是　　　　。 

A.已知水的摩尔质量和水分子的质量,就可以计算出阿伏加德罗常数

B.布朗运动说明分子在永不停息地做无规则运动

C.两个分子由很远(r>10-9 m)距离减小到很难再靠近的过程中,分子间作用力先减小后增大,分子势能不断增大

D.露珠呈球状是由于液体表面张力的作用

E.物体的温度升高,则物体中所有分子的分子动能都增大

(2)质量m0=10 kg的缸体与质量m=4 kg的活塞,封闭一定质量的理想气体(气体的重力可以忽略),不漏气的活塞被一劲度系数k=20 N/cm的轻弹簧竖直向上举起立于空中,如图所示。环境温度为T1=1 500 K时被封气柱长度l1=30 cm,缸口离地的高度为h=5 cm。若环境温度变化时,缸体有良好的导热性能。已知活塞与缸壁间无摩擦,弹簧原长l0=27 cm,活塞横截面积S=2×10-3 m2,大气压强p0=1.0×105 Pa,当地重力加速度g取10 m/s2,求环境温度降到多少时汽缸着地,温度降到多少时能使弹簧恢复原长。

6. (1)(多选)下列说法中正确的是　　　　。 

A.扩散现象不仅能发生在气体和液体中,固体中也可以

B.岩盐是立方体结构,粉碎后的岩盐不再是晶体

C.地球大气的各种气体分子中氢分子质量小,其平均速率较大,更容易挣脱地球吸引而逃逸,因此大气中氢含量相对较少

D.从微观角度看气体压强只与分子平均动能有关

E.温度相同的氢气和氧气,分子平均动能相同

(2)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再变化到状态C,其状态变化过程的p-V图像如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27 ℃,求:

①该气体在状态B时的温度;

②该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量。

7. (1)(多选)下列说法正确的是　　　　　。 

A.液晶具有液体的流动性,同时具有晶体的光学各向异性特征

B.第二类永动机违反了能量守恒定律,所以它是制造不出来的

C.一定质量的理想气体,如果压强不变,体积增大,那么它一定从外界吸热

D.悬浮在液体中的固体微粒越小,布朗运动越明显

E.空气的相对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示

(2)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,水银柱的两端各封闭有一段空气。当U形管两端竖直朝上时,左、右两边空气柱的长度分别为l1=18.0 cm和l2=12.0 cm,左边气体的压强相当于12.0 cm水银柱的压强。现将U形管缓慢平放在水平桌面上,没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。求U形管平放时两边空气柱的长度。在整个过程中,气体温度不变。

8. (1)如图所示，假设甲分子(未画出)固定在原点O处静止不动，乙分子(未画出)位于Ox轴不同位置处，两条曲线分别表示分子间引力和斥力的大小随两分子间距离x的变化关系，E为两曲线的交点．取无穷远处的分子势能为零．下列判断正确的是________．(填正确答案标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分)

A．x=x0时，分子间作用力为零

B．x<x0时，分子力表现为引力

C．x从x0开始逐渐增大，分子力先逐渐增大后逐渐减小

D．x=x0时，分子势能为零

E．x从x0开始逐渐增大，分子势能也逐渐增大

(2)如图所示，两个质量分别为m1=10 kg、m2=20 kg的长气缸A、B(缸壁厚度不计)放置在水平地面上，分别用质量均不计的活塞C、D将理想气体M、N封闭在气缸内，C、D用一跨过两定滑轮且不可伸长的柔软轻绳连接．系统处于静止状态，滑轮下方的轻绳沿竖直方向，C、D离地高度分别为h、3h，M、N的压强为外界大气压p0=1.0×105Pa，N的温度t1=27 ℃.已知C、D横截面积均为S=0.01 m2，取g=10 m/s2，不计一切摩擦．若对N缓慢降温，M的温度始终保持在27 ℃，求A刚要离开地面时N的摄氏温度．

答案解析

1.解：

大气压强是由大气重力产生的，大气压强p==，

代入数据可得地球表面大气质量m≈5.2×1018 kg.

标准状况下1 mol气体的体积为V=22.4×10－3m3，

故标准状况下地球表面大气的体积为

V′=V=×22.4×10－3 m3≈4×1018 m3.

2.解：

(1)水的摩尔体积为Vm== m3/mol=1.8×10－5 m3/mol，

水分子数N==≈3×1025 (个)．

(2)建立水分子的球模型，有=πd3，

得水分子直径d== m≈4×10－10 m.

3.解：

(1)分子永不停息地做无规则运动,分子运动的平均速度不可能为零,瞬时速度有可能为零,A错误;空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示,C错误。

(2)①设缸内气体的温度为T1时压强为p1,活塞受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡,

则有m活g+p0S=p1S

气体膨胀对外界做功为W=p1SΔl

根据热力学第一定律有Q-W=ΔU

联立可得ΔU=Q-(p0S+m活g)Δl

②设缸内气体的体积又恢复到初始状态时,所放砝码的质量为m,气体的温度为T2,压强为p2。

活塞和砝码整体受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡,则有(m活+m)g+p0S=p2S

根据查理定律有,又T2=T1+ΔT

联立可得m=ΔT。

4.解：

(1)机械能可以全部转化为内能,内能无法全部用来做功从而转化成机械能,A错误;

气体的体积增大,单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减少,如果温度升高,

气体分子撞击器壁的速率增大,对器壁的压力增大,

气体的压强可能增大、可能减小、可能不变,E错误。

(2)①设标准大气压下质量为m的空气在温度为T0时的体积为V0,密度为ρ0=

在温度为T时的体积为VT,密度为ρ(T)=

由盖—吕萨克定律得ρ(T)=ρ0

气球所受到的浮力为F浮=ρ(Tb)gV=Vgρ0。

②气球内热空气所受的重力为G=ρ(Ta)Vg

G=Vgρ0。

③设该气球还能托起的最大质量为m,由力的平衡条件得mg=F浮-G-m0g

m=Vρ0T0-m0。

5.解：

(1)NA=,故A正确;布朗运动是分子热运动的反映,B正确;当r=r0时,分子力为0,

两分子从很远到很近,分子力先增大后减小再增大,分子势能先减小后增大,C错误;

液体的表面张力使液体表面积趋于最小,D正确;物体的温度升高,分子的平均动能增大,

并不是所有分子动能都增大,E错误。

(2)因汽缸悬空,先降温汽缸着地前为等压变化,压强恒为p1=p0+=1.5p0

设汽缸着地时环境温度为T2

根据盖—吕萨克定律有代入数据得T2=1250K

待缸口着地后,再降温时内部气体压强减小活塞上移,弹簧逐渐恢复原长,

由kx=(m0+m)g知弹簧的形变量为x=7cm

设弹簧恢复原长时的环境温度为T3,气体压强为p3,气柱长度为l3,由活塞受力平衡知p3=p0-=0.8p0,由几何关系知l3=l1-x-h=18cm

根据,整理可得T3=480K。

6.解：

(1)扩散现象也可以在固体中发生,A项正确;粉碎后的岩盐颗粒仍具有立方体结构,仍为晶体,B项错误;从微观角度看气体压强与分子平均动能和气体分子密集程度两个因素有关,D项错误;根据分子动理论,分子的平均动能取决于温度,与分子种类无关,E项正确;温度是分子平均动能的量度,温度越高,分子平均动能越大,质量越小,速率越大,氢分子质量小,其平均速率较大,更容易挣脱地球吸引而逃逸,因此大气中氢含量相对较少,C项正确。

(2)①对于理想气体,A→B过程为等容变化,根据查理定律有,得TB=100K,所以tB=-173℃。

②B→C过程为等压变化,根据盖—吕萨克定律有,得TC=300K,所以tC=27℃。

由于状态A与状态C温度相同,气体内能相等,而A→B过程是等容变化,气体对外不做功,B→C过程中气体体积膨胀对外做功,即从状态A到状态C气体对外做功,根据热力学第一定律可知气体应从外界吸收热量即Q=-W=p·ΔV=1×105×(3×10-3-1×10-3)J=200J。

7.解：

(1)由液晶的特性可知A正确;第二类永动机不违反能量守恒定律,而是违反热力学第二定律,B错误;如果压强不变,由=C知,体积增大,温度升高,内能增大,又因气体膨胀对外做功,由ΔU=W+Q知,气体从外界吸热,C正确;由布朗运动显著条件知D正确;相对湿度是所含的水蒸气的实际压强与同温度水的饱和汽压的比值,故E错误。

(2)设U形管两端竖直朝上时,左、右两边气体的压强分别为p1和p2。U形管水平放置时,两边气体压强相等,设为p,此时原左、右两边气柱长度分别变为l1'和l2'。由力的平衡条件有

p1=p2+ρg(l1-l2)①

式中ρ为水银密度,g为重力加速度大小。由玻意耳定律有p1l1=pl1'              ②

p2l2=pl2'              ③

两边气柱长度的变化量大小相等l1'-l1=l2-l2'              ④

由①②③④式和题给条件得l1'=22.5cm⑤

l2'=7.5cm。              ⑥

8.解：

当x=x0时，分子引力与分子斥力平衡，分子间作用力为零，A正确；x<x0时，分子力表现为斥力，B错误；x从x0开始逐渐增大，结合题中图象将分子引力与分子斥力合成，可知分子力先逐渐增大后逐渐减小，C正确；x>x0时，分子力表现为引力，x从x0开始逐渐增大的过程中，分子力一直做负功，分子势能逐渐增大到零，即x=x0时，分子势能为负值，D错误，E正确．

(2)设A恰好离开地面时M的压强为p1，C上升的高度为Δh，则对A受力分析有

p1S=p0S－m1g

对M，根据玻意耳定律有p0·hS=p1·(h＋Δh)S解得Δh=h

A恰好离开地面时D离地的高度为h1=3h－Δh=h

对N，根据理想气体状态方程有=

其中T1=(273＋27)K=300 K

由C、D各自受力平衡可得p2=p1

解得T2=260 K

A刚要离开地面时N的摄氏温度t2=－13 ℃.