第15章　热学 第2讲　固体　液体　气体-【人教版】2025新教材高考物理一轮基础练习

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基础对点练
题组一 固体液体性质
1.(2024河南校联考模拟)下列关于物理现象的说法正确的是( )
A.水黾和轮船都能漂浮在水面上而不会沉入水中,都是因为液体表面张力的作用
B.在空间站内可以做出很大的水球和几十毫米长的“液桥”,是因为在微重力环境下水的表面张力明显增大
C.插入水中的细玻璃管,管内水面会比管外水面高并稳定在一定的高度,说明表面张力方向垂直液面向上
D.液体表面张力有使液面收缩到最小的趋势
2.(2023江苏南京六校联考二模)下列四幅图所涉及的物理知识,论述正确的是( )
A.图甲表明晶体熔化过程中分子平均动能变大
B.图乙水黾可以在水面自由活动,说明它所受的浮力大于重力
C.图丙是显微镜下三颗小炭粒的运动位置连线图,连线表示小炭粒的运动轨迹
D.图丁中A是浸润现象,B是不浸润现象
题组二 气体的压强
3.医院为病人输液的部分装置如图所示,图中A为输液瓶,B为滴壶,C为进气管,与大气相通。则在输液过程中(瓶A中尚有液体),下列说法正确的是( )
A.瓶A中上方气体的压强随液面的下降而减小
B.瓶A中液面下降,但A中上方气体的压强不变
C.滴壶B中的气体压强随A中液面的下降而减小
D.在瓶中药液输完以前,滴壶B中的气体压强保持不变
题组三 气体实验定律
4.(2023上海二模)一定质量的气体保持体积不变,温度由0 ℃升高到10 ℃时,其压强的增加量为Δp1;当温度由100 ℃升高到110 ℃时,其压强的增加量为Δp2。则Δp1与Δp2之比是( )
A.1∶1B.1∶10
C.10∶110D.273∶283
5.如图所示,两端封闭的玻璃管在常温下竖直放置,管内充有理想气体,一段汞柱将气体封闭成上下两部分,两部分气体的长度分别为l1、l2,且l1=l2,下列判断正确的是( )
A.将玻璃管转至水平,稳定后两部分气体长度l1'>l2'
B.将玻璃管转至水平,稳定后两部分气体长度l1'C.保持玻璃管竖直,使两部分气体升高相同温度,稳定后两部分气体长度l1'>l2'
D.保持玻璃管竖直,使两部分气体升高相同温度,稳定后两部分气体长度l1'=l2'
题组四 理想气体状态方程的理解和应用
6.某科技小组自制了一个用力传感器测量温度的装置。如图所示,导热性能良好的汽缸固定在水平地面上,汽缸横截面积S为0.01 m2。质量m为5 kg的活塞与汽缸间无摩擦且不漏气,活塞上方通过一刚性轻杆连接一个固定的力传感器,传感器可以直接显示出传感器对轻杆的力,传感器示数为正表示传感器对轻杆的作用力竖直向上。环境温度为7 ℃时,力传感器的示数F为50 N。整个装置静止,大气压p0恒为1.0×105 Pa,g取10 m/s2,0 ℃取273 K。
(1)环境温度为多少时,传感器示数恰好为零?
(2)将轻杆替换为轻弹簧,环境温度为7 ℃时,力传感器的示数仍为50 N,此时活塞与汽缸底部距离L为20 cm。环境温度由7 ℃缓慢上升为27 ℃的过程中,活塞缓慢上升的距离d为1 cm,则27 ℃时力传感器示数为多少?
综合提升练
7.(2024北京模拟)如图所示,上端封闭的连通器A、B、C三管中水银面相平,管内水银上方的空气柱长LAA.A管中水银面最高
B.B管中水银面最高
C.C管中水银面最高
D.条件不足,无法确定
8.(2023广东梅州三模)小明在使用运动吸管杯时发现了这样的现象:在热力学温度恒为300 K的室内,向吸管杯内注入开水并迅速盖上带有吸管的杯盖,吸管上端封闭,杯盖与杯体未拧紧,这时有大量气泡从吸管底逸出,过了一会儿,吸管底端不再有气泡逸出,此时水与吸管内气体热力学温度均为367.2 K,测得杯体水面与吸管顶端的高度差h=2 cm,吸管总长L=22 cm。已知水面上方气体的压强始终与外界大气压强相同,外界大气压强p0=1.0×105 Pa,吸管内气体可视为理想气体,重力加速度g取10 m/s2,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,求:
(1)吸管底端不再有气泡逸出时,吸管内气体的压强;
(2)从吸管内逸出气体的质量与吸管内初始气体质量的比值。
9.如图所示,热气球的下端有一小口,使球内外的空气可以流通,以保持球内外压强相等。球内有温度调节器,以便调节球内空气的温度,使热气球可以上升或下降。设热气球的总体积V0=500 m3(忽略球壳体积),除球内空气外,热气球的装备及人的总质量M=200 kg。已知地球表面大气温度为27 ℃,密度ρ=1.2 kg/m3,如果把大气视为理想气体,它的组成和温度几乎不随高度变化而变化,重力加速度g取10 m/s2。
(1)当热气球内气体剩余质量为多少时,解开气球固定装置的瞬间,气球可悬浮在地面附近?
(2)调节球内加热装置,若解开气球固定装置的瞬间,气球上升的加速度是2 m/s2,则此时球内气体的温度是多少?
参考答案
第2讲 固体 液体 气体
1.D 解析 水黾能漂浮在水面上是表面张力的作用,轮船能漂浮在水面上是水的浮力作用,故A错误;在空间站微重力环境下,重力的影响很小,可以做出很大的水球和几十毫米长的“液桥”,并非表面张力增大的原因,故B错误;水浸润玻璃,水面上升到一定高度,液体表面张力方向跟液面相切,液体表面张力形成向上的拉力,与管内高出管外水面部分水的重力平衡,故C错误;液体表面层内分子间的距离大于液体内部分子间的距离,表面层内分子间表现为引力,使液面有收缩的趋势,故D正确。
2.D 解析 晶体熔化过程中温度不变,分子平均动能不变,故A错误;水黾可以在水面自由活动,是因为水的表面张力,故B错误;每隔一段时间把观察到的炭粒的位置记录下来,然后用直线把这些位置依次连接成折线,所以连线反映每隔一段时间小炭粒的位置,而不是运动轨迹,故C错误;图丁中A是浸润现象,B是不浸润现象,故D正确。
3.D 解析 瓶A中由于有进气管C与大气相通,所以瓶A中上方气体的压强等于大气压减去液体压强,随着液面的降低,大气压不变,所以上方气体的压强不断增大,故A、B错误;滴壶B中的气体压强等于A中的液体压强加A中气体压强,即等于大气压,所以B中气体压强保持不变,故C错误,D正确。
4.A 解析 一定质量的气体保持体积不变,根据查理定律的推论式有Δp1ΔT1=Δp2ΔT2,两种情况温度变化量相同,故可得Δp1=Δp2,所以Δp1∶Δp2=1∶1,故选A。
5.B 解析 设上方气体为a、下方气体为b,初状态时,b内气体压强大,a内气体压强小,将玻璃管转至水平,b内的气体压强减小,a内的气体压强增大,则b内气体体积增大、长度增加,a内气体长度减小,故l1'Δp1,故b气体的压强增加量较大,水银柱将向上移动,稳定后两部分气体的长度l1'6.答案 (1)294 K (2)30 N
解析 (1)传感器示数F=50 N
对活塞而言F=mg
故7 ℃时封闭气体的压强p1=p0,T1=280 K
当传感器示数为0,封闭气体的压强p2=p0+mgS=1.05p0
由查理定律p1T1=p2T2
得T2=1.05T1=294 K。
(2)环境温度为7 ℃时,力传感器的示数仍为50 N,此时封闭气体的压强
p1=p0,T1=280 K,V1=LS
温度上升至27 ℃时T3=300 K,V3=(L+d)S
根据p1V1T1=p3V3T3
得p3=1.02p0
对活塞受力分析p3=p0+mg-F'S
解得F'=30 N。
7.A 解析 初始时刻,三管中水银面相平,说明A、B、C气压相同,假设打开阀门三管中水银面降低了相同的高度h,三管中水银面保持相平,气体末态压强也相同,对管内气体由玻意耳定律有p0LS=p1(L+h)S,解得p1=p0LL+ℎ=p01+ℎL,由于LApBh>pCh,即A管中水银面最高,故A正确。
8.答案 (1)1.02×105 Pa (2)1∶6
解析 (1)设吸管内气体压强为p1,则有p1=p0+ρg(L-h)
解得p1=1.02×105 Pa。
(2)吸管中的气体初始状态为p0=1.0×105 Pa,V0=LS,T0=300 K
假设温度升高时,吸管中的气体没有逸出,而是膨胀成一个整体,该整体的状态为
p1=1.02×105 Pa,V2=V0+V1,T1=367.2 K
则有p0V0T0=p1V2T1
逸出气体的体积为V1=V2-V0
则从吸管内逸出气体的质量与吸管内初始气体质量的比值mM=V1V2
联立解得m∶M=1∶6。
9.答案 (1)400 kg (2)600 K
解析 (1)热气球未升温前球内气体的质量m0=ρV0=600 kg
热气球受到的空气浮力F浮=ρgV0=6 000 N
气球悬浮在空中则受力平衡,设球内剩余气体质量为m1时气球可悬浮在地面附近,则F浮=(M+m1)g
解得m1=400 kg。
(2)设温度为T时,球内气体剩余质量为m2,对整体由牛顿第二定律得
F浮-(M+m2)g=(M+m2)a,解得m2=300 kg=m02
因此该质量气体在原来温度下体积为V1=V02
升温后该质量气体在整个热气球内,故升温后该质量气体体积为V2=V0
气球内气体初始温度T0=300 K
由盖-吕萨克定律得V1T0=V2T
解得T=600 K。