2021高考物理二轮复习 专题能力训练16 热学（含解析）.docx

1、专题能力训练16热学(时间:45分钟满分:90分)1.(15分)(1)(多选)(5分)下列说法正确的是。A.液体中悬浮的微粒越大,布朗运动越显著B.第二类永动机不可能制成,因为它违反能量守恒定律C.一定质量的理想气体,当它的压强、体积都增大时,其内能一定增加D.因为液体表面层分子分布比内部稀疏,因此液体表面有收缩趋势(2)(10分)如图所示,圆柱形汽缸开口向上,竖直放置在水平面上,汽缸足够长,内截面积为S,大气压强为p0。一厚度不计、质量为m=p0S2g的活塞封住一定量的理想气体,温度为T0时缸内气体体积为V0。先在活塞上缓慢放上质量为3m的沙子,然后将缸内气体温度缓慢升高到2T0,求稳定后缸

2、内气体的体积。答案:(1)CD(2)V0解析:(1)微粒越小,温度越高,布朗运动越显著,选项A错误;第二类永动机不可能制成,是因为违背热力学第二定律,选项B错误;一定质量的理想气体,压强、体积都增大,温度必然升高,内能一定增加,选项C正确;液体表面有收缩趋势,表面层分子分布比内部稀疏,选项D正确。(2)设初态气体压强为p1,放沙后压强为p2,体积为V2,升温后体积为V3,则有p1=p0+mgS=1.5p0p2=p0+4mgS=3p0等温过程,由p1V0=p2V2得V2=0.5V0等压过程,由V2T0=V32T0得V3=V0。2.(15分)(2019全国卷)(1)(5分)某容器中的空气被光滑活塞

3、封住,容器和活塞绝热性能良好。空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同,压强大于外界。现使活塞缓慢移动,直至容器中的空气压强与外界相同。此时,容器中空气的温度(选填“高于”“低于”或“等于”)外界温度,容器中空气的密度(选填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。(2)(10分)热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时,先在室温下把惰性气体用压缩机压入一个预抽真空的炉腔中,然后炉腔升温,利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理,改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13 m3,炉腔抽真空后,在室温下用压缩机将10瓶氩气压入炉腔中。已知每

4、瓶氩气的容积为3.210-2 m3,使用前瓶中气体压强为1.5107 Pa,使用后瓶中剩余气体压强为2.0106 Pa;室温温度为27 。氩气可视为理想气体。求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强;将压入氩气后的炉腔加热到1 227 ,求此时炉腔中气体的压强。答案:(1)低于大于(2)3.2107 Pa1.6108 Pa解析:(1)根据热力学第一定律可知,无热传递、做负功,容器中空气的内能必减少,则容器中空气的温度降低,低于外界温度。压强取决于分子密集程度与温度,同样的压强,温度低的空气,分子密集程度大,密度大。(2)设初始时每瓶气体的体积为V0,压强为p0;使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假

5、设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时,其体积膨胀为V1。由玻意耳定律p0V0=p1V1被压入炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为V1=V1-V0设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2,体积为V2。由玻意耳定律p2V2=10p1V1联立式并代入题给数据得p2=3.2107Pa设加热前炉腔的温度为T0,加热后炉腔温度为T1,气体压强为p3。由查理定律p3T1=p2T0联立式并代入题给数据得p3=1.6108Pa。3.(15分)(2020全国卷)(1)(5分)分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示,r=r1时,F=0。分子间势能由r决定,规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分

6、子固定于原点O,另一分子从距O点很远处向O点运动,在两分子间距减小到r2的过程中,势能(选填“减小”“不变”或“增大”);在间距由r2减小到r1的过程中,势能(选填“减小”“不变”或“增大”);在间距等于r1处,势能(选填“大于”“等于”或“小于”)零。(2)(10分)甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体)。甲罐的容积为V,罐中气体的压强为p;乙罐的容积为2V,罐中气体的压强为12p。现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去,两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变,调配后两罐中气体的压强相等。在调配后,求:两罐中气体的压强;甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。答

7、案:(1)减小减小小于(2)2p323解析:(1)根据分子力做功和分子势能变化的关系分析,两分子相距无穷远时分子间的势能为零,在两分子间距减小到r1的过程中,分子力是引力,分子力做正功,分子势能一直减小,在间距等于r1时,分子势能小于零。(2)以气体为研究对象,由于气体温度不变,根据玻意耳定律分析。假设乙罐中的气体被压缩到压强为p,其体积变为V1,由玻意耳定律有12p(2V)=pV1现两罐气体压强均为p,总体积为(V+V1)。设调配后两罐中气体的压强为p,由玻意耳定律有p(V+V1)=p(V+2V)联立式可得p=23p。若调配后甲罐中的气体再被压缩到原来的压强p时,体积为V2,由玻意耳定律pV

8、=pV2设调配后甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比为k,由密度的定义有k=V2V联立式可得k=23。4.(15分)(2018全国卷)(1)(多选)(5分)如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程到达状态e,对此气体,下列说法正确的是。A.过程中气体的压强逐渐减小B.过程中气体对外界做正功C.过程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(2)(10分)如图所示,容积为V的汽缸由导热材料制成,面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分,汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K。开始时,K关闭,汽缸内上下两部分气体的压强均为

9、p0。现将K打开,容器内的液体缓慢地流入汽缸,当流入的液体体积为V8时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了V6。不计活塞的质量和体积,外界温度保持不变,重力加速度大小为g。求流入汽缸内液体的质量。答案:(1)BDE(2)15p0S26g解析:(1)过程是等容变化,温度升高,压强增大,故A项错误;过程中,体积增大,气体对外做功,故B项正确;过程是等容变化,温度降低,放出热量,故C项错误;过程是等温变化,温度不变,故状态c、d的内能相等,故D项正确;E项,由理想气体状态方程pVT=C可得T=pVC,连接Ob、Od,直线的斜率k=pC,Ob的斜率大于Od的斜率,故状态d的压强小于状态b的压强

10、,故E项正确。(2)设活塞再次平衡后,活塞上方气体的体积为V1,压强为p1;下方气体的体积为V2,压强为p2。在活塞下移的过程中,活塞上下方气体的温度保持不变。由玻意耳定律得p0V2=p1V1p0V2=p2V2由已知条件得V1=V2+V6-V8=1324VV2=V2-V6=V3设活塞上方液体的质量为m,由平衡条件得p2S=p1S+mg联立以上各式得m=15p0S26g。5.(15分)(2019河北衡水模拟)(1)(多选)(5分)右图为分子间的作用力与分子间距离的关系曲线,正值表示斥力,负值表示引力,则下列关于分子间作用力和分子势能的说法正确的是。A.当分子间的距离rr0时,分子间的作用力表现为

11、引力B.当rr0时,分子间的引力大于斥力,分子间的作用力表现为引力,选项A正确;由题图可以看出,当rr0且分子间的距离减小时,分子间的斥力随分子间距离变化较明显,选项B正确;当分子间的距离增大时,分子间的作用力可能做正功,也可能做负功,主要看初始时是rr0,选项C错误;分子间作用力做正功,分子势能减小,分子间作用力做负功,分子势能增大,当分子间的距离r=r0时,分子间作用力等于零,无论分子间距离增大还是减小,分子间作用力都做负功,所以r=r0时分子势能最小但不一定为零,选项D正确,选项E错误。(2)汽缸A末态压强为2p0,汽缸B活塞的面积为汽缸A活塞面积的2倍,初状态选两活塞为研究对象,根据平

12、衡条件有pASA=pBSB,解得pB=p02末状态选两活塞为研究对象,根据平衡条件有2p0SA=pBSB,解得pB=p0汽缸B中气体初末温度不变,根据玻意耳定律得pB2V0=pBVB,解得汽缸B中气体体积VB=V0。两活塞移动的距离相同,汽缸B活塞面积为汽缸A活塞的面积的2倍,汽缸B中气体体积减小了V0,则汽缸A中气体体积增加了V02,则加热后汽缸A中体积为VA=3V02根据理想气体状态方程得p0V0T0=2p0VATA解得TA=3T0。6.(15分)(1)(多选)(5分)下列说法正确的是。A.密闭容器中装有某种液体及其饱和汽,若温度升高,同时增大容器的容积,饱和汽压可能会减小B.空气的相对湿

13、度越大,空气中水蒸气的压强越接近同温度下水的饱和汽压C.单晶体具有固定的熔点,多晶体没有固定的熔点D.当分子间作用力表现为斥力时,分子势能随分子间距离的减小而增大E.一定质量的气体,在压强不变时,分子每秒对单位面积的器壁平均碰撞的次数随着温度降低而增加(2)(10分)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 。求该气体在状态B和C时的温度。该气体从状态A经B再到C的全过程中是吸热还是放热?传递的热量是多少?答案:(1)BDE(2)177 27 放热1 200 J解析:(1)饱和汽压只与温度有关,温度升高,饱和汽压

14、增大,选项A错误;相对湿度是指空气中水蒸气的压强与同温度下水的饱和汽压的比值,所以空气的相对湿度越大,空气中水蒸气的压强越接近同温度下水的饱和汽压,选项B正确;单晶体和多晶体都具有固定的熔点,选项C错误;当分子间作用力表现为斥力时,分子距离减小,克服斥力做功,故分子势能随分子间距离的减小而增大,选项D正确;一定质量的气体,在压强不变时,分子在单位时间单位面积上的冲击力不变,随着温度降低,分子的平均动能减小,分子每秒对单位面积的器壁平均碰撞的次数随着温度降低而增加,选项E正确。(2)对一定质量的理想气体由图像可知,AB等容变化,由查理定律得pATA=pBTB代入数据得TB=450K,即tB=177AC由理想气体状态方程得pAVATA=pCVCTC代入数据得TC=300K,即tC=27。由于TA=TC,该气体在状态A和状态C时的内能相等,U=0从A到B气体体积不变,外界对气体做功为0,从B到C气体体积减小,外界对气体做正功,W=pV由p-V图线与横轴所围成的面积可得W=(pB+pC)(VB-VC)2=1200J由热力学第一定律U=W+Q可得Q=-1200J即气体向外界放出热量,传递的热量为1200J。