2020高考物理二轮复习第一部分专题十热学部分第1讲热学练习含解析

2020高考物理二轮复习第一部分专题十热学部分第1讲热学练习含解析

热学 ‎1．(2019·陕西西安联考)(1)(多选)对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是________。‎ A．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大 B．外界对物体做功，物体内能一定增加 C．温度越高，布朗运动越显著 D．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小 E．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 ‎(2)竖直放置的粗细均匀的U形细玻璃管两臂分别灌有水银，水平管部分有一空气柱，各部分长度如图所示，单位为厘米。现将管的右端封闭，从左管口缓慢倒入水银，恰好使右侧的水银全部进入右管中，已知大气压强p0＝75 cmHg，环境温度不变，左管足够长。求：‎ ‎①此时右管封闭气体的压强；‎ ‎②左侧管中需要倒入的水银柱的长度。‎ 解析　(1)温度高的物体内能不一定大，内能还与体积和物质的量有关，但分子平均动能一定大，因为温度是分子平均动能的标志，故A正确；改变内能的方式有做功和热传递，若外界对物体做功的同时物体放热，内能不一定增大，故B错误；布朗运动是由液体分子碰撞的不平衡性造成的，液体温度越高，液体分子热运动越激烈，布朗运动越显著，故C正确；当分子间的距离从平衡位置增大时，分子间作用力先增大后减小，故D错误；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，故E正确。‎ ‎(2)设管内的横截面积为S，‎ ‎①对右管中封闭气体，右侧的水银刚好全部进入竖直右管后 p0×40S＝p1×(40－10)S，解得：p1＝100 cmHg ‎②对水平部分气体，末态压强：‎ p′＝(100＋15＋10) cmHg＝125 cmHg，‎ 由玻意耳定律：(p0＋15)×15S＝p′LS 解得：L＝10.8 cm 所以加入的水银柱的长度为：(125－75＋10－10.8) cm＝49.2 cm.‎ 答案　(1)ACE　(2)①100 cmHg　②49.2 cm 8‎ ‎2．(2019·陕西榆林二模)(1)(多选)下列说法正确的是________。‎ A．布朗运动是固体颗粒的运动，它和扩散现象都说明分子在运动 B．温度高的物体分子平均动能一定大，内能也一定大 C．因为气体分子频繁与其他分子或容器壁碰撞，所以它在空间内不能自由移动 D．分子势能随分子间距的增大，可能先减小后增大 E．当分子间距增大时，分子间的引力和斥力均减小，且当间距r＞10－‎9 m时分子力可以忽略不计 ‎(2)如图所示，一高H＝‎20 cm的绝热汽缸的侧壁安装有能通电加热的电阻丝。开始时汽缸竖直放置，用一个质量为m、横截面面积S＝‎10 cm2的绝热活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸间无摩擦且不漏气，此时活塞与汽缸底部的距离h＝‎10 cm，气体温度为‎27 ℃‎。现将汽缸绕右下角沿顺时针方向缓慢旋转90°，使缸体水平放置在地面上，此过程中活塞向缸口移动了x＝‎5 cm，缸内气体温度降为－‎3 ℃‎。待系统稳定后给电阻丝通电对气体缓慢加热，气体吸热7 J时内能增加4 J。已知外界大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取‎10 m/s2，T＝t＋273 K。求：‎ ‎①活塞的质量。‎ ‎②加热后气体的摄氏温度。‎ 解析　(1)布朗运动是悬浮在液体里的固体颗粒在液体分子撞击下所做的一种机械运动，它反映了液体分子在运动，扩散现象是由于存在浓度差，分子彼此进入对方的现象，它们都说明分子在做热运动，A正确；温度是分子平均动能的标志，但内能是构成物质的所有分子动能和势能的总和，温度高的物体分子平均动能大，但内能不一定大，B错误；因为气体分子间距较大，分子力可以忽略，分子除碰撞外不受其他力的作用，所以可在空间内自由移动，且向各个方向上运动的机会是均等的，C错误；分子间距较小时分子力表现为斥力，在间距增大时分子力做正功，分子势能减小，当分子间距大于某一值后，分子力表现为引力，此时再增大分子间距分子力做负功，分子势能增大，D正确；分子间同时存在相互作用的引力和斥力，它们都随分子间距的增大而减小，且斥力变化得更快，我们通常说的分子力是引力和斥力的合力，间距r＞10－9 m时分子力的大小可以忽略不计，E正确。‎ ‎(2)①汽缸竖直放置时，对缸内气体有 p1＝p0＋，V1＝Sh，T1＝300 K 汽缸水平放置时，对缸内气体有 p2＝p0，V2＝S(h＋x)，T2＝270 K 8‎ 汽缸沿顺时针方向旋转过程中，由理想气体状态方程得＝ 解得：m＝ kg ‎②加热过程中气体发生等压膨胀，由热力学第一定律可知气体对外做的功为W＝Q－ΔU＝3 J 设加热时活塞移动的距离为y，则有W＝p0Sy 解得y＝3 cm 加热结束时，对缸内气体有 p3＝p0，V3＝S(h＋x＋y)，T3＝t3＋273 K 由理想气体状态方程得＝ 解得加热后气体的温度t3＝51 ℃。‎ 答案　(1)ADE　(2)① kg　②51 ℃‎ ‎3．(2019·山东济南联考)(1)(多选)下列说法正确的是________。‎ A．当分子间距r＞r0时(r＝r0时分子力为零)，分子间的引力随着分子间距的增大而减小，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，分子力表现为引力 B．第一类永动机和第二类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律 C．一定质量的理想气体等压膨胀过程中的内能不变 D．大雾天气学生感觉到教室潮湿，说明教室内的相对湿度较大 E．一定质量的单晶体在熔化过程中分子势能一定是增大的 ‎(2)如图所示，劲度系数为k＝100 N/m的轻质弹簧与完全相同的导热活塞A、B不拴接，一定质量的理想气体被活塞A、B分成两部分封闭在可导热的汽缸内。活塞A、B之间的距离与B到汽缸底部的距离均为l＝‎1.2 m，初始时刻，气体Ⅰ与外界大气压强相同，温度为T1＝300 K，将环境温度缓慢升高至T2＝440 K，系统再次达到稳定，A已经与弹簧分离，已知活塞A、B的质量均为m＝‎1.0 kg。横截面积为S＝‎10 cm2；外界大气压强恒为p0＝1.0×105 Pa。不计活塞与汽缸之间的摩擦且密封良好，g取‎10 m/s2，求活塞A相对初始时刻上升的高度。‎ 解析　(1)当分子间距r＞r0‎ 8‎ 时，分子间的引力和斥力都随着分子间距的增大而减小，而且斥力减小更快，所以分子力表现为引力，故A正确；第一类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律，而第二类永动机研制失败的原因并不是违背了能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，故B错误；一定质量的理想气体等压膨胀，体积变大，温度升高，内能增大，故C错误；相对湿度为水蒸气的实际压强与相同温度水的饱和汽压的比值的百分数，大气中相对湿度越大，水蒸发也就越多，人就感受到越潮湿，故大雾天气学生感觉到教室潮湿，说明教室内的相对湿度较大，故D正确；一定质量的单晶体在熔化过程中温度不变，分子的平均动能不变，所吸收的热量全部用来增大分子势能，故E正确。‎ ‎(2)对气体Ⅰ，初态：T1＝300 K，p1＝1.0×105 Pa，‎ V1＝lS；‎ 末态：T2＝440 K，p2＝p0＋＝1.1×105 Pa，V2＝l′S 根据理想气体状态方程：＝ 解得末态气体Ⅰ的长度为l′＝1.6 m。‎ 对气体Ⅱ，初态：T3＝300 K，p3＝p0＋＝1.2×105 Pa，‎ V3＝lS；‎ 末态：T4＝440 K，p4＝p2＋＝1.2×105 Pa，V4＝l″S 根据理想气体状态方程：＝ 解得末态气体Ⅱ的长度为l″＝1.76 m。‎ 故活塞A上升的高度为Δh＝(l′－l)＋(l″－l)＝(1.6 m－1.2 m)＋(1.76 m－1.2 m)＝0.96 m。‎ 答案　(1)ADE　(2)0.96 m ‎4．(2019·广西榆林模拟)(1)(多选)关于热现象和内能，下列说法正确的是________。‎ A．做功和热传递都能改变物体的内能 B．外界对气体做了功，则气体的温度一定升高 C．一定质量的气体，体积不变时，温度越高，内能越大 D．温度升高，物体内分子的平均动能一定增加 E．气体能够充满容器的整个空间，是由于气体分子间呈现出斥力的作用 ‎(2)将热杯盖扣在水平橡胶垫上，杯盖与橡胶垫之间的密封气体被加热而温度升高，有时会发生杯盖被顶起的现象。如图所示，杯盖的横截面积为S，开始时内部封闭气体的温度为T0，压强为大气压强p0。当封闭气体温度上升至T1时，杯盖恰好被整体顶起，放出少许气体后又落回桌面，其内部气体压强立刻减为p0，温度仍为T1，再经过一段时间后，内部气体温度恢复到T0。整个过程中封闭气体均可视为理想气体。求：‎ 8‎ ‎①杯盖的质量；‎ ‎②当温度恢复到T0时，竖直向上提起杯盖所需的最小力。‎ 解析　(1)做功和热传递都能改变物体的内能，选项A正确；外界对气体做了功，如果气体向外放热，则气体的温度不一定升高，选项B错误；一定质量的气体，体积不变时，温度越高，内能越大，选项C正确；温度升高，物体内分子的平均动能一定增加，选项D正确；气体能够充满容器的整个空间，是由于气体分子能够自由移动，选项E错误。‎ ‎(2)①以开始封闭的气体为研究对象，由查理定律得＝ 杯盖恰好被顶起p1S＝p0S＋mg 解得杯盖的质量m＝p0S ‎②杯盖被顶起放出少许气体后，以杯盖内的剩余气体为研究对象。‎ 由查理定律得＝ 设提起杯盖所需的最小力为F，由平衡条件得F＋p2S＝p0S＋mg 联立以上各式，代入数据得F＝p0S。‎ 答案　(1)ACD　(2)见解析 ‎5．(2019·江苏芜湖模拟)(1)(多选)下列说法中正确的是________。‎ A．需要用力才能压缩气体表明气体分子间存在斥力 B．一定温度下，水的饱和汽压是一定的 C．一定质量的理想气体从外界吸热，内能可能减小 D．微粒越大，撞击微粒的液体分子数量越多，布朗运动越明显 E．液体与大气相接触，液体表面层内分子间的作用表现为相互吸引 ‎(2)如图所示，圆柱形汽缸上部开口且有挡板，内部底面积S为‎0.1 m2‎，内部高度为d。筒内一个很薄的质量不计的活塞封闭一定量的理想气体，活塞上放置一质量为‎10 kg的重物，开始时活塞处于离底部的高度，外界大气压强为1.01×105 Pa，温度为‎27 ℃‎。活塞与汽缸内壁的摩擦忽略不计，现对气体加热，求：(g取‎10 m/s2)‎ ‎①当活塞刚好到达汽缸口时气体的温度；‎ 8‎ ‎②气体温度达到387 ℃时气体的压强。‎ 解析　(1)需要用力才能压缩气体这是由于气体压强的缘故，与气体分子间的斥力无关，选项A错误；饱和汽压与温度有关，在一定温度下，水的饱和汽压是一定的，选项B正确；一定质量的理想气体从外界吸热，若对外做功，则内能可能减小，选项C正确；微粒越小，液体分子对微粒的碰撞越不平衡，布朗运动越明显，选项D错误；液体与大气相接触，液体表面层内分子比较稀疏，分子间的作用表现为相互吸引，选项E正确。‎ ‎(2)①被封闭气体做等压变化：V1＝S T1＝(273＋27) K＝300 K 设温度升高到T2时，活塞刚好到达汽缸口：V2＝Sd 根据盖—吕萨克定律：＝ 解得T2＝600 K。‎ ‎②T3＝387 ℃＝660 K＞T2‎ 故被封闭气体先做等压变化，待活塞到达汽缸口后做等容变化V3＝Sd 由理想气体状态方程：＝ p1＝p0＋ 解得p3＝1.12×105 Pa。‎ 答案　(1)BCE　(2)①600 K　②1.12×105 Pa ‎6．(2019·河北衡水中学模拟)(1)(多选)关于分子间相互作用力与分子间势能，下列说法正确的是________。‎ A．在10r0(r0为分子间作用力为零的间距，其值为10－‎10 m)距离范围内，分子间总存在着相互作用的引力 B．分子间作用力为零时，分子间的势能一定是零 C．当分子间作用力表现为引力时，分子间的距离越大，分子势能越小 D．分子间距离越大，分子间的斥力越小 E．两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力变化总是比斥力变化慢 ‎(2)如图所示，圆柱形喷雾器高为h，内有高度为的水，上部封闭有压强为p0、温度为T0的空气。将喷雾器移到室内，一段时间后打开喷雾阀门K，恰好有水流出。已知水的密度为ρ，大气压强恒为p0，喷雾口与喷雾器等高。忽略喷雾管的体积，将空气看作理想气体。‎ 8‎ ‎①求室内温度。‎ ‎②在室内用打气筒缓慢向喷雾器内充入空气，直到水完全流出，求充入空气与原有空气的质量比。‎ 解析　(1)分子间同时存在引力和斥力，在平衡距离以内表现为斥力，在平衡距离以外表现为引力，在10r0距离范围内，分子间总存在着相互作用的引力，A正确；设分子平衡距离为r0，分子距离为r，当r＞r0，分子力表现为引力，分子距离越大，分子势能越大；当r＜r0，分子力表现为斥力，分子距离越小分子势能越大；故当r＝r0，分子力为0，分子势能最小；由于分子势能是相对的，其值与零势能点的选择有关，所以分子距离为平衡距离时分子势能最小，但不一定为零，B、C错误；分子间同时存在引力和斥力，两个分子间的距离变大的过程中，分子斥力与分子引力都减小，分子间引力变化总是比斥力变化慢，D、E正确。‎ ‎(2)①设喷雾器的横截面积为S，室内温度为T1，喷雾器移到室内一段时间后，封闭气体的压强p1＝p0＋ρg· 气体做等容变化：＝ 解得：T1＝T0‎ ‎②以充气结束后喷雾器内空气为研究对象，排完水后，压强为p2，体积为V2＝hS。若此气体经等温变化，压强为p1时，体积为V3‎ 则p2＝p0＋ρgh，p1V3＝p2V2‎ 即V3＝(p0＋ρgh)hS 同温度下同种气体的质量比等于体积比，设打进气体质量为Δm 则＝，V0＝S· 代入得＝。‎ 答案　(1)ADE　(2)①T0　② 8‎ 8‎