2019高考物理二轮复习第18讲选修3_3热学专题训练

第18讲　选修3-3　热学非选择(每小题15分,共90分)1.(1)下列说法中正确的是(　　)A.物体中分子热运动动能的总和等于物体的内能B.橡胶无固定熔点,是非晶体C.饱和汽压与分子密度有关,与温度无关D.热机的效率总小于100%E.对于同一种气体,温度越高,分子平均动能越大(2)在室温恒定的实验室内放置着如图所示的粗细均匀的L形管,管的两端封闭且管内充有水银,管的上端和左端分别封闭着长度均为L0=15cm的A、B两部分理想气体,已知竖直管内水银柱高度为H=20cm,A部分气体的压强恰好等于大气压强。对B部分气体进行加热到某一温度,保持A部分气体温度不变,水银柱上升h=5cm(已知大气压强为76cmHg,室温为300K)。试求:①水银柱升高后A部分气体的压强;②温度升高后B部分气体的温度。2.(2018安徽六校二模)(1)两个相邻的分子之间同时存在着引力和斥力,它们随分子之间距离r的变化关系如图所示。图中虚线是分子斥力和分子引力曲线,实线是分子合力曲线。当分子间距r=r0时,分子之间合力为零,则下列关于这两个分子组成系统的分子势能Ep与两分子间距离r的关系曲线,可能正确的是　　　　。 (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。3.(1)对下列几种固体物质的认识,正确的有(　　)A.食盐熔化过程中,温度保持不变,说明食盐是晶体B.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明蜂蜡是晶体C.天然石英现为各向异性,是由于该物质的微粒在空间的排列不D.石墨和金刚石的物理性质不同,是由于组成它们的物质微粒排列结构不同(2)如图所示,双缸圆柱形容器竖直放置,右边容器高为H,截面积为S的上端封闭。左边容器截面积为2S,其上端与外界相通,左边容器中有一个可以在容器内无摩擦滑动的质量为M的活塞。两容器由装有阀门K的极细管道相连,汽缸、活塞和细管都是绝热的。开始时阀门关闭,左边容器中装有理想气体,平衡时活塞到容器底的距离为H,右边容器内为真空。现将阀门打开,活塞缓慢下降,直至系统达到新的平衡,此时理想气体的温度增加为原来的1.25倍,已知外界大气压强为p0,求:①系统达到平衡时密封气体的压强;②此过程中气体内能的增加量。4.(1)下列说法正确的是(　　)A.运送沙子的卡车停在水平地面上,在缓慢卸沙过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间势能,则胎内气体从外界吸热B.民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,方法是用镊子夹酒精棉球,点燃,在罐内绕一圈再抽出,迅速将火罐开口端紧压在皮肤上,火罐就会紧紧地被“吸”在皮肤上,其原因是,当火罐内的气体体积不变时,温度降低,压强减小C.晶体的物理性质都是各向异性的D.一定量的理想气体从外界吸收热量,其内能一定增加E.分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生,并随着分子间距的变化而变化,分子间引力和斥力都随分子间距的减小而增大(2)如图所示,粗细均匀的L形细玻璃管AOB,OA、OB两部分长度均为20cm,OA部分水平、右端开口,管内充满水银,OB部分竖直、上端封闭。现将玻璃管在竖直平面内绕O点逆时针方向缓慢旋转53°,此时被封闭气体长度为x。缓慢加热管内封闭气体至温度T,使管内水银恰好不溢出管口。已知大气压强为75cmHg,室温为27℃,sin53°=0.8,cos53°=0.6,≈111。求:(1)气体长度x;(2)温度T。5.(1)下列说法正确的是(　　)A.液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,故液体表面存在张力B.悬浮在液体中的固体小颗粒会不停地做无规则的运动,这种运动是分子热运动C.把很多小的单晶体放在一起,就变成了非晶体D.第二类永动机没有违背能量守恒定律E.绝对零度不可达到(2)如图所示,体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞;汽缸内密封有温度为2.4T0、压强1.2p0的理想气体,p0与T0分别为大气的压强和温度。已知:理想气体内能U与温度T的关系为U=αT,α为正的常量;容器内气体的所有变化过程都是缓慢的。求:①汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1;②在活塞下降过程中,汽缸内气体放出的热量Q。6.(2018吉林梅河口五中一模)(1)下列说法正确的是(　　)A.当分子间距离为平衡距离时分子势能最大B.饱和汽压随温度的升高而减小C.对于一定质量的理想气体,当分子热运动变剧烈时,压强可以不变D.熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行E.由于液体表面分子间距大于液体内部分子间的距离,所以液体表面具有收缩的趋势(2)如图所示,内壁光滑的圆柱形导热汽缸固定在水平面上,汽缸内部被活塞封有一定质量的理想气体,活塞横截面积为S,质量和厚度都不计,活塞通过弹簧与汽缸底部连接在一起,弹簧处于原长。已知周围环境温度为T0,大气压强为p0,弹簧的劲度系数k=(S为活塞横截面积),原长为l0,一段时间后,环境温度降低,在活塞上施加一水平向右的压力F,使活塞缓慢向右移动,当压力增大到一定值时保持恒定,此时活塞向右移动了0.2l0,缸内气体压强为1.1p0。(ⅰ)求此时缸内的气体的温度T1;(ⅱ)对汽缸加热,使气体温度缓慢升高,当活塞移动到距离汽缸底部1.2l0时,求此时缸内的气体温度T2。答案精解精析非选择题1.答案　(1)BDE　(2)①114cmHg　②579.2K解析　(1)物体中分子热运动动能的总和与分子势能的总和等于物体的内能,故A错误;橡胶是非晶体,没有固定的熔点,故B正确;饱和汽压与温度有关,且随着温度的升高而增大,故C错误;热机的效率无法达到100%,故D正确;温度是分子平均动能的标志,温度越高,分子平均动能越大,故E正确。(2)①设L形管的横截面积为S,水银柱上升前后A部分气体的压强分别为pA和pA',气体A的温度并没有发生变化,由玻意耳定律可得pAL0S=pA'(L0-h)S解得pA'=114cmHg②设水银柱上升前后B部分气体的压强分别为pB和pB',温度分别是T和T',则pB=pA+H,pB'=pA'+h+H由理想气体状态方程可得=解得T'≈579.2K2.答案　(1)BCE　(2)①100K　②200J解析　(1)由于r=r0时,分子之间的作用力为零,当r>r0时,分子间的作用力为引力,随着分子间距离的增大,分子力做负功,分子势能增加,当r<r0时,分子间的作用力为斥力,随着分子间距离的减小,分子力做负功,分子势能增加,故r=r0时,分子势能最小。综上所述,选项B、C、E正确,选项A、D错误。(2)①A→B过程,由查理定律有=解得TB=100K②B→C过程,由盖—吕萨克定律有=解得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,故气体应从外界吸收热量。Q=pΔV=1×105×(3×10-3-1×10-3)J=200J。3.答案　(1)AD　(2)①p0+　②(Mg+2p0S)H解析　(1)晶体在熔化过程中温度保持不变,食盐具有这样的特点,则说明食盐是晶体,选项A正确;蜂蜡的导热特点是各向同性的,烧热的针尖使蜂蜡熔化后呈椭圆形,说明云母片的导热特点是各向异性的,故云母片是晶体,选项B错误;天然石英表现为各向异性,则该物质微粒在空间的排列是规则的,选项C错误;石墨与金刚石皆由碳原子组成,但它们的物质微粒排列结构是不同的,选项D正确。(2)①设气体压强为p,活塞受力平衡,得2pS=Mg+2p0S得p=p0+②理想气体发生等压变化。设气体初态的温度为T,系统达到新平衡时活塞下降的高度为x,由盖—吕萨克定律得=解得x=H又系统绝热,即Q=0外界对气体做功为W=p·2S·x根据热力学第一定律有ΔU=Q+W所以ΔU=(Mg+2p0S)H4.答案　(1)ABE　(2)①17.1cm　②364K解析　(1)在缓慢卸沙过程中,若车胎不漏气,温度不变,胎内气体的压强减小,根据理想气体状态方程=C知,气体的体积增大,对外做功,由热力学第一定律可知,胎内气体需要从外界吸热,故A正确;当火罐内的气体体积不变时,温度降低,根据理想气体状态方程=C分析知,气体的压强减小,外界大气压强大于火罐内气体的压强,从而使火罐紧紧地被“吸”在皮肤上,故B正确;单晶体的物理性质是各向异性的,而多晶体的物理性质是各向同性的,故C错误;一定量的理想气体从外界吸收热量,其内能不一定增加,还与气体体积变化情况有关,故D错误;分子间的引力与斥力同时存在,分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生,并随着分子间距的变化而变化,分子间引力和斥力都随分子间距的减小而增大,故E正确。(2)①转动过程,温度不变,设玻璃管的横截面积为Sp1=75cmHg,L1=20cmp2=75+[x·sin53°-(20-x)cos53°]=63+1.4xL2=x由玻意耳定律得p1L1S=p2L2S得气体长度x≈17.1cm②加热管内封闭气体至温度T时T1=(273+27)K=300Kp3=(75+20sin53°)cmHg=91cmHg与初状态比较,为等容变化,由查里定律得=得T=364K5.答案　(1)ADE　(2)①V　②p0V+αT0解析　(1)处于液体表面层的分子较为稀薄,其分子间距较大,液体分子之间的引力大于斥力,合力表现为引力,故A正确;悬浮在液体中的固体小颗粒会不停地做无规则的运动,这种运动是布朗运动,故B错误;把很多小的单晶体放在一起,就变成了多晶体,故C错误;第二类永动机没有违背能量守恒定律,但是违背了热力学第二定律,故D正确;绝对零度永远无法达到,只可无限逼近,故E正确。(2)①在气体由压强p=1.2p0下降到p0的过程中,气体体积不变,温度由T=2.4T0变为T1由查理定律得:=,解得T1=2T0在气体温度由T1变为T0过程中,体积由V减小到V1,气体压强不变由盖—吕萨克定律得=解得V1=V②在活塞下降过程中,活塞对气体做的功为W=p0(V-V1)在这一过程中,气体内能的减少为ΔU=α(T1-T0)由热力学第一定律得,汽缸内气体放出的热量为Q=W+ΔU解得Q=p0V+αT06.答案　(1)CDE　(2)(ⅰ)0.88T0　(ⅱ)1.8T0解析　(1)当分子间距离r>r0时,随着距离的增大,分子引力和斥力都减小,但斥力减小快,分子力表现为引力,分子之间的距离增大时,分子力做负功,分子势能增大;相反r<r0,分子力表现为斥力,分子间距离越小,分子力做负功,分子势能增大,故可知当分子间距离为r0时,分子具有最小势能,A错误。饱和汽压随温度的升高而增大,B错误。根据=C可得,对于一定质量的理想气体,当分子热运动变剧烈时,即温度升高时,体积增大,压强可能不变,C正确。由熵增加原理可知,一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增加的方向进行,D正确。由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离,液面分子间表现为引力,产生表面张力,从而使液体表面具有收缩的趋势,故E正确。(2)(ⅰ)汽缸内的气体,初态时,压强为p0,体积为V0=Sl0,温度为T0末态时,压强为p1=1.1p0,体积为V1=S(l0-0.2l0)根据理想气体状态方程可得=解得T1=0.88T0(ⅱ)当活塞移动到距汽缸底部1.2l0时体积为V2=1.2l0S,设气体压强为p2,由理想气体状态方程可得:=此时活塞受力平衡p0S+F-p2S+k(1.2l0-l0)=0当活塞向右移动了0.2l0后压力F保持恒定,活塞受力平衡p0S+F-1.1p0S-0.2l0k=0解得T2=1.8T01