2021年高考一轮复习题组训练 物理（湖南省专用）专题十五　热学（含答案）

专题十五　热学

【高考题组】

A组　基础题组

1.[2018课标Ⅱ,33(1),5分](多选)对于实际的气体,下列说法正确的是(　　)

A.气体的内能包括气体分子的重力势能

B.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能

C.气体的内能包括气体整体运动的动能

D.气体的体积变化时,其内能可能不变

E.气体的内能包括气体分子热运动的动能

答案　BDE

2.[2016课标Ⅰ,33(1),5分](多选)关于热力学定律,下列说法正确的是　　　。 

A.气体吸热后温度一定升高

B.对气体做功可以改变其内能

C.理想气体等压膨胀过程一定放热

D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡

答案　BDE

3.[2019课标Ⅰ,33(1),5分]某容器中的空气被光滑活塞封住,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　　　　(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度,容器中空气的密度　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。 

答案　低于　大于

4.[2017课标Ⅱ,33(1),5分](多选)如图,用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是　　　　。 

A.气体自发扩散前后内能相同

B.气体在被压缩的过程中内能增大

C.在自发扩散过程中,气体对外界做功

D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功

E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变

答案　ABD

5.[2017课标Ⅲ,33(1),5分](多选)如图,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,

最后经等压过程ca回到初态a。下列说法正确的是　　　。 

A.在过程ab中气体的内能增加

B.在过程ca中外界对气体做功

C.在过程ab中气体对外界做功

D.在过程bc中气体从外界吸收热量

E.在过程ca中气体从外界吸收热量

答案　ABD

6.[2019课标Ⅰ,33(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到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瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2 m3,使用前瓶中气体压强为1.5×107 Pa,使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106 Pa;室温温度为27 ℃。氩气可视为理想气体。

(ⅰ)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强;

(ⅱ)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　(ⅰ)3.2×107 Pa　(ⅱ)1.6×108 Pa

7.[2019课标Ⅲ,33(2),10分]如图,一粗细均匀的细管开口向上竖直放置,管内有一段高度为2.0 cm的水根柱,水银柱下密封了一定量的理想气体,水银柱上表面到管口的距离为2.0 cm。若将细管倒置,水银柱下表面恰好位于管口处,且无水银滴落,管内气体温度与环境温度相同。已知大气压强为76 cmHg,环境温度为296 K。

(ⅰ)求细管的长度;

(ⅱ)若在倒置前,缓慢加热管内被密封的气体,直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止,求此时密封气体的温度。

答案　(ⅰ)41 cm　(ⅱ)312 K

8.[2018课标Ⅱ,33(2),10分]如图,一竖直放置的汽缸上端开口,汽缸壁内有卡口a和b,a、b间距为h,a距缸底的高度为H;活塞只能在a、b间移动,其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m,面积为S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均绝热,不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态,上、下方气体压强均为p0,温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体,直至活塞刚好到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。

答案　T0　(p0S+mg)h

B组　综合题组

1.(2019课标Ⅱ,33,15分)(1)(5分)如p-V图所示,1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态,对应的温度分别是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数,则N1　　　　N2,T1　　　　T3,N2　　　　N3。(填“大于”“小于”或“等于”) 

(2)(10分)如图,一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成,容器平放在水平地面上,汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分,分别充有氢气、空气和氮气。平衡时,氮气的压强和体积分别为p0和V0,氢气的体积为2V0,空气的压强为p。现缓慢地将中部的空气全部抽出,抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变,活塞没有到达两汽缸的连接处,求

(ⅰ)抽气前氢气的压强;

(ⅱ)抽气后氢气的压强和体积。

答案　(1)大于　等于　大于

(2)(ⅰ)(p0+p)　(ⅱ)p0+p　

2.(2018课标Ⅰ,33,15分)(1)(5分)如图,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体,下列说法正确的是　　　　(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.过程①中气体的压强逐渐减小

B.过程②中气体对外界做正功

C.过程④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,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时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了。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)

3.(2018课标Ⅲ,33,15分)(1)如图,一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-V图中从a到b的直线所示。在此过程中　　　　。 

A.气体温度一直降低 B.气体内能一直增加

C.气体一直对外做功 D.气体一直从外界吸热

E.气体吸收的热量一直全部用于对外做功

(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,左边气体的压强为12.0 cmHg。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。

答案　(1)BCD

(2)本题考查气体实验定律。

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'=22.5 cm⑤

l2'=7.5 cm⑥

4.(2017课标Ⅰ,33,15分)(1)氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是　　　　。 

A.图中两条曲线下面积相等

B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形

C.图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形

D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目

E.与0 ℃时相比,100 ℃时氧气分子速率出现在0~400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大

(2)如图,容积均为V的汽缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通,阀门K2位于细管的中部,A、B的顶部各有一阀门K1、K3,B中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略)。初始时,三个阀门均打开,活塞在B的底部;关闭K2、K3,通过K1给汽缸充气,使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27 ℃,汽缸导热。

(ⅰ)打开K2,求稳定时活塞上方气体的体积和压强;

(ⅱ)接着打开K3,求稳定时活塞的位置;

(ⅲ)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20 ℃,求此时活塞下方气体的压强。

答案　(1)ABC

(2)(ⅰ)　2p0　(ⅱ)B的顶部　(ⅲ)1.6p0

5.[2017课标Ⅱ,33(2),10分]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1个大气压、温度T0时的密度为ρ0,该气球内、外的气压始终都为1个大气压,重力加速度大小为g。

(ⅰ)求该热气球所受浮力的大小;

(ⅱ)求该热气球内空气所受的重力;

(ⅲ)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。

答案　(ⅰ)Vgρ0　(ⅱ)Vgρ0

(ⅲ)Vρ0T0(-)-m0

C组　提高题组

1.[2017课标Ⅲ,33(2),10分]一种测量稀薄气体压强的仪器如图(a)所示,玻璃泡M的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管K1和K2。K1长为l,顶端封闭,K2上端与待测气体连通;M下端经橡皮软管与充有水银的容器R连通。开始测量时,M与K2相通;逐渐提升R,直到K2中水银面与K1顶端等高,此时水银已进入K1,且K1中水银面比顶端低h,如图(b)所示。设测量过程中温度、与K2相通的待测气体的压强均保持不变。已知K1和K2的内径均为d,M的容积为V0,水银的密度为ρ,重力加速度大小为g。求:

(ⅰ)待测气体的压强;

(ⅱ)该仪器能够测量的最大压强。

答案　(ⅰ)　(ⅱ)

2.[2016课标Ⅰ,33(2),10分]在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强,两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp=,其中σ=0.070 N/m。现让水下10 m处一半径为0.50 cm的气泡缓慢上升。已知大气压强p0=1.0×105 Pa,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,重力加速度大小g=10 m/s2。

(ⅰ)求在水下10 m处气泡内外的压强差;

(ⅱ)忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。

答案　(ⅰ)28 Pa　(ⅱ)1.3

3.[2016课标Ⅱ,33(2),10分]一氧气瓶的容积为0.08 m3,开始时瓶中氧气的压强为20个大气压。某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3。当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时,需重新充气。若氧气的温度保持不变,求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。

答案　4天

4.[2016课标Ⅲ,33(2),10分]一U形玻璃管竖直放置,左端开口,右端封闭,左端上部有一光滑的轻活塞。初始时,管内汞柱及空气柱长度如图所示。用力向下缓慢推活塞,直至管内两边汞柱高度相等时为止。求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离。已知玻璃管的横截面积处处相同;在活塞向下移动的过程中,没有发生气体泄漏;大气压强p0=75.0 cmHg。环境温度不变。

答案　144 cmHg　9.42 cm

【限时模拟训练】

时间:40分钟　分值:85分

一、选择题(共30分)

1.[2018湖南十四校联考,18(1),5分](多选)下列说法中正确的是(　　)

A.当液体与大气接触时,液体表面层分子的势能比液体内部分子的势能要大

B.物体的温度为0 ℃时,物体的分子平均动能为零

C.气体体积不变时,温度越高,单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数越多

D.密封在容积不变的容器内的气体,若温度升高,则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大

E.一定质量的理想气体,如果在某个过程中温度保持不变而吸收热量,则在该过程中气体的压强一定增大

答案　ACD

2.[2019湖南百所重点名校联考,33(1)](5分)(多选)有关对热学的基础知识理解正确的是(　　)

A.液体表面张力的方向与液面平行并指向液体内部

B.低温的物体可以自发地把热量传递给高温的物体,最终两物体可达到热平衡状态

C.当装满水的某一密闭容器自由下落时,容器中的水的压强为零

D.空气相对湿度越大时,空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压,水蒸发变慢

E.在“用油膜法测分子直径”的实验中,作出了把油膜视为单分子层、忽略油酸分子间的间距并把油酸分子视为球形这三方面的近似处理

答案　CDE

3.[2020届长郡中学月考,18(1)](5分)(多选)如图所示,在p-T图像中,一定质量的理想气体经历了从状态A到状态B、再到状态C,最后回到状态A的过程,在该过程中,下列说法正确的是(　　)

A.从A到B过程中,气体对外做功

B.从B到C过程中,气体放出热量

C.从C到A过程中,气体分子数密度减小

D.从A到B过程和从C到A过程,气体做功的绝对值相等

E.从A到B再到C过程中,气体内能先增加后减少

答案　ABE

4.[2020届长郡中学月考一,18(1)](5分)(多选)下列说法正确的是(　　)

A.布朗运动不是分子运动,是由其组成颗粒分子的无规则运动造成的

B.热力学第二定律表明自发宏观热现象具有方向性

C.晶体和非晶体的唯一区别就是是否有固定熔点

D.露珠呈球形是由于液体表面张力的作用

E.理想气体等压膨胀一定吸热

答案　BDE

5.[2018雅礼中学月考,33(1)](5分)(多选)以下说法正确的有(　　)

A.布朗运动证明:组成固体小颗粒的分子在做无规则运动

B.液晶的光学性质会随温度、外加电压等外界因素的变化而变化

C.第二类永动机不可能制成,是因为违反了能量守恒定律

D.已知阿伏加德罗常数、某气体的摩尔质量,就可以计算出该气体的分子质量

E.雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力

答案　BDE

6.[2019长郡中学等四校5月联考,33(1)](5分)(多选)下面说法正确的是(　　)

A.液体的沸点与大气压有关,大气压较高时沸点也比较高

B.用熵的概念表示热力学第二定律:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会增加

C.一定质量的理想气体从外界吸热,其内能不一定增加

D.液体温度越高,悬浮颗粒越小,布朗运动越剧烈

E.当分子之间作用力表现为斥力时,分子力随分子间的距离增大而增大

答案　ACD

二、非选择题(共55)

7.[2019湘赣十四校一联,18(2)](10分)两端封闭的玻璃管竖直放置,长为l=10 cm的水银柱将管内的空气分为两部分,上下空气柱的长度分别为l1=12 cm和l2=18 cm,初始时上面空气压强为15 cmHg,现玻璃管以a=0.5g的加速度竖直向上加速上移,设温度始终不变,求稳定时水银上面空气柱的长度。

答案　13.90 cm

8.[2020届长郡中学月考,18(2)](10分)如图所示,内壁光滑、上端开口的固定汽缸竖直放置,内部横截面积为S,高度为H。现用一质量为m,厚度不计的活塞封闭一定量的气体,稳定时活塞所处位置A距汽缸底部的距离为h。现对缸内气体加热,缸内气体温度上升至热力学温度T时,活塞刚好上升到汽缸最高点,立即停止加热,缸内气体无泄露。已知外部的大气压强为p0,当地重力加速度为g。

①求:加热前缸内气体的热力学温度;

②停止加热一段时间后,缸内气体恢复至原来的温度,此后保持缸内气体温度不变,将活塞缓慢拉离汽缸,至少应施加多大的拉力?

答案　①活塞上升过程中缸内气体压强不变,由盖—吕萨克定律:=

得加热前缸内气体的热力学温度T0=

②加热前活塞受力平衡:p1S=p0S+mg

将活塞拉离汽缸时:p2S+F=p0S+mg

活塞将要拉离汽缸时所需拉力最大,气体温度相同,由玻意耳定律:

p1hS=p2HS

联立以上三式可解得F=(p0S+mg)

9.[2019长郡中学调研,17(1)](5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B时的温度为300 K。气体由状态B变化到状态C从外界吸收2 500 J热量。求:

(ⅰ)该气体在状态A时的温度;

(ⅱ)该气体从状态B到状态C的过程中,内能变化量。

答案　(ⅰ)300 K(或27 ℃)　(ⅱ)1000 J

10.[2020届长郡中学月考一,18(2)](10分)如图所示,上端开口的足够高光滑圆柱形汽缸竖直放置,横截面积为40 cm2的活塞将一定质量的气体和一形状不规则的固体A封闭在汽缸内。在汽缸内距缸底60 cm处设有a、b两限制装置,使活塞只能向上滑动,开始时活塞搁在a、b上,缸内气体的压强为p0(p0=1.0×105 Pa为大气压强),温度为300 K,现缓慢加热汽缸内气体,当温度为360 K时,活塞恰好离开a、b;当温度为396 K时,活塞上升了3 cm。g取10 m/s2。求:

①当温度为360 K时,缸内气体的压强;

②活塞的质量;

③固体A的体积。

答案　①1.2×105 Pa　②8 kg　③1 200 cm3

11.(2020届岳阳一中月考,18)(10分)如图所示为一竖直放置、上粗下细且上端开口的薄壁玻璃管,上部和下部的横截面积之比为2∶1,上管足够长,下管长度l=34 cm。在管内用长度h=4 cm的水银柱封闭一定质量的理想气体,气柱长度l1=20 cm。大气压强p0=76 cmHg,气体初始温度T1=300 K。

(1)若缓慢升高气体温度,使水银上表面到达粗管和细管交界处,求此时的温度T2;

(2)继续缓慢升高温度至水银恰好全部进入粗管,求此时的温度T3。

答案　(1)450 K　(2)497.25 K

12.[2019三湘名校教育联盟联考,33(2)](10分)如图所示,在上端开口、竖直放置的足够高光滑导热汽缸内,体积均为V的理想气体1、2被轻活塞A隔开,气体1上面有轻活塞B,两活塞均被锁定。已知气体1的压强、大气压均为p0,气体的压强为2p0。现解除对活塞A的锁定。

(ⅰ)求:稳定后气体1的体积和压强;

(ⅱ)稳定后,再解除对活塞B的锁定,求再次稳定后气体2的体积。

答案　(ⅰ) V　p0　(ⅱ)2 V