2020高考物理 章末質量檢測（十三）熱學（含解析）魯科版選修3-3

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1、熱學 (時間：45分鐘) 1.(1)(5分)下列有關飽和汽和氣體濕度說法正確的是__________。 (填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分) A.與液體處于動態(tài)平衡下的蒸汽為飽和汽 B.在相同溫度下，不同液體的飽和汽壓幾乎相等 C.一般液體的飽和汽壓與溫度成非線性關系，溫度越高，飽和汽壓越大 D.空氣的絕對濕度一定時，環(huán)境溫度越高，相對濕度越小 E.飽和汽基本性質和理想氣體一樣，都適用于理想氣體狀態(tài)方程 (2)(10分)一定質量的理想氣體由狀態(tài)A沿直線變化到狀態(tài)B，其p－V圖象如圖1所示。已知氣體處于狀態(tài)A時

2、，TA＝300 K，大氣壓強p0＝1.0×105 Pa，求在此變化過程中， 圖1 (ⅰ)氣體從外界吸收的熱量Q； (ⅱ)氣體的最高溫度。 解析　(1)根據(jù)飽和汽的定義可知，A正確；飽和汽壓是液體的一個重要性質，它取決于液體的種類和溫度，故相同溫度下不同液體的飽和汽壓一般是不同的，B錯誤；溫度越高，分子運動越劇烈，飽和汽壓越大，飽和汽壓與溫度成非線性關系，C正確；空氣中水蒸氣的實際壓強與同溫度下水的飽和汽壓之比叫做空氣的相對濕度，空氣絕對濕度不變時，溫度越高，水的飽和汽壓越大，空氣的相對濕度越小，D正確；飽和汽不適用于理想氣體狀態(tài)方程，E錯誤。 (2)(ⅰ)由理想氣體狀態(tài)方程＝(1

3、分) 代入數(shù)據(jù)可解得TB＝300 K(1分) 故該理想氣體的內(nèi)能不變，ΔU＝0，由熱力學第一定律可知Q＝－W(1分) 又因為W＝－p·ΔV，所以Q＝p·ΔV，數(shù)值上等于p－V圖線與坐標軸所圍的面積(1分) 代入數(shù)據(jù)可解得Q＝400 J(1分) (ⅱ)由＝C(常量)可知，當pV最大時，氣體的溫度最高 由圖象可知，p＝－108V＋4×105 (Pa)(1分) 得pV＝－108V2＋4×105V(Pa·m3)＝－108×(V－2×10－3)2＋4×102(Pa·m3)(1分) 故當V＝2×10－3 m3時，pV有最大值(1分) 由理想氣體狀態(tài)方程可得＝(1分) 解得Tm＝400

4、K(1分) 答案　(1)ACD　(2)(ⅰ)400 J　(ⅱ)400 K 2.(1)(5分)關于熱現(xiàn)象和熱學規(guī)律，下列說法中正確的是__________。(填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分) A.只要知道氣體的摩爾體積和阿伏加德羅常數(shù)，就可以算出氣體分子的體積 B.對某物體做功，可能會使該物體的內(nèi)能增加 C.密封在體積不變的容器中的氣體，溫度升高，氣體分子對器壁單位面積上的平均作用力增大 D.一定質量的100 ℃的水吸收熱量后變成100 ℃的水蒸氣，系統(tǒng)的內(nèi)能保持不變 E.物體的溫度越高，分子熱運動越劇烈，分子的平均

5、動能就越大 (2)(10分)[2015·全國卷Ⅰ，33(2)]如圖2，一固定的豎直氣缸由一大一小兩個同軸圓筒組成，兩圓筒中各有一個活塞。已知大活塞的質量為m1＝2.50 kg，橫截面積為S1＝80.0 cm2；小活塞的質量為m2＝1.50 kg，橫截面積為S2＝40.0 cm2；兩活塞用剛性輕桿連接，間距為l＝40.0 cm；氣缸外大氣的壓強為p＝1.00×105 Pa，溫度為T＝303 K。初始時大活塞與大圓筒底部相距，兩活塞間封閉氣體的溫度為T1＝495 K。現(xiàn)氣缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降，活塞緩慢下移。忽略兩活塞與氣缸壁之間的摩擦，重力加速度大小g取 10 m/s2。求： 圖2 (ⅰ

6、)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間，缸內(nèi)封閉氣體的溫度； (ⅱ)缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達到熱平衡時，缸內(nèi)封閉氣體的壓強。 解析　(1)知道氣體的摩爾體積和阿伏加德羅常數(shù)，可以算出每個氣體分子占據(jù)的平均空間，不能算出單個氣體分子的體積，選項A錯誤；對物體做功可能會增加物體的內(nèi)能，熱傳遞和做功是改變內(nèi)能的兩種方式，選項B正確；由查理定律可得，密封的體積不變的氣體，溫度升高，壓強增大，故氣體分子對器壁單位面積上的平均作用力增大，選項C正確；100 ℃的水變成100 ℃的水蒸氣，吸收熱量，內(nèi)能增大，選項D錯誤；溫度是分子平均動能的標志，物體的溫度越高，分子熱運動越劇烈，分子的平均動能越大，選項E

7、正確。 (2)(ⅰ)大小活塞在緩慢下移過程中，受力情況不變，氣缸內(nèi)氣體壓強不變，由蓋－呂薩克定律得＝ 初狀態(tài)V1＝(S1＋S2)，T1＝495 K 末狀態(tài)V2＝lS2 代入可得T2＝T1＝330 K (ⅱ)對大、小活塞受力分析則有 m1g＋m2g＋pS1＋p1S2＝p1S1＋pS2 可得p1＝1.1×105 Pa 缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達到熱平衡過程中，氣體體積不變，由查理定律得＝，T3＝T＝303 K 解得p2＝1.01×105 Pa 答案　(1)BCE　(2)(ⅰ)330 K　(ⅱ)1.01×105 Pa 3.(1)(5分)下列說法正確的是__________。(填

8、正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分) A.一定質量的理想氣體，壓強變小時，分子間的平均距離可能變小 B.分子間同時存在著引力和斥力，當分子間距離增大時，分子間的引力減小、斥力減小 C.布朗運動是由液體各部分的溫度不同而引起的 D.外界對氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少 E.熱量不可能由低溫物體傳遞給高溫物體 (2)(10分)如圖3所示，兩個邊長為10 cm的正方體密閉導熱容器A、B，用一很細的玻璃管連接，玻璃管的下端剛好與B容器的底部平齊，玻璃管豎直部分長為L＝30 cm，初始時刻閥門K1、K2均關閉，B容器中封閉氣體的壓強為1

9、5 cmHg。外界環(huán)境溫度保持不變。 圖3 (ⅰ)打開閥門K1，讓水銀緩慢流入B容器，求最終B容器中水銀的高度； (ⅱ)再打開閥門K2，向B容器中充入p0＝75 cmHg的氣體，使B容器中恰好沒有水銀，求充入氣體的體積。 解析　(1)一定質量的理想氣體，壓強變小時，若溫度降低、體積減小，則分子間的平均距離變小，選項A正確；分子間同時存在著引力和斥力，當分子間距離增大時，引力和斥力均減小，當分子間距離減小時，引力和斥力均增大，選項B正確；布朗運動是懸浮在液體中的微小顆粒的無規(guī)則運動，選項C錯誤；外界對氣體做功，若氣體放出熱量，根據(jù)熱力學第一定律，氣體內(nèi)能可能減少，選項D正確；壓縮機

10、做功可以使熱量由低溫物體傳遞給高溫物體，選項E錯誤。 (2)(ⅰ)打開閥門K1，穩(wěn)定后，設B容器中水銀的高 度為h，容器底面積為S 初始時，B中封閉氣體體積 V1＝10 cm×S 氣體壓強p1＝15 cmHg(1分) 穩(wěn)定時，B中封閉氣體體積 V2＝(10 cm－h(huán))S(1分) 氣體壓強p2＝10－h(huán)＋L－h(huán)(1分) 據(jù)玻意耳定律，得p1V1＝p2V2(2分) 得h＝5 cm(另一解不符合題意，舍去)(1分) (ⅱ)再打開閥門K2，設向B容器中充入氣體的體積為ΔV時，B容器中恰好沒有水銀 B中封閉氣體壓強p3＝40 cmHg(1分) 由p1V1＋p0ΔV＝p3V1(2

11、分) 解得ΔV＝ cm3或ΔV＝3.3×10－4 m3(1分) 答案　(1)ABD　(2)(ⅰ)5 cm　(ⅱ)3.3×10－4 m3 4.(1)(5分)關于固體、液體和氣體，下列說法正確的是__________。(填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分) A.液晶像液體一樣具有流動性，而其光學性質與某些多晶體相似，具有各向同性 B.固體可以分為晶體和非晶體，非晶體和多晶體都沒有確定的幾何形狀 C.毛細現(xiàn)象及浸潤現(xiàn)象的產(chǎn)生均與表面張力有關，都是分子力作用的結果 D.空氣中水蒸氣的實際壓強越大，相對濕度就越大 E.大量氣體

12、分子做無規(guī)則運動，速率有大有小，但分子的速率按“中間多，兩頭少”的規(guī)律分布 (2)(10分)如圖4所示，一個開口向右的圓筒氣缸固定于地面上，距缸底2L處固定一個中心開孔的隔板a，在小孔處裝有一個能向左開啟的單向閥門b，c是一截面積為S的活塞。開始時隔板左側封閉的理想氣體壓強為1.5p0；隔板右側封閉了另一部分同種理想氣體，剛開始活塞c與隔板間的距離為L?，F(xiàn)對活塞c施加一水平向左的力F，其大小由0緩慢增大到F0時，b恰好打開。已知外界大氣壓強為p0，氣體溫度保持不變，活塞與隔板厚度均不計，活塞與氣缸、閥門與隔板間的摩擦也不計。求： 圖4 (ⅰ)F0的大??； (ⅱ)當力F緩慢增大到1.

13、2F0時，活塞c到缸底的距離； (ⅲ)當力F緩慢增大到2F0時，缸內(nèi)氣體壓強。 解析　 (1)液晶在光學性質上具有各向異性，A項錯誤；空氣中水蒸氣的實際壓強越大，絕對濕度越大；水蒸氣的實際壓強與同溫度下水的飽和汽壓的比值決定相對濕度的大小，D項錯誤；固體可以分為晶體和非晶體，晶體又分為單晶體和多晶體，其中單晶體具有確定的幾何形狀，非晶體和多晶體沒有確定的幾何形狀，B項正確；毛細現(xiàn)象和浸潤現(xiàn)象均是液體表面層分子力作用的宏觀表現(xiàn)，C項正確；由氣體分子的統(tǒng)計規(guī)律可知，氣體分子的速率按“中間多，兩頭少”的規(guī)律分布，E項正確。 (2)(ⅰ)對閥門，剛打開時左右氣體壓強應相等，即右側氣體壓強也為1.

14、5p0， 故對c有，1.5p0S＝p0S＋F0(2分) 故F0＝0.5p0S(1分) (ⅱ)對右側氣體，從開始到b剛打開的過程 根據(jù)玻意耳定律得p0LS＝1.5p0L1S(1分) 解得L1＝(1分) 對全部氣體，當F為1.2F0時，氣體壓強為 p0＋＝1.6p0 根據(jù)玻意耳定律有1.5p0＝1.6p0L2S(1分) 解得L2＝2.5L(1分) (ⅲ )當力為2F0時，設隔板右側氣體壓強為p，則p＝2p0 根據(jù)玻意耳定律有1.5p0＝2p0L3S(1分) 解得L3＝2L，故全部氣體恰在隔板a左側(1分) 則壓強為2p0(1分) 答案　(1)BCE　(2)(ⅰ)0.5p

15、0S　(ⅱ)2.5L　(ⅲ)2p0 5.(1)(5分)如圖5所示，一定質量的理想氣體，從圖示A狀態(tài)開始，經(jīng)歷了B、C狀態(tài)，最后到D狀態(tài)，下列判斷正確的是________。(填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分) 圖5 A.A―→B過程溫度升高，壓強不變 B.B―→C過程體積不變，壓強變小 C.B―→C過程體積不變，壓強不變 D.C―→D過程體積變小，壓強變大 E.C―→D過程溫度不變，壓強變小 (2)(10分)如圖6所示，豎直放置的均勻細U形管，左管上端封閉，長OA＝30 cm，右管足夠長且上端開口，底部管長AB＝

16、20 cm。初始時左右兩管水銀面等高、且水銀柱高為10 cm，左管中封閉氣體溫度為27 ℃。已知大氣壓強為p0＝75 cmHg，g取10 m/s2。 圖6 (ⅰ)若對左管中封閉氣體加熱，直至左、右管中水銀面形成5 cm長的高度差，則此時封閉氣體的溫度為多少攝氏度？ (ⅱ)若保持封閉氣體溫度為27 ℃不變。使U形管在豎直面內(nèi)沿水平方向做勻加速直線運動，則當左管的水銀恰好全部進入AB內(nèi)時，加速度為多大？ 解析　(1)由題圖可知，在A―→B的過程中，氣體溫度升高，體積變大，且體積與溫度成正比，由＝C可知，氣體壓強不變，故選項A正確；在B―→C的過程中，體積不變，而溫度降低，由＝C可知，氣

17、體壓強變小，故選項B正確，C錯誤；在C―→D的過程中，氣體溫度不變，體積變小，由＝C可知，氣體壓強變大，故選項D正確，E錯誤。 (2)(ⅰ)設U形管的橫截面積為S 狀態(tài)一：V1＝20 cm×S、T1＝273＋t1＝300 K、p1＝p0＝75 cmHg(1分) 狀態(tài)二：V2＝22.5 cm×S、T2＝273＋t2、p2＝p0＋5 cm Hg＝80 cmHg(1分) 由理想氣體狀態(tài)方程有＝(2分) 解得t2＝87 ℃(1分) (ⅱ)設水銀密度為ρ，左管的水銀恰好全部進入AB時 狀態(tài)三：V3＝30 cm×S、p3 由玻意耳定律有p1V1＝p3V3(1分) AB段水銀柱的質量m＝ρS·AB AB段水銀柱右側所受壓強p3′＝p0＋ρgΔh2(1分) 由牛頓第二定律有p3′S－p3S＝ma(1分) Δh2＝20 cm、AB＝20 cm 解得a＝22.5 m/s2，方向水平向左(2分) 答案　(1)ABD　(2)(ⅰ)87 ℃　(ⅱ)22.5 m/s2　方向　水平向左 - 8 -