（新課標）2020版高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專題強化訓(xùn)練17 熱學(xué)

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1、專題強化訓(xùn)練(十七) 1．(2019·全國卷Ⅰ)(1)某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為理想氣體．初始時容器中空氣的溫度與外界相同，壓強大于外界壓強．現(xiàn)使活塞緩慢移動，直至容器中的空氣壓強與外界相同．此時，容器中空氣的溫度________________(填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度，容器中空氣的密度________________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度． (2)熱等靜壓設(shè)備廣泛應(yīng)用于材料加工中．該設(shè)備工作時，先在室溫下把惰性氣體用壓縮機壓入到一個預(yù)抽真空的爐腔中，然后爐腔升溫，利用高溫高壓環(huán)境對放入爐腔中的材料加工處理，改善

2、其性能．一臺熱等靜壓設(shè)備的爐腔中某次放入固體材料后剩余的容積為0.13 m3，爐腔抽真空后，在室溫下用壓縮機將10瓶氬氣壓入到爐腔中．已知每瓶氬氣的容積為3.2×10－2 m3，使用前瓶中氣體壓強為1.5×107 Pa，使用后瓶中剩余氣體壓強為2.0×106 Pa；室溫溫度為27 ℃.氬氣可視為理想氣體． (ⅰ)求壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強； (ⅱ)將壓入氬氣后的爐腔加熱到1227 ℃，求此時爐腔中氣體的壓強． [解析]　(1)由于初始時封閉在容器中的空氣的壓強大于外界壓強，容器和活塞絕熱性能良好，容器中空氣與外界沒有熱量交換，容器中的空氣推動活塞對外做功，由熱力學(xué)第一定律可知，

3、空氣內(nèi)能減?。鶕?jù)理想氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)可知，活塞緩慢移動后容器中空氣的溫度降低，即容器中的空氣溫度低于外界溫度．因壓強與氣體溫度和分子的密集程度有關(guān)，當(dāng)容器中的空氣壓強與外界壓強相同時，容器中空氣溫度小于外界空氣溫度，故容器中空氣的密度大于外界空氣密度． (2)(ⅰ)設(shè)初始時每瓶氣體的體積為V0，壓強為p0；使用后氣瓶中剩余氣體的壓強為p1. 假設(shè)體積為V0、壓強為p0的氣體壓強變?yōu)閜1時，其體積膨脹為V1.由玻意耳定律p0V0＝p1V1① 被壓入爐腔的氣體在室溫和p1條件下的體積為 V1′＝V1－V0② 設(shè)10瓶氣體壓入完成后爐腔中氣體的壓強為p2，體積為V2. 由玻意耳定律

4、 p2V2＝10p1V1′③ 聯(lián)立①②③式并代入題給數(shù)據(jù)得 p2＝3.2×107 Pa④ (ⅱ)設(shè)加熱前爐腔的溫度為T0，加熱后爐腔溫度為T1，氣體壓強為p3.由查理定律＝⑤ 聯(lián)立④⑤式并代入題給數(shù)據(jù)得 p3＝1.6×108 Pa⑥ [答案]　(1)低于　大于　(2)(ⅰ)3.2×107 Pa　(ⅱ)1.6×108 Pa 2．(2019·全國卷Ⅲ)(1)用油膜法估算分子大小的實驗中，首先需將純油酸稀釋成一定濃度的油酸酒精溶液，稀釋的目的是____________________________________________________________________．實驗

5、中為了測量出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積，可以_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6、_________________. 為得到油酸分子的直徑，還需測量的物理量是________________________________________________． (2)如圖，一粗細均勻的細管開口向上豎直放置，管內(nèi)有一段高度為2.0 cm的水銀柱，水銀柱下密封了一定量的理想氣體，水銀柱上表面到管口的距離為2.0 cm.若將細管倒置，水銀柱下表面恰好位于管口處，且無水銀滴落，管內(nèi)氣體溫度與環(huán)境溫度相同．已知大氣壓強為76 cmHg，環(huán)境溫度為296 K. (ⅰ)求細管的長度； (ⅱ)若在倒置前，緩慢加熱管內(nèi)被密封的氣體，直到水銀柱的上表面恰好與管口平齊為止，求此時密封氣

7、體的溫度． [解析]　(1)如果不稀釋油酸，無法形成單分子油膜層，因此實驗前需要將油酸稀釋，使油酸在淺盤的水面上形成一塊單分子層油膜以便測量油膜厚度，即分子直徑．可以用累積法測量多滴溶液的體積后計算得到一滴溶液的體積．油酸分子直徑等于油酸的體積與單分子層油膜的面積之比，即d＝，故除測得油酸酒精溶液中所含純油酸的體積外，還需要測量單分子層油膜的面積． (2)(ⅰ)設(shè)細管的長度為L，橫截面的面積為S，水銀柱高度為h；初始時，設(shè)水銀柱上表面到管口的距離為h1，被密封氣體的體積為V，壓強為p；細管倒置時，氣體體積為V1，壓強為p1.由玻意耳定律有 pV＝p1V1① 由力的平衡條件有 p＝p0

8、＋ρgh② p1＝p0－ρgh③ 式中，ρ、g分別為水銀的密度和重力加速度的大小，p0為大氣壓強．由題意有 V＝S(L－h(huán)1－h(huán))④ V1＝S(L－h(huán))⑤ 由①②③④⑤式和題給條件得 L＝41 cm⑥ (ⅱ)設(shè)氣體被加熱前后的溫度分別為T0和T，由蓋—呂薩克定律有 ＝⑦ 由④⑤⑥⑦式和題給數(shù)據(jù)得 T＝312 K [答案]　(1)使油酸在淺盤的水面上容易形成一塊單分子層油膜　把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，測出1 mL油酸酒精溶液的滴數(shù)，得到一滴溶液中純油酸的體積　單分子層油膜的面積　(2)(ⅰ)41 cm　(ⅱ)312 K 3．(2019·石家莊一模)(1)(多選

9、)下列說法正確的是________________．(填正確答案標號) A．圖甲為中間有隔板的絕熱容器，隔板左側(cè)裝有溫度為T的理想氣體，右側(cè)為真空．現(xiàn)抽掉隔板，氣體的最終溫度仍為T B．圖乙為布朗運動示意圖，懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬間跟它相撞的液體分子越多，撞擊作用的不平衡性表現(xiàn)得越明顯 C．圖丙為同一氣體在0 ℃和100 ℃兩種不同情況下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比與分子速率間的關(guān)系圖線，兩圖線與橫軸所圍圖形的面積不相等 D．圖丁中，液體表面層中分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大，液體表面層中分子間的作用力表現(xiàn)為引力 E．圖戊中，由于液體浸潤管壁，管中液體能

10、上升到一定高度，利用此原理把地下的水分引上來，就用磙子壓緊土壤 (2)如圖所示，有一足夠深的容器內(nèi)裝有密度ρ＝1.0×103 kg/m3的液體，現(xiàn)將一端開口、另一端封閉，質(zhì)量m＝25 g、截面面積S＝2.5 cm2的圓柱形玻璃細管倒插入液體中(細管本身玻璃的體積可忽略不計)，穩(wěn)定后用活塞將容器封閉，此時容器內(nèi)液面上方的氣體壓強p0＝1.01×105 Pa，玻璃細管內(nèi)空氣柱的長度l1＝20 cm.已知所有裝置導(dǎo)熱良好，環(huán)境溫度不變，重力加速度g取10 m/s2. ①求玻璃細管內(nèi)空氣柱的壓強； ②若緩慢向下推動活塞，當(dāng)玻璃細管底部與液面平齊時(活塞與細管不接觸)，求容器液面上方的氣體壓強

11、． [解析]　(1)對圖甲，由于右側(cè)為真空，抽掉隔板，氣體不對外做功，因為容器絕熱與外界無法熱傳遞，由熱力學(xué)第一定律可知氣體內(nèi)能不變，最終溫度不變，選項A正確；對圖乙，在某一瞬間跟微粒相撞的液體分子越多，由于分子運動的無規(guī)則性，撞擊作用的平衡性表現(xiàn)得越明顯，選項B錯誤；圖丙中，兩圖線與橫軸所圍圖形的面積相等，選項C錯誤；圖丁中，由于液體蒸發(fā)，液體表面層中分子之間的距離比液體內(nèi)部分子之間的距離大，液體表面層中分子之間的作用力表現(xiàn)為引力，選項D正確；圖戊中，由于液體浸潤管壁，管中液體能上升到一定高度，是毛細現(xiàn)象，利用此原理把地下的水分引上來，就用磙子壓緊土壤，減小毛細管的直徑，選項E正確． (

12、2)解法一：①以玻璃管為研究對象，受力平衡可得： p1S＝p0S＋mg 解得管內(nèi)空氣柱的壓強p1＝p0＋＝1.02×105 Pa ②當(dāng)細管封閉處恰好與液面平齊時，設(shè)細管內(nèi)氣柱長度為l2，壓強為p2，容器內(nèi)液面上方氣體壓強為p p2＝p＋ρgl2 玻璃管受力平衡：p2S＝pS＋mg 對玻璃管內(nèi)的氣體由玻意耳定律有p1l1S＝p2l2S 聯(lián)立解得：l2＝0.1 m，p＝2.03×105 Pa 解法二：①玻璃管受力平衡，浮力等于重力，假設(shè)此時容器內(nèi)液面與玻璃管內(nèi)液面的距離為h0，有：mg＝ρh0Sg 解得：h0＝ 設(shè)此時玻璃管內(nèi)氣體壓強為p1，有：p1＝p0＋ρgh0 解得：p

13、1＝p0＋＝1.02×105 Pa ②當(dāng)細管封閉處恰好與液面平齊時，設(shè)細管內(nèi)氣柱長度為l2，壓強為p2，容器內(nèi)液面上方氣體壓強為p，則mg＝ρl2Sg 解得l2＝ 對于玻璃管內(nèi)氣體，由玻意耳定律有p1l1S＝p2l2S 可得壓強：p2＝ 又p＋ρgl2＝p2 可解得：p＝－＝2.03×105 Pa [答案]　(1)ADE　(2)①1.02×105 Pa?、?.03×105 Pa 4．(2019·武漢市畢業(yè)生調(diào)研)(1)如圖是人教版教材3－5封面的插圖，它是通過掃描隧道顯微鏡拍下的照片： 48個鐵原子在銅的表面排列成圓圈，構(gòu)成了“量子圍欄”．為了估算鐵原子直徑，查到以下數(shù)據(jù)

14、：鐵的密度ρ＝7.8×103 kg/m3，摩爾質(zhì)量M＝5.6×10－2 kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.0×1023 mol－1.若將鐵原子簡化為球體模型，鐵原子直徑的表達式D＝________________，鐵原子直徑約為________________m(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)． (2)如圖所示，總?cè)莘e為3V0、內(nèi)壁光滑的氣缸水平放置，一橫截面積為S的輕質(zhì)薄活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在氣缸內(nèi)，活塞左側(cè)由跨過光滑定滑輪的細繩與一質(zhì)量為m的重物相連，氣缸右側(cè)封閉且留有抽氣孔．活塞右側(cè)氣體的壓強為p0，活塞左側(cè)氣體的體積為V0，溫度為T0.將活塞右側(cè)抽成真空并密封，整個抽氣過程中缸內(nèi)

15、氣體溫度始終保持不變．然后將密封的氣體緩慢加熱．已知重物的質(zhì)量滿足關(guān)系式mg＝p0S，重力加速度為g.求： ①活塞剛碰到氣缸右側(cè)時氣體的溫度； ②當(dāng)氣體溫度達到2T0時氣體的壓強． [解析]　(1)由題意可知，一個鐵原子的質(zhì)量為m＝，一個鐵原子的體積為V＝，又V＝π3，整理得鐵原子的直徑為D＝，代入數(shù)據(jù)解得D＝3×10－10 m. (2)①當(dāng)活塞右側(cè)的氣體壓強為p0時，左側(cè)氣體壓強為p1，對活塞受力分析，有 p1＝＋p0＝2p0 右側(cè)抽成真空時，左側(cè)氣體壓強為p2，有 p2＝p0 設(shè)此時左側(cè)氣體體積為V2，由玻意耳定律有 p1V0＝p2V2 解得V2＝2V0 緩慢加熱

16、氣體，氣體發(fā)生等壓變化，活塞與氣缸右側(cè)接觸時，體積V3＝3V0，氣體的溫度為T3，由蓋—呂薩克定律有 ＝ 解得T3＝1.5T0 ②氣體溫度升高到1.5T0之后，氣體發(fā)生等容變化，由查理定律有 ＝ 解得p4＝p0 [答案]　(1)　3×10－10　(2)①1.5T0?、趐0 5．(2019·江西省八校聯(lián)考)(1)(多選)下列說法正確的是________________．(填正確答案標號) A．當(dāng)分子間距r>r0時，分子間的引力隨著分子間距的增大而增大，分子間的斥力隨著分子間距的增大而減小，所以分子力表現(xiàn)為引力 B．一定質(zhì)量的理想氣體放出熱量，它的內(nèi)能可能增加 C．大霧天氣學(xué)生

17、感覺到教室潮濕，說明教室內(nèi)的相對濕度較大 D．第一類永動機和第二類永動機研制失敗的原因都是違背了能量守恒定律 E．一定質(zhì)量的單晶體在熔化過程中分子勢能一定是增大的 (2)一質(zhì)量M＝10 kg、高度L＝35 cm的圓柱形氣缸，內(nèi)壁光滑，氣缸內(nèi)有一厚度可忽略的活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，活塞質(zhì)量m＝4 kg、橫截面積S＝50 cm2.溫度t0＝27 ℃時，用繩子系住活塞將氣缸懸掛起來，如圖甲所示，氣缸內(nèi)氣體柱的高L1＝32 cm.如果用繩子系住氣缸底，將氣缸倒過來懸掛起來，如圖乙所示，氣缸內(nèi)氣體柱的高L2＝28 cm，兩種情況下氣缸都處于豎直狀態(tài)，取重力加速度g＝10 m/s2，零攝氏度對

18、應(yīng)的熱力學(xué)溫度為273 K. ①求當(dāng)時的大氣壓強； ②圖乙狀態(tài)時，在活塞下掛一質(zhì)量m0＝3 kg的物體，如圖丙所示，則溫度升高到多少攝氏度時，活塞將從氣缸中脫落．(結(jié)果保留兩位小數(shù)) [解析]　(1)當(dāng)分子間距r＝r0時，分子間引力等于斥力，分子間距r>r0時，分子間的引力和斥力均隨分子間距的增大而減小，但斥力減小得快，因此分子力表現(xiàn)為引力，A錯誤；一定質(zhì)量的理想氣體放出熱量的同時如果外界對它做功，則氣體的內(nèi)能可能增加，B正確；相對濕度為空氣中水蒸氣的壓強與相同溫度下水的飽和汽壓的比值，大氣中相對濕度越大，人就感覺到越潮濕，故大霧天氣學(xué)生感覺到教室潮濕，說明教室內(nèi)的相對濕度較大，C正

19、確；第一類永動機研制失敗的原因是違背了能量守恒定律，而第二類永動機研制失敗的原因并不是違背了能量守恒定律，而是違背了熱力學(xué)第二定律，D錯誤；一定質(zhì)量的單晶體在熔化過程中溫度不變，分子的平均動能不變，吸收熱量，分子勢能增大，E正確． (2)①由圖甲狀態(tài)到圖乙狀態(tài)，氣體做等溫變化 由玻意耳定律有：p1L1S＝p2L2S 其中p1＝p0－ p2＝p0－ 所以L1S＝L2S 可解得p0＝＝1.04×105 Pa ②活塞脫落的臨界狀態(tài)： 氣柱體積V3＝LS 壓強p3＝p0－ 設(shè)臨界溫度為t，則有＝ 得t＝78.56 ℃ [答案]　(1)BCE　(2)①1.04×105 Pa?、?8.56 ℃ 8