专题十二 热 学

1、专题十三热学高考试题考点一 分子动理论1.(2013年新课标全国卷,33(1),6分)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动,直至不再靠近.在此过程中,下列说法正确的是.(填正确答案标号) A.分子力先增大,后一直减小B.分子力先做正功,后做负功C.分子动能先增大,后减小D.分子势能先增大,后减小E.分子势能和动能之和不变解析:由分子力与距离间的关系图像可知,分子力应先增大,后减小,再增大,所以选项A错;分子靠近的过程中分子力先为引力,分子力做正功,再为斥力,分子力做负功,选项B正确;根据动能定理可知分子动能先增大后减小,分子势能先减小后增大,分子动能和分子势能之和保持不变

2、,所以选项C、E正确,D错误.答案:BCE2.(2013年福建理综,29(1),6分)下列四幅图中,能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是.(填选图下方的字母) 解析:当r<r0时,分子力表现为斥力,随分子间距离r增大,分子势能Ep减小.当r>r0时,分子力表现为引力,随分子间距离r增大,分子势能Ep增大.当r=r0时,分子力为零,此时分子势能最小.故选项B正确.答案:B3.(2012年广东理综,13,4分)清晨,草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠.这一物理过程中,水分子间的()A.引力消失,斥力增大B.斥力消失,引力增大C.引力、斥力

3、都减小D.引力、斥力都增大解析:水汽凝结成水珠过程中,分子间距离变小,引力、斥力都增大,选项A、B、C错误,选项D正确.答案:D点评：本题考查分子间的引力、斥力随分子间距离的变化规律.注意该过程是由气态变成液态.4.(2011年广东理综,13,4分)如图所示,两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来,下面的铅柱不脱落,主要原因是() A.铅分子做无规则热运动B.铅柱受到大气压力作用C.铅柱间存在万有引力作用D.铅柱间存在分子引力作用解析:铅柱不脱落的原因主要是铅柱间存在分子引力作用,选项D正确,选项A、B、C错误.答案:D5.(2009年北京理综,13,6分)做布朗运动实验,得到某个观测记录如图.图

4、中记录的是() A.分子无规则运动的情况B.某个微粒做布朗运动的轨迹C.某个微粒做布朗运动的速度时间图线D.按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线解析:布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动,而非分子的运动,故A项错误;既然无规则所以微粒没有固定的运动轨迹,故B项错误;对于某个微粒而言在不同时刻的速度大小和方向均是不确定的,所以无法确定其在某一个时刻的速度,故也就无法描绘其速度时间图线,故C项错误;故只有D项正确.答案:D6.(2011年江苏卷,12A(3),4分)某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前,查阅数据手册得知:油酸的摩尔质量M=0.283 kg·mo

5、l-1,密度=0.895×103 kg·m-3.若100滴油酸的体积为1 mL,则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少?(取NA=6.02×1023 mol-1,球的体积V与直径D的关系为V=D3,结果保留1位有效数字)解析:一个油酸分子的体积V=又V=D3,由以上两式得分子直径D=最大面积S=1×101 m2.答案:1×101 m2考点二 气体实验定律理想气体1.(2013年福建理综,29(2),6分)某自行车轮胎的容积为V,里面已有压强为p0的空气,现在要使轮胎内的气压增大到p,设充气过程为等温过程,空气可看作理想气体,轮胎容积保持不

6、变,则还要向轮胎充入温度相同,压强也是p0,体积为的空气.(填选项前的字母) A.V B.VC.（-1）VD.（+1）V解析:取充入气体后的轮胎内的气体为研究对象,设充入气体体积为V,则初态p1=p0,V1=V+V;末态p2=p,V2=V,由玻意耳定律可得:p0(V+V)=pV,解之得:V=（-1）V,故选项C正确.答案:C2.(2013年广东理综,18,6分)如图为某同学设计的喷水装置,内部装有2 L水,上部密封1 atm的空气0.5 L,保持阀门关闭,再充入1 atm的空气0.1 L,设在所有过程中空气可看作理想气体,且温度不变.下列说法正确的有() A.充气后,密封气体压强增加

7、B.充气后,密封气体的分子平均动能增加C.打开阀门后,密封气体对外界做正功D.打开阀门后,不再充气也能把水喷光解析:充气后气体的体积没有变化,但是单位体积内含有的分子个数增多,所以显然温度没有变化,但压强会增大,选项A正确;由于温度是系统分子平均动能的量度,所以温度不变,平均动能也不变,选项B错误;打开阀门后,气体将推动液体流出,气体的体积膨胀,对外做功,选项C正确;随液体流出,内部气体体积增大,若水全部流出,根据玻意耳定律p1V1=p2V2,得p2= atm=0.24 atm,小于外部气压,故水不会全部流出,选项D错误.答案:AC3.(2012年重庆理综,16,6分)如图为伽利略设计的一种测

8、温装置示意图,玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通,下端插入水中,玻璃泡中封闭有一定量的空气.若玻璃管内水柱上升,则外界大气的变化可能是() A.温度降低,压强增大B.温度升高,压强不变C.温度升高,压强减小D.温度不变,压强减小解析:对于一定质量的理想气体pV=CT,得出V=.当温度降低,压强增大时,体积减小,故选项A正确;当温度升高,压强不变时,体积增大,故选项B错;当温度升高,压强减小时,体积增大,故选项C错;当温度不变,压强减小时,体积增大,故选项D错.答案:A4.(2010年广东理综,15,4分)如图所示,某种自动洗衣机进水时,与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气,通过压力传感器感

9、知管中的空气压力,从而控制进水量.设温度不变,洗衣缸内水位升高,则细管中被封闭的空气() A.体积不变,压强变小B.体积变小,压强变大C.体积不变,压强变大D.体积变小,压强变小解析:洗衣缸内水位升高,则被封闭的空气的压强增加,由玻意耳定律可知空气的体积变小,故选项B正确.答案:B点评： 本题是以现实生活模型为素材考查玻意耳定律的应用,从材料中提炼出物理模型是分析该类问题的关键.5.(2012年福建理综,28(2),6分)空气压缩机的储气罐中储有1.0 atm的空气6.0 L,现再充入1.0 atm的空气9.0 L.设充气过程为等温过程,空气可看作理想气体,则充气后储气罐中气体压强为.(填选项

10、前的字母) A.2.5 atmB.2.0 atmC.1.5 atmD.1.0 atm解析:空气充入前,气体压强p1=1.0 atm,体积为V1=6.0 L+9.0 L=15.0 L,空气充入后,气体压强为p2,体积为V2=6.0 L,由玻意耳定律pV=C得p1V1=p2V2,即p2= atm=2.5 atm.故选项A正确,选项B、C、D错误.答案:A6.(2013年重庆理综,10(2),6分)汽车未装载货物时,某个轮胎内气体的体积为V0,压强为p0;装载货物后,该轮胎内气体的压强增加了p.若轮胎内气体视为理想气体,其质量、温度在装载货物前后均不变,求装载货物前后此轮胎内气体体积的变化

11、量.解析:轮胎内气体做等温变化,根据玻意耳定律得p0V0=(p0+p)(V0+V),解得V=-.答案:- 7.(2013年新课标全国卷,33(2),10分)如图,一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置.玻璃管的下部封有长l1=25.0 cm的空气柱,中间有一段长为l2=25.0 cm的水银柱,上部空气柱的长度l3=40.0 cm.已知大气压强为p0=75.0 cmHg.现将一活塞(图中未画出)从玻璃管开口处缓慢往下推,使管下部空气柱长度变为l1=20.0 cm.假设活塞下推过程中没有漏气,求活塞下推的距离. 解析:以cmHg为压强单位.在活塞下推前,玻璃管下部空气柱的压强为p1=p0+l2设

12、活塞下推后,下部空气柱的压强为p1,由玻意耳定律得p1l1=p1l1如图,设活塞下推距离为l,则此时玻璃管上部空气柱的长度为l3=l3+l1-l1-l设此时玻璃管上部空气柱的压强为p2,则p2=p1-l2由玻意耳定律得p0l3=p2l3由各式及题给数据解得l=15.0 cm.答案:15.0 cm8.(2013年新课标全国卷,33(2),9分)如图,两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同气缸直立放置,气缸底部和顶部均有细管连通,顶部的细管带有阀门K.两气缸的容积均为V0,气缸中各有一个绝热活塞(质量不同,厚度可忽略).开始时K关闭,两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体),压强分别为p0和

13、p0/3;左活塞在气缸正中间,其上方为真空; 右活塞上方气体体积为V0/4.现使气缸底与一恒温热源接触,平衡后左活塞升至气缸顶部,且与顶部刚好没有接触;然后打开K,经过一段时间,重新达到平衡.已知外界温度为T0,不计活塞与气缸壁间的摩擦.求: (1)恒温热源的温度T; (2)重新达到平衡后左气缸中活塞上方气体的体积Vx.解析:(1)与恒温热源接触后,在K未打开时,因左活塞上方为真空,左活塞上升,右活塞不动,两活塞下方的气体经历等压过程,则由盖吕萨克定律得=解得T=T0.(2)由初始状态的力学平衡条件可知,左活塞的质量比右活塞的大.打开K后,左活塞下降至某一位置,右活塞必须升至气缸顶,才能满足力

14、学平衡条件.气缸顶部与外界接触,底部与恒温热源接触,两部分气体各自经历等温过程,设左活塞上方气体压强为p,由玻意耳定律得pVx=·开始K关闭时,对左活塞满足p0S=m左g当K打开,重新达到平衡后,对左活塞满足pS+m左g=p下S则p下=p+p0由此以下部分气体为研究对象,由玻意耳定律得(p+p0)(2V0-Vx)=p0·V0由以上各式得6-V0Vx-=0,其解为Vx=V0另一解Vx=-V0不合题意,舍去.答案:(1) T0(2)V09.(2011年新课标全国理综,33(2),9分)如图所示,一上端开口、下端封闭的细长玻璃管,下部有长l1=66 cm的水银柱,中间封有长l2=

15、6.6 cm的空气柱,上部有长l3=44 cm的水银柱,此时水银面恰好与管口平齐.已知大气压强为p0=76 cmHg.如果使玻璃管绕底端在竖直平面内缓慢地转动一周,求在开口向下和转回到原来位置时管中空气柱的长度.封入的气体可视为理想气体,在转动过程中没有发生漏气. 解析:玻璃管开口向上时,空气柱的压强为p1=p0+gl3和g分别表示水银的密度和重力加速度,玻璃管开口向下时,原来上部的水银有一部分流出,封闭端有部分真空,设此时开口端剩下的水银柱长度为l3,则气体压强p2=p0-gl3=gl1玻璃管开口向下时对空气柱,设其长度为l2,玻璃管横截面积为S,由玻意耳定律,得:p1·l2

16、83;S=p2·l2·S联立解得:l2=12 cm,l3=10 cm玻璃管转动一周后,设空气柱长度为l2,压强为p3,由玻意耳定律p1·l2·S=p3·l2·S其中p3=p0+gl3,联立,解得:l29.2 cm.答案:12 cm9.2 cm10.(2010年课标全国理综,39(2),10分)如图所示,一开口气缸内盛有密度为的某种液体;一长为l的粗细均匀的小瓶底朝上漂浮在液体中,平衡时小瓶露出液面的部分和进入小瓶中液柱的长度均为l/4.现用活塞将气缸封闭(图中未画出),使活塞缓慢向下运动,各部分气体的温度均保持不变.当小瓶的底部恰好与

17、液面相平时,进入小瓶中的液柱长度为l/2,求此时气缸内气体的压强.大气压强为p0,重力加速度为g. 解析:设当小瓶内气体的长度为l时,压强为p1;当小瓶的底部恰好与液面相平时,瓶内气体的压强为p2,气缸内气体的压强为p3.依题意p1=p0+gl由玻意耳定律p1S=p2（l-l）S式中S为小瓶的横截面积.联立,得p2=（p0+gl）又有p2=p3+gl,联立,得p3=p0+.答案:p0+考点三 内能热力学定律1.(2013年重庆理综,10(1),6分)某未密闭房间内的空气温度与室外的相同,现对该室内空气缓慢加热,当室内空气温度高于室外空气温度时()A.室内空气的压强比室外的小B.室内空气分子的平

18、均动能比室外的大C.室内空气的密度比室外的大D.室内空气对室外空气做了负功解析:未密闭房间内的空气在温度升高时等压膨胀,对外做功,密度减小,所以室内空气的压强始终等于室外的压强,故选项A、C、D错误.温度是分子平均动能的标志,选项B正确.答案:B2.(2013年新课标全国卷,33(1),5分)关于一定量的气体,下列说法正确的是.(填正确答案标号) A.气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积,而不是该气体所有分子体积之和B.只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度,气体的温度就可以降低C.在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零D.气体从外界吸收热量,其内能一定增加E.气体在等压

19、膨胀过程中温度一定升高解析:气体分子在空间可自由移动,它能到达它所能到达的地方,因此气体体积应是气体分子所能到达的空间,选项A正确;分子热运动的剧烈程度与温度有关,温度越高,分子运动越剧烈,选项B正确;气体压强的大小等于气体分子作用在器壁单位面积上的压力,与失、超重无关,选项C错误;由热力学第一定律可知气体吸收热量的同时可对外做功,内能不一定增加,选项D错误;气体等压膨胀,由=可知温度一定升高,选项E正确.答案:ABE3.(2013年北京理综,13,6分)下列说法正确的是()A.液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动B.液体分子的无规则运动称为布朗运动C.物体从外界吸收热量,其内能一定增加D.

20、物体对外界做功,其内能一定减少解析:悬浮在液体中的小颗粒的无规则运动称为布朗运动,它反映了液体分子的无规则运动,则选项A正确,B错误;改变物体内能的方式有做功和热传递,当仅知道物体从外界吸收热量或者物体对外界做功时无法判断物体内能的变化,选项C、D错误.答案:A4.(2013年大纲全国卷,15,6分)根据热力学定律,下列说法中正确的是()A.电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物体传递B.空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少,形成“能源危机”解析:热力学第二定律的表述之一是热量

21、不能自发地从低温物体传到高温物体,即自发热传递具有方向性,选项A中热量并非自发地从低温物体传到高温物体,选项A正确;空调机制冷过程中一方面从室内吸收热量同时所消耗电能中的一部分又变为热量散失在室内,使排放到室外的热量多于从室内吸收的热量,选项B正确;由热力学第二定律的另一表述“不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响”可知选项C错误;由能量守恒定律知,能量总是守恒的,只是存在的形式不同,选项D错误.答案:AB5.(2012年广东理综,14,4分)景颇族的祖先发明的点火器如图所示,用牛角做套筒,木制推杆前端粘着艾绒,猛推推杆,艾绒即可点燃.对筒内封闭的气体,在此压缩过程中()

22、A.气体温度升高,压强不变B.气体温度升高,压强变大C.气体对外界做正功,气体内能增加D.外界对气体做正功,气体内能减少解析:猛推推杆,压缩气体,未来得及发生热传递,由热力学第一定律U=Q+W知套筒内气体的内能增加,而一定质量的筒内气体可视为理想气体,其内能仅与温度有关,内能增加,则温度T上升,由=C可知压强p增大,选项A错误,选项B正确;气体体积减小,外界对气体做正功,气体内能增加,选项C、D错误.答案:B点评： (1)要注意关键字眼和隐含条件,“猛推”表明体积减小,同时热传递尚未发生,“筒内气体”可视为理想气体.(2)要找到U=Q+W和=C的结合点,综合考虑.6.(2011年广东理综,14

23、,4分)图为某种椅子与其升降部分的结构示意图,M、N两筒间密闭了一定质量的气体,M可沿N的内壁上下滑动,设筒内气体不与外界发生热交换,在M向下滑动的过程中()A.外界对气体做功,气体内能增大B.外界对气体做功,气体内能减小C.气体对外界做功,气体内能增大D.气体对外界做功,气体内能减小解析:M向下滑动,气体体积减小,外界对气体做功,又不与外界发生热交换,由热力学第一定律可知,气体的内能增大,选项A正确,B、C、D错误.答案:A7.(2012年新课标全国理综,33(1),6分)关于热力学定律,下列说法正确的是(填入正确选项前的字母). A.为了增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热

24、量B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加C.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功D.不可能使热量从低温物体传向高温物体E.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程解析:增加物体的内能,可以对物体做功或向它传递热量,也可以既对物体做功又对物体传递热量,选项A正确;对某物体做功时,物体可能吸热或放热,不一定会使该物体的内能增加,选项B错误;不可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功,而不产生其他影响,但产生其他影响时,就可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功,选项C正确;热量不能自发的从低温物体传向高温物体,而在产生其他影响时就可以使热量从低温物体传向高温物体,例如冰箱,选项D错误;功可以全部变成

25、热,而热不能全部变成功,所以功转变为热的实际宏观过程是不可逆的,选项E正确.答案:ACE.8.(2013年浙江自选模块,13,10分)一定质量的理想气体,从初始状态A经状态B、C、D再回到状态A,其体积V与温度T的关系如图所示.图中TA、VA和VD为已知量. (1)从状态A到B,气体经历的是过程(填“等温”、“等容”或“等压”); (2)从B到C的过程中,气体的内能(填“增大”、“减小”或“不变”); (3)从C到D的过程中,气体对外(填“做正功”、“做负功”或“不做功”),同时(填“吸热”或“放热”); (4)气体在状态D时的体积VD=. 解析:题目中

26、给出了四个不同状态的体积和温度.(1)AB过程,体积不变,是等容过程.(2)BC过程,体积减小,说明外界对气体做功,但气体的温度不变,所以气体的内能也不变,说明此过程放热.(3)CD过程,气体的体积减小,温度降低,说明外界对气体做正功(或者说气体对外界做负功),且气体的内能减小,由热力学第一定律知,是放热过程.(4)由题图知,DA过程是等压过程,则有=,得VD=VA.答案:(1)等容(2)不变(3)做负功放热(4)VA9.(2013年江苏卷,12A,12分)如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中,AB和CD为等温过程,BC和DA为绝热过程(气体与外界无热

27、量交换).这就是著名的“卡诺循环”. (1)该循环过程中,下列说法正确的是. A.AB过程中,外界对气体做功B.BC过程中,气体分子的平均动能增大C.CD过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D.DA过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化(2)该循环过程中,内能减小的过程是(选填“AB”、“BC”、“CD”或“DA”).若气体在AB过程中吸收63 kJ的热量,在CD过程中放出38 kJ的热量,则气体完成一次循环对外做的功为kJ. (3)若该循环过程中的气体为1 mol,气体在A状态时的体积为10 L,在B状态时压强为A状态时的.求气体在B状态时单位体积内的分子数.

28、(已知阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1,计算结果保留一位有效数字)解析:(1)AB过程中,气体体积变大,气体对外做功,选项A错误;BC为绝热过程,气体体积增大,气体对外界做功,内能减小,温度降低,气体分子的平均动能减小,选项B错误;CD为等温过程,气体的温度不变,体积减小,单位体积内的分子数增多,故单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多,选项C正确;DA过程中,气体的体积减小,外界对气体做功,气体的内能增加,温度升高,因此气体分子的速率分布曲线的最大值向速率大的方向偏移,选项D错误.(2)该循环过程中,BC气体温度降低,内能减小.由于一个循环中气体的内能不变,BC、DA

29、是绝热过程,没有热量交换,因此整个过程吸收的热量为63 kJ-38 kJ=25 kJ,根据热力学第一定律可知,对外做的功为25 kJ.(3)AB为等温过程,由玻意耳定律,pAVA=pBVB,则VB=15 L.单位体积内的分子数n=,代入数据得n=4×1025 m-3.答案:(1)C(2)BC25(3)4×1025 m-310.(2013年山东理综,36,8分)(1)下列关于热现象的描述正确的一项是()a.根据热力学定律,热机的效率可以达到100%b.做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的c.温度是描述热运动的物理量,一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同d

30、.物体由大量分子组成,其单个分子的运动是无规则的,大量分子的运动也是无规律的(2)我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米,再创载人深潜新纪录.在某次深潜实验中,“蛟龙”号探测到990 m深处的海水温度为280 K.某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化,如图所示,导热良好的气缸内封闭一定质量的气体,不计活塞的质量和摩擦,气缸所处海平面的温度T0=300 K,压强p0=1 atm,封闭气体的体积V0=3 m2.如果将该气缸下潜至990 m深处,此过程中封闭气体可视为理想气体. 求990 m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10 m深的海水产生的压强). 下潜过程中封闭气体(填“吸热

31、”或“放热”),传递的热量(填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功. 解析:(1)根据热力学第二定律,热机的效率不可能达到100%,选项a错误;做功是通过能量转化改变系统内能的,而热传递是通过内能的转移改变系统的内能,选项b错误;达到热平衡的标准是温度相同,选项c正确;单个分子的运动是无规则的,但大量分子运动的速率分布是具有统计规律的,选项d错误.(2)当气缸下潜至990 m时,设封闭气体的压强为p,温度为T,体积为V,由题意知p=100 atm.理想气体状态方程为=,代入数据得V=2.8×10-2 m3.由于下潜过程中封闭气体温度降低,内能减小,封闭气体体积减小,外界对

32、气体做功,由热力学第一定律知气体必放出热量,且传递的热量大于外界对气体所做的功.答案:(1)c(2)2.8×10-2 m3放热大于11.(2011年浙江自选模块,14,10分)吸盘是由橡胶制成的一种生活用品,其上固定有挂钩用于悬挂物体.如图所示,现有一吸盘,其圆形盘面的半径为2.0×m,当其与天花板轻轻接触时,吸盘与天花板所围容积为1.0× m3;按下吸盘时,吸盘与天花板所围容积为2.0× m3,盘内气体可看作与大气相通,大气压强为p0=1.0×105 Pa.设在吸盘恢复原状过程中,盘面与天花板之间紧密接触,吸盘内气体初态温度与末态温度相同.不计吸盘的厚度及吸盘与挂钩的重量. (1)吸盘恢复原状时,盘内气体压强为; (2)在挂钩上最多能悬挂重为的物体; (3)请判断在吸盘恢复原状过程中盘内气体是吸热还是放热,并简述理由.解