新高考适用2023版高考物理二轮总复习第1部分专题突破方略专题5近代物理初步热学振动与波光学第2讲热学

第一部分专题五第2讲1.(2022·北京东城三模)如图所示，质量为m的活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸之间无摩擦．将汽缸放在冰水混合物中，气体达到平衡状态(图中a状态)后，在活塞上加一质量为m的砝码，经过过程Ⅰ气体达到新的平衡状态(图中b状态)，再将汽缸从容器中移出放到室温(27℃)中，经过过程Ⅱ在达到c平衡状态．已知大气压强保持不变．下列说法中正确的是(B)A．过程Ⅰ中理想气体从外界吸收热量B．过程Ⅱ中理想气体从外界吸收热量C．c状态与a状态相比，c状态的气体分子对活塞的作用力较小D．理想气体在b状态的内能大于在a状态的内能【解析】过程Ⅰ中理想气体体积减小，外界对气体做功，温度不变，内能不变，则气体向外界放热，选项A错误；过程Ⅱ中理想气体体积变大，气体对外做功，温度升高，内能增加，则气体从外界吸收热量，选项B正确；c状态与a状态相比，c状态气体的压强大，则气体分子对活塞的作用力较大，选项C错误；理想气体在b状态的温度等于在a状态的温度，则两态的内能相等，选项D错误．2.(2022·江苏昆山中学预测)下列说法中错误的是(B)A．自然界中只要涉及热现象的宏观过程一定具有方向性B．当分子间距离增大时，分子间的引力增大，斥力减小C．熔化的玻璃表面分子间的作用力表现为引力，此引力使玻璃表面绷紧D．粘在一起的糖块是多晶体，单个的蔗糖晶体颗粒是单晶体【解析】根据热力学第二定律，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故A正确，与题意不符；当分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小，故B错误，与题意相符；熔化的玻璃表面分子间的距离变大，作用力表现为引力，此引力使玻璃表面绷紧，故C正确，与题意不符；粘在一起的糖块没有确定的几何形状是多晶体，单个的蔗糖晶体颗粒有确定的几何形状是单晶体，故D正确，与题意不符．3.(2022·辽宁丹东二模)下列说法中正确的是(B)A．单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点B．1kg氧气在0℃时分子热运动的平均动能比0.1kg氧气在27℃时分子热运动的平均动能小C．在阳光照射下的教室里，眼睛直接看到的空气中尘粒的运动属于布朗运动D．地面上自由滚动的足球逐渐停下来，违反了能量守恒定律【解析】晶体都有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，故A错误；温度是分子平均动能大小的标志，温度越高分子平均动能越大，所以1kg氧气在0℃时分子热运动的平均动能比0.1kg氧气在27℃时分子热运动的平均动能小，故B正确；布朗运动的颗粒很小，眼睛不能直接看见，空气中尘粒的运动是因为空气的对流形成的，不属于布朗运动，故C错误；地面上自由滚动的足球逐渐停下来，在摩擦力的作用下将动能转化成内能，符合能量守恒定律，故D错误．4.(2022·江苏南通预测)如图所示，野外生存需要取火时，可以用随身携带的取火装置，在铜制活塞上放置少量易燃物，将金属筒套在活塞上迅速下压，即可点燃易燃物．则迅速下压过程中，金属筒内的封闭气体(D)A．分子平均动能变小B．每个气体分子速率都增大C．从外界吸热，气体内能增加D．分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数增加【解析】迅速下压过程中，外界对气体做功，由于气体变化经历时间极短，来不及与外界发生热交换，可近似认为是绝热过程，根据热力学第一定律可知气体内能增大，温度升高，分子平均动能变大，故A、C错误；由于温度是大量分子整体表现出来的性质，并不能说明单个分子的状态，所以并不是每个气体分子速率都增大，故B错误；气体体积减小，单位体积内分子数增多，且分子平均动能增大，所以分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数增加，故D正确．5.(多选)(2022·天津咸水沽一中三模)2021年8月5日，在东京奥运会跳水女子10m台决赛中，14岁的全红婵以总分466.2拿到金牌，并打破了世界纪录．她的五次跳水中有三次满分，娴熟的动作和标准的姿势不禁让李小鹏感叹：我扔个硬币溅起的水花都比她跳水的水花大．下列说法正确的是(AB)A．运动员出水后泳衣上的水很快滑落，这是因为制造泳衣的材料对水不浸润B．运动员入水激起的水花中，很多呈现球形，这是水的表面张力的作用C．水池中的水温保持在26℃左右，用以保证运动员入水后的舒适度，此时运动员和水池中的水处于热平衡状态D．运动员入水后，身体周围会出现一些小气泡，在水中产生的气泡内的气体压强大于大气压，这些小气泡在做无规则的布朗运动【解析】运动员出水后泳衣上的水很快滑落，这是因为泳衣由对水不浸润的材料制成，故A正确；运动员入水激起的水花接近球形，这是表面张力的作用，故B正确；水池中的水温约26℃，用以保证运动员入水后的舒适度，此时运动员的体温和水池的水温并不相同，故C错误；运动员入水后，身体周围会有一些小气泡做无规则的运动，这些小气泡的运动不是布朗运动，故D错误．故选AB.6.(多选)图甲为测量分子速率分布的装置示意图，圆筒绕其中心匀速转动，侧面开有狭缝N，内侧贴有记录薄膜，M为正对狭缝的位置．从原子炉R中射出的银原子蒸气穿过屏上S缝后进入狭缝N，在圆筒转动半个周期的时间内相继到达并沉积在薄膜上．展开的薄膜如图乙所示，NP、PQ间距相等，银原子的重力不计，运动过程中的碰撞不计，则(ACD)A．到达M附近的银原子速率较大B．到达Q附近的银原子速率较大C．到达Q附近的银原子速率为“中等”速率D．到达PQ区间的分子百分率大于位于NP区间的分子百分率【解析】从原子炉R中射出的银原子穿过S缝后向右做匀速直线运动，同时圆筒匀速转动，银原子进入狭缝N后，在圆筒转动半个周期的过程中，银原子相继到达圆筒最右端并打到记录薄膜上，打在薄膜上M点附近的银原子先到达最右端，所用时间最短，所以速率较大，同理到达Q附近的银原子速率为“中等”速率，故A、C正确，B错误；由图乙可知，位于PQ区间的分子百分率大于位于NP区间的分子百分率，故D正确．7.(2022·江苏南京预测)如图所示，在用DIS验证“玻意耳定律”的实验中，用一个带刻度的注射器及计算机辅助系统来探究气体的压强和体积关系．关于此实验，下列说法正确的是(B)A．推拉活塞时，动作要快，以免气体进入或漏出B．推拉活塞时，手不可以握住整个注射器C．必须测量所封闭气体的质量D．在活塞上涂上润滑油，主要目的是为了减小摩擦【解析】推拉活塞时，动作要慢，使其温度与环境保持一致，故A错误；推拉活塞时，手不能握住注射器，防止手对其起加热作用，从而保证气体的温度不变，故B正确；研究对象是一部分封闭气体在温度不变的情况下，压强和体积的关系，故本实验只要保证封闭气体的质量不变即可，无需测量封闭气体的质量，故C错误；活塞与针筒之间要保持润滑，可以减小摩擦，主要目的是不漏气可以保证气体质量一定，故D错误．8.(2022·天津预测)如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程到达状态b，再经过等温过程到达状态c，直线ac过原点．则气体(A)A．在状态c的压强等于在状态a的压强B．在状态b的压强小于在状态c的压强C．在b→c的过程中内能减小D．在a→b的过程对外做功【解析】根据V＝eq\f(C,p)T可知，因直线ac过原点，可知在状态c的压强等于在状态a的压强，b点与原点连线的斜率小于c点与原点连线的斜率，可知在状态b的压强大于在状态c的压强，选项A正确，B错误；在b→c的过程中温度不变，则气体的内能保持不变，选项C错误；在a→b的过程中，气体的体积不变，则气体不对外做功，选项D错误．9.(2022·北京大兴三模)一定质量的理想气体，不同温度下的等温线是不同的，如图是一定质量的气体在T1和T2温度下的等温线．下列说法正确的是(B)A．气体在A状态的温度小于C状态的温度B．气体如果从状态A到状态C，一定放出热量C．气体由状态A沿线T2变化到状态B的过程中，内能减小D．气体由状态A沿线T2变化到状态B的过程中，分子平均距离减小【解析】在p­V图中A状态所在的图线在C状态所在图线的外侧，所以A状态所在的图线对应的温度高，故A错误；气体从状态A到状态C，体积不变，温度降低，内能减小，所以一定放出热量，故B正确；气体由状态A沿线T2变化到状态B的过程为等温膨胀，内能不变，故C错误；气体由状态A沿线T2变化到状态B的过程为等温膨胀，体积增大，气体分子间的平均距离增大，故D错误．10.(多选)(2022·山东烟台三模)如图，内壁光滑竖直放置的绝热汽缸内有一横截面积为S、可自由移动的绝热活塞把气体分成a、b两部分．开始时活塞上下两部分气体a、b的体积相等，温度均为T0，气体a的压强为p0.现把汽缸缓慢倒置，再缓慢加热气体a，当气体a的温度升高到T时，活塞恰好回到原来的位置，气体b的温度为T0.重力加速度为g，则(BC)A．整个过程中气体b的内能始终保持不变B．活塞的质量为eq\f(p0ST－T0,2gT0)C．最终气体a的压强为eq\f(T,T0)p0D．开始时气体b的压强为eq\f(T－T0,T0)p0【解析】对气体b，汽缸倒置后，活塞回到原来位置的过程中，体积不断减小，外界对气体做功，而汽缸、活塞均绝热，根据ΔU＝W＋Q，W>0，Q＝0则ΔU>0，即内能增大，故A错误；设活塞质量m，对气体b，初末状态相同，则气体b初末状态压强相同pb＝p0＋eq\f(mg,S)，最终气体a压强pa＝pb＋eq\f(mg,S)，对气体a，eq\f(p0,T0)＝eq\f(pa,T)，联立解得pb＝eq\f(T＋T0,2T0)p0，m＝eq\f(p0ST－T0,2gT0)，pa＝eq\f(T,T0)p0，故B、C正确，D错误．故选BC.11.(多选)(2022·山东临沂模拟)如图所示为一定质量的理想气体状态变化时气体的压强随着温度变化的p­t关系图像，气体从a状态开始，经历三个过程ab、bc、ca最后回到a状态，图中ba的延长线过原点O，bc平行于t轴，ca的延长线过点(－273.15,0)．下列说法中正确的是(AD)A．三个状态的体积关系为Va＝Vc＞VbB．过程bc中外界对气体做功，气体从外界吸热C．过程ab中气体对外界不做功，气体从外界吸热D．b状态与c状态相比，b状态时容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数较多【解析】根据eq\f(pV,T)＝C，Vc＞Vb，ca的延长线过点(－273.15,0)，则Va＝Vc，所以Va＝Vc＞Vb，故A正确；过程bc中气体体积增大，气体对外界做功，即W<0，温度升高，内能增大，即ΔU>0，根据ΔU＝W＋Q，则Q>0，即气体从外界吸热，故B错误；过程ab中气体体积减小，气体对外界做负功，故C错误；b和c两个状态，压强相同，但c状态时气体温度较高，即c状态分子运动的平均速率较大，分子对容器壁的平均撞击力较大，可判断b状态时单位面积单位时间内容器壁受到分子撞击的次数较多，故D正确．故选AD.12.(多选)(2022·云南师大附中模拟)如图，水平面上放置一绝热汽缸，质量为m的绝热活塞在缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过劲度系数为k的轻弹簧与天花板相连，开始时活塞静止，弹簧处于原长，现通过电热丝对缸内气体缓慢加热，活塞缓慢向上移动距离d后静止，重力加速度为g，大气压强为p0，活塞面积为S；不考虑活塞与汽缸壁之间的摩擦，关于上述过程，下列说法正确的是(BD)A．缸内气体对外做功，内能减小B．缸内气体吸热，内能增加C．缸内气体吸热量小于p0Sd＋mgd＋eq\f(1,2)kd2D．缸内气体吸热量大于p0Sd＋mgd＋eq\f(1,2)kd2【解析】根据题意，设封闭气体初状态的压强为p1，由平衡条件有p0S＋mg＝p1S，通过电热丝对缸内气体缓慢加热，活塞缓慢向上移动距离d后静止，此时气体压强为p2，由平衡条件有p0S＋mg＋kd＝p2S可知，气体的压强变大了，根据气体状态方程eq\f(pV,T)＝C可知，由于气体体积也变大，则气体的温度升高，内能增加，故A错误；气体体积变大，气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，由于气体内能增加，则ΔU>0，气体对外界做功，则W<0，可得Q>0，即气体吸热，内能增加，故B正确；根据题意可知，活塞移动过程中，弹簧做功为W1＝－eq\f(1,2)kd2，重力做功为WG＝－mgd，外界对气体做功为W2＝－p0Sd，由B分析可知，Q>|W1＋W2＋WG|，即缸内气体吸热量Q>p0Sd＋mgd＋eq\f(1,2)kd2，故C错误，D正确．故选BD.应用题——强化学以致用13.(2022·山东淄博三模)如图甲所示的一款茶宠玩具特别有意思，当将热茶淋在茶宠上时，茶宠会向外喷水，寓意吐故纳新．为了研究其中的原理，某同学将茶宠理想化为如图乙所示圆柱形容器，在容器底端侧面有一尺寸可忽略的细孔，细孔下方是实心配重块，圆柱横截面积为S、细孔上方空间高为H.初始时容器内部空气的质量为m0，内部压强与外界大气压均为p0，温度为T0.容器内气体可视为理想气体．现用热水淋在容器上，使容器内气体温度达到T1，此过程中容器内部有空气逸出；然后迅速将容器放入一足够大的盛有水的水盆中，保证容器上的小孔恰好在水面以下、随着容器内气体温度降低，水盆中的水会被吸入容器，当气体温度恢复为T0时，容器内外水面的高度差为h，然后取出容器，当将热茶淋在容器上时就会出现神奇的喷水现象了．(1)求将热水淋在容器上，容器升温过程中逸出空气的质量Δm；(2)若H＝6cm，h＝1cm，T0＝300K，大气压强p0＝1×105Pa，水的密度ρ＝1×103kg/m3，重力加速度g＝10m/s2，求容器内的温度T1(结果保留3位有效数字)．【答案】(1)eq\f(T1－T0,T1)m0(2)360K【解析】(1)小孔将容器内外空气连通，故容器内气体压强不变，气体温度升高到T1时，根据盖—吕萨克定律有eq\f(V,T0)＝eq\f(V＋ΔV,T1)，eq\f(Δm,m0)＝eq\f(ΔV,V＋ΔV)联立解得Δm＝eq\f(T1－T0,T1)m0.(2)由题意得eq\f(p0SH,T1)＝eq\f(p1SH－h,T0)p1＋ρgh＝p0联立解得T1≈360K.14.(2022·河北石家庄预测)如图所示，U形玻璃细管竖直放置，水平细管(内、外径都很小)与U形细管底部相连通，各部分细管内径相同．C管长度为lC＝30cm，初始时U形玻璃管左、右两侧水银面高度差为Δh＝15cm，C管水银面距U形玻璃管底部距离为hC＝5cm.水平细管内用小活塞封有长度为lA＝12.5cm的理想气体A，U形管左管上端封有气柱长度为lB＝25cm的理想气体B，右管上端开口与大气相通，现将活塞缓慢向右压，使U形玻璃管左、右两侧水银面恰好相平，该过程A、B气柱的温度保持不变．已知外界大气压强为p0＝75cmHg，水平细管中的水银柱足够长．(1)求左右两侧液面相平时，气体B的长度L；(2)求该过程活塞移动的距离d.【答案】(1)20cm(2)27.5cm【解析】(1)设玻璃管横截面积为S，活塞缓慢向右压的过程中，气体B做等温变化，根据玻意尔定律有pB1VB1＝pB2VB2其中pB1＝75cmHg－15cmHg＝60cmHg，VB1＝25S，pB2＝75cmHg，VB2＝LS解得气体B的长度L＝20cm.(2)活塞缓慢向右压的过程中，各部分液柱移动情况示意如图U形管左管中水银柱长度变化等于气柱B长度的变化ΔL左＝25cm－20cm＝5cmU形管右管中水银柱长度变化ΔL右＝15cm＋5cm＝20cm气体A做等温变化pA1＝75cmHg＋5cmHg＝80cmHgpA2＝75cmHg＋25cmHg＝100cmHgVA1＝12.5SVA2＝LA2S根据玻意尔定律有pA1VA1＝pA2VA2解得气体的长度LA2＝10cm活塞