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2021届高考物理二轮复习 提升指导与精练21 热学

2021届高考物理二轮复习 提升指导与精练21 热学

年级：
姓名：

- 9 -

热学
一、选择题，每题有3个选项正确。
1．下列说法正确的是(　　)
A．1 g水中所含的分子数目和地球的总人口数差不多
B．布朗运动就是物质分子的无规则热运动
C．一定质量的理想气体压强增大，其分子的平均动能可能减小
D．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是气体分子的无规则的热运动造成的
E．0 ℃的铁和0 ℃的冰，它们的分子平均动能相等
【答案】CDE
【解析】水的摩尔质量是18 g/mol，1 g水中含有的分子数为：n＝×6.0×1023≈3.3×1022个，地球的总人数约为70亿，选项A错误；布朗运动是悬浮在液体(气体)中的固体颗粒受到液体(气体)分子撞击作用的不平衡造成的，不是物体分子的无规则热运动，选项B错误；温度是分子的平均动能的标志，气体的压强增大，温度可能减小，选项C正确；气体分子间距大于10r0，分子间无作用力，打开容器，气体散开是气体分子的无规则运动造成的，选项D正确；铁和冰的温度相同，分子平均动能必然相等，选项E正确。
2．下列说法中正确的是(　　)
A．温度高的物体比温度低的物体热量多
B．温度高的物体不一定比温度低的物体的内能多
C．温度高的物体比温度低的物体分子热运动的平均动能大
D．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等
E．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大
【答案】BCE
【解析】热量是在热传递过程中传递的能量，不是状态量，选项A错误；物体的内能与物体的温度、体积等有关，温度高的物体不一定比温度低的物体的内能多，温度是分子平均动能的标志，温度高的物体比温度低的物体分子热运动的平均动能大，选项B、C正确；相互间达到热平衡的两物体的温度一定相等，内能不一定相等，选项D错误；由分子势能与分子间距的关系可知，分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大，选项E正确。
3．人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程．以下说法正确的是(　　)
A．液体的分子势能与体积有关
B．晶体的物理性质都是各向异性的
C．温度升高，每个分子的动能都增大
D．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
E．液体表面层内分子分布比液体内部稀疏，所以分子间作用力表现为引力
【答案】ADE
【解析】分子势能与分子间距有关，而分子间距与物体的体积有关，则知液体的分子势能和体积有关，选项A正确；晶体分为单晶体和多晶体，单晶体物理性质表现为各向异性，多晶体物理性质表现为各向同性，选项B错误；温度升高时，分子的平均动能增大但不是每一个分子动能都增大，选项C错误；露珠由于受到表面张力的作用表面积有收缩到最小的趋势即呈球形，选项D正确；液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的作用力表现为引力，选项E正确。
4．一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为(　　)
A．气体分子的平均速率不变
B．气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大
C．单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多
D．气体分子的总数增加
E．气体分子的密度增大
【答案】ACE
【解析】气体温度不变，分子平均动能、平均速率均不变，A正确；理想气体经等温压缩，压强增大，体积减小，分子密度增大，则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多，但气体分子每次碰撞器壁的冲力不变，故C、E正确，B、D错误。
5．下列说法中正确的是(　　)
A．悬浮在液体中的固体颗粒越小，布朗运动就越明显
B．用气筒给自行车打气，越打越费劲，说明气体分子之间的分子力表现为斥力
C．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小
D．一定质量的理想气体，温度升高，体积减小，则单位时间内撞击到器壁单位面积上的气体分子数增加
E．内能全部转化为机械能的热机是不可能制成的
【答案】ADE
【解析】悬浮在液体中的固体小颗粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数就越少，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因而布朗运动就越明显，选项A正确；用气筒给自行车打气，越打越费劲，不能说明气体分子之间的分子力表现为斥力，选项B错误；当分子之间表现为引力时，分子势能随着分子之间距离的增大而增大，选项C错误；一定质量的理想气体，温度升高，体积减小时，单位时间内撞击到器壁单位面积上的气体分子数增加，所以其压强增大，选项D正确；热力学第二定律指出，任何热机的效率都不可能达到100%，选项E正确。
6．一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p－T图象如图所示。下列判断正确的是(　　)

A．过程ab中气体一定吸热
B．过程bc中气体既不吸热也不放热
C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小
E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
【答案】ADE
【解析】由p－T图象可知过程ab是等容变化，温度升高，内能增加，体积不变，由热力学第一定律可知过程ab中气体一定吸热，选项A正确；过程bc中温度不变，即内能不变，由于过程bc体积增大，所以气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，选项B错误；过程ca中压强不变，温度降低，内能减少，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，放出的热量一定大于外界对气体做的功，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，由p－T图象可知，a状态气体温度最低，则分子平均动能最小，选项D正确；b、c两状态温度相等，分子平均动能相等，由于压强不相等，所以单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，选项E正确。
7．下列说法中正确的是(　　)
A．布朗运动反映的是液体分子的无规则运动
B．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
C．物体放出热量，温度一定降低
D．气体对容器壁的压强是由于大量气体分子对器壁的碰撞作用产生的
E．热量是热传递过程中，物体间内能的转移量；温度是物体分子平均动能大小的量度
【答案】ADE
【解析】布朗运动是固体小颗粒的运动，是液体分子无规则运动的反映，故A正确；热量可以从低温物体传到高温物体，但要引起其他方面的变化，故B错误；物体放出热量时，若同时外界对物体做功，则温度可以升高，故C错误；大量气体分子对器壁的持续撞击引起了气体对容器壁的压强，故D正确；热量是热传递过程中，物体间内能的转移量；温度是物体分子平均动能大小的量度，故E正确。
8．下列关于热学中的相关说法正确的是(　　)
A．液晶既有液体的流动性，又具有单晶体的各向异性
B．燃气由液态变为气态的过程中分子的分子势能增加
C．气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，故气体的压强一定增大
D．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝
E．某种液体的饱和汽压不一定比未饱和汽压大
【答案】ABE
【解析】根据液晶特点和性质可知：液晶既有液体的流动性，又具有单晶体的各向异性，故A正确；燃气由液态变为气态的过程中要吸收热量，故分子的分子势能增加，选项B正确；若温度升高的同时，体积膨胀，压强可能不变，故C错误；根据热力学第二定律可知，混合气体不能自发地分离，选项D错误；液体的饱和汽压与液体的温度有关，随温度的升高而增大，相同的温度下，同种液体的饱和汽压一定比未饱和汽压大，不同温度时，某种液体的饱和汽压不一定比未饱和汽压大，选项E正确。

9．关于生活中的热学现象，下列说法正确的是(　　)
A．夏天和冬天相比，夏天的气温较高，水的饱和汽压较大，在相对湿度相同的情况下，夏天的绝对湿度较大
B．民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是用镊子夹一棉球，沾一些酒精，点燃，在罐内迅速旋转一下再抽出，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地被“吸”在皮肤上，其原因是，当火罐内的气体体积不变时，温度降低，压强增大
C．盛有氧气的钢瓶，在27℃的室内测得其压强是9.0×106 Pa，将其搬到－3℃的工地上时，测得瓶内氧气的压强变为7.2×106 Pa，通过计算可判断出钢瓶漏气
D．热量能够自发地从内能多的物体传递到内能少的物体
E．一辆空载的卡车停在水平地面上，在缓慢装沙过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，若把车胎内气体看成理想气体，则胎内气体向外界放热
【答案】ACE
【解析】夏天和冬天相比，夏天的气温较高，水的饱和汽压较大，在相对湿度相同的情况下，夏天的绝对湿度较大，A正确；把罐扣在皮肤上，罐内空气的体积等于火罐的容积，体积不变，气体经过热传递，温度不断降低，气体发生等容变化，由查理定律可知，气体压强减小，火罐内气体压强小于外界大气压，大气压就将罐紧紧地压在皮肤上，B错误；若不漏气，则气体做等容变化，由，=8.1×106Pa，由于p2 >7.2×106 Pa，所以钢瓶在搬运过程中漏气，C正确；热量只能自发地从温度高的物体传递到温度低的物体，而内能多的物体温度不一定高，故D错误；汽车在缓慢装沙的过程中，压强增大，而气体温度不变，所以体积变小，外界对气体做功，内能不变，放出热量，E正确。
二、计算题，解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
10．如图所示，两端开口的U形管粗细均匀，左右两管竖直，底部的直管水平。水银柱的长度如图中标注所示，水平管内两段空气柱a、b的长度分别为10 cm、5 cm。在左管内缓慢注入一定量的水银，稳定后右管的水银面比原来升高了h＝10 cm。已知大气压强p0＝76 cmHg，求向左管注入的水银柱长度。

【解析】设初状态a、b两部分空气柱的压强均为p1，由题意知：
p1＝90 cmHg
因右管水银面升高的高度10 cm<12 cm，故b空气柱仍在水平直管内
设末状态a、b两部分空气柱的压强均为p2，则：p2＝100 cmHg
设末状态a、b两部分空气柱的长度分别为La2、Lb2，对a部分空气柱，根据玻意耳定律：
p1La1S＝p2La2S
对b部分空气柱，根据玻意耳定律：p1Lb1S＝p2Lb2S
代入数据解得：La2＝9 cm，Lb2＝4.5 cm
设左管所注入的水银柱长度为L，由几何关系得：L＝2h＋(La1＋Lb1)－(La2＋Lb2)
代入数据解得：L＝21.5 cm。
11. 如图所示，绝热气缸倒扣放置，质量为M的绝热活塞在气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸间摩擦可忽略不计，活塞下部空间与外界连通，气缸底部连接一U形细管（管内气体的体积忽略不计）。初始时，封闭气体温度为T，活塞距离气缸底部为h0，细管内两侧水银柱存在高度差。已知水银密度为ρ，大气压强为p0，气缸横截面积为S，重力加速度为g，求：

(1)U形细管内两侧水银柱的高度差；
(2)通过加热装置缓慢提升气体温度使活塞下降Δh0，求此时的温度；此加热过程中，若气体吸收的热量为Q，求气体内能的变化。
【解析】(1)设封闭气体的压强为P，对活塞分析：
用水银柱表达气体的压强：
解得：。
(2)加热过程中气体变化是等压变化：

气体对外做功为
根据热力学第一定律：
可得：。
12．如图甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V－T图象．已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。

(1)说出A→B过程中压强变化的情形，并根据图象提供的信息，计算图甲中TA的温度值。
(2)请在图乙所示的坐标系中，作出该气体由状态A经过状态B变为状态C的p－T图象，并在图线相应位置上标出字母A、B、C.如果需要计算才能确定的有关坐标值，请写出计算过程。
【解析】(1)从题图甲可以看出，A与B连线的延长线过原点，所以A→B是一个等压变化，即pA＝pB
根据盖—吕萨克定律可得＝
所以TA＝TB＝×300 K＝200 K。
(2)由题图甲可知，由B→C是等容变化，根据查理定律得＝
所以pC＝pB＝pB＝pB＝×1.5×105 Pa＝2.0×105 Pa
则可画出由状态A→B→C的p－T图象如图所示。

13．如图，一个质量为m的T形活塞在汽缸内封闭一定量的理想气体，活塞体积可忽略不计，距汽缸底部h0处连接一U形细管(管内气体的体积忽略不计)。初始时，封闭气体温度为T0，活塞距离汽缸底部为1.5h0，两边水银柱存在高度差．已知水银密度为ρ，大气压强为p0，汽缸横截面积为S，活塞竖直部分高为1.2h0，重力加速度为g，求：

(1)通过制冷装置缓慢降低气体温度，当温度为多少时两边水银面恰好相平；
(2)从开始至两水银面恰好相平的过程中，若气体放出的热量为Q，求气体内能的变化。
【解析】(1)初态时，对活塞受力分析，可求气体压强
p1＝p0＋ ①
体积V1＝1.5h0S，温度T1＝T0
要使两边水银面相平，汽缸内气体的压强p2＝p0，
此时活塞下端一定与汽缸底接触，V2＝1.2h0S
设此时温度为T2，由理想气体状态方程有＝
得：T2＝。 ②
(2)从开始至活塞竖直部分恰与汽缸底接触，气体压强不变，外界对气体做功
W＝p1ΔV＝×0.3h0S ③
由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q ④
得：ΔU＝0.3h0S－Q。