高考真题汇编-H单元--热学.doc

H单元 热学
H1 分子动理论
20．H1[2016·北京卷] 雾霾天气对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，是特定气候条件与人类活动相互作用的结果．雾霾中，各种悬浮颗粒物形状不规则，但可视为密度相同、直径不同的球体，并用PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10 μm、2.5 μm的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)．
某科研机构对北京地区的检测结果表明，在静稳的雾霾天气中，近地面高度百米的范围内，PM10的浓度随高度的增加略有减小，大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小，且两种浓度分布基本不随时间变化．
据此材料，以下叙述正确的是(　　)
A．PM10表示直径小于或等于1.0×10－6 m的悬浮颗粒物
B．PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其受到的重力
C．PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动
D．PM2.5浓度随高度的增加逐渐增大
20．C　[解析] 10 μm＝1.0×10－5 m，选项A不正确．
题目的信息PM10的浓度随高度的增加而略有减小，这表明PM10的分布具有任意性，也就是说受分子力和重力的大小关系具有任意性，选项B不正确．PM10和大悬浮颗粒肉眼均不可见，而且受气体分子的撞击的影响较大，其运动具有很强的无规则性，可以认为是布朗运动，选项C正确．PM2.5与PM10相比，密度相同，颗粒更小，那么PM2.5做布朗运动更明显，而分布应该更加均匀，不会高度越高浓度越大，选项D不正确．
12．[2016·江苏卷]
A．[选修3­3]
H1 (2)如图1­甲所示，在斯特林循环的p ­V图像中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成，B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目________(选填“增大”“减小”或“不变”)，状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图像如图乙所示，则状态A对应的是________(选填“①”或“②”).

图1­
12．A.（2）[答案]不变　①
[解析] B→C过程中由于气体分子总数不变，体积也不变，因此单位体积中的气体分子数目也不变．根据理想气体状态方程可得TA [物理——选修3­3]
H2(2)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp＝，其中σ＝0.070 N/m.现让水下10 m处一半径为0.50 cm的气泡缓慢上升，已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度大小g取10 m/s2.
(i)求在水下10 m处气泡内外的压强差；
(ii)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值．
33.（2）[答案] (i)28 Pa　(ii)1.3
[解析] (i)当气泡在水下h＝10 m处时，设其半径为r1，气泡内外压强差为Δp1，则
Δp1＝　①
代入题给数据得
Δp1＝28 Pa　②
(ii)设气泡在水下10 m处时，气泡内空气的压强为p1，气泡体积为V1；气泡到达水面附近时，气泡内空气的压强为p2，内外压强差为Δp2，其体积为V2，半径为r2.
气泡上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有
p1V1＝p2V2　③
由力学平衡条件有
p1＝p0＋ρgh＋Δp1　④
p2＝p0＋Δp2　⑤
气泡体积V1和V2分别为
V1＝πr　⑥
V2＝πr　⑦
联立③④⑤⑥⑦式得
＝　⑧
由②式知，Δp1≪p0，i＝1，2，故可略去⑧式中的Δp1项，代入题给数据得
＝≈1.3　⑨
33．[2016·全国卷Ⅱ] [物理——选修3­3]
H2(2)(10分)一氧气瓶的容积为0.08 m3，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压．某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3.当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时，需重新充气．若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天．
33.（2）[答案] 4天
[解析]设氧气开始时的压强为p1，体积为V1，压强变为p2(2个大气压)时，体积为V2.根据玻意耳定律得
p1V1＝p2V2　①
重新充气前，用去的氧气在p2压强下的体积为
V3＝V2－V1　②
设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0，则有
p2V3＝p0V0　③
设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV，则氧气可用的天数为
N＝　④
联立①②③④式，并代入数据得
N＝4(天)　⑤
33． [2016·全国卷Ⅲ] [物理——选修3­3]
H2 (2)一U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一光滑的轻活塞．初始时，管内汞柱及空气柱长度如图所示．用力向下缓慢推活塞，直至管内两边汞柱高度相等时为止．求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离．已知玻璃管的横截面积处处相同；在活塞向下移动的过程中，没有发生气体泄漏；大气压强p0＝75.0 cmHg.环境温度不变．

图1­
33.（2）[答案] 144 cmHg　9.42 cm
[解析]设初始时，右管中空气柱的压强为p1，长度为l1；左管中空气柱的压强为p2＝p0，长度为l2.活塞被下推h后，右管中空气柱的压强为p′1，长度为l′1；左管中空气柱的压强为p′2，长度为l′2.以cmHg为压强单位．由题给条件得p1＝p0＋(20.0－5.00) cmHg　①
l′1＝ cm　②
由玻意耳定律得
p1l1＝p′1l′1　③
联立①②③式和题给条件得
p′1＝144 cmHg　④
依题意
p′2＝p′1　⑤
l′2＝4.00 cm＋ cm－h　⑥
由玻意耳定律得
p2l2＝ p′2l′2　⑦
联立④⑤⑥⑦式和题给条件得
h＝9.42 cm　⑧

12．[2016·江苏卷]
A．[选修3­3]
H2(1)在高原地区烧水需要使用高压锅，水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽，停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却，在冷却过程中，锅内水蒸气的变化情况为________．
A．压强变小
B．压强不变
C．一直是饱和汽
D．变为未饱和汽
12．A.（1）[答案]AC
12．H2[2016·上海卷] 如图1­所示，粗细均匀的玻璃管A和B由一橡皮管连接，一定质量的空气被水银柱封闭在A管内，初始时两管水银面等高，B管上方与大气相通．若固定A管，将B管沿竖直方向缓慢下移一小段距离H，A管内的水银面高度相应变化h，则(　　)

图1­
A．h＝H B．h<
C．h＝ D.
某同学解答如下：
设两部分气体压强不变，由＝，…，ΔV＝V，…，所以水银柱将向下移动．
上述解答是否正确？若正确，请写出完整的解答；若不正确，请说明理由并给出正确的解答．
(2)在上下两部分气体升高相同温度的过程中，水银柱位置发生变化，最后稳定在新的平衡位置，A、B两部分气体始末状态压强的变化量分别为ΔpA和ΔpB，分析并比较二者的大小关系．
30．[答案] (1)不正确　见解析　(2)ΔpA＝ΔpB
[解析] (1)不正确．
水银柱移动的原因是升温后，由于压强变化造成受力平衡被破坏，因此应该假设气体体积不变，由压强变化判断移动方向．
正确解法：设升温后上下部分气体体积不变，则由查理定律可得
＝
Δp＝p′－p＝p
因为ΔT>0，pA统彼此之间也必定达到热平衡
33.（1）BDE [解析]气体吸热，若同时对外做功，则温度一可能降低，故A错误；改变气体的内能的方式有两种：做功和热传递，故B正确；理想气体等压膨胀过程是吸热过程，故C错误；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故D正确；如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也一定达到热平衡，否则就不会与第三个系统达到热平衡，故E正确．
33．H2　H3[2016·全国卷Ⅱ] [物理——选修3­3]
H2、H3(1)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p ­T图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是________．

图1­
A．气体在a、c两状态的体积相等
B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能
C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功
33.（1）ABE　[解析]由＝C得p＝·T(C为常量)，因对角线ac的延长线过原点O，即p＝kT，故体积V不变，即Va＝Vc，选项A正确；一定量的理想气体的内能由温度T决定，而Ta>Tc，故Ea>Ec，选项B正确；cd过程为等温加压过程外界对系统做正功，但系统内能不变，故系统要对外放热，放出热量Q＝W外，选项C错误；da过程为等压升温过程，体积增加，对外界做功，系统内能增加，故系统要从外界吸热，且吸收热量Q＝W外＋ΔE内>W外，选项D错误；bc过程为等压降温过程，由＝可知，气体体积会减小，W＝pΔV＝CΔTbc；同理da过程中，W′＝p′ΔV′＝CΔTda，因为|ΔTbc|＝|ΔTda|，故|W|＝|W′|，选项E正确．
33． [2016·全国卷Ⅲ] [物理——选修3­3]
H3 (1)关于气体的内能，下列说法正确的是________．
A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B．气体温度不变，整体运动速度越大其内能越大
C．气体被压缩时，内能可能不变
D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
33.（1）CDE　[解析]温度相同，分子平均动能相同，若摩尔质量不同，则相同质量的气体有不同的分子数，分子总动能不同，假若都是理想气体，因为只考虑分子动能，所以内能不同，A错误；气体内能取决于气体分子的平均动能和分子势能，而与宏观上整体的动能无关，B错误；若外界对气体做的功等于气体向外界放出的热，则气体的内能不变，C正确；理想气体的内能取决于气体分子的平均动能，而分子平均动能取决于温度，D正确；理想气体等压膨胀过程中，p一定，V增加，由＝C可知T升高，故内能增加，E正确．
12．[2016·江苏卷]
A．[选修3­3]
H3 (3)如图甲所示，在A→B和D→A的过程中，气体放出的热量分别为4 J和20 J．在B→C和C→D的过程中，气体吸收的热量分别为20 J和12 J．求气体完成一次循环对外界所做的功．
12．A.（3）[答案] 8 J
[解析]完成一次循环气体内能不变，则ΔU＝0，吸收的热量Q＝(20＋12－4－20) J＝8 J，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，W＝－8 J，气体对外做功8 J.
15． [2016·海南卷] [选修3­3]
H3 (1)一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其p­V图像如图1­所示．在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化．对于这两个过程，下列说法正确的是________．

图1­
A．气体经历过程1，其温度降低
B．气体经历过程1，其内能减小
C．气体在过程2中一直对外放热
D．气体在过程2中一直对外做功
E．.气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的相同
15．(1) [答案] ABE　
[解析]过程1，气体体积增大，气体对外界做功，因不存在热交换，故根据热力学第二定律，气体内能减小，温度降低，故A、B正确．过程2，气体先等容减压后等压膨胀，故先放热后吸热，先不对外做功，后对外做功，故C、D错误．两个过程的初、末状态均相同，所以内能改变量相同，故E正确．
H4 实验：用油膜法估测分子的大小
H5 热学综合
15． [2016·海南卷] [选修3­3]
H5 (2)如图1­所示，密闭气缸两侧与一U形管的两端相连，气缸壁导热；U形管内盛有密度为ρ＝7.5×102 kg/m3的液体．一活塞将气缸分成左、右两个气室，开始时，左气室的体积是右气室的体积的一半，气体的压强均为p0＝4.5×103 Pa.外界温度保持不变．缓慢向右拉活塞使U形管两侧液面的高度差h＝40 cm，求此时左、右两气室的体积之比．重力加速度大小g取10 m/s2，U形管中气体的体积和活塞拉杆的体积忽略不计．

图1­
15．(2) [答案] 1∶1
[解析]设初始状态时气缸左气室的体积为V01，右气室的体积为V02；当活塞至气缸中某位置时，左、右气室的压强分别为p1、p2，体积分别为V1、V2，由玻意耳定律得
p0V01＝p1V1　①
p0V02＝p2V2　②
依题意有
V01＋V02＝V1＋V2　③
由力的平衡条件有
p2－p1＝ρgh　④
联立①②③④式，并代入题给数据得
2V＋3V01V1－9V＝0　⑤
由此解得
V1＝V01(另一解不合题意，舍去)　⑥
由③⑥式和题给条件得
V1∶V2＝1∶1　⑦
29．H5[2016·上海卷] 某同学制作了一个结构如图1­(a)所示的温度计．一端封闭的轻质细管可绕封闭端O自由转动，管长0.5 m．将一量程足够大的力传感器调零，细管的开口端通过细线挂于力传感器挂钩上，使细管保持水平、细线沿竖直方向．在气体温度为270 K时，用一段水银将长度为0.3 m的气柱封闭在管内．实验时改变气体温度，测得封闭气柱长度l和力传感器读数F之间的关系如图(b)所示(实验中大气压强不变)．

图1­
(1)管内水银柱长度为________m，为保证水银不溢出，该温度计能测得的最高温度为________K.
(2)若气柱初始长度大于0.3 m，该温度计能测量的最高温度将________(选填“增大”“不变或“减小”)．
(3)若实验中大气压强略有升高，则用该温度计测出的温度将________(选填“偏高”“不变”或“偏低”)．
29．[答案] (1)0.1　360　 (2)减小　(3)偏低
[解析] (1)由于轻质细管可以绕O点转动，通过力矩关系有：设水银柱长度的一半为x，封闭气体长度为l，细管横截面积为S，细管长度为L，则FL＝2ρgSx(l＋x)，研究气柱长度为0.3 m和0.36 m两个位置，可以计算出水银柱长度为2x＝0.1 m；为保证水银不溢出，水银刚好到达管口时封闭气体长度为l＝0.4 m，则根据＝，可以算出此时温度为T＝360 K．(2)由＝可知，当l0(V0)增大时，能够测量的最高温度将会减小．(3)若实验过程中大气压强略有升高，则封闭气体的初始体积V0的实际值变小，但如果仍用＝计算，会出现温度的测量值偏低．

1. (多选)[2016·昆明一中一轮复习检测] 下列说法正确的是(　　)
A．在围绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中，自由漂浮的水滴呈球形，这是液体表面张力作用的结果
B．布朗运动指的是悬浮在液体里的花粉中的分子的运动
C．对气体而言，尽管大量分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率是按一定的规律分布的
D．一定质量的理想气体，在等温膨胀的过程中，对外界做功，但内能不变
E．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
1．ACD　[解析] 由于液体表面张力的作用，宇宙飞船中自由漂浮的水滴呈球形，选项A正确；布朗运动是指液体里花粉微粒的运动，选项B错误；大量分子在做无规则运动的时候，速率是按一定规律分布的，选项C正确；等温膨胀过程中，气体会对外做功，温度不变，则气体要吸收热量，内能是不变的，选项D正确；气体的压强是分子热运动频繁碰撞容器壁产生的，在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强不为零，选项E错误．
4．(多选)[2015·哈尔滨六中期末考试] 下列说法中正确的是(　　)
A．做功和热传递在改变物体内能上是等效的
B．温度和质量都相同的水、冰和水蒸气，它们的内能相等
C．热的物体把温度传递给冷的物体，最终达到温度相同
D．压缩气体不一定能使气体的温度升高
E．气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的
4．ADE　[解析] 做功和热传递在改变物体内能上是等效的，选项A正确；温度和质量都相同的水、冰和水蒸气，它们的内能不相同，水蒸气的内能最大，冰的内能最小，选项B错误；由热平衡知识可知，热的物体把热量传递给冷的物体，最终达到温度相同，选项C错误；根据热力学第一定律可知，压缩气体，若气体对外放热，则也可能使气体的温度降低，选项D正确；气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的，选项E正确．
2．(多选)[2016·皖南八校第二次联考] 下列说法正确的是(　　)
A．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢
B．分子间同时存在着引力和斥力，当引力和斥力相等时，分子势能最大
C．液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征
D．液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动
E．液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部
2．ACD　[解析] 空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢，故A正确；分子间同时存在着引力和斥力，当引力和斥力相等时，分子势能最小，B错误；液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征，故C正确；液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动，故D正确；由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，分子间表现为引力，液体表面存在张力，它的方向平行于液体表面，而非与液面垂直，故E错误．
3．[2016·贵阳一中第三次月考] 如图K46­1甲所示为“⊥”形上端开口的玻璃管，管内有一部分水银封住密闭气体，上管足够长，图中粗、细部分截面积分别为S1＝2 cm2、S2＝1 cm2.封闭气体初始温度为57 ℃，气体长度为L＝22 cm，图乙为对封闭气体缓慢加热过程中气体压强随体积变化的图线．(摄氏温度t与热力学温度T的关系是T＝t＋273 K)
(1)求封闭气体初始状态的压强；
(2)若缓慢升高气体温度，升高至多少方可将所有水银全部压入细管内？
(3)当温度升高至492 K时，求液柱下端离开粗、细接口处的距离．

图K46­1
3．(1) 80 cmHg　(2)369 K　(3)16 cm
[解析] (1)初始状态封闭的气体温度T1＝273 K＋57 K＝330 K，
体积为：V1＝LS1＝44 cm3，由图像可知，此时气体压强：
p1＝80 cmHg.
(2)当水银全部进入细管后，气体将做等压变化，故从图乙可知当所有水银全部进入细管内时，
其封闭的气体压强：p2＝82 cmHg，体积：V2＝48 cm3
由理想气体状态方程得： ＝
代入数据解得：T2＝369 K.
(3)当温度升高至T3＝492 K时，水银已经全部在细管内，封闭气体做等压变化，设此时气体的体积为V3，由盖·吕萨克定律得：
＝
解得：V3＝64 cm3
气体体积：V3＝V2＋S2hx
代入数据解得：hx＝16 cm.
5．[2016·石家庄期末调研] 在一端封闭、内径均匀的光滑直玻璃管内，有一段长为l＝16 cm的水银柱封闭着一定质量的理想气体．当玻璃管水平放置达到平衡时如图K46­3甲所示，被封闭气柱的长度l1＝23 cm；当管口向上竖直放置时，如图乙所示，被封闭气柱的长度l2＝19 cm.已知重力加速度g取10 m/s2，不计温度的变化．求：
(1)大气压强p0(用cmHg表示)；
(2)当玻璃管开口向上以a＝5 m/s2的加速度匀加速上升，水银柱和玻璃管相对静止时被封闭气柱的长度．

图K46­3
5．(1)76 cmHg　(2)17.48 cm
[解析] (1)由玻意耳定律可得：p0l1S＝(p0＋ρgh)l2S
解得：p0＝76 cmHg.
(2)当玻璃管加速上升时，设封闭气体的压强为p，气柱的长度为l3，对液柱，设液柱质量为m，由牛顿第二定律可得：
pS－p0S－mg＝ma
解得：p＝p0＋＝100 cmHg
由玻意耳定律可得：p0l1S＝pl3S
解得：l3＝17.48 cm.