高考物理大一轮复习 真题汇编 H单元 热学
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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pV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112．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T A<T D，而温度又是分子平均动能的标志，由图像可看出，图线①表示速率较小的分子数目多，也就是分子平均动能较小，所以图线①对应状态A.17．H1[2016·上海卷] 某气体的摩尔质量为M，分子质量为m.若1摩尔该气体的体积为V m，密度为ρ，则该气体单位体积分子数为(阿伏伽德罗常数为N A)( )A.N AV mB.MmV mC.ρN A MD.ρN A m17．ABC [解析] 因为体积为V m 的气体含有N A 个分子，所以N AV m是单位体积分子数，A 正确；M m ＝N A ，B 正确；ρM ＝1V m，C 正确，D 错误． H2 固体、液体、气体的性质33．[2016·全国卷Ⅰ] [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 ＝2σr，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p 0＝1.0×105 Pa ，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m 3，重力加速度大小g取10 m/s 2.(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r 1，气泡内外压强差为Δp 1，则Δp 1＝2σr 1① 代入题给数据得Δp 1＝28 Pa ②(ii)设气泡在水下10 m 处时，气泡内空气的压强为p 1，气泡体积为V 1；气泡到达水面附近时，气泡内空气的压强为p 2，内外压强差为Δp 2，其体积为V 2，半径为r 2.气泡上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有p 1V 1＝p 2V 2 ③由力学平衡条件有p 1＝p 0＋ρgh ＋Δp 1 ④p 2＝p 0＋Δp 2 ⑤气泡体积V 1和V 2分别为V 1＝43πr 31 ⑥V 2＝43πr 32 ⑦联立③④⑤⑥⑦式得⎝ ⎛⎭⎪⎫r 1r 23＝p 0＋Δp 2ρgh ＋p 0＋Δp 1⑧ 由②式知，Δp 1≪p 0，i ＝1，2，故可略去⑧式中的Δp 1项，代入题给数据得 r 2r 1＝32≈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 m 3，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 m 3.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p 1，体积为V 1，压强变为p 2(2个大气压)时，体积为V 2.根据玻意耳定律得p 1V 1＝p 2V 2 ①重新充气前，用去的氧气在p 2压强下的体积为V 3＝V 2－V 1 ②设用去的氧气在p 0(1个大气压)压强下的体积为V 0，则有p 2V 3＝p 0V 0 ③设实验室每天用去的氧气在p 0下的体积为ΔV ，则氧气可用的天数为 N ＝V 0ΔV④ 联立①②③④式，并代入数据得N ＝4(天) ⑤33． [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p 0＝75.0 cmHg.环境温度不变．图133.（2）[答案] 144 cmHg 9.42 cm[解析]设初始时，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＝p 0，长度为l 2.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p 1＝p 0＋(20.0－5.00) cmHg ①l ′1＝⎝ ⎛⎭⎪⎫20.0－20.0－5.002 cm ② 由玻意耳定律得p 1l 1＝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 ⑤l ′2＝4.00 cm ＋20.0－5.002cm －h ⑥ 由玻意耳定律得p 2l 2＝ p ′2l ′2 ⑦联立④⑤⑥⑦式和题给条件得h ＝9.42 cm ⑧12．[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]AC12．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1A ．h ＝HB ．h <H 2C ．h ＝H 2 D.H 2<h <H 12．B [解析] 若A 管上端也是开口的，则当B 管沿竖直方向缓慢下移一小段距离H 后，两侧液面仍然等高，A 管内的水银面高度相应变化h ＝12H ，但实际上，A 管上端是封闭的，故A 管内水银面下移过程中A 管内封闭气体的压强变小，故两侧液面不再平齐，A 管内水银面应升高，所以h <H 2，B 正确． 30．H2[2016·上海卷] 如图1所示，两端封闭的直玻璃管竖直放置，一段水银将管内气体分隔为上下两部分A 和B ，上下两部分气体初始温度相等，且体积V A ＞V B .图1(1)若A 、B 两部分气体同时升高相同的温度，水银柱将如何移动？某同学解答如下：设两部分气体压强不变，由V 1T 1＝V 2T 2，…，ΔV ＝ΔT TV ，…，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Δp A 和Δp B ，分析并比较二者的大小关系．30．[答案] (1)不正确 见解析 (2)Δp A ＝Δp B[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p T ＝p ′T ＋ΔTΔp ＝p ′－p ＝ΔT Tp 因为ΔT >0，p A <p B ，可知Δp A <Δp B ，所示水银柱向上移动．(2)升温前有p B ＝p A ＋p h (p h 为汞柱压强)升温后同样有p ′B ＝p ′A ＋p h两式相减可得Δp A ＝Δp B .H3 内能 热力学定律33．[2016·全国卷Ⅰ] [物理——选修33]H3(1)关于热力学定律，下列说法正确的是________．A ．气体吸热后温度一定升高B ．对气体做功可以改变其内能C ．理想气体等压膨胀过程一定放热D ．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E ．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1A ．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pV T ＝C 得p ＝C V ·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V a ＝V c ，选项A 正确；一定量的理想气体的内能由温度T 决定，而T a >T c ，故E a >E c ，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V 1T 1＝V 2T 2可知，气体体积会减小，W ＝p ΔV ＝C ΔT bc ；同理da 过程中，W ′＝p ′ΔV ′＝C ΔT da ，因为|ΔT bc |＝|ΔT da |，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pV T＝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p V 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1A ．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/m 3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p 0＝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/s 2，U 形管中气体的体积和活塞拉杆的体积忽略不计．图115．(2) [答案] 1∶1[解析]设初始状态时气缸左气室的体积为V 01，右气室的体积为V 02；当活塞至气缸中某位置时，左、右气室的压强分别为p 1、p 2，体积分别为V 1、V 2，由玻意耳定律得p 0V 01＝p 1V 1 ①p 0V 02＝p 2V 2 ②依题意有V 01＋V 02＝V 1＋V 2 ③由力的平衡条件有p 2－p 1＝ρgh ④联立①②③④式，并代入题给数据得2V 21＋3V 01V 1－9V 201＝0 ⑤由此解得V 1＝32V 01(另一解不合题意，舍去) ⑥由③⑥式和题给条件得V 1∶V 2＝1∶1 ⑦29．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V 0T 0＝V T ，可以算出此时温度为T ＝360 K ．(2)由V 0T 0＝V T 可知，当l 0(V 0)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V 0的实际值变小，但如果仍用V 0T 0＝V T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K4613．(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：p1V1T1＝p2V2T2代入数据解得：T2＝369 K.(3)当温度升高至T 3＝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V 3，由盖·吕萨克定律得：V 2T 2＝V 3T 3解得：V 3＝64 cm 3气体体积：V 3＝V 2＋S 2h x代入数据解得：h x ＝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l 1＝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l 2＝19 cm.已知重力加速度g 取10 m/s 2，不计温度的变化．求：(1)大气压强p 0(用cmHg 表示)；(2)当玻璃管开口向上以a ＝5 m/s 2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K4635．(1)76 cmHg (2)17.48 cm[解析] (1)由玻意耳定律可得：p 0l 1S ＝(p 0＋ρgh )l 2S解得：p 0＝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l 3，对液柱，设液柱质量为m ，由牛顿第二定律可得：pS －p 0S －mg ＝ma解得：p ＝p 0＋mg ＋ma S＝100 cmHg 由玻意耳定律可得：p 0l 1S ＝pl 3S解得：l 3＝17.48 cm.。
