2023届二轮复习通用版 专题7 热学 作业

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第一部分　专题七 热　学1．(2022·江西南昌二模)(1)如图所示是某容器内一定量理想气体的状态变化A→B→C→A过程的p-T图象，下列说法正确的是(　ABC　)A．由状态A到状态B的过程中，气体始终吸收热量B．由状态B到状态C的过程中，气体始终放出热量C．由状态C到状态A的过程中，气体对外界做功D．气体处于状态A与状态C相比，气体分子平均距离较小，分子平均动能较小E．A→B过程吸收的热量等于C→A过程放出的热量(2)如图所示为一简易火灾报警装置．其原理是：竖直放置的试管中装有水银，当温度升高时，水银柱上升，使电路导通，蜂鸣器发出报警的响声．27℃时，空气柱长度l1为20cm，水银上表面与导线下端的距离l2为10cm，管内水银柱的高度h为13cm，大气压强大小为75cmHg．求：①当温度达到多少℃时，报警器会报警；②如果要使该装置在87℃时报警，则应该再往玻璃管内注入多少cm高的水银柱．【答案】　(2)①177℃　②8cm【解析】　(1)由状态A到状态B的过程中，气体体积不变，气体不对外做功，外界也不对气体做功；温度升高，气体的内能增大，根据热力学第一定律，气体始终吸收热量，A正确；由状态B到状态C的过程中，气体的温度不变，气体的内能不变；从状态A到状态C，根据理想气体状态方程得＝，又因为VB＝VA，解得VB＝VA＝2VC，由状态B到状态C的过程中，气体的体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律，气体始终放出热量，B正确；由状态C到状态A的过程中，因为VA＝2VC，气体体积增大，气体对外界做功，C正确；气体处于状态A与状态C相比，因为VA＝2VC，状态A的气体体积大，气体分子平均距离较大，温度较低，分子平均动能较小，D错误；根据热力学第一定律，A→B过程吸收的热量等于增加的内能，Q吸＝ΔU，C→A过程放出的热量等于减少的内能与对外做功之和，Q放＝ΔU＋W，而增加的内能等于减少的内能，所以A→B过程吸收的热量小于C→A过程放出的热量，E错误，故选ABC．(2)①根据题意可知，气体的状态变化是等压变化，根据理想气体状态方程，可得＝，所以＝，求得t＝177℃；②设加入的汞柱为xcm，根据理想气体状态方程，可得＝，P1＝88cmHg，V1＝20S，T1＝300K，P3＝(88＋x)cmHg，T3＝(273＋87)K，V3＝(43－13－x)S，解得x＝8cm．2．(2022·河南顶级名校联考)(1)当篮球气不足时常用打气筒和气针给篮球充气，把气针安装在打气筒的气嘴上，把气针慢慢地插入篮球气孔，然后压缩打气筒将空气压入篮球内，如图所示．在一次缓慢压缩打气筒的充气过程中，设此次充气过程中篮球的体积不变，气体温度不变，打气筒内的气体全部压入篮球内，没有向外界漏气，气体可视为理想气体，对于此次充气前打气筒内的气体和篮球内原来的气体，下列说法正确的是(　BDE　)A．此过程中气体的内能增大B．此过程中气体分子的平均动能不变C．此过程中每个气体分子的动能均不变D．此过程中气体向外界放出热量E．此过程中气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增多(2)如图，一竖直放置的绝热圆柱形汽缸上端开口且足够高，汽缸的横截面积为S，两个活塞M、N将两部分理想气体A、B封闭在汽缸内，两部分气体的温度均为t0＝27℃，其中活塞M为导热活塞，活塞N为绝热活塞，活塞M为轻活塞，活塞N的质量为．两活塞的间距为3L，活塞N距汽缸底的距离为6L．其底部有一体积很小的加热装置，其体积可忽略不计．已知外界的大气压为p0，环境的温度为27℃且保持不变，重力加速度大小为g，两活塞的厚度及活塞与汽缸之间的摩擦均可忽略不计，两活塞始终在水平方向上．现用加热装置缓慢加热气体B，使其温度达到t1＝127℃，同时将质量为的物体慢慢放于活塞M上，系统稳定后两活塞都不移动．求：①系统稳定后理想气体B的压强pB；②系统稳定后活塞M移动的距离d．【答案】　(2)①4p0　②4L【解析】　(1)打气筒内的气体全部压入篮球内，没有向外界漏气，气体质量不变，缓慢压缩打气筒气体温度不变，则气体内能不变，A错误；温度是分子平均动能的标志，温度不变，则分子的平均动能不变，但不是每个分子的动能都不变，B正确，C错误；充气前气体在打气筒和篮球内，充气后气体全部在篮球内，篮球的体积不变，则气体的体积减小，则此过程中外界对气体做功，即W＞0，气体温度不变，则内能不变，即ΔU＝0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＜0，即气体向外界放出热量，D正确；压缩过程中气体温度不变，根据玻意耳定律可知气体的压强增大，此过程中气体的温度不变，即分子热运动的激烈程度不变，但压强增大，则气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加，E正确．故选BDE．(2)①系统稳定后对活塞M受力分析，有pAS＝p0S＋g对活塞N受力分析，有pBS＝pAS＋g联立，可得pB＝4p0②缓慢放上物体后直至系统稳定过程理想气体A温度保持不变，初始压强为pA0＝p0设稳定后两活塞的间距为LA，根据玻意耳定律，可得pA0·3LS＝pA·LAS解得LA＝L理想气体B初始压强设为pB0，稳定后活塞N距汽缸底的距离为LB有pB0S＝pA0S＋g解得pB0＝2p0根据理想气体状态方程＝其中T0＝300K，T1＝400K解得LB＝4L系统稳定后活塞M移动的距离为d＝(3L＋6L)－LA－LB＝4L．3．(2022·四川南充三模)(1)下列说法中正确的是(　ADE　)A．放过煤的混凝土地面下一定深度内都有黑色颗粒，说明煤分子在做无规则的热运动B．分子间表现为斥力时，分子间距离越小，分子势能越小C．热量不能自发的从低温物体传向高温物体而不引起其他变化D．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加E．有的物质微粒能够按照不同规则在空间分布，在不同条件下能够生成不同的晶体(2)如图所示，内径相同的两U形玻璃管竖直放置在空气中，中间用细软管相连，左侧U形管顶端封闭，右侧U形管开口，用水银将部分气体A封闭在左侧U形管内，细软管内还有一部分气体．已知环境温度恒为17℃，大气压强为76cmHg，稳定时，A部分气体长度为20cm，管内各液面高度差分别为h1＝8cm、h2＝10cm．求：①A部分气体的压强；②现仅给A部分气体加热，当管内气体温度升高了40℃时，A部分气体长度为22cm，求此时右侧U形管液面高度差h2′．【答案】　(1)①58cmHg　②12cm【解析】　(1)放过煤的混凝土地面下一定深度内都有黑色颗粒，说明煤分子在做无规则的热运动，A正确；当分子间的作用力表现为斥力时，分子间的距离变小的过程中，分子力做负功，分子势能增加，所以分子间的距离越小，分子势能越大，B错误；热量可以从低温物体传向高温物体，但是要引起其他变化，C错误；在绝热条件下压缩气体，外界对气体做功，气体与外界没有热交换，气体内能一定增大，D正确；有的物质微粒能够按照不同规则在空间分布，在不同条件下能够生成不同的晶体，例如石墨和金刚石，E正确，故选ADE．(2)①设左侧A部分气体压强为p1，软管内气体压强为p2，由图中液面的高度关系可知，p0＝p2＋ρgh2p2＝p1＋ρgh1联立解得p1＝p0－ρg(h1＋h2)＝58cmHg②由理想气体状态方程可得＝其中T1＝(273＋17)K＝290KT1′＝(273＋17＋40)K＝330K解得p1′＝60cmHg由于空气柱长度增加2cm，则水银柱向右侧移动2cm，因此左侧U形管液面高度差为h1′＝h1－2cm－2cm＝4cm由p1′＝p0－ρg(h1′＋h2′)解得h2′＝12cm．4．(2020·新课标Ⅰ卷)(1)分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示，r＝r1时，F＝0．分子间势能由r决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零．若一分子固定于原点O，另一分子从距O点很远处向O点运动，在两分子间距减小到r2的过程中，势能__减小__(填“减小”“不变”或“增大”)；在间距由r2减小到r1的过程中，势能__减小__(填“减小”“不变”或“增大”)；在间距等于r1处，势能__小于__(填“大于”“等于”或“小于”)零．(2)甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体)．甲罐的容积为V，罐中气体的压强为p；乙罐的容积为2V，罐中气体的压强为p．现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去，两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变，调配后两罐中气体的压强相等．求调配后：①两罐中气体的压强；②甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比．【答案】　(2)①p　②【解析】　(1)从距O点很远处向O点运动，两分子间距减小到r2的过程中，分子间表现引力，引力做正功，分子势能减小；在r2→r1的过程中，分子间仍然表现引力，引力做正功，分子势能减小；在间距等于r1之前，分子势能一直减小，取无穷远处分子间势能为零，则在r1处分子势能小于零．(2)①气体发生等温变化，对甲乙中的气体，可认为甲中原气体由体积V变成3V，乙中原气体体积由2V变成3V，则根据玻意尔定律分别有pV＝p1·3V，p·2V＝p2·3V则pV＋p·2V＝(p1＋p2)×3V则甲乙中气体最终压强p′＝p1＋p2＝p②若调配后将甲气体再等温压缩到气体原来的压强为p，则p′V＝pV′计算可得V′＝V由密度定义可得，质量之比等于＝＝．5．(2022·河南开封三模)(1)下列说法正确的是(　CDE　)A．理想气体的内能只与其温度有关B．布朗运动的剧烈程度与温度有关，所以布朗运动也叫分子热运动C．一定质量理想气体在等温变化的过程中，当其体积减小时压强变大D．晶体在熔化过程中吸收热量，内能增加，但其分子平均动能保持不变E．一定质量理想气体克服外界压力膨胀，但不吸热也不放热，内能一定减少(2)如图所示，玻璃泡中充有一定质量的理想气体，玻璃泡与粗细均匀的玻璃管连接，玻璃管竖直插在水银槽中，玻璃管的内截面积为0.1cm2，这时环境温度为300K，大气压强为75cmHg，玻璃管中水银柱液面与水银槽中水银液面高度差为15cm，水银柱以上玻璃管长为5cm，当环境温度升高到420K时，玻璃管中水银柱液面与水银槽中水银液面高度差为5cm，水银槽足够大、足够深，求∶①玻璃泡的容积；②若环境温度保持300K不变，将玻璃管缓慢向下移，当水银液面刚好上升到玻璃管上管口时，玻璃管下移的距离．(结果保留1位小数)【答案】　(2)①V＝4.5cm3　②11.7cm【解析】　(1)一定质量的理想气体的内能只与其温度有关，选项A错误；布朗运动的剧烈程度与温度有关，但是布朗运动是固体颗粒的无规则运动，不是分子热运动，选项B错误；根据＝C，一定质量理想气体在等温变化的过程中，当其体积减小时压强变大，选项C正确；晶体在熔化过程中吸收热量，内能增加，由于温度不变，则其分子平均动能保持不变，选项D正确；根据热力学第一定律可知，一定质量理想气体克服外界压力膨胀，但不吸热也不放热，内能一定减少，选项E正确，故选CDE．(2)①开始时封闭气体的压强p1＝75cmHg－15cmHg＝60cmHg玻璃管中气体的体积V1＝5×0.1cm3＝0.5cm3升温后气体的压强p2＝75cmHg－5cmHg＝70cmHg玻璃管中气体的体积V2＝15×0.1cm3＝1.5cm3设玻璃泡的容积为V，则根据理想气体的状态方程＝解得V＝4.5cm3．②设水银上升到玻璃管上管口时，封闭气体的压强为p3，则p1(V＋V1)＝p3V解得p3＝cmHg则槽口水银面上方玻璃管长为75－＝cm，则玻璃管下移的距离h＝20cm－cm＝cm≈11.7cm．6．(2022·四川成都三诊)(1)下列说法正确的是(　ABE　)A．温度升高，分子热运动的平均动能增大，但并非所有分子的速率都增大B．100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中，分子势能将增大C．气体很容易充满整个容器，这是分子间存在斥力的宏观表现D．有规则外形的物体是晶体，没有确定几何外形的物体是非晶体E．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体(2)如图所示，竖直放置的导热汽缸，活塞横截面积为S＝0.01m2，可在汽缸内无摩擦滑动．汽缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通，气缸内封闭了一段高为H＝70cm的气柱(U形管内的气体体积不计)．已知活塞质量m＝6.8kg，大气压强p0＝105pa，水银密度ρ＝13.6×103kg/m3，g＝10m/s2．①求U形管中左管与右管的水银面的高度差h1；②在活塞上加一竖直向上的拉力使U形管中左管水银面高出右管水银面h2＝5cm，求活塞平衡时与汽缸底部的高度．【答案】　(2)①5cm　②80cm【解析】　(1)温度升高，分子热运动的平均动能增大，但并非所有分子的速率都增大，故A正确；100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中，吸收热量，内能增大，分子平均动能不变，分子势能将增大，故B正确；气体很容易充满整个容器，这是分子不停做无规则运动的结果，故C错误；晶体和非晶体的区别是否具有熔点．单晶体具有规则的几何外形，而多晶体和非晶体没有规则的天然外形，注意“天然”二字，没有确定几何外形的物体不一定是非晶体，故D错误；由热力学第二定律可知：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故E正确，故选ABE．(2)①以活塞为研究对象，根据平衡p0S＋mg＝p1S得p1＝p0＋而p＝p0＋ρgh1所以有＝ρgh1代入数据解得h1＝5cm．②活塞上加一竖直向上的拉力，U形管中左管水银面高出右管水银面h2＝5cm，则封闭气体的压强为p2＝p0－ρgh2＝(1×105－13.6×103×10×0.05)Pa＝93200Pa初始时封闭气体的压强为p1＝p0＋＝106800Pa汽缸内的气体发生的是等温变化，根据玻意耳定律，有p1V1＝p2V2代入数据解得h＝80cm．