【原创】（新高考）2022届高三物理精准提升专练21 热学

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     例1．(2020∙全国I卷选考)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_____（填“减小“不变”或“增大”）；在间距由r2减小到r1的过程中，势能_____ （填“减小”“不变”或“增大”）；在间距等于r1处，势能_____（填“大于”“等于”或“小于”）零。例2．(2021∙海南卷∙12)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，直线过原点。则气体（　　）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的过程中内能保持不变D．在a→b的过程对外做功例3．(2020∙山东卷∙15)中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为450 K，最终降到300 K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的。若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。  1．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无关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2．一定质量的理想气体，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增大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3．(多选)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4．(多选)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5．(多选)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6．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，夏天的绝对湿度较小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7．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。     8. 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。     9．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。     10．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。
 例1．【解析】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，分子间体现引力，引力做正功，分子势能减小；在r2→r1的过程中，分子间仍然体现引力，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。【答案】减小   减小   小于例2．【解析】根据可知，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，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，C正确；在a→b的过程中，气体的体积不变，则气体不对外做功，D错误。【答案】AC例3．【解析】设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1，温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2，罐的容积为V0，由题意知p1＝p0、T1＝450 K、V1＝V2、T2＝300 K、V2＝V0   ①由理想气体状态方程得            ②代入数据得p2＝0.7p0 ③对于抽气罐，设初态气体状态参量分别为p3、V3，末态气体状态参量分别为p4、V4，罐的容积为V0′，由题意知：p3＝p0、V3＝ V0′、p4＝p2 ④由玻意耳定律得p0V0′＝ p2V4           ⑤联立②⑤式，代入数据得V4＝V0′            ⑥设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知：ΔV＝ V4－V0′            ⑦故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为            ⑧联立②⑤⑦⑧式，代入数据得。            ⑨  1．【答案】D【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错误；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。2．【答案】C【解析】气体温度不变，分子平均动能、平均速率均不变，A错误；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正确，B、D错误。3．(多选)【答案】AD【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。4．(多选)【答案】AD【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。5．(多选)【答案】AB【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。6．【答案】C【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错误；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。7．【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。8.【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：。9．【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。10．【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。