2022届优质校一模试卷专题汇编13 热学 解析版

这是一份2022届优质校一模试卷专题汇编13 热学 解析版，共12页。试卷主要包含了估算问题，对热力学定律的理解，对气体压强的理解，气体实验定律和理想气体状态方程等内容，欢迎下载使用。

常考题型
方法点拨
1．估算问题
(1)油膜法估算分子直径：d＝eq \f(V,S)，V为纯油酸体积，S为单分子油膜面积。
(2)分子总数：N＝nNA＝eq \f(m,M)·NA＝eq \f(V,Vml)NA。（注意：对气体而言，N≠eq \f(V,V个)）
(3)两种模型：
= 1 \* GB3 ①球模型：V＝eq \f(4,3)πR3(适用于估算液体、固体分子直径)； = 2 \* GB3 ②立方体模型：V＝a3(适用于估算气体分子的间距)。
2．对热力学定律的理解
(1)改变物体内能的方式有两种，只叙述其中一种改变方式是无法确定内能变化的。
(2)热力学第一定律ΔU＝Q＋W中W和Q的符号可以这样确定：只要此种改变对内能增加有正贡献即为正。
(3)对热力学第二定律的理解：热量可以由低温物体传递到高温物体，也可以从单一热源吸收热量全部转化为功，但不引起其他变化是不可能的。
3．对气体压强的理解
(1)气体对容器壁的压强是气体分子频繁碰撞容器壁的结果。温度越高，气体分子密度越大，气体对容器壁因频繁碰撞而产生的压强就越大。
(2)地球表面的大气压强可认为是由大气所受的重力产生的。
4．气体实验定律和理想气体状态方程
(1)压强的计算
= 1 \* GB3 ①被活塞、汽缸封闭的气体，通常分析活塞或汽缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解。
= 2 \* GB3 ②应用平衡条件或牛顿第二定律求解，得出的压强单位为Pa。
若应用p＝p0＋h或p＝p0－h来表示压强，则压强p的单位为cmHg或mmHg。
(2)合理选取气体变化所遵循的规律列方程
= 1 \* GB3 ①若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解。
= 2 \* GB3 ②若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的气体实验定律列方程求解。
(3)多个研究对象的问题
与活塞、液柱相联系的“两团气”问题，要注意寻找“两团气”之间的压强、体积或位移关系，列出辅助方程，最后联立求解。
【例1】( 2021湖南卷∙15(2))如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为S1和S2）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m。在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A．整个过程，外力F做功大于0，小于mgh
B．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变
C．整个过程，理想气体的内能增大
D．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于(p0S1h＋mgh)
E．左端活塞到达B位置时，外力F等于
【解析】根据做功的两个必要因素有力和在力的方向上有位移，由于活塞S2没有移动，可知整个过程，外力F做功等于0，A错误；根据气缸导热且环境温度没有变，可知气缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，内能不变，B正确，C错误；由内能不变可知理想气体向外界释放的热量等于外界对理想气体做的功Q＝W＜p0S1h＋mgh，D正确；左端活塞到达 B 位置时，根据压强平衡可得，即，E正确。
【答案】BDE
例2．(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eq \f(20,21)。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eq \f(20,21)，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。
【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＝V0、T2＝300 K、V2＝eq \f(20V0,21)①
由理想气体状态方程得eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)
则有eq \f(p0V0,T1)＝eq \f(p2·\f(20,21)V0,T2)②
代入数据得p2＝0.7p0③
对于抽气拔罐，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＝p2④
由玻意耳定律得p3V3＝p4V4
则有p0V0′＝p2V4⑤
联立③⑤式，代入数据得V4＝eq \f(10,7)V0′⑥
设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知ΔV＝V4－eq \f(20,21)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eq \f(Δm,m)＝eq \f(ΔV,V4)⑧
联立⑥⑦⑧式，代入数据得eq \f(Δm,m)＝eq \f(1,3)。
试题汇编
分子动理论、内能及热力学定律
1．(2022届百校联盟12月联考)(多选)关于热现象下列说法正确的是（ ）
A．物体的温度越高，其分子平均动能越小
B．分子间引力和斥力相等时，分子势能最小
C．布朗运动是液体分子的无规则热运动
D．空调机制冷时把热量从低温处带到高温处，并不违背热力学第二定律
E．气体对容器壁的压强是大量气体分子对器壁的碰撞引起的
2．(2022届吕梁市名校金科12月大联考)(多选)下列说法正确的是（ ）
A．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性
B．水蒸气的实际压强越大，相对湿度越大
C．布朗运动是悬浮在液体或气体中的小颗粒的无规则运动
D．实际气体的内能包括气体分子之间的相互作用的势能
E．对一定质量的理想气体，当它的压强、体积都增大时，其内能一定增大
3．(2022届哈尔滨三中第三次验收考试)(多选)下列说法中正确的是（ ）
A．清晨草叶上的露珠呈球形，是水的表面张力作用的结果
B．一定质量的某种理想气体，在等压膨胀过程中，内能增加，分子势能增加
C．热量可以从低温物体传递到高温物体
D．降低温度，可以使未饱和汽变成饱和汽
E．温度升高，每个分子的动能都增大
4．(2022届山西三重教育11月大联考)(多选)一定质量的理想气体从状态A经过状态B、到状态C，其V－T图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．A→B的过程中，气体对外界做功
B．A→B的过程中，气体放出热量
C．B→C的过程中，气体压强不变
D．A→B→C的过程中，气体内能增加
5．(2022届南京六校联合体12月调研)如图所示为理想的狄塞尔内燃机循环过程，它是由两个绝热过程AB和CD、等压过程BC以及等容过程DA组成。则该气体（ ）
A．在B到C过程中，放出热量
B．在A到B过程中，外界对其做的功大于增加的内能
C．在状态A和C时的内能可能相等
D．在一次循环过程（A→B→C→D →A）中吸收的热量大于放出的热量
6．(2022届宝鸡陈仓区第一次教学质量检测)用活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，气体从状态A经状态B变化到状态C，再从状C回到状态A，其压强与体积的倒数的变化关系图像如图所示，图中AB与横轴平行，BC纵轴平行，AC连线的延长线过坐标原点。从状态A到状态B的过程中当中，气体 ______（填“吸热”“放热”或“绝热”），从状态B到状态C的过程当中，气体分子的平均动能______（填“增大”“减小”或“不变”），从状态C到状态A的过程中，气体的内能______（填“增大”“减小”或“不变”）。
7．(2022届广东阶段性学习效率检测调研)如图，一定量的理想气体从状态a(p0，V0，T0)经热力学过程ab、bc、ca后又回到状态a。对于ab、bc、ca三个过程，ab过程中，气体始终_________（填“吸热”或“放热”），ca过程中，气体始终______（填“吸热”或“放热”），bc过程中，气体的温度如何变化，答：__________________。
气体实验定律与理想气体状态方程
8．(2022届苏州八校联盟第二次适应性检测)如图所示，一定量的理想气体从状态A开始，经历两个过程，先后到达状态B和C。有关A、B和C三个状态压强pA、pB、pC的关系，正确的是（ ）
A．pA＝pB，pB＝pC
B．pA＜pB，pB＜pC
C．pA＝pB，pB＜pC
D．pA＞pB，pB＞pC
9．(2022届百校联盟12月联考)如图所示，两端开口内壁光滑的绝热气缸竖直固定放置在桌面上，气缸下端不密封。质量分别为m和2m的活塞A和B之间封闭了一定质量的理想气体。两活塞在劲度系数为k的轻质弹簧拉力作用下处于平衡状态。活塞A、B的面积分别为S和2S，缸内气体温度为T1，大气压强为，重力加速度为g。
(1)求弹簧的形变量；
(2)现通过电阻丝对缸内气体缓慢加热，同时固定活塞A，当缸内气体温度为T2时，弹簧恰好恢复到原长，求此时缸内气体的体积。
10．(2022届吕梁市名校金科12月大联考)如图所示，粗细均匀的U形玻璃管竖直放置，右管口封闭，管内有两段水银A、B，右管中封闭气柱长为20 cm，左管中封闭气柱长为10 cm，水银柱A长为10 cm，水银柱A上液面到管口的高度足够大，水银柱B在右管中液面比左管中液面高10 cm，大气压强为75 cmHg。现在向左管管口缓慢倒入水银，使右管中气柱长度变为18 cm，则：
(1)左管中倒入的水银柱的长为多少？
(2)左管中气柱长变为多少？
11．(2022届河南名校联盟11月联考)已知晚上空气柱的长度l＝19 cm，晚上的温度为12 ℃，气体长度比中午缩短了Δl＝1 cm，若当地的大气压强p0＝1×105 Pa保持不变，饮料管的横截面积S＝5×10－5 m2。饮料管粗细均匀，且不变形。求：
(1)中午的温度t′；
(2)饮料管中封闭的空气柱缩短的过程中，外界对饮料管内空气做的功W。
12．(2022届湖南12月联考)如图，氧气瓶通过细管和上端封闭的玻璃管相连，玻璃管内用一很薄的水银片(质量和厚度不计)在玻璃管上方封闭了一段气柱，开始时瓶内氧气压强为10个标准大气压强，上方封闭气柱长度为8 cm，随着氧气的使用，使用一段时间后，发现水银片下降了12 cm，使用过程中环境温度变成原来的四分之三，已知一个标准大气压强为1 atm。求：
(1)此时氧气瓶内的压强；
(2)此时瓶内氧气质量与原来氧气质量的比值。
参考答案
1．【答案】BDE
【解析】温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，A错误；根据分子力做功与分子势能间的关系可知，当分子间引力和斥力相等时分子势能最小，B正确；布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的无规则运动，显微镜中看到的是颗粒的无规则运动，不是液体分子的无规则运动，C错误；空调机制冷时把热量从低温处带到高温处，有外界做功，并不违背热力学第二定律，D正确；气体分子对器壁碰撞是气体压强产生的原因，故E正确。
2．【答案】CDE
【解析】空调既能制热又能制冷，只能说明在不自发的条件下热传递方向可以逆向，不违背热力学第二定律，A错误；据湿度的定义可知，水蒸气的实际压强越大，绝对湿度越大，但相对湿度不一定越大，B错误；布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的无规则运动，间接反映了液体或气体分子的无规则运动，C正确；实际气体的分子间相互作用力不能忽略，故其内能包括气体的分子动能和分子势能，D正确；对一定质量的理想气体，根据eq \f(pV,T)＝C，当它的压强、体积都增大时，温度也增大，其内能一定增大，E正确。
3．【答案】ACD
【解析】清晨草叶上的露珠呈球形，是水的表面张力作用的结果，A正确；一定质量的某种理想气体，在等压膨胀过程中，根据理想气体状态方程得，温度升高，内能增加，但理想气体不计分子势能，故B错误；热量可以从低温物体传递到高温物体，但不能自发的从低温物体传递到高温物体，C正确；饱和汽压与温度有关，降低温度，可以使未饱和汽变成饱和汽，D正确；温度升高，分子平均动能增大，但并非每个分子的动能都增大，E错误。
4．【答案】BC
【解析】A→B的过程中，温度不变，体积减小，可知外界对气体做功，A错误；A→B的过程中，温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律知，W为正，则Q为负，即气体放出热量，B正确；因为V－T图线中，BC段的图线是过原点的倾斜直线，则B→C的过程中，压强不变，C正确；A到B的过程中，温度不变，内能不变，B到C的过程中，温度降低，内能减小，则A→B→C的过程中，气体内能减小，D错误。
5．【答案】D
【解析】在B到C过程中，压强不变，体积变大，根据理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C，可知气体的温度升高，由热力学第一定律可知它一定从外界吸收热量，故A错误；在A→B过程中为绝热压缩，外界对气体做功W＞0，Q＝0，则ΔU＝W，即外界对其做的功等于增加内能，故B错误；从C到D为绝热膨胀，内能减小，温度降低；从D到A，体积不变，压强减小，温度降低，则状态C的温度高于A态温度，所以在状态A和C时的内能不可能相等，故C错误；在一次循环过程中，封闭图像围成的面积等于气体对外做的功，由于总体对外做功，根据热力学第一定律，可知总体吸热，也就是气体吸收的热量大于放出的热量，故D正确。
6．【答案】吸热 减小 不变
【解析】由题图可知，气体从状态A到状态B为气体等压增容变化，由气态方程eq \f(pV,T)＝C可知，气体的温度升高，内能变大，气体膨胀对外做功，由热力学第一定律可知气体吸热。从状态B到状态C，气体做降压等容变化，由气态方程eq \f(pV,T)＝C可知，气体的温度降低，气体分子的平均动能减小。从状态C到状态A，其图线延长线经坐标原点，说明压强p与eq \f(1,V)成正比，即pV一定，由气态方程eq \f(pV,T)＝C可知，气体产生等温变化，气体内能不变。
7．【答案】吸热 放热 先升高后降低
【解析】由图示图像可知，过程气体体积不变而压强增大，由理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C可知，气体温度升高，气体内能增大，气体体积不变，外界对气体不做功，由热力学第一定律可知，所以过程，气体始终从外界吸收热量；过程气体压强不变而体积减小，由理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C可知，气体温度降低，气体内能减小，，气体体积减小，外界对气体做功，，由热力学第一定律可知，过程气体始终向外界放出热量；过程气体压强与体积的乘积先增大后减小，由理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C可知，过程气体温度先升高后降低。
气体实验定律与理想气体状态方程
8．【答案】C
【解析】根据理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C得，从A到B状态图像斜率不变，压强不变即，从B到C过程为等容变化，根据，可得，故C正确，ABD错误。
9．【解析】(1)设未加热前缸内气体压强为，对活塞A、B整体根据平衡条件可得

对活塞A单独根据平衡条件可得
解得，。
(2)设弹簧恢复原长时缸内气体的压强为，对活塞B根据平衡条件可得
解得
设此时缸内气体的体积为V2，由理想气体状态方程得
解得。
10．【解析】(1)开始时，左管中气柱的压强
右管中气柱的压强为
当右管中气柱长度变为时，设右管中气柱压强为，气体发生的是等温变化，则
解得
B水银柱左、右管中水银液面高度差为，则左管中A水银柱的长变为
因此倒入的水银柱长为。
(2)倒入水银后，左管中封装气柱的压强为
气体发生等温变化
解得。
11．【解析】(1)由盖一吕萨克定律可知
其中，，，
由题意可知中午饮料管中的空气柱长度为
解得。
(2)由于大气压强不变，外界对饮料管内空气做的功为
解得。
12．【解析】(1)对被封闭的气柱，初始时，，温度为
末态时，
根据理想气体状态方程
解得
最后氧气瓶内的压强为。
(2)设氧气瓶的体积为V，设剩下的气体被压缩到的压强为
温度为状态下的体积为，根据理想气体状态方程则有
解得
因此瓶内氧气质量与原来氧气质量M的比值有。
题 型
考查年份
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