高考_专题十四 热学（资料包word版）

专题十四　热学

1.物理生活 (2022河南焦作市县级中学期末联考)(多选)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,夏天的绝对湿度较大

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7.8×106 Pa,通过计算可判断出钢瓶漏气

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

E.一辆空载的卡车停于水平地面,在缓慢装沙过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间势能,则胎内气体向外界放热

答案　ACE　夏天和冬天相比,夏天的气温较高,水的饱和汽压较大,相对湿度等于绝对湿度与水的饱和汽压之比,因此在相对湿度相同的情况下,夏天的绝对湿度较大,选项A正确;根据=C可知,当火罐内的气体体积不变时,温度降低,压强减小,选项B错误;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7.8×106 Pa,若不漏气,则气体做等容变化,由=得p2==8.1×106 Pa,由于p2>7.8×106 Pa,所以钢瓶在搬运过程中漏气,选项C正确;有害气体排入大气后不能自发地分离,故D错误;胎内气体温度不变,则内能不变,在缓慢装沙过程中,外界对气体做功,故气体应向外界放热,故E正确。

2.(2022山东青岛一模,2)下列关于热学中的一些说法正确的是(　　)

A.茶叶蛋变色是布朗运动产生的结果

B.第二类永动机违反了热力学第一定律

C.温度是分子平均动能的标志,两个动能不同的分子相比,动能大的温度高

D.一定质量理想气体对外做100 J的功,同时从外界吸收70 J的热量,则它的内能减小了30 J

答案　D　茶叶蛋变色是扩散现象的结果,A错误;第二类永动机违反了热力学第二定律,B错误;温度是分子热运动的平均动能的标志,是统计规律,适用于大量分子,对单个分子不成立,C错误;一定质量理想气体对外做100 J的功,同时从外界吸收70 J的热量,根据热力学第一定律可得ΔU=W+Q=-100 J+70 J=-30 J,可知气体的内能减小了30 J,D正确。

3.(2022山东菏泽一模,6)一个充气气球用绳子拴着一块石头正在湖水中缓慢下沉,越往下水温越低,气球导热良好,则气球内气体(　　)

A.内能增加

B.对外界做正功

C.减少的内能小于放出的热量

D.减少的内能大于放出的热量

答案　C　充气气球用绳子拴着一块石头正在湖水中缓慢下沉,越往下水温越低,内能降低,A错误;气球体积减小,气体对外界做负功,B错误;气球下降时,气球内气体内能减小,外界对气体做正功,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,知放出的热量大于减小的内能,C正确,D错误。

4.(2022南开一模,6)(多选)下列说法中错误的是(　　)

A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,这反映了液体分子运动的无规则性

B.分子间的相互作用力随着分子间距离的增大,一定先减小后增大

C.分子势能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大

D.内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和

答案　BD　显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动是布朗运动,布朗运动虽然是悬浮在液体中的颗粒的无规则运动,但反映了液体分子运动的无规则性,A正确;分子间的作用力与分子间距离的变化关系如图1所示,B错误;分子势能随着分子间距离变化的关系如图2所示,C正确;内能是分子动能和分子势能的总和,D错误。

5.(2020南开中学月考,3)民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,方法是将点燃的纸片放入一个小罐内,当纸片燃烧完时,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(忽略皮肤的形变)。其原因是,当火罐内的气体(　　)

A.温度不变时,体积减小,压强增大  B.体积不变时,温度降低,压强减小

C.压强不变时,温度降低,体积减小  D.质量不变时,压强增大,体积减小

答案　B　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。

6.物理生活 (2022和平二模,6)(多选)小明在和父母西藏自驾游的时候发现,由于大气压强随海拔的升高而减小,密封包装的小零食会出现“胀袋”的现象。他用学过的物理知识对此现象进行分析,首先将零食密封袋中气体视为理想气体,考虑到在行车过程中一直使用暖风取暖,可近似认为汽车内温度不变,汽车从平原行驶到高原,下列判断正确的是(　　)

A.外界对密封袋中气体做功  B.密封袋中气体从外界吸热

C.密封袋中气体压强减小   D.密封袋中气体内能减小

答案　BC　密封包装的小零食出现“胀袋”的现象说明零食密封袋中气体体积增大,密封袋中气体对外做功,A错误;由于可近似认为汽车内温度不变,汽车从平原行驶到高原,有p1V1=p2V2,密封包装的小零食出现“胀袋”,则零食密封袋中气体体积增大,密封袋中气体压强减小,C正确;由于可近似认为汽车内温度不变,则密封袋中气体内能不变,分析选项A可知密封袋中气体对外做功W<0,结合热力学第一定律ΔU=Q+W,可知密封袋中气体从外界吸热,B正确,D错误。

7.物理生活 (2022南开二模,2)自热米饭因其便于加热和携带越来越受到“驴友”的欢迎。自热米饭盒内有一个发热包,遇水发生化学反应而产生大量热量,不需要明火,温度可超过100 ℃,盖上盒盖便能在10~15分钟内迅速加热食品。自热米饭的盖子上有一个透气孔,如果透气孔堵塞,容易造成小型爆炸。下列说法正确的是(　　)

A.自热米饭盒爆炸,是盒内气体温度升高,气体分子间斥力急剧增大的结果

B.在自热米饭盒爆炸的瞬间,盒内气体内能增加

C.在自热米饭盒爆炸的瞬间,盒内气体温度降低

D.自热米饭盒爆炸前,盒内气体温度升高,标志着每一个气体分子速率都增大了

答案　C　自热米饭盒爆炸前,盒内气体温度升高,由分子动理论知,体积不变,气体分子间分子力(引力)可忽略不计,分子间相互作用力不变,选项A错误;突然爆裂的瞬间气体对外界做功,因为来不及与外界进行热交换,所以既不吸热也不放热,根据热力学第一定律,其内能减少,温度也会有所下降,选项B错误,C正确;自热米饭盒爆炸前,盒内气体温度升高,分子平均动能增加,但并不是每一个气体分子速率都增大,故D选项错误。

8.(2022北京东城一模,5)新冠肺炎疫情期间,某班级用于消毒的喷壶示意图如图所示。闭合阀门K,向下摁压杆A可向瓶内储气室充气,多次充气后按下按柄B,打开阀门K,消毒液会自动经导管从喷嘴处喷出。在室温下,储气室内气体视为理想气体,喷壶由绝热材料制造,下列说法正确的是(　　)

A.充气过程中,储气室内每个气体分子的动能都增大

B.充气过程中,储气室内气体分子热运动的平均动能不变

C.喷液过程中,储气室内气体的压强增加

D.喷液过程中,储气室内气体分子热运动的剧烈程度降低

答案　D　充气过程中,外界对气体做功,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体内能增大,由于是理想气体,故平均动能增加,但不是每个分子动能都增大,A错;喷液过程中,气体对外做功,ΔU<0,内能减小,平均动能减小,故分子运动的剧烈程度降低,B错,D对;由=C可知,体积V不变,温度T减小,压强p也减小,C错。

9.(2022北京丰台一模,5)一定质量的理想气体从状态a开始,经历ab、bc、ca三个过程回到原状态。其V-T图像如图所示,下列说法正确的是(　　)

A.ab过程中外界对气体做功

B.ca过程中气体从外界吸热

C.处于状态c的气体压强最大

D.处于状态a的气体分子的平均动能最大

答案　C　ab过程,V增大,气体对外做功,所以A错。ca过程,V不变,气体不对外界做功,但温度降低,气体内能减小,根据ΔE=W+Q,气体向外界放热,B错。根据等于常量,ab状态压强不变,bc过程压强增大,ca过程压强减小,所以处于状态c的气体压强最大,C对。气体分子的平均动能由温度决定,所以处于状态a的气体分子平均动能最小,D错。

10.(2022北京一模,3)陆游在诗作《村居山喜》中写到“花气袭人知骤暖,鹊声穿树喜新晴”。从物理视角分析诗词中“花气袭人”的主要原因是(　　)

A.气体分子之间存在着空隙

B.气体分子在永不停息地做无规则运动

C.气体分子之间存在着相互作用力

D.气体分子组成的系统具有分子势能

答案　B　“花气袭人”的主要原因是气体分子在永不停息地做无规则运动,故B正确,A、C、D错误。

11.(2022北京朝阳一模,1)一封闭容器中装有一定质量的理想气体,容器壁与外界没有热量交换,当气体被压缩时,下列说法正确的是(　　)

A.气体压强增大　　　　B.气体对外界做功

C.气体内能不变　　　　D.气体温度不变

答案　A　当气体被压缩时,外界对气体做功,B项错误;因容器与外界没有热量交换,则Q=0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知ΔU>0,即气体内能增加,温度升高,C、D项错误;根据=C可知V减小,T变大,则压强p变大,A项正确。

12.物理生活 (2022浙江杭高月考,9)2021年12月9日,在“天宫课堂”中王亚平往水球中注入一个气泡,如图所示,气泡静止在水中,此时(　　)

A.气泡受到浮力

B.水与气泡界面处,水分子间作用力表现为引力

C.水球呈扁球状

D.气泡内分子热运动停止

答案　B　“天宫课堂”中水球、气泡在失重状态下,气泡不会受到浮力,选项A错误;水与气泡界面处,水分子较为稀疏,水分子间作用力表现为引力,选项B正确;在失重状态下,水球呈球状而不是扁球状,选项C错误;气泡内分子一直在做无规则的热运动,选项D错误。

13.物理生活 (2022浙江效实中学月考,8)肺活量检测是中学生体质检测的一项重要内容。肺活量指一次尽力吸气后,再尽力呼出的气体量。在某次体质检测中发现某男同学肺活量为3 500毫升,在呼出的气体中水蒸气大约占总体积的6%。已知此时水蒸气的密度ρ=0.6 kg/m3,水蒸气摩尔质量M=18 g/mol,阿伏加德罗常数NA=6×1023 mol-1。关于该生这次呼出气体说法正确的是(　　)

A.水蒸气的体积为2.1×10-3 m3

B.含有的水分子的物质的量为0.07 mol

C.含有的水分子的数量为4.2×1021个

D.含有的水蒸气的质量为1.26×10-2 g

答案　C　由题意可知一次呼出的水蒸气的体积为V=3 500×10-6×6% m3=2.1×10-4 m3,故A错误;一次呼出的水蒸气的质量为m=ρV=0.6×2.1×10-4 kg=1.26×10-4 kg=0.126 g,含有的水分子的物质的量n== mol=0.007 mol,故B、D错误;含有的水分子的数量为N=nNA=0.007×6×1023个=4.2×1021个,故C正确。

14.自然现象 (2022江苏南京六校联考,2)石墨烯是从石墨中分离出的新材料,其中碳原子紧密结合成单层六边形晶格结构,如图所示,则(　　)

A.石墨是非晶体

B.石墨研磨成的细粉末就是石墨烯

C.单层石墨烯的厚度约3 μm

D.碳原子在六边形顶点附近不停地振动

答案　D　石墨是晶体,故A错误;石墨烯是石墨中分离出来的新材料,故B错误;单层石墨烯厚度约为原子尺寸10-10m,故C错误;根据分子动理论可知,碳原子应在平衡位置附近不停地振动,故D正确。

15.自然现象 [2022广东新高考联合测评,15(1)]如图所示,水黾是春夏季常见的小昆虫,它们可以停留在水面上,甚至在水面上蹦跳追逐也不会沉入水中,这主要是由于水面存在　　　　(选填“浮力”或“表面张力”),这种力的形成是因为水的表面层里,分子比较稀疏,分子间的距离大于水内部的分子距离,分子间的作用表现为相互　　　　(选填“吸引”或“排斥”)。 

答案　表面张力　吸引

解析　水的表面张力使水面绷紧,水黾在水面上受到支持力而不下沉;水的表面层内分子距离大于分子之间的平衡距离r0,分子之间相互吸引。

16.物理科技 [2022广东佛山二模,15(1)]骑行一族在野外可用以下简单的方法快速制取少量的冰块。如图所示,把自行车应急充气用的钢制二氧化碳气瓶放到装有少量水的杯子中,打开气阀,瓶内高压气体持续放气一段时间后,杯中的水便结成了冰。在此过程中,二氧化碳气体对外界做　　　　(选填“正”“负”)功,根据热力学第一定律,二氧化碳气体的分子平均动能　　　(选填“增大”或“减小”),故温度降低。 

答案　正　减小

解析　由题意知,放气过程,二氧化碳气体体积增大,则二氧化碳气体对外界做正功,二氧化碳气体吸收的热量小于对外所做的功,二氧化碳气体的内能减小,则二氧化碳气体分子的平均动能减小,故温度降低。

17.(2022湖南百师联盟开年摸底,15)用打气筒给篮球打气,设每推一次活塞都将一个大气压的一整筒空气压入篮球。不考虑打气过程中的温度变化,忽略篮球容积的变化,则后一次与前一次推活塞过程比较,篮球内气体压强的增加量　　　　 (选填“增大”“相等”或“减小”),压入的气体分子数　　　　 (选填“增大”“相等”或“减小”)。 

答案　相等　相等

解析　设篮球的容积为V0,打气筒的容积为V,打第n次气后篮球内气体的压强为pn,打第n+1次气后气体压强为pn+1,根据玻意耳定律,有pnV0+p0V=pn+1V0,可知pn+1-pn=是定值,即压强增加量相等。每次压入的气体均为同温度、同压强、同体积,由理想气体状态方程知每次压入气体的物质的量相同,可知压入的气体分子数相等。

18.(2022湖南六市县3月联考,16)夏天游乐场经常见到如图甲所示的儿童玩具水枪,用手握住压力手柄,前后抽动,给储水瓶打气加压。打气加压完成后压力手柄位置不动,扣动扳机,水从枪口立即射出。其原理如图乙所示,储水瓶总容积为V0,一开始灌入体积为0.8V0的水,瓶内空气压强与外界大气压强p0相等。已知打气筒每次把压强为p0、体积为0.02V0的空气压入瓶中,所有过程瓶中的气体温度保持不变,不考虑水的重力影响,求:

(1)通过打气使储水瓶内气体压强为1.4p0时,扣动扳机让水连续射出,待水不流出时(即储水瓶内气体压强与外界大气压强相等),储水瓶剩余水的体积;

(2)保持(1)问中剩余水量不变,若要使储水瓶内气体压强超过1.4p0,至少需要打气的次数。

甲

乙

答案　(1)0.72V0　(2)6次

解析　 (1)以封闭气体为研究对象,已知p1=1.4p0,V1=0.2V0,p2=p0,由玻意耳定律知,p1V1=p2V2,剩余水的体积ΔV=V0-V2,得ΔV=0.72V0。

(2)设打气次数为n,打入的气体和瓶中的气体总体积为V3,则V3=n·0.02V0+0.28V0,选打入的气体和瓶中的原有气体为研究对象,已知p3=p0,p4=1.4p0,V4=0.28V0,由玻意耳定律,p3V3=p4V4,得n=5.6,即至少打6次。

19.物理科技 [2022广东肇庆一模,15(2)]负压救护车在转运传染病人过程中发挥了巨大作用,所谓负压,就是利用技术手段,使负压舱内气压低于外界大气压,所以空气只能由舱外流向舱内,而且负压还能将舱内的空气进行无害化处理后排出。某负压救护车负压舱没有启动时,设舱内的大气压强为p0、温度为T0、体积为V0,启动负压舱后,要求负压舱外和舱内的压强差为 。

①若不启动负压舱,舱内气体与外界没有循环交换,负压舱内温度升高到T0时,求舱内气体压强是多少。

②若启动负压舱,舱内温度保持T0不变,达到要求的负压值,求需要抽出压强为p0状态下多少体积的气体。

答案　①p0　②

解析　①由于舱内气体与外界没有循环交换,设负压舱内温度升高后压强为p1,由查理定律可得 =

解得p1=p0

②启动负压舱,设舱内气体体积变为V0+ΔV,压强为p2,由负压舱特点可得p2=p0-

由玻意耳定律可得

p0V0=p2(V0+ΔV)

设抽出气体在压强p0状态下的体积为V1,由玻意耳定律可得p2ΔV=p0V1

解得V1=

思路点拨　①舱内气体做等容变化,根据查理定律求得舱内气体压强;

②舱内的气体做等温变化,根据玻意耳定律求得达到负压时舱内气体的体积,再把抽出的气体作为研究对象,根据玻意耳定律即可求得。

20.物理生活 (2022江苏苏州调研,13)很多轿车中设有安全气囊以保障驾乘人员的安全。轿车在发生一定强度的碰撞时,利用三氮化钠(NaN3)产生气体(假设都是N2)充入导温效果良好的气囊。若氮气充入前后安全气囊的容积分别为V1=10 L、V2=70 L。已知大气压强p0=1.0×105 Pa,气囊中氮气密度ρ=2.5 kg/m3,一个氮气分子的质量约为4.65×10-23g,氮气摩尔质量M=0.028 kg/mol,阿伏加德罗常数NA≈6×1023 mol-1 ,在标准大气压下,氮气的摩尔体积为22.4 L/mol。求氮气充入后:

(1)该气囊中氮气分子的总个数N;

(2)该气囊中氮气分子间的平均距离;

(3)安全气囊的压强。(结果均保留一位有效数字)

答案　(1)4×1024　(2)3×10-9 m　(3)2×105 Pa

解析　(1)设氮气分子物质的量为n,则n=

该气囊中氮气分子的总个数

N=nNA=NA=×6×1023≈4×1024

(2)每个分子所占的空间V0=

设分子间的平均距离为d,每个氮气分子占有的空间可以看成是棱长为d的立方体,则有V0=d3

该气囊中氮气分子间的平均距离

d=≈3×10-9m

(3) 在标准大气压下,采用收集法,充入前“气囊”中氮气的体积V1'=n×22.4 L=×22.4 L=140 L

根据玻意耳定律有p1V1'=p2V2

其中p1= p0=1.0×105 Pa,V1'=140 L,V2=70 L,代入数据解得氮气充入后安全气囊的压强为p2=2×105 Pa

21.物理生活 (2022陕西西安西工大附中第七次适应练)如图所示,喷洒农药用的某种喷雾器,其药液桶的总容积为14 L,装入药液后,封闭在药液上方的空气体积为2 L,气压为1 atm。打气筒活塞每次可以打进气压为1 atm、体积为0.2 L的空气。不考虑环境温度的变化和药液的压强。

①要使药液上方的气体压强增大到5 atm,应打气多少次?

②如果药液上方的气体压强达到5 atm时停止打气,并开始向外喷药,那么当喷雾器不能再向外喷药时,桶内剩下的药液还有多少升?

答案　①40次　②4 L

解析　①设应打气n次,则有

p1=1 atm,V1=0.2n L+2 L,p2=5 atm,V2=2 L

根据玻意耳定律得p1V1=p2V2

代入数据解得n=40

②p3=2 L,V3=5 atm,p4=1 atm

根据p3V3=p4V4可得V4==10 L

剩下的药液V=14 L-10 L=4 L