高考真题分项解析专题15 热学.docx

高考真题分项解析专题15 热学.docx

《高考真题分项解析专题15 热学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考真题分项解析专题15 热学.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高考真题分项解析专题15热学

专题十五热学

33、选考3-3

（1）．（2019全国Ⅰ卷33

（1））某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。

初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。

现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。

此时，容器中空气的温度__________（填“高于”“低于”或“等于”）外界温度，容器中空气的密度__________（填“大于”“小于”或“等于”）外界空气的密度。

【答案】低于大于

【解析】由题意可知，容器与活塞绝热性能良好，容器内气体与外界不发生热交换，故

，但活塞移动的过程中，容器内气体压强减小，则容器内气体正在膨胀，体积增大，气体对外界做功，即

，根据热力学第一定律可知：

，故容器内气体内能减小，温度降低，低于外界温度。

最终容器内气体压强和外界气体压强相同，根据理想气体状态方程：

又

，m为容器内气体质量

联立得：

取容器外界质量也为m的一部分气体，由于容器内温度T低于外界温度，故容器内气体密度大于外界。

（2）（2019全国Ⅰ卷33

（2））热等静压设备广泛用于材料加工中。

该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改部其性能。

一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为013m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。

已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106Pa；室温温度为27℃。

氩气可视为理想气体。

（1）求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；

（2）将压入氩气后的炉腔加热到1227℃，求此时炉腔中气体的压强。

【答案】

（1）

（2）

【解析】

（i）设初始时每瓶气体的体积为V0，压强为p0，使用后瓶中剩余气体的压强为p1，

气体温度保持不变发生等温变化，由玻意耳定律得：

p0V0＝p1V1，

被压入炉腔的气体在室温和p1条件下的体积：

V1′＝V1﹣V0，

设10瓶气体压入完成后炉腔中气体压强为p2，体积为V2，

由玻意耳定律得：

p2V2＝10p1V1′，

代入数据解得：

p2＝3.2×107Pa；

（ii）设加热前炉腔的温度为T0，加热后炉腔的温度为T1，气体压强为p3，

气体发生等容变化，由查理定律得：

，

代入数据解得：

p3＝1.6×108Pa；

33、选修3-3

（1）（2019全国Ⅱ卷33

（1））如p-V图所示，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T1、T2、T3。

用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数，则N1______N2，T1______T3，T3，N2______N3。

（填“大于”“小于”或“等于”）

【答案】大于等于大于

【解析】

（1）1、2等体积，2、3等压强

由pV=nRT得：

=

，V1=V2，故

=

，可得：

T1=2T2，即T1>T2，由于分子密度相同，温度高，碰撞次数多，故N1>N2；

由于p1V1=p3V3；故T1=T3；

则T3>T2，又p2=p3，2状态分析密度大，分析运动缓慢，单个分子平均作用力小，3状态分子密度小，分子运动剧烈，单个分子平均作用力大。

故3状态碰撞容器壁分子较少，即N2>N3；

（2）（2019全国Ⅱ卷33

（2））如图，一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成，容器平放在地面上，汽缸内壁光滑。

整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气。

平衡时，氮气的压强和体积分别为p0和V0，氢气的体积为2V0，空气的压强为p。

现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求：

（1）抽气前氢气的压强；

（2）抽气后氢气的压强和体积。

【答案】

（1）

（p0+p）；

（2）

；

【解析】

（1）设抽气前氢气的压强为p10，根据力的平衡条件得

（p10–p）·2S=（p0–p）·S①

得p10=

（p0+p）②

（2）设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1，氢气的压强和体积分别为p2和V2，根据力的平衡条件有p2·S=p1·2S③

由玻意耳定律得p1V1=p10·2V0④

p2V2=p0·V0⑤

由于两活塞用刚性杆连接，故

V1–2V0=2（V0–V2）⑥

联立②③④⑤⑥式解得

⑦

⑧

33

（2）（2019全国Ⅲ卷33

（2））如图，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段高度为2.0cm的水银柱，水银柱下密封了一定量的理想气体，水银柱上表面到管口的距离为2.0cm。

若将细管倒置，水银柱下表面恰好位于管口处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同。

已知大气压强为76cmHg，环境温度为296K。

（1）求细管的长度；

（2）若在倒置前，缓慢加热管内被密封的气体，直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止，求此时密封气体的温度。

【答案】

（1）41cm；

（2）312K

【解析】

（1）设细管的长度为l，横截面的面积为S，水银柱高度为h；初始时，设水银柱上表面到管口的距离为h，被密封气体的体积为V，压强为p；细管倒置时，气体体积为V1，压强为p1。

由玻意耳定律有

pV=p1V1①

由力的平衡条件有

p=p0–ρgh③

式中，p、g分别为水银的密度和重力加速度的大小，p0为大气压强。

由题意有

V=S（L–h1–h）④

V1=S（L–h）⑤

由①②③④⑤式和题给条件得

L=41cm⑥

（2）设气体被加热前后的温度分别为T0和T，由盖–吕萨克定律有

⑦

由④⑤⑥⑦式和题给数据得

T=312K⑧

15．（2019北京15）下列说法正确的是（　　）

A．温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度

B．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和

C．气体压强仅与气体分子的平均动能有关

D．气体膨胀对外做功且温度降低，分子的平均动能可能不变

【答案】A

【解析】温度是分子平均动能的标志，标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度，A正确。

内能是物体中所有分子热运动所具有的动能和势能总和，B错误。

气体压强由温度、体积决定，即与气体分子的平均动能和分子密集程度有关，C错误。

气体膨胀对外做功且温度降低，则分子的平均动能减小，D错误。

13A

（1）．（2019江苏13A

（1））

在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体．

A．分子的无规则运动停息下来B．每个分子的速度大小均相等

C．分子的平均动能保持不变D．分子的密集程度保持不变

【答案】CD

【解析】分子的规则运动则为分子的热运动，由分子动理论可知，分子热运不可能停止，故A错误；密闭容器内的理想气体，温度不变，所以分子平均动能不变，但并不是每个分子的动能都相等，故B错误，C正确；由于没有外界影响且容器密闭，所以分子的密集程度不变，故D正确。

（2）（2019江苏13A

（2））

由于水的表面张力，荷叶上的小水滴总是球形的．在小水滴表面层中，水分子之间的相互作用总体上表现为_____（选填“引力”或“斥力”）．分子势能Ep和分子间距离r的关系图象如图所示，能总体上反映小水滴表面层中水分子Ep的是图中______（选填“A”“B”或“C”）的位置．

【答案】引力C

【解析】由于在小水滴表面层中，水分子间的距离大于

，所以水分子之间的相互作用总体上表现为引力，由于当分子间距离为

时，分子间作用力为0，分子势能最小即图中的B点，由于表面层中分子间距大于

，所以能总体反映小水滴表面层中水分子势能的是C位置。

（3）（2019江苏13A（3））

如图所示，一定质量理想气体经历A→B的等压过程，B→C的绝热过程（气体与外界无热量交换），其中B→C过程中内能减少900J．求A→B→C过程中气体对外界做的总功．

【答案】W=1500J

【解析】由题意可知，

过程为等压膨胀，所以气体对外做功为：

过程：

由热力学第一定律得：

则气体对外界做的总功为：

代入数据解得：

。

1.（2018全国卷I，33

（1））如图,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e。

对此气体,下列说法正确的是（　　）

A.过程①中气体的压强逐渐减小

B.过程②中气体对外界做正功

C.过程④中气体从外界吸收了热量

D.状态c、d的内能相等

E.状态d的压强比状态b的压强小

【答案】BDE

【解析】过程①为等容变化,根据查理定律有

因为温度逐渐增加,则气体的压强逐渐增加,故选项A错误;过程②气体体积增加,则气体对外界做正功,故选项B正确;过程④中为体积不变,则气体对外界不做功,外界对气体也不做功,即W=0,理想气体的温度降低,则内能减少,即ΔU<0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知Q<0,则气体向外界放出了热量,故选项C错误;状态c、d的温度相等,则分子平均动能相等,理想气体没有分子势能,则内能相等,故选项D正确;连接Ob、Od,根据

=C得

Ob斜率大于Od斜率,则状态d的压强比状态b的压强小,故选项E正确。

2.（2018全国卷

，33

（1））对于实际的气体,下列说法正确的是（　　）

A.气体的内能包括气体分子的重力势能

B.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能

C.气体的内能包括气体整体运动的动能

D.气体的体积变化时,其内能可能不变

E.气体的内能包括气体分子热运动的动能

【答案】BDE

【解析】实际气体的内能包括分子之间相互作用的势能和分子热运动的动能,与整体的重力势能和动能均无关。

改变气体内能的方式有做功和热传递。

【易错警示】本题易忽视题中所研究的为实际气体,从而错误地按理想气体模型处理,而导致漏选B。

3.（2018全国卷Ⅲ，33

（1））如图,一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-V图中从a到b的直线所示。

在此过程中（　　）

A.气体温度一直降低

B.气体内能一直增加

C.气体一直对外做功

D.气体一直从外界吸热

E.气体吸收的热量一直全部用于对外做功

【答案】BCD

【解析】一定质量的理想气体从a到b的过程,由理想气体状态方程

可知,Tb>Ta,即气体的温度一直升高,选项A错误;根据理想气体的内能只与温度有关,可知气体的内能一直增加,选项B正确;由于从a到b的过程中气体的体积增大,所以气体一直对外做功,选项C正确;根据热力学第一定律,从a到b的过程中,气体一直从外界吸热,选项D正确;气体吸收的热量一部分增加内能,一部分对外做功,选项E错误。

4.（2018北京，2）关于分子动理论,下列说法正确的是（　　）

A.气体扩散的快慢与温度无关

B.布朗运动是液体分子的无规则运动

C.分子间同时存在着引力和斥力

D.分子间的引力总是随分子间距增大而增大

【答案】C

【解析】扩散的快慢与温度有关,温度越高,扩散越快,故A错误;布朗运动为悬浮在液体中固体小颗粒的运动,不是液体分子的热运动,固体小颗粒运动的无规则性,是液体分子运动的无规则性的间接反映,故B错误;在一定的范围内,分子间斥力与引力同时存在,而分子力是斥力与引力的合力,分子间的引力和斥力都是随分子间距增大而减小;当分子间距小于平衡位置时,表现为斥力,即引力小于斥力,而分子间距大于平衡位置时,表现为引力,即斥力小于引力,但总是同时存在的,故C正确,D错误。

5.（2018江苏，12A

（1））如图所示,一支温度计的玻璃泡外包着纱布,纱布的下端浸在水中。

纱布中的水在蒸发时带走热量,使温度计示数低于周围空气温度。

当空气温度不变,若一段时间后发现该温度计示数减小,则（　　）

A.空气的相对湿度减小

B.空气中水蒸气的压强增大

C.空气中水的饱和汽压减小

D.空气中水的饱和汽压增大

【答案】A

【解析】一段时间后发现该温度计示数减小,说明相对湿度减小,水蒸气的压强减小,选项A正确,B错误;温度不变,空气中水的饱和汽压不变,选项C、D错误。

6.（2018江苏，12A

（2））一定量的氧气贮存在密封容器中,在T1和T2温度下其分子速率分布的情况见表。

则T1　　　　（选填“大于”“小于”或“等于”）T2。

若约10%的氧气从容器中泄漏,泄漏前后容器内温度均为T1,则在泄漏后的容器中,速率处于400~500m/s区间的氧气分子数占总分子数的百分比

　　　　（选填“大于”“小于”或“等于”）18.6%。

各速率区间的分子数占

总分子数的百分比/%

温度T1

温度T2

100以下

0.7

1.4

100～200

5.4

8.1

200～300

11.9

17.0

300～400

17.4

21.4

400～500

18.6

20.4

500～600

16.7

15.1

600～700

12.9

9.2

700～800

7.9

4.5

800～900

4.6

2.0

900以上

3.9

0.9

【答案】大于　等于

【解析】分子平均速率越大,温度越高,根据表格中数据得T1大于T2,由于温度是分子平均动能的标志,温度不变,分子平均动能也不变,各速率区间的分子数占总分子数的百分比就不变。

7.（2018全国卷I，33

（2））如图,容积为V的汽缸由导热材料制成,面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分,汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K。

开始时,K关闭,汽缸内上下两部分气体的压强均为p0。

现将K打开,容器内的液体缓慢地流入汽缸,当流入的液体体积为

时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了

。

不计活塞的质量和体积,外界温度保持不变,重力加速度大小为g。

求流入汽缸内液体的质量。

【答案】:

【解析】设活塞再次平衡后,活塞上方气体的体积为V1,压强为p1;下方气体的体积为V2,压强为p2。

在活塞下移的过程中,活塞上、下方气体的温度均保持不变,由玻意耳定律得

①

②

由已知条件得

③

　④

设活塞上方液体的质量为m,由力的平衡条件得

p2S=p1S+mg　⑤

联立以上各式得

m=　

⑥

8.（2018全国卷

，33

（2））如图,一竖直放置的汽缸上端开口,汽缸壁内有卡口a和b,a、b间距为h,a距缸底的高度为H;活塞只能在a、b间移动,其下方密封有一定质量的理想气体。

已知活塞质量为m,面积为S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均绝热,不计它们之间的摩擦。

开始时活塞处于静止状态,上、下方气体压强均为p0,温度均为T0。

现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体,直至活塞刚好到达b处。

求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。

重力加速度大小为g。

【答案】:

　（p0S+mg）h

【解析】开始时活塞位于a处,加热后,汽缸中的气体先经历等容过程,直至活塞开始运动,设此时汽缸中气体的温度为T1,压强为p1,根据查理定律有

①

根据力的平衡条件有

p1S=p0S+mg②

联立①②式可得T1=

③

此后,汽缸中的气体经历等压过程,直至活塞刚好到达b处,设此时汽缸中气体的温度为T2;活塞位于a处和b处时气体的体积分别为V1和V2。

根据盖—吕萨克定律有

④

式中

V1=SH⑤

V2=S（H+h）⑥

联立③④⑤⑥式解得

⑦

从开始加热到活塞到达b处的过程中,汽缸中的气体对外做的功为

W=（p0S+mg）h⑧

9.（2018全国卷Ⅲ，33

（2））在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,水银柱的两端各封闭有一段空气。

当U形管两端竖直朝上时,左、右两边空气柱的长度分别为l1=18.0cm和l2=12.0cm,左边气体的压强为12.0cmHg。

现将U形管缓慢平放在水平桌面上,没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。

求U形管平放时两边空气柱的长度。

在整个过程中,气体温度不变。

【答案】:

22.5cm　7.5cm

【解析】设U形管两端竖直朝上时,左、右两边气体的压强分别为p1和p2。

U形管水平放置时,两边气体压强相等,设为p,此时原左、右两边气体长度分别变为l1'和l2'。

由力的平衡条件有

p1=p2+ρg（l1-l2）①

式中ρ为水银密度,g为重力加速度。

由玻意耳定律有

p1l1=pl1'②

p2l2=pl2'③

l1'-l1=l2-l2'④

由①②③④式和题给条件得

l1'=22.5cm⑤

l2'=7.5cm⑥

10.（2018江苏，12A（3））如图所示,一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0×105Pa,经历A→B→C→A的过程,整个过程中对外界放出61.4J热量。

求该气体在A→B过程中对外界所做的功。

【答案】138.6J

【解析】整个过程中,外界对气体做功W=WAB+WCA,且WCA=pA（VC-VA）

由热力学第一定律ΔU=Q+W,得WAB=-（Q+WCA）

代入数据得WAB=-138.6J,即气体对外界做的功为138.6J。

13．（2017北京，13）以下关于热运动的说法正确的是

A．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈

B．水凝结成冰后，水分子的热运动停止

C．水的温度越高，水分子的热运动越剧烈

D．水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大

【答案】C

【解析】运动的剧烈程度与温度有关，温度越高，分子运动越剧烈，与机械运动无关，水流速度是机械运动速度，所以A错误，C正确；分子在永不停息地做无规则运动，B错；水温升高，水分子的平均动能增大，平均运动速率增大，但不是每一个水分子都增大，D错误。

【名师点睛】温度是分子平均动能的标志，但单个分子做无规则运动，某单个分子在高温时速率可能较小。

33．［物理——选修3–3］（15分）

（1）（2017全国Ⅰ，33

（1））氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。

下列说法正确的是________。

（填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。

每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．图中两条曲线下面积相等

B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形

C．图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形

D．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目

E．与0℃时相比，100℃时氧气分子速率出现在0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大

【答案】ABC

【解析】温度是分子平均动能的标志，温度升高分子的平均动能增加，不同温度下相同速率的分子所占比例不同，温度越高，速率大的分子所占比例越高，故虚线为0°，实线是100°对应的曲线，曲线下的面积都等于1，故相等，所以ABC正确。

【名师点睛】本题主要抓住温度是分子平均动能的标志，温度升高分子的平均动能增加，不同温度下相同速率的分子所占比例不同的特点。

（2）（2017全国Ⅰ，33

（2））如图，容积均为V的汽缸A、B下端有细管（容积可忽略）连通，阀门K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3，B中有一可自由滑动的活塞（质量、体积均可忽略）。

初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部；关闭K2、K3，通过K1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。

已知室温为27℃，汽缸导热。

（i）打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；

（ii）接着打开K3，求稳定时活塞的位置；

（iii）再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20℃，求此时活塞下方气体的压强。

【答案】（i）v/22p0（ii）顶部（iii）1.6p0

【解析】（i）设打开K2后，稳定时活塞上方气体的压强为p1，体积为V1。

依题意，被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。

由玻意耳定律得

①

②

联立①②式得

③

④

（ii）打开K3后，由④式知，活塞必定上升。

设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2（

）时，活塞下气体压强为p2由玻意耳定律得

⑤

由⑤式得

⑥

由⑥式知，打开K3后活塞上升直到B的顶部为止；此时p2为

（iii）设加热后活塞下方气体的压强为p3，气体温度从T1=300K升高到T2=320K的等容过程中，由查理定律得

⑦

将有关数据代入⑦式得

p3=1.6p0⑧

【名师点睛】本题重点考查理想气体的状态方程，在分析的时候注意，气缸导热，即第一个过程为等温变化，看题的时候注意关键字眼。

33．［物理——选修3–3］（15分）

（2017新课标Ⅱ33

（1））

（1）（5分）如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。

现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。

待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。

假设整个系统不漏气。

下列说法正确的是________（选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分）。

A．气体自发扩散前后内能相同

B．气体在被压缩的过程中内能增大

C．在自发扩散过程中，气体对外界做功

D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功

E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

【答案】ABD

【解析】气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为气缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，选项A正确，C错误；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因气缸绝热，则气体内能增大，选项BD正确；气体在被压缩的过程中，因气体内能增加，则温度升高，气体分子的平均动能增加，选项E错误；故选ABD.

【名师点睛】此题考查学生对热力学第一定律的理解和运用能力；要知道气体在向真空膨胀时不对外做功；绝热状态时Q=0；理想气体的内能只与温度有关.

（2017新课标Ⅱ33

（2））

（2）（10分）一热气球体积为V，内部充有温度为Ta的热空气，气球外冷空气的温度为Tb。

已知空气在1个大气压、温度为T0时的密度为ρ0，该气球内、外的气压始终都为1个大气压，重力加速度大小为g。

（i）求该热气球所受浮力的大小；

（ii）求该热气球内空气所受的重力；

（iii）设充气前热气球的质量为m0，求充气后它还能托起的最大质量。

【答案】（i）

（ii）

（iii）Vρ0T0

－m0

【解析】（i）设1个大气压下质量为m的空气在温度T0时的体积为V0，密度为

①

温度为T时的体积为VT，密度为：

②

由盖吕萨克定律可得：

③

联立①②③解得：

④

气球所受的浮力为：

⑤

联立④⑤解得：

⑥

（ⅱ）气球内热空气所受的重力：

⑦

联立④⑦解得：

⑧

（ⅲ）设该气球还能托起的最大质量为m，由力的平衡条件可知：

mg=f-G-m0g⑨

联立⑥⑧⑨可得：

m＝Vρ0T0

－m0　⑩

33．［物理——选修3–3］（15分）

（2017新课标Ⅲ33

（1））

（1）（5分）如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a。

下列说法正确的是_______（填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。

每选错1个扣3分，最低得分为0分）。

A．在过程ab中气体的内能增加B．在过程ca中外界对气体做功

C．在过程ab中气体对外界做功D．在过程b