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高三物理真题精选分类汇编专题-热力学综合(原卷版)

发布时间:2021-04-07 10:06:26 浏览数:

专题15 、选修3-3、热力学综合 (2010-2019) 题型一、分子动理论和气体压强 1 题型二、油膜法测分子直径 5 题型三、理想气体状态方程与热力学第一定律 6 题型四、液柱模型 12 题型五、气缸模型 18 题型一、分子动理论和气体压强 1.(2019全国1)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,分子平均动能可能不变 2.(2018北京)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 3.(2018全国2)对于实际的气体,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。没选错1个扣3分,最低得分为0分) 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 4.的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是________。

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0~400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大 5.(2015全国2)关于扩散现象,下列说法正确的是 (填正确答案标号,选对1个给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0分) A.温度越高,扩散进行得越快 B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应 C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生 E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 6.(2015山东)墨滴入水,扩而散之,徐徐混匀。关于该现象的分析正确的是_____。(双选,填正确答案标号) a.混合均匀主要是由于碳粒受重力作用 b.混合均匀的过程中,水分子和碳粒都做无规则运动 c.使用碳粒更小的墨汁,混合均匀的过程进行得更迅速 d.墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的 7.(2015广东)为某实验器材的结构示意图,金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气,内筒中有水,在水加热升温的过程中,被封闭的空气( ) A.内能增大 B.压强增大 C.分子间引力和斥力都减小 D.所有分子运动速率都增大 8.(2011四川)气体能够充满密闭容器,说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外 A.气体分子可以做布朗运动 B.气体分子的动能都一样大 C.相互作用力十分微弱,气体分子可以自由运动 D.相互作用力十分微弱,气体分子间的距离都一样大 9.(2011山东)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有关 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 题型二、油膜法测分子直径 10.(2019全国3)用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是________________________________________________________________。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以________________________________________________________________________________。为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是___________________________________。

11.(2015海南)已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R,空气平均摩尔质量为M,阿伏伽德罗常数为,地面大气压强为,重力加速度大小为g。由此可以估算得,地球大气层空气分子总数为 ,空气分子之间的平均距离为 。

题型三、理想气体状态方程与热力学第一定律 12.(2019全国2)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”) 13.(2019全国1)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013 m3,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3.2×10-2 m3,使用前瓶中气体压强为1.5×107 Pa,使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106 Pa;
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1 227 ℃,求此时炉腔中气体的压强。

14.(2018全国3)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 15.(2017·全国3)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________。

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bc中气体从外界吸收热量 E.在过程ca中气体从外界吸收热量 16.(2016·全国1)一定量的理想气体从状态a开始,经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态,其p ­T图象如图所示,其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是________。(填正确答案标号) A.气体在a、c两状态的体积相等 B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功 17.(2016·全国2)关于热力学定律,下列说法正确的是________。

A.气体吸热后温度一定升高 B.对气体做功可以改变其内能 C.理想气体等压膨胀过程一定放热 D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡 18.(2015重庆)某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的,且车胎体积增大.若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体,那么( ) A.外界对胎内气体做功,气体内能减小 B.外界对胎内气体做功,气体内能增大 C.胎内气体对外界做功,内能减小 D.胎内气体对外界做功,内能增大 19.(2015重庆)北方某地的冬天室外气温很低,吹出的肥皂泡会很快冻结.若刚吹出时肥皂泡内气体温度为,压强为,肥皂泡冻结后泡内气体温度降为.整个过程中泡内气体视为理想气体,不计体积和质量变化,大气压强为.求冻结后肥皂膜内外气体的压强差. 20.(2015山东)扣在水平桌面上的热杯盖有时会发生被顶起的现象;
如图,截面积为S的热杯盖扣在水平桌面上,开始时内部封闭气体的温度为300K,压强为大气压强P0。当封闭气体温度上升至303K时,杯盖恰好被整体顶起,放出少许气体后又落回桌面,其内部压强立即减为P0,温度仍为303K。再经过一段时间,内部气体温度恢复到300K。整个过程中封闭气体均可视为理想气体。求:
(ⅰ)当温度上升到303K且尚未放气时,封闭气体的压强;

(ⅱ)当温度恢复到300K时,竖直向上提起杯盖所需的最小力。

21.(2015北京)下列说法正确的是( ) A.物体放出热量,其内能一定减小 B.物体对外做功,其内能一定减小 C.物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能增加 D.物体放出热量,同时对外做功,其内能可能不变 22.(2013江苏)如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。

其中,和为等温过程,和为绝热过程(气体与外界无热量交换)。

这就是著名的“卡诺循环”。

(1)该循环过程中,下列说法正确的是______。

(A)过程中,外界对气体做功 (B) 过程中,气体分子的平均动能增大 (C) 过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 (D) 过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化 (2)该循环过程中,内能减小的过程是_______ (选填“”、“”、“”或“”)。

若气体在过程中吸收63kJ 的热量,在过程中放出38kJ 的热量,则气体完成一次循环对外做的功为_______ kJ。

(3)若该循环过程中的气体为1mol,气体在A状态时的体积为10L,在B状态时压强为A状态时的。

求气体在B状态时单位体积内的分子数。

(已知阿伏加德罗常数,计算结果保留一位有效数字) 题型四、液柱模型 (2016·全国3)一U形玻璃管竖直放置,左端开口,右端封闭,左端上部有一光滑的轻活塞。初始时,管内汞柱及空气柱长度如图所示。用力向下缓慢推活塞,直至管内两边汞柱高度相等时为止。求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离。已知玻璃管的横截面积处处相同;
在活塞向下移动的过程中,没有发生气体泄漏;
大气压强p0=75.0 cmHg。环境温度不变。

(2019全国3)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2.0 cm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2.0 cm。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76 cmHg,环境温度为296 K。

(i)求细管的长度;

(i)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。

23.(2018全国3)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一股水银柱,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=18.0 cm和l2=12.0 cm,左边气体的压强为12.0 cmHg。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。

24.(2018全国1)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。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。

K 25.(2014全国)粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置,右端与大气相通,左端封闭气柱长(可视为理想气体),两管中水银面等高。现将右端与一低压舱(未画出)接通,稳定后右管水银面高出左管水银面。(环境温度不变,大气压强) ①求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)。

②此过程中左管内的气体对外界______________(填“做正功”“做负功”或“不做功”),气体将_____________________(填“吸热”或 “放热”)。

26.(2011全国)如图,一上端开口,下端封闭的细长玻璃管,下部有长l1=66cm的 水银柱,中间封有长l2=6.6cm的空气柱,上部有长l3=44cm的水银柱,此时水银面恰好与管口平齐。已知大气压强为Po=76cmHg。如果使玻璃管绕低端在竖直平面内缓慢地转动一周,求在开口向下和转回到原来位置时管中空气柱的长度。封入的气体可视为理想气体,在转动过程中没有发生漏气。

27.(2011山东)气体温度计结构如图所示。玻璃测温泡A内充有理想气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连。开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14cm。后将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出O点h2=44cm。(已知外界大气压为1个标准大气压,1标准大气压相当于76cmHg) ①求恒温槽的温度。

②此过程A内气体内能 (填“增大”或“减小”),气体不对外做功,气体将 (填“吸热”或“放热”)。

题型五、气缸模型 28.(2019全国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。

29.(2019全国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。

30.(2018全国2)如图,一竖直放置的气缸上端开口,气缸壁内有卡口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,不计他们之间的摩擦。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气缸中的气体,直至活塞刚好到达b处。求此时气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。

31.(2017·全国卷2)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________。

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 32.(2015全国1)如图,一固定的竖直气缸有一大一小两个同轴圆筒组成,两圆筒中各有一个活塞,已知大活塞的质量为m1=2.50kg,横截面积为s1=80.0cm2,小活塞的质量为m2=1.50kg,横截面积为s2=40.0cm2;
两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l=40.0cm,气缸外大气压强为p=1.00×105Pa,温度为T=303K。初始时大活塞与大圆筒底部相距,两活塞间封闭气体的温度为T1=495K,现气缸内气体温度缓慢下降,活塞缓慢下移,忽略两活塞与气缸壁之间的摩擦,重力加速度g取10m/s2,求 (i)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,缸内封闭气体的温度 (ii)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强 33.(2015海南)如图,一底面积为S、内壁光滑的圆柱形容器竖直放置在水平地面上,开口向上,内有两个质量均为m的相同活塞A和B ;
在A与B之间、B与容器底面之间分别封有一定量的同样的理想气体,平衡时体积均为V。已知容器内气体温度始终不变,重力加速度大小为g,外界大气压强为。现假设活塞B发生缓慢漏气,致使B最终与容器底面接触。求活塞A移动的距离。

34.(2013山东)我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超七千米,再创载人深潜新纪录。在某次深潜实验中,“蛟龙”号探测到990m深处的海水温度为280K。某同学利用该数据来研究气体状态随海水温度的变化,如图所示,导热性良好的气缸内封闭一定质量的气体,不计活塞的质量和摩擦,气缸所处海平面的温度To=300K,压强P0=1 atm,封闭气体的体积Vo=3m2。如果将该气缸下潜至990m深处,此过程中封闭气体可视为理想气体。

①求990m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10m深的海水产生的压强)。

②下潜过程中封闭气体___________(填“吸热”或“放热”),传递的热量__________(填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功。

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