1、热学综合检测(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题共12小题,每题4分,共48分.在每小题给出的选项中,第17题只有一个选项正确,第812有多项正确,全部选对得4分,选对但不全得2分,有选错或不选的得0分)1.一定质量的理想气体,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(C)A.气体分子的平均速率变大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
2、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.2.关于热力学第二定律,下列表述中正确的是(C)A.不可能使热量从低温物体传递到高温物体B.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功C.第二类永动机是不可能制成的D.热力学第二定律是热力学第一定律的推论解析:如果有外界的帮助,可以使热量从低温物体传递到高温物体,也可以把热量全部用来做功,故A,B项均错误.热力学第一定律说明在任何过程中能量必须守恒,热力学第二定律却说明并非能量守恒的过程均能实现.热力学第二定律是反映自然界自发过程进行的方向和条件的一个规律,它指出自然界中出现的自发过程是有方向性的,某些方向的自发过程可以实现,
3、而另一些方向的自发过程则不能实现,在热力学中,第二定律和第一定律相辅相成,缺一不可,故D项错误,C项正确.3.关于热力学定律,下列说法正确的是(C)A.气体吸热后温度一定升高B.一定量的某种理想气体在等温膨胀过程中,内能一定减少C.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加D.热量可以从低温物体传到高温物体,而不引起其他变化解析:气体吸热的同时,如果对外做功,则气体的温度有可能降低,A错误;一定量的某种理想气体在等温膨胀过程中,内能不变,B错误;一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,由理想气体状态方程可知,温度一定升高,则内能一定增加,C正确;热量可以从低温物体传到高温物体,但需要消耗
4、外界的能量,会引起其他变化,D错误.4.如图所示,a,b,c,d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态,图中ad平行于横坐标轴,cd平行于纵坐标轴,ab的延长线过原点,以下说法不正确的是(A)A.从状态d到c,气体不吸热也不放热B.从状态c到b,气体放热C.从状态a到d,气体对外界做功D.从状态b到a,气体吸热解析:读取pT图象信息,从状态d到c,气体等温变化,内能不变,体积变大,气体对外界做功,由热力学第一定律知气体要吸热,故A错误;从状态c到b,气体体积变小,外界对气体做功,又内能减小,则气体放热,故B正确;从状态a到d,气体等压变化,温度升高,体积变大,气体对外界做功,故C正确;
5、从状态b到a,气体等容变化,温度升高,内能变大,气体吸热,故D正确.5.如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示.F0为斥力,F0为引力.A,B,C,D为x轴上四个特定的位置,现把乙分子从A处由静止释放,选项中四个图分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系,其中大致正确的是(B)解析:乙分子的运动方向始终不变,故A项错误;加速度与力的大小成正比,方向与力相同,在C点,乙的分子加速度等于0,故B项正确;乙分子从A处由静止释放,分子力先是引力后是斥力,分子力先做正功,后做负功,则分子势能先减小后增大,在C点,分
6、子势能最小.从C图中可知,在A点静止释放乙分子时,分子势能为负,动能为0,乙分子的总能量为负,在以后的运动过程中乙分子的总能量不可能为正,而动能不可能小于0,则分子势能不可能大于0,所以C图中不可能出现横轴上方那一部分,故C项错误;分子动能不可能为负值,故D项错误.6.如图所示,一根上细下粗、粗端与细端都粗细均匀的玻璃管上端开口、下端封闭,上端足够长,下端(粗端)中间有一段水银封闭了一定质量的理想气体.现对气体缓慢加热,气体温度不断升高,水银柱上升,则被封闭气体体积和热力学温度的关系最接近图中的(A)解析:根据=C(常数)得V=T,则VT图线的斜率为.在水银柱升入细管前,封闭气体先做等压变化,
7、图线的斜率不变,图线为直线;水银柱部分进入细管后,气体压强增大,图线的斜率减小;当水银柱全部进入细管后,气体的压强又保持不变,VT图线又为直线,只是斜率比原来的小,选项A正确.7.某固体物质的摩尔质量为M,密度为,阿伏伽德罗常数为NA,则每个分子的质量和体积V内所含的分子数以及分子直径分别是(D)A.,B.,C.,D.,解析:阿伏伽德罗常数=,故每个分子的质量是;摩尔质量=密度摩尔体积,故摩尔体积为VM=,每个分子的体积V0=;体积V内所含的分子数n=,分子的体积V0=R3=,所以分子的直径D=,故A,B,C选项错误,D项正确.8.下列说法正确的是(BC)A.扩散现象是化学反应的结果B.分子势
8、能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大C.物体的内能与物体的温度和体积有关D.气体的压强与分子的体积、大小有关解析:扩散现象是分子热运动的结果,与化学反应无关,A错误;当rr0时,分子力表现为引力,分子势能随着分子间距离的增大而增大,B正确;物体的分子动能与温度有关,分子势能与体积有关,则物体的内能与物体的温度和体积有关,C正确;气体的压强与分子运动所占据的空间的体积有关,与分子大小无关,D错误.9.下列说法正确的是(ACD)A.在油膜法估测分子大小的实验中,如果有油酸未完全散开会使测量结果偏大B.某气体的密度为,每个气体分子的质量为m,则每个气体分子的体积为C.在轮胎爆裂的短暂过程中,胎内
9、气体膨胀,温度下降D.一定质量的理想气体在体积不变时,分子每秒碰撞器壁的平均次数随着温度降低而减少解析:油酸未完全散开,S偏小,依据d=,则测量结果偏大,故A正确;气体的分子之间的距离比较大,使用公式V=求出的结果是每一个分子所占的空间的大小,不是分子的体积,故B错误;在轮胎爆裂这一短暂过程中,气体膨胀,对外做功;由于时间短,气体来不及吸收热量,根据热力学第一定律可知,气体的温度下降,故C正确;一定量的气体,在体积不变时,温度降低,则分子运动的剧烈程度降低,所以分子每秒碰撞器壁的平均次数随着温度的降低而减少,故D正确.10.下列说法正确的是(BC)A.布朗运动与悬浮微粒的大小有关,微粒越小,受
10、到液体分子的撞击就越容易平衡B.联系微观物理量与宏观物理量的桥梁是阿伏伽德罗常数C.利用扩散原理,可以在真空、高温条件下向半导体材料掺入其他元素D.温度是分子平均动能的标志,温度降低,物体的每一个分子的动能都减小解析:布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒受到无规则运动的液体分子的撞击而做的运动,微粒越小,受到液体分子的撞击就越容易受力不平衡,故A错误;联系微观物理量与宏观物理量的桥梁是阿伏伽德罗常数,故B正确;在真空、高温条件下向半导体材料掺入其他元素是利用了分子永不停息地做无规则热运动会向外扩散的原理,故C正确;温度是分子的平均动能的标志,是大量分子运动的统计规律,物体的温度降低,分子的平均动
11、能减小,并不是每个分子的动能都减小,个别分子的动能可能增大,故D错误.11.下列说法中正确的是(AD)A.气体放出热量,其分子的平均动能可能增大B.一定质量的理想气体,如果在某个过程中温度保持不变而吸收热量,则在该过程中气体的压强一定增大C.物体温度升高1 相当于热力学温度升高274 KD.利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机,将海水的一部分内能转化为机械能是可能的解析:气体放出热量,外界可能对气体做更多的功,根据热力学第一定律,气体内能可能增大,其分子的平均动能可能增大,故A正确;如果一定质量的理想气体在某个过程中温度保持不变而吸收热量,则一定对外做功,体积增大,则在该过程中气体的
12、压强一定减小,故B错误;由T=t+273 K得,T=t,可知,摄氏温度升高1 等于热力学温度升高1 K,故C错误;浅层海水和深层海水之间存在温度差,利用能量转移过程制造一种热机,将海水的一部分内能转化为机械能是可能的,故D正确.12.如图所示,一定质量的理想气体,从图示A状态开始,经历了B,C状态,最后到D状态,下列判断正确的是(ABD)A.AB过程温度升高,压强不变B.BC过程体积不变,压强变小C.BC过程体积不变,压强不变D.CD过程体积变小,压强变大解析:由题图可知,在AB的过程中,气体温度升高,体积变大,且体积与温度成正比,由=C可知,气体压强不变,故A项正确;在BC的过程中,体积不变
13、,而温度降低,由=C可知,气体压强变小,故B项正确,C项错误;在CD的过程中,气体温度不变,体积变小,由=C可知,气体压强变大,故D项正确.二、非选择题(共52分)13.(6分)某实验小组用油膜法估测油酸分子的大小,实验用油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中含有纯油酸1 mL,1 mL上述溶液有50滴,实验中用滴管吸取该油酸酒精溶液向浮有痱子粉的水面中央滴入一滴油酸酒精溶液.(1)该实验中的理想化假设是.A.将油膜看做单分子层油膜B.不考虑油酸分子间的间隙C.不考虑油酸分子间的相互作用力D.将油酸分子看成球形(2)实验描出油酸薄膜轮廓如图,已知每一个小正方形的边长为2 cm,则该油酸薄
14、膜的面积为m2.(结果保留1位有效数字)(3)经计算,油酸分子的直径为m.(结果保留1位有效数字)(4)某学生在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时,计算结果偏大,可能是.A.油酸未完全散开B.油酸溶液浓度低于实际值C.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格D.求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数多记了10滴解析:(1)用油膜法测量分子的直径,不考虑分子间的间隙,将油膜看成单分子层油膜,以及将油酸分子看成球形,故选ABD.(2)由于每格边长为2 cm,则每一格的面积是4 cm2,估算油膜面积以超过半格以一格计算,小于半格就舍去的原则,估算为71格,则油膜薄膜面积为S=714 cm2=284 c
15、m2310-2 m2.(3)1滴酒精油酸溶液中含油酸的体积V= mL=210-5 mL,由于油酸分子是单分子紧密排列的,因此油酸分子直径为d= m710-10 m.(4)计算油酸分子直径的公式是d=,V是纯油酸的体积,S是油膜的面积.油酸分子未完全散开,S偏小,得到的分子直径d将偏大,A正确;计算时利用的是纯油酸的体积,如果油酸溶液浓度低于实际值,则油酸的实际体积偏小,则直径将偏小,B错误;计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,导致油膜面积偏小,那么计算结果偏大,故C正确;求每滴油酸酒精溶液的体积时,1 mL 的溶液的滴数多记了10滴,由V0=可知,纯油酸的体积将偏小,则计算得到的分子直径将
16、偏小,故D错误.答案:(1)ABD(2)310-2(3)710-10(4)AC评分标准:(1)(4)问各2分,(2)(3)问各1分.14.(6分)用DIS研究一定质量气体在温度不变时,压强与体积关系的实验装置如图所示,实验步骤如下:把注射器活塞移至注射器中间位置,将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接;移动活塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值;用V图象处理实验数据,得出如图所示图线.(1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是.(2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是.(3)如果实验操作规范正确,但如图所示的V图线不过原点,则
17、V0代表.解析:(1)通过涂润滑油可使注射器不漏气.(2)缓慢移动活塞是为了有足够的时间使封闭气体与外界热交换,不用手握住注射器封闭气体部分也是为了不使手上的热量传递给气体.(3)注射器与压强传感器连接部位有气体,从而使图线不过原点.答案:(1)在注射器的活塞上涂润滑油(2)移动活塞要缓慢不能用手握住注射器封闭气体部分(3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积评分标准:每问2分.15.(8分)如图所示,体积为V、内壁光滑的圆柱形导热气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞;气缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体.p0和T0分别为大气的压强和温度.已知:气体内能U与温度T的关系为U
18、=aT,a为正的常量;气缸内气体的所有变化过程都是缓慢的,求:(1)缸内气体与大气达到平衡时的体积V1;(2)在活塞下降过程中,缸内气体放出的热量Q.解析:(1)将总变化过程分为两部分完成,第一步:在气体压强由p下降到p0的过程中,V不变,温度由T变为T1,由查理定律得=,(1分)得T1=2T0(1分)第二步:在气体温度由T1变为T0的过程中,体积由V减小到V1,气体压强不变,由盖吕萨克定律得=,(1分)解得V1=0.5V.(1分)(2)活塞下降过程中,活塞对气体做功W=p0(V-V1)(1分)在这一过程中,气体内能的减少量U=a(T1-T0)(1分)由热力学第一定律得,气缸内气体放出的热量Q
19、=U-W(1分)得Q=aT0-p0V.(1分)答案:(1)0.5V(2)aT0-p0V16.(8分)如图,可自由移动的活塞将密闭气缸分为体积相等的上下两部分A和B,初始时A,B中密封的理想气体温度均为 800 K,B中气体压强pB=1.25105 Pa,活塞质量m=2.5 kg,气缸横截面积S=10 cm2,气缸和活塞均由绝热材料制成.现利用控温装置(未画出)保持B中气体温度不变,缓慢降低A中气体温度,使A中气体体积变为原来的,若不计活塞与气缸壁之间的摩擦,求稳定后A中气体的温度.(g=10 m/s2)解析:根据题意,A中气体的体积变为原来的,则B中气体的体积VB变为原来体积VB的,即VB=V
20、B(1分)B中气体发生等温变化,根据玻意耳定律有pBVB=pBVB(2分)解得pB=1105 Pa(1分)对A中气体,初态:pA=pB-=1105 Pa,末态:pA=pB-=0.75105 Pa(1分)对A中气体,由理想气体状态方程有=(2分)解得T=450 K.(1分)答案:450 K17.(12分)在一端封闭、内径均匀的光滑直玻璃管内,有一段长为l=16 cm的水银柱封闭着一定质量的理想气体,当玻璃管水平放置达到平衡时,管内被封闭气柱长度为l1=23 cm如图(甲)所示;当管口向上竖直放置达到平衡时,管内被封闭气柱长度为l2=19 cm如图(乙)所示.已知重力加速度g=10 m/s2,不计
21、温度的变化,求:(1)大气压强p0(用cmHg表示);(2)当玻璃管开口向上以a=5 m/s2的加速度匀加速上升,水银柱和玻璃管相对静止时被封闭气柱的长度.解析:(1)设玻璃管横截面积为S,由玻意耳定律可得p0l1S=(p0+p1)l2S(2分)解得p0=76 cmHg.(1分)(2)当玻璃管匀加速上升时,设封闭气体的压强为p,气柱的长度为l3,对水银柱,设水银柱质量为m,由牛顿第二定律可得:pS-p0S-mg=ma(2分)解得p=p0+(1分)玻璃管竖直放置达到平衡时,由平衡条件可得p0S+mg=(p0+p1)S(2分)解得m=,代入数据解得p=100 cmHg(1分)由玻意耳定律可得p0l
22、1S=pl3S,(2分)代入数据解得l3=17.48 cm.(1分)答案:(1)76 cmHg(2)17.48 cm18.(12分)如图所示,一定量的气体放在体积为V0的容器中,室温为 T0=300 K,有一光滑导热的活塞C(不占体积)将容器分成A,B两室,B室的体积是A室的两倍,A室容器上连接有一U形管(U形管内气体的体积忽略不计),两边水银柱的高度差为76 cm,B室容器上连接有阀门K,可与大气相通(外界大气压等于76 cmHg),问:(1)将阀门K打开后,A室的体积变成多少?(2)打开阀门K后,将容器中的气体从300 K分别加热到400 K和540 K,U形管内两边水银面的高度差各为多少
23、?解析:(1)开始时,pA0=2 atm,VA0=,打开阀门后,A室气体发生等温变化,pA=1 atm,体积为VA,由玻意耳定律pA0VA0=pAVA(2分)解得VA=V0.(2分)(2)设打开阀门后,将容器内的气体从T0=300 K升到T,体积由V0变成V0,气体发生等压变化,由盖吕萨克定律=,(2分)得T=T0=450 K,故需先加热到450 K,活塞才能刚好移动到右端,(1分)因为T1=400 K450 K,活塞还未到达右端,气体的压强为pA1=p0,故400 K时U形管内两边水银柱的高度差为0.(1分)从T=450 K到T2=540 K的过程中,活塞在右端,等效为闭合阀门K,气体发生等容变化,由查理定律=(2分)得pA2=pA1=1 atm=1.2 atm(1分)T2=540 K时,水银柱的高度差为h=(1.2-1)76 cm=15.2 cm.(1分)答案:(1)V0(2)015.2 cm