1、固体、液体和气体热力学定律1.2020山东统考如图所示,水平放置的封闭绝热汽缸,被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分.已知a部分气体为1 mol氧气,b部分气体为2 mol氧气,两部分气体温度相等,均可视为理想气体.解除锁定,活塞滑动一段距离后,两部分气体各自再次达到平衡态时,它们的体积分别为Va、Vb,温度分别为Ta、Tb.下列说法正确的是()A.VaVb,TaTbB.VaVb,TaTbC.VaVb,TaTbD.VaTb2.2020吉林长春监测,多选下列关于物理现象的解释正确的是()A.荷叶上面的小水珠呈球形的主要原因是液体有表面张力B.人们感到潮湿是因为空气的绝对湿度较大C.土壤里
2、有很多毛细管,若要防止地下的水分沿着它们上升到地表,可将地面的土壤锄松D.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动E.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点3.2019辽宁抚顺第一次模拟,多选下列说法正确的是()A.单晶体有固定的熔点,多晶体和非晶体没有固定的熔点B.石墨和金刚石的物理性质不同,是由于组成它们的物质微粒排列结构不同C.在合适的条件下,某些晶体可以转化为非晶体,某些非晶体也可以转化为晶体D.固体分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同的方向上有不同的光学性质E.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明蜂蜡是晶体4.2020山西太原名校定时
3、训练,5分一定质量的理想气体由状态a经状态b、c到状态d,其体积V与热力学温度 T的关系如图所示,O、a、d三点在同一直线上,ab和cd平行于横轴,bc平行于纵轴,由状态a变到状态b的过程中,气体(填“吸收”或“放出”)热量,从状态b到状态c,气体对外做(填“正功”或“负功”),从状态a到状态d,气体内能(填“增加”“不变”或“减少”).5.2020湖北部分重点中学调研,4分如图所示,一定质量的理想气体,按图示方向经历了ABCDA的循环.状态B时,气体分子的平均动能比状态A时气体分子的平均动能(填“大”或“小”).由B到C的过程中,气体将(填“吸收”或“放出”)热量.经历ABCDA一个循环,气
4、体吸收的总热量(填“大于”或“小于”)释放的总热量.6.2020四川成都摸底,8分如图所示,透明容器中装有足够深的某种均匀液体,液面上竖直倒插着一根质量m=0.01 kg的细长玻璃试管,当外界大气压强p0=1.01105 Pa时,试管静止时露出液面的长度为L=5 cm,管中空气柱的总长度为L0=15 cm.已知试管横截面积为S=110-4 m2,重力加速度g=10 m/s2,试管的壁厚不计,试管与液体之间的粘滞力也不计.(1)求该液体的密度;(2)若温度不变,但由于某种原因导致外界大气压强变为p0=0.99105 Pa,求试管再次静止后露出水面部分的长度L.7.2020湖北武汉质量检测,8分一
5、定质量的某种理想气体由状态A经状态B变化到状态C,其有关数据如图所示,且状态A的温度为T0.已知理想气体的内能U与温度T的关系为U=T,其中为正的常量.求:(1)气体在状态C时的温度TC;(2)气体由状态B变化到状态C的过程中,放出的热量.8.2020山东统考,8分如图所示,按下压水器,能够把一定量的外界空气经单向进气口压入密闭水桶内,开始时桶内气体的体积V0=8.0 L,出水管竖直部分内外液面相平,出水口与大气相通且与桶内水面的高度差h1=0.20 m.出水管内水的体积忽略不计,水桶的横截面积S=0.08 m2.现压入空气,缓慢流出了V1=2.0 L水.已知水的密度=1.0103 kg/m3
6、,外界空气压强p0=1.0105 Pa,取重力加速度大小g=10 m/s2,设整个过程中气体可视为理想气体,温度保持不变,求压入的空气在外界时的体积V.9.2020湖北部分重点中学调研,8分如图所示,导热性能良好的柱形金属容器竖直放置,容器上端的轻质塞子将容器密闭,内有质量为m的活塞将容器分为A、B两个气室,A、B两个气室的体积均为V.活塞与容器内壁间气密性良好,且没有摩擦,活塞的横截面积为S.已知重力加速度大小为g,大气压强为2mgS,A气室内气体的压强为mgS,气体为理想气体.(1)拔去容器上端的塞子,求活塞稳定后B气室的体积VB;(2)拔去塞子待活塞稳定后,室温开始缓慢升高,从活塞稳定到
7、其恰好上升到容器顶端的过程中,B气室中气体从外界吸热为Q,求这个过程中B气室中气体内能增量U.10.2020广东六校联考,10分如图所示,开口朝下的圆筒形导热汽缸竖直悬挂,处于静止状态,汽缸内用横截面积为S的薄活塞封闭着温度为300 K的某种理想气体,活塞可在汽缸内上下无摩擦滑动.通过电热丝可以对气体缓慢加热,使活塞缓慢向下移动.当气体温度升高至360 K时,活塞刚好移到汽缸口.已知大气压强为p0,汽缸容积为V0,重力加速度为g.(1)求300 K时汽缸内气体的体积;(2)如果不加热气体,而在活塞下悬挂一个砂盘,缓慢地往砂盘里添加砂,当砂与砂盘总质量与活塞质量相等时,活塞也刚好移到汽缸口,判断
8、此过程中气体吸热还是放热,并求出活塞的质量m.11.2020贵州贵阳摸底,10分如图所示,一根粗细均匀、导热性能良好的玻璃管一端开口,另一端封闭,管内有一段水银柱,当玻璃管开口向上竖直放置时,封闭空气柱(可视为理想气体)的长度为L1;若环境温度保持不变,将玻璃管缓慢地转动到开口竖直向下的位置(没有水银溢出管外),稳定后,封闭空气柱的长度变为L2.已知L1L2=35,大气压强为p0=1105 Pa(相当于76 cm高的水银柱产生的压强).(1)求玻璃管内水银柱的长度;(2)若保持玻璃管开口向上竖直放置,当环境温度升高时,请通过计算说明管内水银柱移动的方向.考点2固体、液体和气体热力学定律1.D解
9、除锁定前,两部分气体温度相同,体积相同,由pV=nRT可知b部分气体压强大,故活塞左移,平衡时VaTb.2.ACE荷叶上面的小水珠呈球形的主要原因是液体(水)有表面张力,选项A正确;人们感到潮湿是因为空气的相对湿度较大,绝对湿度不一定较大,选项B错误;土壤中有很多毛细管,可以产生毛细现象,能把地下的水分引导到地表蒸发,若要防止地下的水分上升到地表,可以将地面土壤锄松,破坏这些毛细管,选项C正确;悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了液体分子的无规则热运动,不能反映花粉分子的热运动,选项D错误;彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点,选项E正确.3.BCD单晶体、多晶体都属于晶体,有固定
10、的熔点,故A项错误;石墨和金刚石的物理性质不同,是由于组成它们的物质微粒排列结构不同,故B项正确;在合适的条件下,某些晶体可以转化为非晶体,某些非晶体也可以转化为晶体,例如天然石英是晶体,熔融过的石英却是非晶体,把晶体硫加热熔化(温度超过300 )再倒进冷水中,会变成柔软的非晶硫,再过一段时间又会转化为晶体硫,故C项正确;固体分为晶体和非晶体两类,有些晶体具有各向异性,在不同方向上有不同的光学性质,故D项正确;烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明云母片是晶体,故E项错误.4.吸收(2分)正功(2分)增加(1分)解析:由状态a变到状态b的过程中,气体体积不变,则W=0
11、,温度升高,则U0,根据U=W+Q可知气体吸收热量;从状态b到状态c,气体体积变大,则气体对外做正功;从状态a到状态d,气体温度升高,则内能增加.5.(1)大(1分)放出(1分)大于(2分)解析:由p-V图象可知,从状态A到状态B,气体的压强增大,体积增大,根据理想气体状态方程可知,状态B时的温度比状态A时的温度高,根据温度是分子平均动能的标志,可知状态B时气体分子的平均动能比状态A时气体分子的平均动能大.由状态B到状态C的过程中,气体的体积不变,不对外做功,压强减小,则温度降低,内能减小,根据热力学第一定律,可知气体将放出热量.根据p-V图象中图线与坐标轴所围图形的面积表示功可知,经历ABC
12、DA一个循环,气体对外做功数值大于外界对气体做功数值,内能不变,根据热力学第一定律,可知气体吸收的总热量大于放出的总热量.6. 解析:(1)对试管,由力的平衡条件得g(L0-L)S=mg(2分)代入数据解得该液体的密度=m(L0-L)S=1103 kg/m3.(1分)(2)初态,试管内气体压强p1=p0+mgS=1.02105 Pa(1分)末态,设试管内气柱长为L0试管内气体压强为p2=p0+mgS=1.0105 Pa(1分)根据玻意耳定律有p1SL0=p2SL0(1分)代入数据解得L0=15.3 cm(1分)因试管排开的液体体积不变,故露出水面部分的长度变为L=L+(L0-L0)=5.3 c
13、m.(1分)7.解析:(1)一定质量的理想气体由状态A变化到状态C,由理想气体状态方程有pAVATA=pCVCTC(1分)其中TA=T0解得TC=0.3T0.(1分)(2)气体由状态A变化到状态B,由查理定律有pATA=pBTB(1分)解得TB=0.6T0(1分)气体由状态B变化到状态C,外界对气体做功W=0.6p0(V0-0.5V0)=0.3p0V0(1分)内能的变化U=(TC-TB)=-0.3T0(1分)由热力学第一定律有U=W+Q(1分)解得Q=-0.3T0-0.3p0V0气体由状态B变化到状态C,放出的热量为0.3T0+0.3p0V0.(1分)8.解析:流出2.0 L水后,液面下降h=
14、V1S(1分)此时,瓶中气体压强p2=p0+g(h1+h),体积V2=V0+V1(2分)设瓶中气体在外界压强下的体积为V,则p2V2=p0V(2分)又初始状态瓶中气体压强为p0,体积为V0,故V=V-V0(1分)解得V=2.225 L.(2分)9.解析:(1)塞子拔去待活塞稳定后,B气室中的气体初、末状态温度不变,由玻意耳定律有(mgS+mgS)V=(mgS+2mgS)VB(2分)解得VB=23V.(2分)(2)B气室的气体吸收的热量,一部分用来对外做功,一部分为其内能增量.室温缓慢升高过程中,气体对外做功为W=(mgS+2mgS)(2V-VB)=4mgVS(2分)根据热力学第一定律可得U=Q
15、-W=Q-4mgVS.(2分)10.解析:(1)缓慢加热气体的过程中,气体发生等压变化,根据盖吕萨克定律可得V1T1=V2T2 (2分)其中T1=300 K, T2=360 K,V2=V0解得V1=56V0.(1分)(2)封闭气体做等温变化,内能不变,气体体积增大,对外做功,根据热力学第一定律可知,此过程中气体吸热. (2分)在挂砂盘使活塞移到汽缸口的过程中,气体发生等温变化,根据玻意耳定律可得p1V1=p2V2 (2分)其中p1=p0-mgS (1分)p2=p0-2mgS (1分)联立解得m=p0S7g.(1分)11.解析:(1)设玻璃管的横截面积为S,水银柱的长度为h,水银的密度为,重力加速度大小为g开口向上时,封闭气体的压强为p1=p0+gh (1分)开口向下时,封闭气体的压强为p2=p0-gh (1分)玻璃管导热,气体的温度不变,根据玻意耳定律有p1L1S=p2L2S (2分)由式和题给条件及数据解得h=19 cm.(1分)(2)设环境温度由T1升高到T3,封闭空气柱的长度由L1变为L3,由于气体的压强不变,根据盖吕萨克定律有L1ST1=L3ST3(2分)因T1T3 (1分)由式得L1L3(1分)故水银柱应向上移动.(1分)
