1、专题十五热学【专题检测】A组一、选择题1.(2018辽宁丹东一模)(多选)关于分子动理论的规律,下列说法正确的是()A.扩散现象说明物质分子在做永不停息的无规则运动B.压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力,是气体分子间存在斥力的缘故C.如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡,用来表征它们所具有的“共同热学性质”的物理量是内能D.已知某种气体的密度为(kg/m3),摩尔质量为M(kg/mol),阿伏加德罗常数为NA(mol-1),则该气体分子之间的平均距离可以表示为3MNA答案AD扩散现象是分子无规则热运动的宏观表现,故A正确;压缩气体时气体会表现出抗拒压缩
2、的力是由于气体压强的存在,故B错误;如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡,用来表征它们所具有的“共同热学性质”的物理量叫做温度,不是内能,故C错误;把该气体分子所占空间看成立方体模型,则有V0=d3,又有V0=MNA,则该气体分子之间的平均距离d=3MNA,故D正确。2.(多选)关于热量、功和内能三个物理量,下列说法正确的是()A.热量、功和内能三者的物理意义相同,只是说法不同B.热量、功都可以作为物体内能变化的量度C.热量、功和内能的单位相同D.功由过程决定,而热量和内能由物体的状态决定E.物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能增加答案BCE热量、功
3、和内能是三个不同的物理量,它们的物理意义不同,故选项A错误;功与热量都可以作为物体内能变化的量度,故选项B正确;热量、功和内能的单位相同,都是焦耳,故选项C正确;功和热量由过程决定,内能由物体的状态决定,故选项D错误;由热力学第一定律可知,物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能增加,选项E正确。3.(2020届江苏徐州二中月考,3)一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变,将气泡内气体视为理想气体,气泡从湖底上升到湖面的过程中,对外界做了0.6 J的功,此过程中,下列说法正确的是()A.气泡内气体的内能增加B.气泡内气体的内能减少C.气泡内气体从外界吸收了0.6 J的热量D.气泡内气体向外界
4、放出了0.6 J的热量答案C一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变,气泡内气体可视为理想气体,则气体内能不变,故A、B错误;根据热力学第一定律得:U=W+Q,则Q=U-W=0-(-0.6) J=0.6 J,即气泡内气体从外界吸收了0.6 J的热量,故C正确,D错误。二、非选择题4.用放大600倍的显微镜观察布朗运动。估计放大后的小颗粒(炭)体积为0.110-9 m3,炭的密度是2.25103 kg/m3,摩尔质量是1.210-2 kg/mol,阿伏加德罗常数为6.021023 mol-1,则该小炭粒所含分子数约为个(保留两位有效数字)。由此可知布朗运动(选填“是”或“不是”)分子的运动。答
5、案5.21010不是解析设小炭粒边长为a,则放大600倍后,其体积为V=(600a)3=0.110-9 m3,实际体积为V=a3=10-16216 m3,质量为m=V=252410-15 kg,含分子数为N=252410-151.210-26.021023个5.21010可见每一个小炭粒都含有大量的分子,由此可知,布朗运动不是分子的运动。5.(2020届山东等级考模拟,16)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,
6、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。求压入的空气在外界时的体积V为多少?已知水的密度=1.0103 kg/m3,外界大气压强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。答案2.225 L解析本题考查了压强的计算、玻意耳定律,体现了科学思维中科学推理等要素。设流出2.0 L水后,液面下降h,则h=V1S此时,瓶中气体压强p2=p0+g(h1+h),体积V2=V0+V1设瓶中气体在外界压强下的体积为V,则p2V2=p0V初始状态瓶中气体压强为p0,体积为V0,故V=V-V0解得V=2.225 L
7、B组一、选择题1.2018河北五校联考,33(1),5分(多选)关于热力学定律,下列说法中正确的是()A.对某物体做功,一定能使该物体的内能增加B.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功C.理想气体的等压膨胀过程一定吸热D.热量不可能从低温物体传递到高温物体E.一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行答案BCE由热力学第一定律U=W+Q可知,选项A错误。热力学第二定律的开尔文表述为:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。由此可知,在产生其他影响的情况下,可以从单一热源吸收热量使之完全变为功,选项B正确。理想气体在等压膨胀过程中,由盖吕萨克定律可知,气体的温度一
8、定升高,内能一定增加,由热力学第一定律U=W+Q可知,由于气体膨胀对外做功,W0,所以气体一定吸热,选项C正确。热力学第二定律的克劳修斯表述为:热量不能自发地从低温物体传到高温物体,选项D错误。一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行,这是热力学第二定律的微观意义,选项E正确。2.在“用油膜法估测分子的大小”实验中,用a mL纯油酸配制成b mL的油酸酒精溶液,现已测得一滴溶液的体积为c mL,将一滴溶液滴入水中,油膜充分展开后面积为S cm2,估算油酸分子的直径大小为()A.acbS cmB.bcaS cmC.abcS cmD.cS cm答案A一滴溶液中纯油酸体积为V=abc m
9、L=acb mL,油膜面积为S cm2,油酸分子直径d=VS=acbS cm,所以A正确,B、C、D错误。3.(2020届天津一中、益中学校月考,9)封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态A经状态B、状态C变到状态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,则下列表述正确的是()A.由状态A变到状态B过程中,气体吸收热量B.由状态B变到状态C过程中,气体从外界吸收热量,内能增加C.C状态气体的压强小于D状态气体的压强D.D状态时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比A状态的少答案AD本题考查了热力学第一定律和理想气体状态方程,体现了科学思维中科学推理、科学论证等要素。气
10、体由状态A到状态B体积不变,发生的是等容变化,气体不做功W=0,温度升高,内能增加,U0,根据热力学第一定律U=W+Q,知Q0,气体吸收热量,所以A选项是正确的;由状态B到状态C的过程中,温度不变,内能不变,U=0,体积变大,气体对外界做功,W0,气体从外界吸收热量,故B错误;气体从C到D发生等容变化,根据查理定律知pT,TCTD,所以pCpD,即C状态气体的压强大于D状态气体的压强,故C错误;A点和D点在过原点的连线上,说明气体由A到D压强不变,体积增大,分子的密集程度减小,状态D温度高,分子的平均动能大,状态A和状态D压强相等,所以D状态时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比A状态的少,
11、所以D选项是正确的。故选A、D。4.(2020届江苏扬州月考,12)某台回热式制冷机工作时,一定量的氦气(可视为理想气体)缓慢经历如图所示的四个过程,已知状态A和B的温度均为27 ,状态C和D的温度均为-133 ,下列判断正确的是()A.气体由状态A到B过程,温度可能先升高后降低B.气体由状态B到C过程,内能保持不变C.气体由状态C到D过程,分子间的平均距离减小D.气体由状态C到D过程,气体对外做功答案AD本题考查热力学定律,主要考查考生的科学推理素养。状态A和B的温度相等,根据pVT=C状态A和B的温度相等,根据pVT=C,经过A、B的等温线应是过A、B的曲线,沿直线由A到B,pV可能先增大
12、后减小,所以温度可能先升高后降低,故A正确;气体由状态B到C过程,体积不变,根据pVT=C,压强减小,温度降低,则内能减小,故B错误;气体由状态C到D过程,体积增大,分子间的平均距离增大,故C错误;气体由状态C到D过程,体积增大,气体对外做功,故D正确。5.(2020届江苏常州期中,6)夏天,小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候,会觉得从轮胎里喷出的气体凉,如果把轮胎里的气体视为理想气体,则关于气体喷出的过程,下列说法正确的是()A.气体的内能减少B.气体的内能不变C.气体来不及与外界发生热交换,对外做功,温度降低D.气体膨胀时,热量散得太快,使气体温度降低了答案AC本题考查气体内能、热力
13、学第一定律,主要考查考生的科学推理素养。气体喷出时,来不及与外界交换热量,发生绝热膨胀,Q=0,对外做功,由热力学第一定律的表达式W+Q=U可知,气体内能减少,温度降低,故选A、C。二、非选择题6.(2018湖北黄冈期末,33)如图甲所示,用气体压强传感器“探究气体等温变化的规律”,操作步骤如下:把注射器活塞推至注射器中间某一位置,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p;重复上述步骤,多次测量;根据记录的数据,作出V-1p图线,如图乙所示。(1)完成本实验的基本要求是(填正确答案标号)。A.在等温条件下操作B.
14、封闭气体的注射器密封良好C.必须弄清所封闭气体的质量D.气体的压强和体积必须用国际单位制单位(2)理论上由V-1p图线分析可知,如果该图线,就说明气体的体积跟压强的倒数成正比,即体积与压强成反比。(3)若实验操作规范正确,则图线不过原点的原因可能是,图乙中V0代表。答案(1)AB(2)为过坐标原点的直线(3)传感器与注射器间有气体传感器与注射器间气体体积解析(1)该实验的条件是温度不变、气体质量一定,所以要在等温条件下操作,注射器密封性要好,故A、B正确。研究质量一定的气体压强与体积的关系,不需要测量气体的质量,故C错误。研究气体的压强和体积的比例关系,单位无需统一为国际单位制单位,故D错误。
15、(2)由理想气体状态方程pVT=C可知,根据实验数据画出的V-1p图线应是过坐标原点的直线。(3)题图所示图线的方程为V=k1p-V0,说明注射器中的气体体积小于实际的封闭气体的体积,结合实验的器材可知,V0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。7.2018东北三校联考,33(2),10分一端开口且导热性能良好的汽缸固定在水平面上,如图所示,用质量和厚度均可忽略不计的活塞封闭一定质量的理想气体。系统平衡时,活塞与汽缸底部的距离为h1=10 cm;外界环境的温度保持不变,将质量分别为2m和m的砝码甲、乙放在活塞上,系统再次平衡时活塞与汽缸底部的距离为h2=5 cm;现将汽缸内气体的温度缓缓升
16、高t=60 ,系统再次平衡时活塞与汽缸底部的距离为h3=6 cm;然后拿走砝码甲,使汽缸内气体的温度再次缓缓升高t=60 ,系统平衡时活塞与汽缸底部的距离为h4。忽略活塞与汽缸之间的摩擦。最初汽缸内封闭的理想气体的温度t1为多少摄氏度?最终活塞与汽缸底部的距离h4为多少?答案27 10.5 cm解析假设汽缸的横截面积为S,气体初始状态的体积为V1=h1S、压强为p1=p0,温度为T1将甲、乙两砝码放在活塞上后,气体体积为V2=h2S、温度为T1、压强为p2=p0+3mgS由玻意耳定律有p1V1=p2V2解得p2=2p1=2p0,则p0=3mgS汽缸内气体的温度缓缓地升高t=60 时,温度为T3
17、=T1+60 K、体积为V3=h3S由盖吕萨克定律得V2T1=V3T3解得T1=300 K,即t1=27 如果拿走砝码甲,使汽缸内气体的温度再次缓缓地升高t=60 时,则此时气体压强为p4=p0+mgS=43p0、体积为V4=h4S、温度为T4=T1+t+t=420 K由理想气体状态方程有p1V1T1=p4V4T4代入数据解得h4=10.5 cm8.2019福建四校二联,33(2)如图所示,体积为V0的导热性能良好的容器中充有一定质量的理想气体,室温T0=300 K。有一光滑导热活塞C(体积可忽略)将容器分成A、B两室,A室的体积是B室的3倍,B室内气体压强为大气压的1.5倍,左室容器中连接有
18、一阀门K,可与大气相通(外界大气压等于p0)。()将阀门K打开后,B室的体积变成多少?()打开阀门K后将容器内的气体从300 K加热到900 K,B室中气体压强变为多少?答案()3V08()9p08解析()B室气体的初状态pB0=1.5p0,VB0=V04,打开阀门,B室气体做等温变化,pB=p0,体积为VB,由玻意耳定律得pB0VB0=pBVB,解得VB=3V08。()温度从T0=300 K升高到T,B中的气体体积由VB变化到V0,气体做等压变化,由盖吕萨克定律得TV0=T0VB,解得T=800 K。温度从800 K升高到T1=900 K的过程中,压强由p0变为pB1,气体做等容变化,由查理定律得pBT=pB1T1,解得pB1=9p08。
