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专题12 热 学
考纲·题型解读
热学部分高考考点包括:(1)分子动理论要点,分子力、分子大小、质量、数目估算;(2)物体内能变化、改变内能的物理过程
以及气体压强的决定因素;(3)理想气体状态方程和图示气体状态的变化;(4)热现象实验与探索方法;(5)对热学前面的知识在
同一题中容纳更多的内容,与热学知识综合在一起进行考查.前四方面考点多以选择题和填空题的形式出现,第五方面的考查
多以计算题的形式出现,并着重考查热学状态方程的应用.可以看出,热学考点高考试题大致可以分为三种情境问题———常规
情境、生活情境、创新情境.
题源1 分子动理论 进行计算时,有些数据的数字太大(如阿伏加德罗常数),
有些数据的数字又太小(如分子的直径和质量等),为了书
解题模型1.1 写方便,习 惯 上 用 科 学 计 数 法 写 作10的 乘 方,如3.0×
物质是由大量分子组成的 10-10m、6.02×1023mol-1等,我们称10的乘方(10-10、1023
(1)分子大小的数量级:10-10m 等)为“数量级”.对于分子的大小和质量,只要粗略地了解
估测方法:油膜法. 它的数量级就可以了.
(2)分子质量的数量级:10-27kg~10-26kg
[真题1] (2023·江苏)(1)一种海浪发电机的气室如图所(3)阿伏加德罗常数:1mol任何物质中含有相同的微
示.工作时,活塞随海浪上升或下降,改变气室中空气的压强,从
粒个数,用符号 NA 表示,NA=6.02×1023mol-1. 而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭.气室先后经历吸入、压
说明:处理微观量估算问题的方法 缩和排出空气的过程,推动出气口处的装置发电.气室中的空气
微观物 理 量:分 子 的 质 量 m0,分 子 体 积V0,分 子 直 可视为理想气体.下列对理想气体的理解,正确的有 ( )
径d.
宏观物理量:物质的质量 M,体积V,密度ρ,摩尔质量
MA,摩尔体积VA.
阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的桥
梁,根据油膜法测出分子的直径,可算出阿伏加德罗常数;反
过来,已知阿伏加德罗常数,根据摩尔质量(或摩尔体积)就
可以算出一个分子的质量(或一个分子所占据的体积).
M V A.
理想气体实际上并不存在,只是一种理想模型
① A A分子的质量:m0=N =
ρ .
A NA B. 只要气体压强不是很高就可视为理想气体
V M C. 一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关
②分子的体积:V0=
A
N =
A
N .A ρ A D.在任何温度、任何压强下,理想气体都遵循气体实验
3
6V 定律
③ 0分子的大小:球体模型直径d= ,立方体模型π (2)压缩过程中,两个阀门均关闭.若此过程中,气室中的气
3
边长为d= V0. 体与外界无热量交换,内能增加了3.4×104J,则该气体的分子
(4)物质所含的分子数: 平均动能 (填“增大”、“减小”或“不变”),活塞对该气体
M V V M
N=nN = N = N ,N = Aρ= A 所做的功 (填“大于”、“小于”或“等于”)3.4×10
4J.
A M A0 V A AA m0 ρV
.
0 (3)上述过程中,气体刚被压缩时的温度为27℃,体积为
对于气体,由于分子间空隙很大,用上式估算出的是
0.224m3,压强为1个标准大气压.已知1mol气体在1个标准
一个分子所占据的体积(活动的空间).在利用上述关系式
大气压,0℃时的体积为22.4L,阿伏加德罗常数 NA=6.02×
1023.计算 此 时 气 室 中 气 体 的 分 子 数.(计 算 结 果 保 留 一 位 有
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效数字) 解题模型1.3
[答案] (1)AD (2)增大 等于 (3)设气体在标准状态 分子间存在分子力
V V
是体积为V ,等压过程 = 1 分子间同时存在着相互作用的引力和斥力,分子间相1 T T1 互作用力情况与分子间距离有关,当分 子 间 的 距 离 为r0
V
气体的物质的量n= 1,且分子数 N=nN ,解得 N= 时,F引=F斥,合力f=0,r0 一般在10
-10m左右.
V A0 (1)当r>r0 时,分子间的引力、斥力都减小,但斥力减
VT1N 小得快,故f引>f斥,分子力的合力表现为引力.V0T A (2)当r代入数据得 N=5×1024 加得快,故f引解题模型1.2 (3)当分子间距离r>10r0 时,分子间的引力、斥力都
趋近于零,分子力也认为是零,分子间相互作用力随分子
分子永不停息地做无规则热运动 间距离变化的关系如图所示.虚线分别代表引力和斥力,实
(1)扩散现象:相互接触的物体的分子互相进入对方 线表示二者的合力.
的现象.温度越高,扩散越快.
(2)布朗运动:在显微镜下看到的悬浮在液体中的花
粉颗粒的永不停息的无规则运动.颗粒越小,运动越明显;
温度越高,运动越激烈,布朗运动是液体分子永不停息地
做无规则热运动的反映.
注意:布朗运动是小颗粒的运动,不是固体分子的运
动,更不是液体分子的运动.气体中微小颗粒也能产生布朗
运动.
[真题3] (2023·福建)下列四个图中,能正确反映分子间[真题2] (2023·福建)(1)如图,横坐标v表示分子速率,
作用力 和分子势能 随分子间距离 变化关系的图 线
纵坐标f(v)
f Ep r
表示各等间隔速率区间的分子数占总分子数的百
是 .(填选图下方的字母)
分比.图中曲线能正确表示某一温度下气体分子麦克斯韦速率
分布规律的是 ( )
A B
A. 曲线① B. 曲线②
C. 曲线③ D. 曲线④
(2)图为一定质量理想气体的压强p 与体积V 关系图象,它
由状态A 经等容过程到状态B,再经等压过程到状态C 设A、
C D
B、C 状态对应的温度分别为TA、TB、TC,则下列关系式中正确 [解析] 分子间作用力f=0时对应的分子势能Ep 最小,
的是 ( )
故选择B.
[答案] B
[真题4] (2022·全国)下列现象中不能说明分子间存在
分子力的是 ( )
A.两铅块能被压合在一起
A.TAB.TA>TB,TB=TC C.水不容易被压缩
C.TA>TB,TBD.TA=TB,TB>TC [解析] 两块铅块能被压在一起说明分子间存在引力;钢
[解析] (1)气体分子速率按“中间高,两边低”排列,且气 绳不易被拉断说明分子间存在引力;水不容易被压缩说明分子
体分子在永不停息地做无规则运动,不存在v=0的分子,B错 间存在斥力;气体分子间距离很大,通常认为气体分子间无作用
误D正确. 力,故正确选项为D.
(2)A→B 为等体压缩,温度降低,B→C 为等压膨胀,温度 [答案] D
升高,故TA>TB,TB[答案] (1)D (2)C
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题源2 气 体
解题模型1.4
解题模型
分子动能和分子势能 2.1
1.分子动能 几种常见情况的压强计算
(1)定义:物体内分子动能的平均值叫做分子的平均 1.在气体流通的区域,各处压强相等,如容器与外界
动能.温度是分子平均动能的标志,温度越高,分子的平均 相通,容器内外压强相等;用细管相连的容器,平衡时两边
动能越大. 气体压强相等.
(2) : 2.液体内深为h 处的总压强为理解要点 p=p0+ρgh
,式中p0
, 为液面上方的大气压强.在水银内,用cmHg作单位时可表①温度是大量分子的平均动能的标志 对个别分子来
示为p=H+h.
讲是无意义的.
3.连通器内静止的液体,同种液体在同一水平面上各
②不同种物质的物体,如果温度相同,则它们的分子
处压强相等.
平均动能相同,但它们的分子的平均速率不同. 4.参考液片法的一般思路
③分子的平均动能与物体运动的速度无关. (1)选取假想的一个液体薄片(其自重不计)为研究对象.
2.分子势能 (2)分析液片两侧受力情况,建立力的方程,消去横截
分子间由分子力和分子间的相对位置决定的势能,叫 面积,得到液片两侧的压强平衡方程.
分子势能. (3)解方程,求得气体压强.
(1)r>r0 时,分子间的作用力表现为引力,要增大分 5.平衡条件法
子间的距离,分子力做负功,因此分子势能随分子间距离 欲求用固体(如活塞等)封闭在静止容器内的气体压
的增大而增大. 强,应对固体进行受力分析,然后根据平衡条件求解.
(2)r子间的距离,分子力做负功,因此分子势能随分子间距离 定量的理想气体从状态a 沿直线变化
的减小而增大. 到状态b,在此过程中,其压强 ( )
(3)当r=r0 时,分子势能最小,一般取无穷远处分子 A.逐渐增大
势能为零,所以r=r0 时,分子势能为负值. B.逐渐减小
(4)从微观上说,影响分子势能的因素是分子间距;从 C.始终不变
宏观上说,影响分子势能的因素是体积. D.先增大后减小
[解析] 过a 点和b 点分别画出
等压线如 图 所 示.从 图 中 可 以 看 出 斜
V pV
率k= ,由 =k',则斜率越大,压T T
强越小.A项正确.
[答案] A
解题模型2.2
[真题5] (2023·新课程标准Ⅰ)两个相距较远的分子仅 气体分子动理论
在分子力作用下由静止开始运动,直至不再靠近.在此过程中, 1.气体分子的运动特点
下列说法正确的是 . (1)气体分子之间的距离比较大,分子之间的作用力
A.分子力先增大,后一直减小 非常微弱,由分子之间的相互作用而产生的势能通常认为
B.分子力先做正功,后做负功 是零,气体分子除了相互碰撞或者跟器壁的碰撞之外不受
C.分子动能先增大,后减小 力的作用,可以在空间内自由地移动,因此气体能够充满
D.分子势能先增大,后减小 它所能到达的空间,没有一定的体积和形状.
E.分子势能和动能之和保持不变 (2)分子做规则的运动,速率有大有小,由于分子之间
[解析] 在此过程中,由分子力的变化规律知,分子力先增 的频繁撞击,速率又将发生变化,但是大量分子的速率却
大,后减小到零再增大,A错误.分子力先做正功,后做负功,B正 按照一定的规律分布.这种大量分子整体所体现出来的规
确.根据动能定理,分子动能先增大后减小,分子势能先减小后 律叫做统计规律.
增大,C正确D错误.由于只有分子力做功,分子势能和动能之 (3)当温度升高时,速率小的分子数目将减小,速率大
和保持不变,E正确. 的分子数目将增加,其所表现的统计规律不变,分子的平
[答案] BCE 均速率将增大,平均动能将增大,因此温度是分子平均动
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能的标志. 2.理想气体状态方程
2.气体压强的微观解释 (1)定义
(1)产生的原因:大量做无规则热运动的分子对器壁 为了研究问题的方便,可以设想一种气体,在任何温
频繁、持续地碰撞产生了气体的压强.单个分子碰撞器壁的 度、任何压强下都遵从气体实验定律,我们把这样的气体
冲力是短暂的,但是大量分子频繁地撞击器壁,就对器壁 叫做理想气体.
产生持续、均匀的压力,所以从分子动理论的观点来看,气 (2)模型
体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平 在温度不低于负几十摄氏度、压强不超过大气压的几
均作用力,或者说等于单位时间内器壁单位面积上所受气 倍时,把实际气体当成理想气体来处理,误差很小,可是计
体分子碰撞的总冲量. 算起来却简便多了.
(2)决定气体压强大小的因素:气体压强由气体分子 (3)理解理想气体的状态方程
的密度和平均动能决定.气体分子密度大(单位面积内气体 ①内容:一定质量的某种理想气体在从一个状态1变
分子的数目大),在单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分 化到另一个状态2时,尽管p、V、T 都可能改变,但是压强
子数目就多.气体的温度高,气体分子的平均动能就大,单 跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变,这就叫做一
个气体分子与器壁的碰撞给器壁的冲力就大;另一方面, 定质量的理想气体的状态方程.
分子的平均速率大,在单位时间里器壁受气体分子撞击的
②公式:
p1V1 pV= 2 2 pV或 =恒量
次数就多,累计冲力就大.一定质量的气体压强宏观上由气 T1 T2 ( T )
体的体积和温度决定. [说明] 气体实验定律及状态方程的应用
(3)气体压强与大气压强的区别 解决此类问题的关键是恰当地选取研究对象,搞清气
密闭容器中的气体压强由气体分子碰撞器壁产生,大 体的初、末状态的三个参量,从而求得未知量.若在状态变
小由气体的密度和温度决定,与地球的引力无关. 化过程中,气体的物质的量发生变化,可以通过巧妙地选
大气压却是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而 择合适的研究对象,使这类问题转化为一定质量的理想气
对浸在它里面的物体产生的压强.如果没有地球引力作用, 体,用状态方程求解.
地球表面就没有大气,从而也不会有大气压.地面大气压的
[真题 ] ( ·广东)用密封性好、充满气体的塑料袋包
值与地球表面积的乘积,近似等于地球大气层所受的重力 8 2023
裹易碎品,如图所示,. 充气袋四周被挤压时
,假设袋内气体与外
值
界无热交换,则袋内气体 ( )
[真题7] (2023·全国)对于一定量的稀薄气体,下列说法
正确的是 ( )
A. 压强变大时,分子热运动必然变得剧烈
B. 保持压强不变时,分子热运动可能变得剧烈
C. 压强变大时,分子间的平均距离必然变小
D. 压强变小时,分子间的平均距离可能变小
[解析] 分子热运动的剧烈程度仅和温度有关,A错误,B
体积减小,内能增大
正确;分子间平均距离仅和体积有关, A.C错误D正确.
B. 体积减小,压强减小[答案] BD
C. 对外界做负功,内能增大
解题模型2.3 D. 对外界做正功,压强减小
[解析] 挤压过程为绝热压缩,体积减小,对外界做负功,
1.气体的状态及变化 内能增大,温度升高,压强增大,AC正确.
(1)对于一定质量的气体,如果温度、体积、压强这三 [答案] AC
个量都不变,我们就说气体处于一定的状态中. [真题9] (2023·重庆)(1)出租车常以天然气作为燃料,
(2)三个状态参量同时发生变化或者其中有两个发生 加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中,若储气罐
变化,我们就说气体的状态改变了.对一定质量的气体来 内气体体积及质量均不变,则罐内气体(可视为理想气体)
说,只有一个参量改变而其他两个参量都不改变的情况, ( )
是不会发生的. A. 压强增大,内能减小
(3)一定质量的气体 B. 吸收热量,内能增大
①等温过程,压强跟体积成反比. C. 压强减小,分子平均动能增大
②等压过程,体积跟热力学温度成正比. D. 对外做功,分子平均动能减小
③等容过程,压强跟热力学温度成正比. (2)如图为一种减震垫,上面布满了圆柱状薄膜气泡,每个
上述各量间的关系可从微观角度即分子动理论来理解. 气泡内充满体积为V0,压强为p0的气体.当平板状物品平放在
如等温过程,分子平均动能不变,若体积增大,分子密度减 气泡上时,气泡被压缩.若气泡内气体可视为理想气体,其温度
小,压强就减小;若体积减小,分子密度增大,压强就增大. 保持不变.当体积压缩到V 时气泡与物品接触面的边界为S.求
此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力.
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[说明] 在应用热力学第一定律时,应特别分清W、Q
的正负号,以便准确地判断ΔU 的正、负.
(2)热力学第二定律
[解析] (1)等体积过程不对外做功,温度升高,内能升高, ①表述一:热量不能自发地从低温物体传到高温物体.
分子平均动能增大,吸收热量,压强增大,B正确. ②表述二:不可能从单一热源吸收热量,使之完全变
(2)设压力为F,压缩后气体压强为p,由pV =pV 和F= 成功,而不引起其他的变化.0 0
V 热力学过程方向性实例:
S, F= 0
③
p 得 Vp0S. 热量Q 能自发传给Ⅰ.高温物体 低温物体
[ ] () () V
热量Q 不能自发传给
答案 1B 2F= 0Vp0S 能自发地完全转化为Ⅱ.功 热
[真题10] (2023·上海)如图,绝热汽缸A 与导热汽缸B 不能自发地且不能完全转化为
均固定于地面,由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦. 能自发膨胀到Ⅲ.气体体积V1 气体体积V2(较大)
两汽缸内装有处于平衡状态的理想气体,开始时体积均为V 不能自发收缩到0、
能自发混合成
温度均为T0.缓慢加热A 中气体,停止加热达到稳定后,A 中气 Ⅳ.不同气体A 和B 混合气体AB
不能自发分离成
体压强为原来的1.2倍.设环境温度始终保持不变,求汽缸A 中
气体的体积V 和温度T 3.
对能量守恒定律的理解
A A.
(1)某种形式的能减少,一定有其他形式的能增加,且
减少量与增加量相等.
(2)某个物体能量的减少,一定存在其他物体能量的
增加,且减少量和增加量一定相等.
[解析] 设初态压强为p0,稳定后A,B 压强相等 (3)在利用能量转化与守恒定律解题时,要注意先搞
pB=1.2p0 清过程中有几种形式的能在转化或转移,分析初、末状态
B 是等温变化 确定ΔE增、ΔE减 各为多少,再由ΔE增=ΔE减 列式计算.
7 两类永动机的比较
p0V0=1.2p0(2V0-VA) ∴V
4.
A=6V0
第一类永动机 第二类永动机
A 部分气体满足
不消耗能量却可能源源不 从单一热源吸热,全部用来对外做功
p0V0 1.2p0VA
T = T ∴TA=1.4T0 断地对外做功的机器 而不引起其他变化的机器0 A
7 违 背 能 量 守 恒,不 可 能 不违背能量守恒,违背热力学第二定[答案] 6V0 1.4T0 实现 律,不可能实现
题源3 内能 热力学定律
[真题11] (2023·新课标Ⅰ)(1)一定量的理想气体从状
解题模型3.1 态a开始,经历三个过程ab、bc、ca 回到原状态,其p-T 图象
如图所示,下列判断正确的是 ( )
1.物体的内能
(1)定义:物体内所有分子动能和势能的总和.
(2)决定内能的因素:
①微观:分子动能、分子势能、分子总个数.
②宏观:温度、体积、物质的量(摩尔数).
(3)改变内能的两种方式: A. 过程ab中气体一定吸热
①做功;②热传递. B. 过程bc中气体既不吸热也不放热
2.热力学定律 C. 过程ca中外界气体所做的功等于气体所放的热
(1)热力学第一定律 D.a、b和c三个状态中,状态a分子平均动能最小
①表达式:ΔU=Q+W E.b和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气
②符号法则: 体分子撞击的次数不同
名称 正值 负值 (2)一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形
U 气缸内
,汽缸壁导热良好,活塞可沿气缸壁无摩擦地滑动 开始
Δ 内能增加 内能减少 .
时气体压强为p,活塞下表面相对于气缸底部的高度为h,外界
Q 系统吸收热量 系统放出热量
温度为T0.现取质量为m 的沙子缓慢地倒在活塞的上表面,沙
W 外界对系统做功 系统对外界做功 子倒完时,活塞下降了h/4.若此后外界的温度变为T,求重新到
达平衡后气体的体积.已知外界大气的压强始终保持不变,重力
加速度大小为g.
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[解析] (1)ab为等体积过程,气体不做功,温度升高内能 [ ] ()7 ()6答案 1 p0 2 吸热 原因见解析
增加,必吸热,A正确;bc为等温过程,内能不变,压强减小,体积 6 7
增大,对外做功,吸收热量,B错误;ca 为等压过程,温度降低,内 [真题13] (2023·全国)根据热力学第一定律,下列说法
能减少,体积减小,外界对气体做功,由热力学第一定律,外界做 正确的是 ( )
功小于气体放出热量,C错误;理想气体分子平均动能即内能, A.电冰箱的工作过程表明,热量可以从低温物体向高温物
只和温度有关,D正确;c状态体积比b 大而温度相同即分子平 体传递
均速度相同,所以容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞 B.空调机在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放
击的次数不同,E正确. 出的热量
(2)设活塞面积为S,沙子增加的压强为Δp,倒沙子过程为 C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
等温过程: D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少,形成能
源危机
pSh=(p+Δp)S·
3
4h ① [解析] 由热力学第二定律热量可以从低温物体向高温物
加热过程为等压过程: 体传递,但是必然引起其他变化,放出热量大于吸收热量,A正
3 确,· B正确.根据热力学第一定律
,科技的进步不可以使内燃机成
S 4h V
= ② 为单一热源的热机,选项C错误.对能源的过度消耗将使自然界T0 T 的可以被利用的能量不断减少,形成能源危机,但自然界的能量
mg
由题意知:Δp= ③ 是守恒的,选项D错误.S
[答案] AB
: 9mghT联立解得 V= 4T .p [真题14] (2022·海南)如图所示,体积为V,内壁光滑的0
9mghT 圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞;汽缸内[答案] (1)ADE (2)4pT0 密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0 的理想气体.p0 和T0 分别
[真题12] (2022·山东)一太阳能空气集热器,底面及侧 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=
面为隔热材料,顶面为透明玻璃板,集热器容积为V0,开始时内 αT,α为正的常量;容器内气体的所有变化过程都是缓慢的.求:
部封闭气体的压强为p0.经过太阳曝晒,气体温度由T0=300K
升至T1=350K.
(1)求此时气体的压强;
(2)保持T1=350K不变,缓慢抽出部分气体,使气体压强
再变回到p0.求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值. (1)汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1.
判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热,并简述原因. (2)在活塞下降过程中,汽缸内气体放出的热量Q.
[解析] (1)设升温后气体的压强为p1,由查理定律得
[解析] (1)在气体由压强p=1.2p0 下降到p0 的过程中
气体体积不变,温度由
p p T=2.4T0
变为T1,由查理定律得
0
T =
1
T ① T1 p00 1
T = ①
代入数据得 p
在气体温度由T1 变为T0 的过程中,体积由V 减小到V1,
7
p1=6p0 ② 气体压强不变.由盖·吕萨克定律得
(2)抽气过程可等效为等温膨胀过程,设膨胀后气体的总体 V T
V =
1
T ②1 0
积为V,
由①②式得
p1V0=p0V ③ 1
联立②③式得 V1=2V ③
7
V= V ④ (2)在活塞下降过程中,活塞对气体做的功为6 0 W=p0(V-V1) ④
设剩余气体的质量与原来总质量的比值为k,由题意得 在这一过程中,气体内能的减少为
V
k= 0 ΔU=α(T1-T0) ⑤V ⑤
由热力学第一定律得,汽缸内气体放出的热量为
联立④⑤得 Q=W+ΔU ⑥
6
k= ⑥ 由②③④⑤⑥式得7
1
吸热.因为抽气过程中剩余气体温度不变,故内能不变,而 Q=2p0V+αT0 ⑦
剩余气体膨胀对外做功,所以根据热力学第一定律可知剩余气
体要吸热. [答案] ()
1
1 ()
1
2V 2Q=2p0V+αT0
·200·
E. 干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度,
题源4 固体 液体
这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果
(2)如图,两气缸AB 粗细均匀,等高且内壁光滑,其下部由解题模型4.1
体积可忽略的细管连通;A 的直径为B 的2倍,A 上端封闭,B
1.固体 上端与大气连通;两气缸除A 顶部导热外,其余部分均绝热.两
分类 晶体 气缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b,活塞下方充有氮
非晶体
比较 单晶体 多晶体 气,活塞a上方充有氧气;当大气压为p0,外界和气缸内气体温
外形 规则 不规则 不规则 1度均为7℃且平衡时,活塞a离气缸顶的距离是气缸高度的 ,4
熔点 确定 不确定
活塞b在气缸的正中央.
物理性质 各向异性 各向同性
有规则但多晶体每个晶体间的排
原子排列 无规则
列无规则
有的物质在不同条件下能够形成不同的形状.同一物
形成与
质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现,有些非
转化
晶体,在一定条件下也可转化为晶体
(ⅰ)现通过电阻丝缓慢加热氮气,当活塞b升至顶部时,求
典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香 氮气的温度;
(ⅱ)继续缓慢加热,使活塞a上升,当活塞a 上升的距离是
由以上表格内容可知 1
(1)同一种物质在不同的条件下可能是晶体也可能是非晶体. 气缸高度的 时,求氧气的压强16 .
(2)晶体中的单晶体具有各向异性,但不是在各种物理性质上 [解析] (1)布朗运动不是固体分子的运动,A错误;高原
都表现出各向异性. 地区水的沸点低是因为大气压强比较低,D错误.
2.液体的表面张力 (2)(ⅰ)b升至顶部,气缸内氮气为等压过程,故a 的位置不
(1)作用:液体的表面张力使液面具有收缩的趋势.
变,由盖-吕萨克定律:
(2)方向:表面张力跟液面相切,跟这部分液面的分界线垂直.
V
( 3 1 0 73)大小:液体的温度越高,表面张力越小;液体中溶有杂质 V1=4V0+
·
2 4=8V0 ①
时,表面张力变小;液体的密度越大,表面张力越大.
3 V0
3.液晶 V2=4V0+4=V0 ②
(1)物理性质 V1 V2
①具有液体的流动性. T =T ③1 2
②具有晶体的光学各向异性. 联立解得:T2=320K
③从某个方向上看,其分子排列比较整齐,但从另一方向看, (ⅱ)加热过程活塞a 上升,a 上部氧气为等温过程,由波意
分子的排列是杂乱无章的.
耳定律:
(2)应用
V
①利用液晶上加电压时,旋光特性消失,实现显示功能,如电 V'= 01 ,4
子手表、计算器、微电脑等.
p'1=p0,
②利用温度改变时,液晶颜色会发生改变的性质来测温度.
3V
V'2=
0 ④
[真题15] (2023·新课程标准Ⅱ)(1)下列说法正确的是 16
. p'1V'1=p'2V'2 ⑤
A. 悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热 4联立解得:p'2=3p0.
运动
[答案] (1)BCE
B. 空气的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果
(2)(ⅰ)氧气的温度为320K
C. 彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性
( 4的特点 ⅱ)氧气的压强为3p0.
D. 高原地区水的沸点较低,这是高原地区温度较低的缘故
·201·
(★代表高考出现的频次)
A.铅分子做无规则热运动
A组
B.铅柱受到大气压力作用
题源1 分子动理论( ) C.
铅柱间存在万有引力作用
★★★
D.铅柱间存在分子引力作用
1.(2023·山东)以下说法正确的是 ( ) 7.(2022·四川)下列现象中不能说明分子间存在分子力的是
A.水的饱和气压随温度的升高而增大 ( )
B.扩散现象表明,分子在永不停息地运动 A.两铅块能被压合在一起
C.当分子间距离增大时,分子间引力增大,分子间斥力减小 B.钢绳不易被拉断
D.一定质量的理想气体,在等压膨胀过程中,气体分子的平 C.水不容易被压缩
均动能减小 D.空气容易被压缩
2.(2023·四川)物体由大量分子组成,下列说法正确的是 8.(2022·全国Ⅰ)如图为两分子系统的势能Ep 与两分子
( ) 间距离r的关系曲线.下列说法正确的是 ( )
A. 分子热运动越剧烈,物体内每个分子的动能越大
B. 分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小
C. 物体的内能跟物体的温度和体积有关
D. 只有外界对物体做功才能增加物体的内能
3.(2023·新课程标准)关于热力学定律,下列说法正确的是 A.当r大于r1 时,分子间的作用力表现为引力
( ) B.当r小于r1 时,分子间的作用力表现为斥力
A. 为了增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热量 C.当r等于r2 时,分子间的作用力为零
B. 对某物体做功,必定会使该物体的内能增加 D.在r由r1 变到r2 的过程中,分子间的作用力做负功
C. 可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功 9.(2023·广东)清晨,草叶上的露珠是由空气中的水汽凝
D. 不可能使热量从低温物体传向高温物体 结成的水珠,这一物理过程中,水分子间的 ( )
E. 功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 A. 引力消失,斥力增大
4.(2023·全国)下列关于布朗运动的说法,正确的是 B. 斥力消失,引力增大
( ) C. 引力、斥力都减小
A. 布朗运动是液体分子的无规则运动 D. 引力、斥力都增大
B. 液体温度越高,悬浮粒子越小,布朗运动越剧烈
题源 气 体( )
C. 布朗运动是由于液体各个部分的温度不同而引起的 2 ★★★
D. 布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作 1.(2021·上海)如图为竖直放置的上细下粗密
用的不平衡引起的 闭细管,水银柱将气体分隔为A、B 两部分,初始温度
5.(2023·四川)气体能够充满密闭容器,说明气体分子除 相同.使A、B 升高相同温度达到稳定后,体积变化量
相互碰撞的短暂时间外 ( ) 为ΔVA、ΔVB,压强变化量为ΔpA、ΔpB,对液面压力
A.气体分子可以做布朗运动 的变化量为ΔFA、ΔFB,则 ( )
B.气体分子的动能都一样大 A.水银柱向上移动了一段距离
C.相互作用力十分微弱,气体分子可以自由运动 B.ΔVA<ΔVB
D.相互作用力十分微弱,气体分子间的距离都一样大 C.ΔpA>ΔpB
6.(2023·广东)如图所示,两个接触面平滑的铅柱压紧后 D.ΔFA=ΔFB
悬挂起来,下面的铅柱不脱落,主要原因是 ( ) 2.(2022·福建)1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分
子速率的分布规律,后来有许多实验验证了这一规律.若以横坐
标v表示分子速率,纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总
分子数的百分比.下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分
子速率规律的是 ( )
·202·
B.bc过程中保持不变
C.cd 过程中不断增加
D.da过程中保持不变
7.(2023·重庆)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,
它主要由汽缸和活塞组成.开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨
胀,将箱盖顶起,如图所示.在此过程中,若缸内气体与外界无热
交换,忽略气体分子间相互作用,则缸内气体 ( )
3.(2023·全国)关于一定量的气体,下列叙述正确的是
( )
A.气体吸收的热量可以完全转化为功
B.气体体积增大时,其内能一定减少
C.气体从外界吸收热量,其内能一定增加 A.对外做正功,分子的平均动能减小
D.外界对气体做功,气体的内能可能减少 B.对外做正功,内能增大
4.(2023·广东)如图为某种椅子与其升降部分的结构示意 C.对外做负功,分子的平均动能增大
图,M,N 两筒间密闭了一定质量的气体,M 可沿N 的内壁上下 D.对外做负功,内能减小
滑动.设筒内气体不与外界发生热交换,在 M 向下滑动的过程中 8.(2022·江苏)为了将空气装入气瓶内,现将一定质量的
( ) 空气等温压缩,空气可视为理想气体.下列图象能正确表示该过
程中空气的压强p 和体积V 关系的是 ( )
A.外界对气体做功,气体内能增大
B.外界对气体做功,气体内能减小
C.气体对外界做功,气体内能增大
D.气体对外界做功,气体内能减小
5.(2022·上海)如图,玻璃管内封闭了一段气
体,气柱长度为l,管内外水银面高度差为h,若温度
9.(2022·广东)如图所示,某种自动洗衣机进水时,与洗衣
保持不变,把玻璃管稍向上提起一段距离,则 ( )
缸相连的细管中会封闭一定质量的空气,通过压力传感器感知
A.h,l均变大
管中的空气压力,从而控制进水量.设温度不变,洗衣缸内水位
B.h,l均变小
升高,则细管中被封闭的空气 ( )
C.h变大l变小
D.h变小l变大
6.(2022·上海)一定质量理想气体的状态经历了如图所示
的ab、bc、cd、da四个过程,其中bc的延长线通过原点,cd 垂直
于ab且与水平轴平行,da与bc平行,则气体体积在 ( )
A.体积不变,压强变小
B.体积变小,压强变大
C.体积不变,压强变大
D.体积变小,压强变小
A.ab过程中不断增加 10.(2023·山东)如图所示,粗细均匀、导热良好、装有适量
·203·
水银的U 型管竖直放置,右端与大气相通,左端封闭气柱长l1= 12.(2022·山东)一太阳能空气集热器,底面及侧面为隔热
20cm(可视为理想气体),两管中水银面等高.现将右端与一低压 材料,顶面为透明玻璃板,集热器容积为V0,开始时内部封闭气
舱(未画出)接通,稳定后右管水银面高出左管水银面h=10cm. 体的压 强 为 p0.经 过 太 阳 暴 晒,气 体 温 度 由 T0=300 K 升
(环境温度不变,大气压强p0=75cmHg) 至T1=350K.
(1)求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作 (1)求此时气体的压强;
单位). (2)保持T1=350K不变,缓慢抽出部分气体,使气体压强
再变回到p0.求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值.
判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热,并简述原因.
(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”).
11.(2023·江苏)(1)如图所示,内壁光滑的汽缸水平放置.
一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内,外界大气压强为p0.
现对汽缸缓慢加热,气体吸收热量Q 后,体积由V1 增大为V2.
则在此过程中,气体分子平均动能 (填“增大”、“不变”
或“减小”),气体内能变化了 .
题源3 内能 热力学定律(★★★★)
1.(2023·广东)景颇族的祖先发明的点火器如图所示,用
(2)某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前,查 牛角做套筒,木质推杆前端粘着艾绒.猛推推杆,艾绒即可点燃,
阅数据手册得知:油酸的摩尔质量 M=0.283kg·mol-1,密度ρ 对筒内封闭的气体,在此压缩过程中 ( )
=0.895×103kg·m-3.若100滴油酸的体积为1mL,则1滴油
酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少 (取 NA=6.02×
1 ,
1023mol-1,球的体积V 与直径D 的关系为V= πD3,结果保 A. 气体温度升高 压强不变6 B. 气体温度升高,压强变大
留一位有效数字)
C. 气体对外界做正功,气体内能增加
D. 外界对气体做正功,气体内能减少
2.(2021·全国Ⅱ)如图,水平放置的密封汽缸内的气体被
一竖直隔板分隔为左右两部分,隔板可在汽缸内无摩擦滑动,右
侧气体内有一电热丝.汽缸壁和隔板均绝热.初始时隔板静止,左
右两边气体温度相等.现给电热丝提供一微弱电流,通电一段时
间后切断电源.当缸内气体再次达到平衡时,与初始状态相比
( )
A.右边气体温度升高,左边气体温度不变
·204·
B.左右两边气体温度都升高 平衡.下列说法中正确的是 ( )
C.左边气体压强增大
D.右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量
3.(2023·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 A.初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能
D.露珠呈球状是由于液体表面张力的作用 B.系统重新达到平衡时,氢气的内能比初始时的小
(2)气体温度计结构如图所示.玻璃测温泡A 内充有理想气 C.松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中,有热量从
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 氧气传递到氢气
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 D.松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中,氧气的内
=14cm,后将A 放入待测恒温槽中,上下移动 D,使C 中水银 能先增大后减小
面仍在O 点处,测点D 中水银面高出O 点h2=44cm.(已知外 7.(2019·四川)如图所示,厚壁容器的一端通过胶塞插进
界大气压为1个标准大气压,1标准大气压相当于76cmHg) 一支灵敏温度计和一根气针,另一端有个用卡子卡住的可移动
①求恒温槽的温度; 胶塞.用打气筒慢慢向容器内打气,使容器内的压强增大到一定
②此过程A 内气体内能 (填“增大” 程度,这时读出温度计示数.打开卡子,胶塞冲出容器口后
或“减小”),气体不对外做功,气体将 (填 ( )
“吸热”或“放热”).
4.(2019·全国Ⅰ)如图所示,质量为m 的活塞将一定质量
的气体封闭在汽缸内,活塞与汽缸壁之间无摩擦.a 态是汽缸放
在冰水混合物中气体达到的平衡状态,b态是汽缸从容器中移出
后,在室温(27℃)中达到的平衡状态.气体从a 态变化到b态的
过程中大气压强保持不变.若忽略气体分子之间的势能,下列说 A.温度计示数变大,实验表明气体对外界做功,内能减少
法中正确的是 ( ) B.温度计示数变大,实验表明外界对气体做功,内能增加
C.温度计示数变小,实验表明气体对外界做功,内能减少
D.温度计示数变小,实验表明外界对气体做功,内能增加
8.(2022·广东)如图是密闭的汽缸,外力推动活塞P 压缩
气体,对缸内气体做功800J,同时气体向外界放热200J,缸内气
A.与b态相比,a态的气体分子在单位时间内撞击活塞的 体的 ( )
个数较多
B.与a态相比,b态的气体分子在单位时间内对活塞的冲
量较大
C.在相同时间内,a、b两态的气体分子对活塞的冲量相等
D.从a态到b态,气体的内能增加,外界对气体做功,气体 A.温度升高,内能增加600J
向外界释放了热量 B.温度升高,内能减少200J
5.(2019·重庆)氧气钢瓶充气后压强高于外界大气压,假 C.温度降低,内能增加600J
设缓慢漏气时瓶内外温度始终相等且保持不变,忽略氧气分子 D.温度降低,内能减少200J
之间的相互作用,在该漏气过程中瓶内氧气 ( ) 9.(2022·重庆)给旱区送水的消防车停于水平地面,在缓
A.分子总数减少,分子总动能不变 缓放水的过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子
B.密度降低,分子平均动能不变 势能,则胎内气体 ( )
C.吸收热量,膨胀做功 A.从外界吸热 B.对外界做负功
D.压强降低,不对外做功 C.分子平均动能减少 D.内能增加
6.(2019·江苏)如图所示,绝热汽缸中间用固定栓将可无 10.(2022·全国Ⅱ)如图,一绝热容器被隔板 K 隔开a、b
摩擦移动的导热隔板固定,隔板质量不计,左右两室分别充有一
两部分.已知a内有一定量的稀薄气体,b内为真空.抽开隔板 K
定量的氢气和氧气(视为理想气体).初始时,两室气体的温度相 后,a内气体进入b,最终达到平衡状态.在此过程中 ( )
等,氢气的压强大于氧气的压强,松开固定栓直至系统重新达到
·205·
A.气体对外界做功,内能减少
A.晶体和非晶体均存在固定的熔点T0
B.气体不做功,内能不变
B.曲线 M 的bc段表示固液共存状态
C.气体压强变小,温度降低
C.曲线 M 的ab段、曲线 N 的ef 段均表示固态
D.气体压强变小,温度不变
D.曲线 M 的cd 段、曲线 N 的fg 段均表示液态
11.(2023·山东)下列关于热现象的描述正确的是 ( ) (2)一定量的理想气体在某一过程中,从外界吸收热量2.5
A.根据热力学定律,热机的效率可以达到100% ×104J,气体对外界做功1.0×104J,则该理想气体的 ( )
B.做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的 A.温度降低,密度增大
C.温度是描述热运动的物理量,一个系统与另一个系统达 B.温度降低,密度减小
到热平衡时两系统温度相同
C.温度升高,密度增大
D.物体由大量分子组成,其单个分子的运动是无规则的,大 D.温度升高,密度减小
量分子的运动也是无规律的
2.(2022·新课程标准)关于晶体和非晶体,下列说法正确
12.(2019·山东)某压力锅的结构如图所示.盖好密封锅盖, 的是 ( )
将压力阀套在出气孔上,给压力锅加热,当锅内气体压强达到一
A.金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体
定值时,气体就把压力阀顶起.假定在压力阀被顶起时,停止加热. B.晶体的分子(或原子、离子)排列是有规则的
C.单晶体和多晶体有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点
D.单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的,非晶体是各
向同性的
B组
题源1 分子动理论(★★★)
(1)若此时锅内气体的体积为V,摩尔体积为V ,阿伏加德 1.关于悬浮在液体中的固体颗粒的布朗运动,下列的说法0
罗常数为 N ,写出锅内气体分子数的估算表达式. 中正确的是 ( )A
(2)假定在一次放气过程中,锅内气体对压力阀及外界做功 A.小颗粒的无规则运动就是分子的运动
1J,并向外界释放了2J的热量.锅内原有气体的内能如何变化 B.小颗粒的无规则运动是固体颗粒中分子无规则运动的
变化了多少 反映
(3)已知大气压强p 随海拔高度H 的变化满足p=p (1- C.小颗粒的无规则运动是液体分子无规则运动的反映0
αH),其中常数α>0.结合气体定律定性分析在不同的海拔高度 D.因为布朗运动的激烈程度跟温度有关,所以布朗运动也
使用压力锅,当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同. 可以叫热运动
2.(1)对于一定量的理想气体,下列说法正确的是 ( )
A.若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变
B.若气体的内能不变,其状态也一定不变
C.若气体的温度随时间不断升高,其压强也一定不断增大
D.气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程
有关
E.当气体温度升高时,气体的内能一定增大
(2)如图,一上端开口,下端封闭的细长玻璃管,下部有
题源4 固体 液体(★) 长l1=66cm的水银柱,中间封有长l2=6.6cm的空气柱,
1.(2023·福建)(1)如图所示,曲线 M,N 分别表示晶体和 上部有长l3=44cm的水银柱,此时水银面恰好与管口平
非晶体在一定压强下的熔化过程,图中横轴表示时间t,纵轴表 齐.已知大气压强为p0=76cmHg.如果使玻璃管绕底端在
示温度T.从图中可以确定的是 ( ) 竖直平面内缓慢地转动一周,求在开口向下和转回到原来
·206·
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 C.在B 位置时气体单位体积
过程中没有发生漏气. 内的分子数比在A 位置时气体单位
体积内的分子数少
D.在 B 位置时气体分子的平
均速率比在A 位置时气体分子的平
均速率大
2.下列说法中正确的是 ( )
A.一定质量的气体,保持温度不变,压强随体积减小而增
大的微观原因是:每个分子撞击器壁的作用力增大
3.(2023·江苏)(1)下列现象中,能说明液体存在表面张力 B.一定质量的气体,保持温度不变,压强随体积增大而减小
的有 ( ) 的微观原因是:单位体积内的分子数减小
A.水黾可以停在水面上 C.一定质量的气体,保持体积不变,压强随温度升高而增大
B.叶面上的露珠呈球形 的微观原因是:分子的密度增大
C.滴入水中的红墨水很快散开 D.一定质量的气体,保持体积不变,压强随温度升高而增大
D.悬浮在水中的花粉做无规则运动 的微观原因是:分子的平均动能增大
(2)密闭在钢瓶中的理想气体,温度升高时压强增大.从分 3.一定质量的理想气体,由状态a 经b 变化到c.如图甲所
子动理论的角度分析,这是由于分子热运动的 增大了. 示,图乙中能正确反映出这种变化过程的是 ( )
该气体在温度T1、T2 时的分子速率分布图象如图1所示,则T1
(填“大于”或“小于”)T2.
(3)如图2所示,一定质量的理想气体从状态A 经等压过程
到状态B.此过程中,气体压强p=1.0×105Pa,吸收的热量Q=
7.0×102J,求此过程中气体内能的增量.
4.(2023·重庆)某未密闭房间的空气温度与室外的相同,
现对该室内空气缓慢加热,当室内空气温度高于室外空气温度时
图1 ( )
A.室内空气的压强比室外的小
B.室内空气分子的平均动能比室外的大
C.室内空气的密度比室外大
D.室内空气对室外空气做了负功
5.(2023·广东)图为某同学设计的喷水装置,内部装有2L
水,上部密封1atm的空气0.5L.保持阀门关闭,再充入1atm
的空气0.1L.设在所有过程中空气可看作理想气体,且温度不
图2 变,下列说法正确的有 ( )
题源2 气 体(★★★)
1.如图所示,绝热汽缸直立于地面上,光滑绝热活塞封闭一
定质量的气体并静止在A 位置,气体分子间的作用力忽略不计.
现将一个物体轻轻放在活塞上,活塞最终静止在B 位置(图中未
画),则活塞 ( ) A.充气后,密封气体压强增加
A.在B 位置时气体的温度与在A 位置时气体的温度相同 B.充气后,密封气体的分子平均动能增加
B.在B 位置时气体的压强比在A 位置时气体的压强大 C.打开阀门后,密封气体对外界做正功
·207·
D.打开阀门后,不再充气也能把水喷光 压强为p0=75.0cmHg.现将一活塞(图中未画出)从玻璃管开口
6.(2023·上海)已知湖水深度为20m,湖底水温为4℃, 处缓慢往下推,使管下部空气柱长度变为l1'=20.0cm.假设活
水面温度为17℃,大气压强为1.0×105Pa.当一气泡从湖底缓 塞下推过程中没有漏气,求活塞下降的距离.
慢升到水面时,其体积约为原来的(取g=10m/s2,ρ=1.0×103
kg/m3) ( )
A.12.8倍 B.8.5倍
C.3.1倍 D.2.1倍
7.(2023·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,A→B 和C→D
为等温过程,B→C 和D→A 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 . 9.(2023·山东)我国“蛟龙”号深海探测船载
A.A→B 过程中,外界对气体做功 人下潜超七千米,再创载人深潜新纪录.在某次深
B.B→C 过程中,气体分子的平均动能增大 潜实验中,“蛟龙”号探测到990m深处的海水温度
C.C→D 过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数 为280K.某同学利用该数据来研究气体状态随海
增多 水温度的变化,如图所示,导热性良好的气缸内封
D.D→A 过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化 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
(2)该循环过程中,内能减小的过程是 (填“A→ 温度T0=300K,压强p0=1atm,封闭气体的体积V =3m30 .如
B”、“B→C”、“C→D”或“D→A”).若气体在过程中吸收63kJ 果将该气缸下潜至990m深处,此过程中封闭气体可视为理想
的热量,在过程中放出38kJ的热量,则气体完成一次循环对外 气体.
做的功为 kJ. (1)求990m深处封闭气体的体积(1atm相当于10m深的
(3)若该循环过程中的气体为1mol,气体在A 状态时的体 海水产生的压强).
2 (2)下潜过程中封闭气体 (填“吸热”或“放热”),传
积为10L,在B 状态时压强为A 状态时的 .求气体在3 B
状态
递的热量 (填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功.
时单位体积内的分子数.(已知阿伏加德罗常数 N =6.0×1023A 10.(2022·江苏)(1)为了将空气装入气瓶内,现将一定质
mol-1,计算结果保留一位有效数字) 量的空气等温压缩,空气可视为理想气体.下列图象能正确表示
该过程中空气的压强p 和体积V 关系的是 ( )
A B
C D
(2)在将空气压缩装入气瓶的过程中,温度保持不变,外界
做了24kJ的功.现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底,若在此
8.(2023·新课程标准Ⅱ)如图,一上端开口,下端封闭的细 过程中,瓶中空气的质量保持不变,且放出了5kJ的热量.在上
长玻璃管的下部封有长l1=25.0cm的空气柱,中间有一段长l2 述两个过程中,空气的内能共减小 kJ,空气
=25.0cm的水银柱,上部空气柱的长度l3=40.0cm.已知大气 (填“吸收”或“放出”)的总热量为 kJ.
·208·
(3)已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3 (1)两室中气体的压强(设活塞移动前后气体温度保持不变);
kg/m3 和2.1kg/m3,空气的摩尔质量为0.029kg/mol,阿伏加 (2)活塞受到的电场力大小F;
德罗常数 N =6.02×1023A mol-1.若潜水员呼吸一次吸入2L空 (3)M 所带电荷产生的场强大小EM 和电源电压U;
气,试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分 (4)使滑片P 缓慢地由B 向A 滑动,活塞如何运动,并说明
子数.(结果保留一位有效数字) 理由.
11.(2023·新课程标准)如图,由U形管和细管连接的玻璃
泡A、B 和C 浸泡在温度均为0℃的水槽中,B的容积是 A的3
倍.阀门S将A和B两部分隔开.A内为真空,B和C内都充有气 13.(2022·新课程标准)如图所示,一开口汽缸内盛有密度
体.U形管内左边水银柱比右边的低60mm.打开阀门S,整个系 为ρ的某种液体;一长为l的粗细均匀的小瓶底朝上漂浮在液
统稳定后,U形管内左右水银柱高度相等.假设 U形管和细管中 体中,平衡时小瓶露出液面的部分和进入小瓶中液柱的长度均
的气体体积远小于玻璃泡的容积. 为l/4.现用活塞将汽缸封闭(图中未画出),使活塞缓慢向下运
(1)求玻璃泡C中气体的压强(以 mmHg为单位); 动,各部分气体的温度均保持不变.当小瓶的底部恰好与液面相
(2)将右侧水槽的水从0℃加热到一定温度时,U形管内左 平时,进入小瓶中的液柱长度为l/2,求此时汽缸内气体的压强.
右水银柱高度差又为60mm,求加热后右侧水槽的水温. 大气压强为p0,重力加速度为g.
12.(2022·上海)如图,一质量不计,可上下自由移动的活
塞将圆筒分为上下两室,两室中分别封闭有理想气体,筒的侧壁
为绝缘体,上底N,下底M 及活塞D 均为导体并按图连接,活塞
如图所示,一根两端开口、横截面积为 2 足够长
面积S=2cm2.在开关 K断开时,两室中气体压强均为 = 14. S=2cmp0
, , , 的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够240PaND 间距l1=1μm DM 间距l2=3μm 将变阻器的滑
片P 滑到左端B,闭合开关后,
深)管中有一个质量不计的光滑活塞,活塞下封闭着长
活塞D 与下底M 分别带有等量 . L=
的气柱,气体的温度 ,外界大气压取
异种电荷,并各自产生匀强电场,在电场力作用下活塞D 发生移 21cm t1=7℃ p0=1.0×
5 (相当于 汞柱高的压强)
动.稳定后,ND 间距l' 10 Pa 75cm .1=3μm,DM 间距l'2=1μm,活塞D 所
()对气体加热,使其温度升高到 ,此时气柱为
带电量的绝对值q=ε0SE(式中E 为D 与M 所带电荷产生的合 1 t2=47℃
, 多长 场强 常量ε -12 2 20=8.85×10 C/N·m ).求:
·209·
(2)在活塞上施加一个竖直向下的压力F=4N,保持气体 D.从单一热源吸收的热量全部变成功是不可能的
的温度t2 不变,平衡后活塞下降的高度为多少 (以上过程中水 3.(2021·江苏)(1)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中
银槽中的液面高度可视为不变) 温度保持不变,则在此过程中关于气泡中的气体,下列说法中正
确的是 .(填写选项前的字母)
A.气体分子间的作用力增大
B.气体分子的平均速率增大
C.气体分子的平均动能减小
D.气体组成的系统的熵增加
(2)若将气泡内的气体视为理想气体,气泡从湖底上升到湖
面的过程中,对外界做了0.6J的功,则此过程中气泡
(填“吸收”或“放出”)的热量是 J.气泡到达湖面后,温度
上升的过程中,又对外界做了0.1J的功,同时吸收了0.3J的热
量,则此过程中,气泡内气体内能增加了 J.
(3)已知气泡内气体的密度为1.29kg/m3,平均摩尔质量为
0.029kg/mol.阿伏加德罗常数 NA=6.02×1023mol-1,取气体分
子的平均直径为2×10-10m.若气泡内的气体能完全变为液体,请
估算液体体积与原来气体体积的比值.(结果保留一位有效数字)
题源3 内能 热力学定律(★★★★)
1.(2019·天津)A、B 两装置,均由一支一端封闭、一端开
口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成,除玻璃泡在管上的
位置不同外,其他条件都相同.将两管抽成真空后,开口向下竖
直插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内),水银柱上升至
图示位置停止.假设这一过程水银与外界没有热交换,则下列说
法正确的是 ( )
4.(2021·山东)一定质量的理想气体由状态 A 经状态B
变为状态C,其中A→B 过程为等压变化,B→C 过程为等容变
化.已知V =0.3m3A ,TA=TC=300K,TB=400K.
(1)求气体在状态B 时的体积;
(2)说明B→C 过程压强变化的微观原因;
(3)设A→B 过程气体吸收热量为Q1,B→C 过程气体放出
热量为Q2,比较Q1、Q2 的大小并说明原因.
A.A 中水银的内能增量大于B 中水银的内能增量
B.B 中水银的内能增量大于A 中水银的内能增量
C.A 和B 中水银体积保持不变,故内能增量相同
D.A 和B 中水银温度始终相同,故内能增量相同
2.下列说法中正确的是 ( )
A.机械能全部变成内能是不可能的
B.第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会
凭空产生,也不会凭空消失,只能从一个物体转移到另一个物
, 5.(2020·江苏)(1)空气压缩机在一次压缩过程中,活塞对体 或从一种形式转化成另一种形式
汽缸中的气体做功为2.0×105 ,C.根据热力学第二定律可知,热量也可能从低温物体传到 J
同时气体的内能增加了1.5×
高温物体 10
5J.试问:此压缩过程中,气体 (填“吸收”或“放出”)
的热量等于 J.
·210·
(2)若一定质量的理想气体分别按下图所示的三种不同过 (2)若周围环境温度保持不变,求整个过程中通过缸壁传递
程变化,其中表示等压变化的是 (填“A”、“B”或“C”), 的热量Q(一定量的理想气体的内能仅由温度决定).
该过程中气体的内能 (填“增加”、“减少”或“不变”).
(3)设想将1g水均匀分布在地球表面上,估算1cm2 的表
面上有多少个水分子 (已知1mol水的质量为18g,地球的表
面积约为5×1014m2,结果保留一位有效数字)
8.一个水平放置的汽缸,由两个截面积不同的圆管连接而
成.活塞A、B 用一长为4L 的刚性细杆连接,L=0.5m,它们可
以在筒内无摩擦地左右滑动.A、B 的截面积分别为SA=40cm2,
SB=20cm2,A、B 之间封闭着一定质量的理想气体,活塞外侧(A
的左方和B 的右方)是压强为p0=1.0×105Pa的大气.当汽缸内
气体温度为T1=525K时两活塞静止于如图所示的位置.
(1)现使汽缸内气体的温度缓慢下降,当温度降为多少时活
塞A 恰好移到两圆筒连接处
(2)若在此变化过程中气体共向外放热500J,求气体的内
能变化了多少
6.锅炉中盛有1500kg的 水,当 对 其 加 热 使 其 内 能 增
加1.26×107J时,温度将上升多少 水的比热容c=4.2×
103J/(kg·℃).
题源4 固体 液体(★)
1.(2023·上海)液体与固体具有的相同特点是 ( )
A.都具有确定的形状
B.体积都不易被压缩
C.物质分子的位置都确定
7.如图所示,一直立的汽缸用一质量为m 的活塞封闭一定 D.物质分子都在固定位置附近振动
量的理想气体,活塞横截面积为S,汽缸内壁光滑且缸壁是导热 2.下列说法中正确的是 ( )
的,开始活塞被固定,打开固定螺栓K,活塞下落,经过足够长时 A.黄金可以切割加工成任意形状,所以是非晶体
间后,活塞停在B 点,已知AB=h,大气压强为p0,重力加速度 B.同一种物质只能形成一种晶体
为g. C.单晶体的所有物理性质都是各向异性的
(1)求活塞停在B 点时缸内封闭气体的压强; D.玻璃没有确定的熔点,也没有规则的几何形状
·211·由闭合电路欧姆定律可得E=I(R+r)=53×(15+ 度,故选D.
14)×10-3V≈1.54V,多用电表的两表笔短接,则流 7.D 【解析】 本题考查考生对分子之间作用
E 53×(15+14) 力的理解.空气容易被压缩是说明空气分子之间的距
过多用电表的电流为I=r = 15 mA= 离很大,两铅块能被压合在一起,钢绳不易被拉断以及
102mA. 水不易被压缩都说明了分子间存在分子力,答案为D.
专题12 热 学 8.BC 【解析】 本题考查分子力做功与分子势
能的关系、功的正负的判断.意在考查考生对基本概
十年高考母题原型训练 念和基本规律的理解能力.对两分子组成的系统,分
子力做正功,分子势能减小;分子力做负功,分子势能
A组
增加.结合图象可知,分子距离由非常近到r1 时,Ep
题源1 分子动理论 减小,分子力做正功;当分子由r1 到r2 时,Ep 减小,
分子力做正功,故分子力为斥力,A错,B对,D错;分
1.AB 【解析】 气体的温度越高饱和气压越 子间距离由r2 继续增大时,分子势能增加,说明分子
大,A对;布朗运动和扩散现象都间接和直接地证明了 力做负功,即分子间表现为引力,故分子间距离为r2
分子永不停息的无规则运动,B对;分子间的引力和斥 时,分子间作用力为零,C项正确.
力都随着分子间的距离增大而减小,斥力减小的更快一
9.D 【解析】 水汽凝结成露珠,水由气态变成
, ; pV些 C错 由 =C 可知,在等压膨胀过程中,压强不变, 液态,分子间的距离在减小,分子间的引力和斥力都T
在增大,D项正确.
体积增大,温度升高,分子的平均动能增大,D错.
2.C 【解析】 温度是分子平均动能的标志,温 题源2 气 体
度升高分子热运动越剧烈,但不是每个分子的动能都
1.AC 【解析】 假定水银柱不动,升高相同的
增大,A错;分子间引力总是随着分子间的距离的减小
pA pA' pA'-pA pA
而增大,B错;物体的内能为分子动能和分子势能之和, 温度,对气体A:T =
得 = ,同理知
1 T2 T2-T1 T1
温度决定分子动能大小,分子势能大小与体积有关,C pB'-pB pB,又因 ,
对;改变物体内能的两种形式为做功和热传递,D . T -T =T pA>错 pB.pA'-pA>pB'-pB2 1 1
3.ACE 【解析】 由热力学第一定律 W+Q= 所以水银柱向上移动,水银柱上下液面差更大,所以
ΔU,知选项A正确,选项B错误;由热力学第二定律 ΔpA>ΔpB,因此A、C正确,D错误.因为水银不可压
知,C、D这些过程在借助于外界帮助的情况下是可以 缩,故ΔVA=ΔVB,B错误.
实现的,选项C正确、选项D错误;由自然界中一切 2.D 【解析】 气体分子虽然都在做无规则的
与热现象有关的过程都是不可逆的,选项E正确. 运动,但遵循统计规律,分子速率呈现“两头少,中间
4.BD 【解析】 布朗运动为固体小颗粒的无规 多”的规律,故正确选项为C.
则运动,A错;布朗运动由于液体分子从各个方向对 3.AD 【解析】 由热力学第一定律ΔU=W+
粒子撞击作用不平衡引起的,C错. Q 和热力学第二定律可得,AD正确;B选项中,气体
5.C 【解析】 气体能够充满密闭容器是因为 体积增大对外做功,但不能确定气体吸放热情况,因
气体分子在做热运动,而气体分子间的距离远大于 此不能确定内能变化,B错;C选项中气体吸收热量
10r0.相互作用力很弱,故气体分子可以自由运动,选 但不能确定做功情况,因此不能确定内能变化,C错.
项C正确,选项ABD错误. 4.A 【解析】 筒内气体不与外界发生热交换,
6.D 【解析】 由于铅柱较软,接触面平滑,压 而 M 下滑时气体体积变小,则外界对气体做功,根据
紧后,铅分子间的距离小到分子引力起主要作用的程 热力学第一定律W+Q=ΔU 可知,气体的内能增大,
·94·
选项A对. 【解析】 (1)温度是分子热运动平均动能的标志,
5.A 【解析】 假设h 不变,则随着玻璃管的上 温度升高,气体分子平均动能增大.根据热力学第一
提,密封气体的体积增大,由玻意耳定律可知,气体的 定律得ΔU=Q+W,而 W=-p0SΔL=-p0ΔV=
压强减小,因此玻璃管中液面会升高;液面升高后,由 -p0(V2-V1),所 以 气 体 内 能 变 化 了 ΔU=Q-
于气体压强减小了,所以气体体积会增大,即h 和l p0(V2-V1).
都增大,选项A正确. ( M2)一个油酸分子的体积V=
6.AB 【解析】 ab过程为等温过程,压强减小 ρNA
则体积增加,选项A对;bc 由 球 的 体 积 与 直 径 的 关 系 得 分 子 直 径为等容过程,体积不变,选 D
3
项B对;cd 为等压过程,温度降低则体积减小,选项C 6M=
; πNA错 da过程不是等容过程,选项D错.故正确选项为AB. ρ
-8 3
7.A 【
1×10 m
解析】 因为忽略气体分子间相互作用,封 最大面积S= ,解得D S=1×10m
2
闭气体为理想气体,气体膨胀,体积变大,对外做正功, 12.【解析】 (1)设升温后气体的压强为p1,由
由于缸内的气体与外界无热交换,由热力学第一定律可 查理定律得
知,气体的内能减小,分子的平均动能减小,选项A正确. p0 p1
8.B 【解析】 等温变化时,根据pV=C,p= T = ①0 T1
C, 1 代入数据得所以p 图象是一条通过原点的直线,故正确V V 7
选项为B. p1=6p0 ②
9.B 【解析】 本题考查气体的体积、压强、温 (2)抽气过程可等效为等温膨胀过程,设膨胀后
度的关系,意在考查考生的分析综合能力.以细管中 气体的总体积为V,由玻意耳定律得
封闭气体为研究对象,当洗衣缸内水位升高时,细管 p1V0=p0V ③
中封闭气体压强变大,而气体温度不变,则由玻意尔 联立②③式得
定律知,气体体积变小,故B项正确. 7
V= V0 ④
10.(1)50cmHg (2)做正功 吸热 6
【解析】 (1)设U型管横截面积为S,右端与大 设剩余气体的质量与原来总质量的比值为k,由
气相通时左管中封闭气体压强为p1,右端与一体压
题意得
舱接通后左管中封闭气体压强为p2,气柱长度为l , V2 k= 0V ⑤
稳定后低压舱内的压强为p0,左管中封闭气体发生
联立④⑤式得
等温变化,根据玻意耳定律得
6
p1V1=p2V2 ① k=7 ⑥
p1=p0 ② 吸热.因为抽气过程中剩余气体温度不变,故内
p2=p+ph ③ 能不变,而剩余气体膨胀对外做功,所以根据热力学
V1=l1S ④ 第一定律可知剩余气体要吸热.
V2=l2S ⑤
题源3 内能 热力学定律由几何关系得
h=2(l2-l1) ⑥ 1.B 【解析】 用牛角做套筒,木质推杆前端粘
联立①②③④⑤⑥式,代入数据得 着艾绒,猛推推杆,筒内封闭气体发生的是绝热压缩,
p=50cmHg 外界对气体做功,C项错误;根据热力学第一定律可
11.(1)增大 Q-p0(V2-V1) (2)1×10m2 知,气体内能增加,温度升高,D项错误;由理想气体
·95·
pV , , , 加
,从外界吸收热量,则D项错误.
状态方程 =C 可知 气体的体积减小 温度升高T 5.BC 【解析】 因为分子热运动的平均动能由
则压强增大,A项错误,B项正确. 温度决定,漏 气 过 程 分 子 平 均 动 能 不 变,由 Ek总 =
2.BC 【解析】 电热丝通电一段时间后,右边
nEk,所以分子 总 数 减 少,分 子 总 动 能 也 减 少,故 A
气体吸热膨胀,对外做功,两侧气体压强均增大,又因
m
左侧气体为绝热过程,由热力学第一定律知其温度升 错;由ρ= ,因 m 减少,V 不变,故密度降低,故V B
高; pV右侧气体体积增大,利用 为一常数知,其温度 正确;因漏气过程,瓶内氧气体积膨胀,对外做功,由
T
ΔE=W+Q,因分子势能为零,故ΔE=0,则Q<0,
也升高,B、C正确;电热丝放出的热量等于右边气体
所以漏气过程瓶内氧气吸收热量,故C正确,D错误.
内能的增加量与对外做功之和,D选项错误.
6.CD 【解析】 温度相同,分子平均动能相同,
3.(1)AD (2)①364K 或91℃ ②增大
A错.由热力学 第 一 定 律 W+Q=ΔU 可 知,系 统 绝
吸热
热,对外无做功现象,因此系统内能不变,温度与初始
【解析】 (1)液体和固体的分子势能微观上与分
状态相同,氢气的内能不变,B错.系统内部氢气对氧
子间的距离 有 关,宏 观 上 与 其 体 积 有 关,选 项 A正
气做功,内能减少,温度降低,氧气体积减小,温度升
确;多晶体的物理性质是各向同性的,选项B错误;温
高,之后发生热交换,热量从氧气传递到氢气,因此,
度升高,分子的平均动能增大,而不是每个分子的动
氧气的内能先增大后减小,C、D均正确.
能都增大,选项C错误;液体表面张力有使液面收缩
7.C 【解析】 打开卡子,胶塞冲出容器,气体
的趋势,体积一定时,球面面积最小,选项D正确.
膨胀对外做功,因容器壁厚,短时间内Q=0,由热力
(2)①设 恒 温 槽 的 温 度 为 T2,由 题 意 知 T1=
学第一定律,气体内能减小,温度降低,故C正确,A、
273K
B、D错误.
A 内气体发生等容变化,根据查理定律得
8.A 【解析】 本题考查气体的内能、热力学第
p1 p= 2 ① 一定律,意在考查考生的理解能力、分析综合能力T T .
对
1 2
气体做功800J,同时气体放出热量200J,由热力学
p1=p0+ph1 ②
第一定律得ΔU=W+Q=800J-200J=600J,即气
p2=p0+ph2 ③
体温度升高,内能增加600J,故A项正确.
联立①②③式,代入数据得
9.A 【解析】 本题意在考查考生理解气体压
T2=364K(或91℃) ④
强的产生,理解并能正确应用理想气体状态方程与热
②理想气体的内能仅是温度的函数,温度升高,
力学第一定律,解答热学问题的能力.根据
; p
=p0+
则内能增 大 气 体 不 对 外 做 功,由 热 力 学 第 一 定 律
Mg
ΔU=W+Q 知,气体将吸热. 可知,当车的载重减小时,胎内气体的压强减小,S
4.AC 【解析】 汽缸从a 态变为b态的过程中 而胎内气体温度不变,由于胎内的气体不计分子间的
温度从0℃升到27℃而压强不变,即a、b 为等压变 势能,故可视为理想气体.由一定质量的理想气体状
化,所以体积增大.单位体积内的分子个数减少但分 pV
、 态方程 恒量可知,胎内气体的体积增大,胎内气子平均动能增大.ab二态气体分子对活塞的压强相 T =
等,压力相等,因为a 态中每个分子平均冲击力小,所 体对外界做正功,B错误;由于胎内气体的温度不变,
以撞击分子个数多,即 A正 确.冲 量I=Ft,时 间 相 所以气体的平均分子动能不变,胎内气体的内能不
等,压力相等情况下,对活塞的冲量相等,所以B错 变,C、D错误;由热力学第一定律ΔE=W+Q 可知,
误,C正确.从a 态到b态温度升高,气体膨胀对外做 气体从外界吸热,A正确.
功,分子平均动能增大,势能不计,所以气 体 内 能 增 10.BD 【解析】 本题考查热力学第一定律,气
·96·
体的压强的微观解释,气体的内能等知识点.b 室为 多晶体和非晶体是各向同性的,选项D错误.
真空,则a 气体体积膨胀对外不做功,由热力学第一
B组
定律ΔU=W+Q 知,在绝热时,气体的内能不变,A
项错,B项对.又气体是稀薄气体,则只有动能,因此 题源1 分子动理论
气体的温度不变, pV由 =C 知,气体的压强减小,T C 1.C 【解析】 悬浮在液体中的固体颗粒的布
项错,D项对. 朗运动,是由于受到液体分子的撞击不平衡时而做的
11.C 【解析】 由热力学第二定律可知,热机 无规则运动,是液体分子无规则运动的反映.A、B错,C
的效率不可以达到100%,A错误.做功是通过能量转 对.悬浮颗粒的运动虽然同时具备三个特征:永不停
化的方式改变系统内能,热传递是通过内能在不同物 息,无规则,与温度有关.但布朗运动不是分子的运动,
体之间的转移的方式改变系统内能,B错误.温度是 所以布朗运动不是热运动,D错.所以正确选项为C.
描述热运动的物理量,一个系统与另一个系统达到热 2.(1)ADE (2)12cm 9.2cm 【解析】
平衡时两系统温度相同,C正确.物体由大量分子组
() pV1 根据理想气体状态方程 =k,若压强和体积不
成,其单个分子的运动是无规则的,大量分子的运动 T
是有统计规律的,D错误. 变,则温度一定不变,气体的内能不变,A正确(理想
12.【解析】 (1)设锅内气体分子数为n 气体内能只由温度决定);内能不变说明温度不变,发
V 生等温变化,B错误;温度升高,pV 的乘积变大,压强
n=V NA.0 可能不变,也可能减小,还可能增大,C错误;一定量
(2)根据热力学第一定律 气体,气体温度每升高1K,内能的变化量都相同,由
ΔU=W+Q=-3J ΔU=W+Q 得,若 W 不同,则Q 不同,D正确;气体
故锅内气体内能减少,减少了3J. 温度升高,平均动能变大,内能一定变大,E正确.
(3)由p=p0(1-αH)(其中α>0)知,随着海拔 (2)解:设玻璃管开口向上时,空气柱的压强为
高度的增加, mg大气压强减小;由p =p+ 知,随着 p1=p0+ρgl3 ①1 S
式中,ρ 和g 分 别 表 示 水 银 的 密 度 和 重 力 加
海拔高度的增加,阀门被顶起时锅内气体压强减小;
速度.
p1 p= 2根据查理定律 知阀门被顶起时锅内气体温 玻璃管开口向下时,T T 原来上部的水银有一部分会1 2
流出,. 封闭端会有部分真空
,设此时开口端剩下的水
度随着海拔高度的增加而降低
银柱长度为x,则
题源4 固体 液体 p2=ρgl1,p2+ρgx=p0 ②
1.(1)B (2)D 【解析】 (1)晶体有固定的熔 式中,p2 为管内空气柱的压强.由玻意耳定律得
点,而非晶体没有固定的熔点.晶体在达到熔点时有 p1(Sl2)=p2(Sh) ③
固液共存的状态,吸收热量但温度不变,故选项B正 式中,h 是此时空气柱的长度,S 为玻璃管的横
确;由于非晶体无固定熔点,因此无法确定曲线 N 的 截面积.由①②③式和题给条件得
ef 段是否是固态,同样也无法判断fg 段是否为液 h=12cm ④
态,故CD项错误. 从开始转动一周后,设空气柱的压强为p3,则
(2)气体对外做功,体积增大,则气 体 的 密 度 减 p3=p0+ρgx ⑤
小;由热力学第一定律知气体内能变化为ΔU=W+ 由玻意耳定律得
Q=1.5×104J,内能增加,则温度升高,选项D正确. p1(Sl2)=p3(Sh') ⑥
2.BC 【解析】 玻璃是非晶体,选项 A错误; 式中,h'是 此 时 空 气 柱 的 长 度.由①②③⑤⑥
·97·
式得 V、T 不变时,n 增加,密封气体压强增加,A正确.温
h'≈9.2cm ⑦ 度是分子平均动能的量度,温度不变则分子平均动能
3.(1)AB (2)平均动能 小于 (3)5×102J 不变,B错误.打开阀门后,密封气体对外界做正功,C
【解析】 (1)C为扩散现象,D为布朗运动. 正确.由 于 桶 内 只 有1atm 的 空 气0.1L+0.5L=
(2)温度是平均动能的标志,温度升高平均动能 0.6L.小于容积2L,所以需要再充气才能把水喷光,
变大,由图象可知:T2 态的分子平均速率大于T1 态 选项D错误.
的分子平均速率.分子平均动能大,温度高. 6.C 【解析】 由理想气体状态方程pV=nRT,
VA VB 湖底的压强为3个大气压,温度差在估算中可忽略,估(3)等压变化T = .
对外做的功
T W=p
(VB-
A B 算出水面上气泡体积约为在湖底体积的3倍,选择C.
VA),根据热力学第一定律ΔU=Q-W. 7.(1)C (2)B→C 25 (3)n=4×1025m-3
解得:ΔU=5.0×102J. 【解析】 (1)A→B 过程为等温过程,内能不变,
题源2 气 体 体积增大,气体对外界做功,A错误.B→C 为绝热过
程,没有热交换,体积增大,气体对外界做功,内能减
1.BD 【解析】 设外界压强为p0,活塞面积为 小,气体分子的平均动能减小,B错误.C→D 为等温
S,质量为m,活塞在A 位置气体的压强为pA,在B 过程,体积减小,单位时间内碰撞单位面积器壁的分
位置气体的压强为pB,物体的质量为m0,由平衡得: 子数增多,选项C正确.D→A 为绝热过程,体 积 减
mg (m+m0)g
pA=p0+ ,pB=p0+ ,所以B正确; 小,外界对气体做功,气体温度升高,所以 D→A 过S S
程中,气体分子的速率分布曲线向速度大的移动,发
活塞下移,气体体积减小,单位体积内分子数增多,C
生变化,选项D错误.
错误;外界对气体做功,系统绝热,则气体 的 内 能 增
(2)该循环过程中,内能减小的过程是 由
加, B→C.温度升高,分子的平均速率增大,所以 A错误,D
热力学第一定律,气体完成一次循环对外做的功为
正确.
【 】 , 63kJ-38kJ=25kJ.2.BD 解析 从微观的角度看 气体压强与
(3)等温过程 AVA= BVB,单位体积内的分子
单位体积内的分子数和气体分子的平均动能有关,一 p p
, , γNn= A定质量的气体 保持温度不变 则气体分子的平均动 数 V .B
能不变,压强随体积增大而减小的微观原因是单位体
γNApn= B解得 ,代入数据得n=4×1025m-3积内的分子数减小,B正确;保持体积不变,则单位体 pAV
.
A
积内气体分子的分子数不变,压强随温度升高而增大 8.【解析】 以cmHg为压强单位,则在
的微观原因是分子的平均动能增大,D正确. 活塞下推前,玻璃管下部空气柱的压强为:
3.C 【解析】 由p T 图象知,状态a 到状态 p1=p0+l2,
b为等容变化,且压强增大,由状态b到状态c为等温 设活 塞 下 推 后 下 部 空 气 柱 的 压 强 为
变化,且压强减小,所以在p V 图上,状态a 到状态 p1',由玻意耳定律得:
b为平行于p 轴的线段,且由下向上,状态b到状态c p1l1=p1'l1'.
为双曲线的一部分,且压强减小,故选C. 如图,设活塞下推距离为Δl,则此时玻
4.B 【解析】 由于房间未密闭,空气可相互流 璃管上部空气柱的长度为:
通,室内外气压应相等,A错误.温度是气体分子平均动 l3'=l3+l1-l1'-Δl.
能的量度,B正确.恒压加热时,空气体积膨胀对外做正 设此时玻璃管上部空气柱压强为p3',则p3'=
功,而空气溢出室外后室内空气密度应减小,C,D错误. p1'-l2.
5.AC 【解析】 由pV=nRT 知 充 气 后,当 由玻意耳定律得:p0l3=p3'l3'.
·98·
联立上述各式解得:Δl=15.0cm. 水银柱高度差为Δp.玻璃泡C中气体的压强为
9.(1)当气缸下潜至990m时,设封闭气体的压 p'C=pB+Δp ⑥
强为 p,温 度 为 T,体 积 为 V,由 题 意 可 知:p= 玻璃泡C的气体体积不变,根据查理定律得
100atm, pC p'= C ⑦
根据理想气体状态方程得:p0V0/T0=pV/T, T0 T'
,
代入数据解得:V=2.8×10-2 3 联立m . ②⑤⑥⑦式 并代入题给数据得
(2)放热 大于 T'=364K
() () () 22 12.【解析】 (1)开关未合上时两室中气体压强10.1B 25 放出 29 33×10
为p0,设开 关 合 上 后,两 室 中 气 体 压 强 分 别 为 p1,
【解析】 (
C
1)等温变化时,根据pV=C,p= ,V p2,由玻意耳定律
1 1 240
所以p 图象是一条通过原点的直线,故正确选项 p0l1S=p1l'1S,p1=3p0= 3 Pa=80PaV
为B. p0l2S=p2l'2S,p2=3p0=3×240Pa=720Pa
(2)第一个过程温度不变,内能的改变量为ΔU1= (2)活塞受到的气体压强差为
0,第二个过程内能的改变量为ΔU2=Q2=-5kJ,则 Δp=p2-p1=720Pa-80Pa=640Pa
两过 程 内 能 的 改 变 量 总 的 为 ΔU=ΔU1+ΔU = 活塞在气体压力和电场 力 作 用 下 处 于 平 衡,电2
-5kJ;由Q1=-W1=-24kJ,则两个过程的热量变 场力
化为Q=Q1+Q2=-29kJ,负号表示空气放出热量. F=ΔpS=640×2×10
-4N=1.28×10-1N
(3)设空气的摩尔质量为 M,在海底和岸上的密 (3)活塞受到的电场力大小F=qEM
度分别为ρ海 和ρ岸,一次吸入空气的体积为V,则有 其中活塞所带电量q=ε0SE,E 由D,M 所带等
( - )V 量异种电荷共同产生,根据电场叠加原理,M 产生的海 岸
Δn= ρ ρ NA,代入数据得M Δn=3×10
22.
场强大小
先算吸入的空气质量差值,再算出这部分差值的 E
EM=
物质的量,就可求出吸入分子数差值. 2
2
11.【解析】 (1)在打开阀门S前,两水槽水温均 ∴F=qEM=2ε0SEM
为T0=273K.设玻璃泡B中气体的压强为p1,体积 F 1.28×10-1EM = = -12 -4
为VB,玻璃泡C中气体的压强为p ,依题意有 2ε0S 2×8.85×10 ×2×10C
/ 6 /
p1=p +Δp ① V m=6×10 V mC
7 /
式中Δp=60mmHg.打开阀门S后,两水槽水
E=2EM=1.2×10 V m
温仍为T ,设玻璃泡B中气体的压强为 . U=El'2=1.2×10
7×1×10-6V=12V
0 pB
(4)当滑片 P 由B 向A 滑动时,DM 间场强减
依题意,有
小,DN 间场强变大,活塞受到向下的电场力减小,电
pB=pC ②
场力与气体压力间的平衡被破坏,活塞向上运动.
玻璃泡A和B中气体的体积为
V2=VA+V
3
B ③ 13.【解析】 设当小瓶内气体的长度为4l
时,
根据玻意耳定律得
压强为p1;当小瓶的底部恰好与液面相平时,瓶内气
p1VB=pBV2 ④ 体的压强为p2,汽缸内气体的压强为p3.依题意p1
联立①②③④式,并代入题给数据得 1
V =p0+2ρgl ①B
pC=V Δp=180mmHg ⑤A 3l
() 由玻意耳定律2 S=
l S ②
当右侧水槽的水温加热至T'时,U形管左右 p1 4 p2 (l-2 )
·99·
式中S 为小瓶的横截面积.联立①②两式,得p2 原因不是违背热力学第一定律,而是违背热力学第二
3 ( 1 ) 定律,B错误;根据热力学第二定律,热量可以从低温=2 p0+2ρgl ③ 物体传到高温物体,也可以从单一热源吸收热量并全
1
又有p =p + ρgl ④ 部用来对外做功,但不引起其他变化是不可能的,所2 3 2
以C正确,D错误.
联立③④式,
3 gl
得p3= p0+ρ ⑤ 3.(1)D (2)吸收2 4 0.6 0.2
(3)1×10-4(9×
【 】 () 10
-5~2×10-4都算对) 【解析】 ()考虑气体分子14. 解析 1 被封闭气体的初状态为 1
5 , 间作用力时,分子力是引力,分子间距从r0 增大,分p1=p0=1.0×10 Pa=75cmHg
子力先增大后减小,A错误.气泡上升过程中温度不
V1=L1S=21S,T1=280K
变,分子平均动能不变,分子平均速率也不变,B、C错
末状态为p 52=p0=1.0×10 Pa=75cmHg,
误.气泡上升过程中体积膨胀,分子势能增加,内能增
V2=L2S,T2=320K
大,而对外做功,故气体一定吸收热量,又因为温度不
根据盖·吕萨克定律, V1 V2 L1 L2有 即
T =T T =T 变,故其熵必增加,D正确.1 2 1 2
(
T 2
)将气体视为理想气体时,其内能只与温度有
2 320
得L2=T L1=280×21cm=24cm1 关.气泡上升过程中温度不变,ΔU=0,对外做功,W
(2)在活塞上施加压力F 后,气体的状态变为 =-0.6J,由ΔU=Q+W 有Q=ΔU-W=0.6J>0,
F 4 即需从外界吸 收0.6J的 热 量.气 泡 到 达 湖 面 后,由
p3=p0+S =1.0×10
5Pa+2×10-4Pa ΔU=Q+W 得ΔU=(0.3-0.1)J=0.2J.
=1.2×105Pa=90cmHg (3)设气体体积为V0,液体体积为V1
V3=L3S,T3=T2=320K
n=ρ
V 30 πd
气体 分 子 数 NA,V1=n (或V1=
根据玻意耳定律,有 m 6
pV =p nd
3)
3 3 2V2,
即p3L3=p2L V1 V12 则 =ρπd3NA(或 =ρd3NA)V0 6m V0 m
p
L = 2
75
得 3 L = ×24cm=20cmp 2 V13 90 解得 =1×10-4(9×10-5V ~2×10
-4都算对)
0
由于Δp=p3-p0=(90-75)cmHg=15cmHg 4.【解析】 (1)设 气 体 在 B 状 态 时 的 体 积 为
所以管内外水银面的高度差为Δh=15cm,
VB,由盖·吕萨克定律得
活塞下降的高度h=Δh+L2-L3=19cm. VA VB
题源3 内能 热力学定律 T
=
A T ①B
代入数据得
1.B 【解析】 由题知,A、B 两装置中水银槽 VB=0.4m3 ②
中水银面下降的高度相同,为h,故大气压力对两装 (2)微观原因:气体体积不变,分 子 密 集 程 度 不
置中水 银 做 功 相 同,为 正 功,大 小 为 WA =WB = 变,温度变化(降低),气体分子平均动能变化(减小),
p0Sh,由题知 A、B 两装置中水银重心升高高度hA 导致气体压强变化(减小).
>hB.由功能关系 WA=ΔEA+mghA,WB=ΔEB+ (3)Q1 大于Q2;因为TA=TC,故A→B,增加的
mghB,故ΔEB>ΔEA,所以选B. 内能与B→C 减少的内能相同,而A→B 过程气体对
2.C 【解析】 机械能可以全部转化为内能,如 外做正功,B→C 过程气体不做功,由热力学第一定
在粗糙的水平面上滑动的物体.动能的减少就全部转 律可知Q1 大于Q2.
变为内能,所以A错误;第二类永动机不可能制成的 5.(1)放出 5×104 (2)C 增加 (3)6×103
·100·
(6×103~7×103 都算对) 【解析】 (1)气体内能的 体积都不易被压缩,选项B正确.
增加量小于活塞对汽缸中的气体做的功,因此,气体 2.D 【解析】 考查晶体、非晶体、多晶体和单
必然放热.由W+Q=ΔU 得 晶体的特点及区别.单晶体物理性质各向异性,多晶
Q=ΔU-W=(1.5×105-2.0×105)J=-5× 体物理性质各向同性,单晶体有天然规则外形,多晶
104J,负号表示气体放热. 体没有规则外形;晶体与非晶体的区别在于晶体有固
(2)C为 等 压 变 化 图 线,温 度 升 高,气 体 内 能 定熔点.
增加. 专题13 机械振动与机械波
() m31g水的分子数 N=MNA 十年高考母题原型训练
S
1cm2 的分子数n=NS ≈6×10
3(6×103~7×
0 A组
103 都算对).
6.【解析】 水 吸 收 的 热 量 全 部 用 来 增 加 它 的 题源1 振动的基本概念和规律
内能
1.D 【解析】 ab两点是波上相邻两波峰,间距
Q=cmΔt
为一波长,所以a、b两质点振动开始时刻相差一个周
Q 1.26×107
Δt=cm=4.2×103×1500℃=2℃
期;振源左右侧,a 比b 提前一周期起振,所以a 比b
【 多一次全振动7. 解析】 (1)设封闭气体的压强为p,活塞受 .
2.A 【解析】 由力平衡 A、B 两质点的振动图象及传
播可画出t=0时刻的波动图象如图,由此可得p λ=0S+mg=pS
mg 4
解得 p=p + 3m
,A选项正确;由振动图象得周期T=4s,故v=
0 S
(2)由于气体的温度不变,则内能的变化ΔE=0 λ 4 / 1
T =3×4ms=
/
3ms
,B选项错误;由振动图象3s
由能量守恒定律可得 Q=(p0S+mg)h
末A点位移为-2cm,B 点位移为0,故C选项错误;
8.【解析】 (1)对活塞受力分析,活塞向右缓慢
由振动图象知1s末A 点处于波峰,振动速度为零,1
移动过程中,气体发生等压变化
s末B 点 处 于 平 衡 位 置,振 动 速 度 最 大,故 D选 项
由盖·吕萨克定律有
错误.
3LSA+LSB 4LS= BT1 T2
代入数值,得T2=300K时活塞 A 恰好移到两
筒连接处.
(2)活塞向右移动过程中,外界对气体做功
W=p ·3L(S -S )=1×1050 A B ×3×0.5×(4×
10-3-2×10-3)J=300J
由热力学第一定律得 3.ACD 【解析】 如图所示,若弹簧振子从 A
ΔU=W+Q=300J-500J=-200J 4点开始向右运动,经过 s到达B 点,然后继续向右
即气体的内能减少200J. 3
到达振幅位置C,再返回到B 点,用时为 4 s=
题源4 固体 液体 (4-3 )
8 2
1.B 【解析】 液体与固体具有的相同特点是 s,由对称性可知,从O 到B 用时 s,从3 3 B
到C 用
·101·

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