高考物理二轮复习专题热学附答案.docx
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高考物理二轮复习专题热学附答案
本专题全国卷的命题形式都是一大一小组成的,小题是以选择题的形式,分值为5分(或6分),主要考查分子动理论、内能、热力学定律、固体、液体、气体等方面的基本知识;大题以计算题的形式,分值为10分(或9分),主要考查对气体实验定律和理想气体状态方程的理解。
高频考点:
分子大小的估算;对分子动理论内容的理解;物态变化中的能量问题;气体实验定律的理解和简单计算;固、液、气三态的微观解释和理解;热力学定律的理解和简单计算;用油膜法估测分子大小。
一.物质是由大量分子组成
*计算分子质量:
计算分子的体积:
分子(或其所占空间)直径:
球体模型 ,立方体模型
分子直径数量级10-10m。
二.分子永不停息地做无规则热运动 布朗运动是分子无规则热运动的反映。
三.分子间存在着相互作用力 分子间引力和斥力都随距离的增大而减小。
四.物体的内能
1.分子动能:
温度是分子平均动能大小的标志.
分子势能:
与体积有关 r=r0时分子势能最小 分子力做正功分子势能减小。
物体的内能:
所有分子的动能和势能的总和。
(理想气体不计分子势能)
2.改变物体的内能 做功和热传递在改变内能上是等效的,但本质有区别。
1.(2018年普通高等学校招生全国统一考试)如图,一定量的理想气体,由状态a等压变化到状态b,再从b等容变化到状态c。
a、c两状态温度相等。
下列说法正确的是。
_______。
(填入正确答案标号。
选对1个得2分,选对2个得4分:
有选错的得0分)
A.从状态b到状态c的过程中气体吸热
B.气体在状态a的内能等于在状态c的内能
C.气体在状态b的温度小于在状态a的温度
D.从状态a到状态b的过程中气体对外做正功
2.一储存氮气的容器被一绝热轻活塞分隔成两个气室A和B,活寨可无摩擦地滑动。
开始时用销钉固定活塞,A中气体体积为2.5×10-4m3,温度为27℃,压强为6.0×104Pa;B中气体体积为4.0×10-4m3,温度为-17℃,压强为2.0×104Pa。
现将A中气体的温度降至-17℃,然后拔掉销钉,并保持A、B中气体温度不变,求稳定后A和B中气体的压强。
1.(全国II卷)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。
1.如图所示,开口向上、放在地面上的气缸内用活塞封闭一定质量的气体,活塞的质量为m,横截面的面积为S。
一质量为2m的物块放在缸底,用细线(不可伸长)与活塞相连接且细线刚好拉直,这时缸内气体的温度为T0,大气压强为P0,不计活塞与缸壁间的摩擦,现对缸内气体缓慢加热,重力加速度为g。
(i)当缸底物块对缸底的压力刚好为零时,缸内气体温度T1为多大?
(ⅱ)当缸内气体体积为原来的1.2倍时,缸内气体温度是多少?
若此时细线断了,细线断开的一瞬问,活塞的加速度多大?
2.如图所示,两段粗细均匀内壁光滑的玻璃管竖直放置,开口向上,下端一段粗,横截面积为S=7.5×10-3m2,上端横截面为S=2.5×10-3m2。
粗管中静止着一段长度为h1=5cm的水银柱,水银柱上表面到细管下端口的距离为h2=20cm,水银柱下端封闭了一段长度为L=30m的理想气体。
此时管中气体温度为t=27℃,当地大气压强p0为75cmHg,水银密度为p=13.6×103kg/m3,整个气缸均是绝热的。
水银柱的下端粘有一薄层轻质绝热材料。
在气体中有一段金属丝(图中未画出)和外界组成电路,可以通过给金属丝通电来加热气体,重力加速度g=10m/s2
(i)若给管中封闭的气体缓缓加热,气体吸收热量Q=188J后温度为127℃,求此过程中气体内能的变化?
(ⅱ)若管中封闭的气体缓缓加热到477℃稳定下来,求系统静止后封闭气体的体积?
3.如图所示,水平地面上放置一个内壁光滑的绝热汽缸,气缸开口朝上,缸内通过轻质活塞封闭一部分气体。
初态时气体压强为一个大气压、温度为27℃,活塞到汽缸底部距离为30cm。
现对缸内气体缓慢加热到427℃,缸内气体膨胀而使活塞缓慢上移,这一过程气体内能增加了100J。
已知汽缸横截面积为50cm2,总长为50cm,大气压强为1.0×105Pa。
气缸上端开口小于活塞面积,不计活塞厚度,封闭气体可视为理想气体。
(1)末态时(427℃)缸内封闭气体的压强
(2)封闭气体共吸收了多少热量。
4.如图所示,可在竖直平面内转动的平台上固定着一个内壁光滑的气缸,气缸内有一导热活塞,活塞底面与气缸底面平行,一定量的气体做密封在气缸内。
当平台倾角为37°时,气缸内气体体积为V,然后将平台顺时针缓慢转动直至水平,该过程中,可以认为气缸中气体温度与环境温度相同,始终为T0,平台转至水平时,气缸内气体压强为大气压强p0的2倍。
已知sin37°=0.6,cs37°=0.8。
(1)当平合处于水平位置时,求气缸内气体的体积;
(2)若平台转至水平后,经过一段时间,坏境温度缓慢降至0.9T0(大气压强p0保持不变),该过程中气缸内气体放出0.38p0V的热量,求该过程中气体内能的变化量△U。
5.如图所示,导热性能良好的气缸内封有一定质量的理想气体。
气缸的内部深度h=48cm,活塞质量m=1kg,活塞面积S=10cm2。
活塞与气缸壁无摩擦、不漏气且不计活塞的厚度。
室内的温度为27℃,当气缸放在地面上静止时,活塞刚好位于气缸的正中间,现在把气缸放在加速上升的电梯中且a=10m/s2。
待封闭气体再次稳定后,求:
(已知大气压恒为P=1.0×105Pa,重力加速度为g=10m/s2)
(1)缸内气体的压强P1
(2)缸中活塞到缸底的高度h0
6.如图所示,有一圆柱形绝热气缸,气缸内壁的高度是2L,一个很薄且质量不计的绝热活塞封闭一定质量的理想气体,开始时活塞处在气缸顶部,外界大气压为1.0×〖10〗^5Pa,温度为27℃.现在活塞上放重物,当活塞向下运动到离底部L高处,活塞静止,气体的温度57℃.
(1)求活塞向下运动到离底部L高处时的气体压强;
(2)若活塞横截面积S=0.1m^2,重力加速度g=10m/s^2,求活塞上所放重物的质量.
参考答案
1.【解题思路】内能(internalenergy)是组成物体分子的无规则热运动动能和分子间相互作用势能的总和,由于理想气体的不考虑分子势能内能,故理想气体的内能等于分子平均动能的总和,而温度是分子平均动能的宏观表现,由理想气体状态方程pbVb/Tb=pcVc/Tc可知,当Vb=Vc,pb>pc时,Tb>TC,故?
U_cb<0,根据热力学第一定律?
U_cb=W+Q,体积V不变,故W=0,所以?
Q<0,从状态b到状态c的过程中气体放热,选项A错误;同理,气体在状态a的温度等于在状态c的温度,故气体在状态a的内能等于在状态c的内能,,选项B正确;由理想气体状态方程paVa/Ta=pbVb/Tb可知,当pa=pb,Va 【答案】1.BD 2.【解题思路】A气体的温度由27℃降至-17℃,由查理定律得 P_A/T_A=(P_A^,)/(T_A^,)① 拔掉销钉后,A、B中气体的压强相同,根据玻意耳定律,对A气体有 P_A^,V_A=PV_A^,② 对B气体有 〖P_BV〗_B=PV_B^,③ 由已知条件得V_A^,+V_B^,=2.5×10-4m3+4.0×10-4m3④ 联立以上各式得p=3.27×〖10〗^4Pa 【答案】p=3.2×104Pa 1.【解析】开始时活塞位于a处,加热后,汽缸中的气体先经历等容过程,直至活塞开始运动。 设此时汽缸中气体的温度为T1,压强为p1,根据查理定律有 p_0/T_0=p_1/T_1① 根据力的平衡条件有 p_1S=p_0S+mg② 联立①②式可得 T_1=(1+mg/(p_0S))T_0③ 此后,汽缸中的气体经历等压过程,直至活塞刚好到达b处,设此时汽缸中气体的温度为T2;活塞位于a处和b处时气体的体积分别为V1和V2。 根据盖—吕萨克定律有 V_1/T_1=V_2/T_2④ 式中 V1=SH⑤ V2=S(H+h)⑥ 联立③④⑤⑥式解得 T_2=(1+h/H)(1+mg/(p_0S))T_0⑦ 从开始加热到活塞到达b处的过程中,汽缸中的气体对外做的功为 W=(p_0S+mg)h⑧ 故本题答案是: W=(p_0S+mg)h 1.【解析】(i)缸内气体的温度为T0时,缸内气体的压强p=p0+mg/S 当缸底物块对缸底的压力刚好为零时,缸内气体压强p1=p0+3mg/S 气体发生等容变化,则根据查理定律有p/T_0=p_1/T_1 解得: T1=(p_0S+3mg)/(p_0S+mg)T_0 (ii)当缸内气体体积为原来的1.2倍时,设气体的温度为T2,从温度T1变到温度T2,此过程气体发生的是等压变化,根据盖-吕萨克定律有V/T_1=1.2V/T_2 解得: T2=(1.2T_0(p_0S+3mg))/(p_0S+mg) 此时细线断了,当细线断开的一瞬间,根据牛顿第二定律有(p2-p)S=ma 解得a=2g 2.【解析】 (1)假设封闭气体做等压变化,h0=75cm=0.75m,温度T1=(273+27)K,压强p1=(h0+h1)cmHg;末态: 体积V2=L1S,温度T2=(273+127)K; 根据等压变化规律: V_1/T_1=V_2/T_2 解得L1=40cm; L1 对封闭气体,绝热过程,设内能变化为? U,由热力学第一定律? U=W+Q 解得? U=106.4J; (2)假设水银都到细管中,则封闭气体压强p3=(h0+3h1)cmHg;体积V3=(L+h1+h2)S1+hS2;T3=(273+477)K; 根据气态方程: (p_1V_1)/T_1=(p_3V_3)/T_3 解得h=35cm,说明水银都到了细管,则V3=5×10-3m3 3.【解析】 (1)由题意可知,在活塞移动到汽缸口的过程中,气体发生的是等压变化。 设活塞的横截面积为S,活塞未移动时封闭气体的温度为T1,塞愉好移动到汽缸口时,封闭气体的温度为T2,则由盖吕萨克定律可知: (Sh_1)/T_1=(Sh_2)/T_2,又T1=300K 解得: T2=500K.即227℃ 因为227℃<427℃,所以气体接着发生等容变化,设当气体温度达到427℃时,封闭气体的压强为p,由查理定律可以得到: (1.0×〖10〗^5Pa)/T_2=p/((427+273)K)代人数据整理可以得到: p=l.4×l05Pa。 (2)由题意可知,气体膨胀过程中活塞移动的距离Δx=0.5m-0.3m=0.2m,故大气压力 对封闭气体所做的功为W=-p_0sΔx 代人数据解得: w=-100J 由热力学第一定律ΔU=W+Q 得到: Q=ΔU-W=200J 4.【解析】 (1)设活塞质量为m,活塞面积为S,当平台倾角为370时气缸内气体的压强为p_1=p_0+(mgcos〖37〗^0)/S 气体的体积V1=V 当平台水平时,气缸内气体的压强p_2=2p_0"="p_0+mg/S 解得p1=1.8p0 平台从倾斜转至水平过程中,由玻意耳定律: p1V1=p2V2 解得V2=0.9V (2)降温过程,气缸内气体压强不变,由盖吕萨克定律: V_2/T_0=V_3/(0.9T_0) 解得V3=0.81V 活塞下降过程,外界对气体做W=p2(V2-V3) 已知气缸内气体吸收的热量Q=-0.38p0V 由热力学第一定律得气缸内气体内能变化量? U=W+Q 解得? U=-0.2p0V,即气体的内能减小了0.2p0V. 5.【解析】 (1)根据牛顿第二定律可得: p_1S-p_0S-mg=ma 解得: p_1=(ma+mg+p_0S)/S=1.2×〖10〗^5Pa (2)当气缸放在地面上静止时,根据平衡有: pS=p_0S+mg 解得: p=(p_0+mg)/S=1.1×〖10〗^5Pa 根据玻意耳定律可得: p•h/2S=p_1•h_0S 解得: h_0=ph/(2p_1)=22cm 6.【解析】: (1)设气缸横截面积为S,开始时活塞处在气缸顶部,气体体积V_1=2SL,压强P_1=1.0×〖10〗^5Pa,温度为T_1=300K 活塞向下运动到离底部L高处时,气体体积V_2=SL,温度为T_2=330K,P_2=? 根据理想气体状态方程: (P_1V_1)/T_1=(P_2V_2)/T_2 代入数据得: P_2=2.2×〖10〗^5Pa; (2)活塞上所放重物产生的压强P=P_2-P_1=1.2×〖10〗^5Pa, 若活塞横截面积S=0.001m^2,由压强公式P=mg/s可得活塞上所放重物的质量m=ps/g=(1.2×〖10〗^3×0.001)/10=12kg
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