专题13 热学33高考物理黄金押题原卷版.docx
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专题13热学33高考物理黄金押题原卷版
2019年高考物理黄金押题
专题13热学(3-3)
【高考考纲】
本讲考查的重点和热点:
①分子大小的估算;②对分子动理论内容的理解;③固、液、气三态的性质及其微观解释;④气体实验定律、气态方程的理解和应用;⑤热力学定律的理解和简单计算;⑥油膜法测分子直径。
题型基本上都是拼盘式选择题和计算题的组合。
预测高考会涉及在以下方面:
利用阿伏伽德罗常数进行微观量估算和涉及分子动理论内容的判断性问题,以选择填空题形式命题;气体压强为背景的微观解释问题,以简答形式命题;以理想气体为研究对象考查气体性质和热力学定律的问题,以计算题的形式命题。
【真题感悟】
例1、(2018·北京,14)关于分子动理论,下列说法正确的是( )
A.气体扩散的快慢与温度无关
B.布朗运动是液体分子的无规则运动
C.分子间同时存在着引力和斥力
D.分子间的引力总是随分子间距增大而增大
【名师点睛】分子动理论、内能及热力学定律
1.必须掌握的三个问题
(1)必须掌握微观量估算的两个模型
球模型:
V=πR3(适用于估算液体、固体分子直径)
立方体模型:
V=a3(适用于估算气体分子间距)
(2)必须明确反映分子运动规律的两个实例
①布朗运动:
研究对象:
悬浮在液体或气体中的固体小颗粒
运动特点:
无规则、永不停息
相关因素:
颗粒大小、温度
②扩散现象
产生原因:
分子永不停息的无规则运动
相关因素:
温度
(3)必须弄清的分子力和分子势能
①分子力:
分子间引力与斥力的合力。
分子间距离增大,引力和斥力均减小;分子间距离减小,引力和斥力均增大,但斥力总比引力变化得快。
②分子势能:
分子力做正功,分子势能减小;分子力做负功,分子势能增大;当分子间距为r0(分子间的距离为r0时,分子间作用的合力为0)时,分子势能最小。
2.物体的内能与热力学定律
(1)物体内能变化的判定:
温度变化引起分子平均动能的变化;体积变化,分子间的分子力做功,引起分子势能的变化。
(2)热力学第一定律
①公式:
ΔU=W+Q
②符号规定:
外界对系统做功,W>0;系统对外界做功,W<0。
系统从外界吸收热量,Q>0;系统向外界放出热量,Q<0。
系统内能增加,ΔU>0;系统内能减少,ΔU<0。
(3)热力学第二定律的表述:
①热量不能自发地从低温物体传到高温物体(按热传递的方向性表述)。
②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(按机械能和内能转化的方向性表述)。
③第二类永动机是不可能制成的。
【变式探究】(2018·全国Ⅲ,33)
(1)如图,一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-V图中从a到b的直线所示。
在此过程中_____。
A.气体温度一直降低
B.气体内能一直增加
C.气体一直对外做功
D.气体一直从外界吸热
E.气体吸收的热量一直全部用于对外做功
(2)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,水银柱的两端各封闭有一段空气。
当U形管两端竖直朝上时,左、右两边空气柱的长度分别为l1=18.0cm和l2=12.0cm,左边气体的压强为12.0cmHg。
现将U形管缓慢平放在水平桌面上,没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。
求U形管平放时两边空气柱的长度。
在整个过程中,气体温度不变。
例2、(2018·全国Ⅰ,33)
(1)如图,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e。
对此气体,下列说法正确的是_____。
A.过程①中气体的压强逐渐减小
B.过程②中气体对外界做正功
C.过程④中气体从外界吸收了热量
D.状态c、d的内能相等
E.状态d的压强比状态b的压强小
(2)如图,容积为V的汽缸由导热材料制成,面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分,汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K。
开始时,K关闭,汽缸内上下两部分气体的压强均为p0。
现将K打开,容器内的液体缓慢地流入汽缸,当流入的液体体积为时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了。
不计活塞的质量和体积,外界温度保持不变,重力加速度大小为g。
求流入汽缸内液体的质量。
【名师点睛】固体、液体和气体
1.固体和液体
(1)晶体和非晶体
比较
晶体
非晶体
单晶体
多晶体
形状
规则
不规则
不规则
熔点
固定
固定
不固定
特性
有的性质各向异性
有的性质各向同性
各向同性
各向同性
(2)液晶的性质
液晶是一种特殊的物质,既可以流动,又可以表现出单晶体的分子排列特点,在光学性质上表现出各向异性。
(3)液体的表面张力
使液体表面有收缩到球形的趋势,表面张力的方向跟液面相切。
(4)饱和汽压的特点
液体的饱和汽压与温度有关,温度越高,饱和汽压越大,且饱和汽压与饱和汽的体积无关。
(5)相对湿度
某温度时空气中水蒸气的实际压强与同温度水的饱和汽压的百分比。
即:
B=×100%。
2.理想气体状态方程及三个实验定律的关系
【方法技巧】
1.压强的计算
(1)被活塞、汽缸封闭的气体,通常分析活塞或汽缸的受力,应用平衡条件或牛顿第二定律列式计算。
(2)被液柱封闭的气体的压强,通常分析液片或液柱的受力,应用平衡条件或牛顿第二定律求解。
2.合理选取气体变化所遵循的规律列方程
(1)若气体质量一定,p、V、T均发生变化,则选用理想气体状态方程列方程求解。
(2)若气体质量一定,p、V、T中有一个量不发生变化,则选用对应的实验定律列方程求解。
3.多个研究对象的问题
由活塞、液柱相联系的“两团气”问题,要注意寻找“两团气”之间的压强、体积或位移关系,列出辅助方程,最后联立求解。
【变式探究】(2018·全国Ⅱ,33)
(1)对于实际的气体,下列说法正确的是__BDE___。
A.气体的内能包括气体分子的重力势能
B.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能
C.气体的内能包括气体整体运动的动能
D.气体的体积变化时,其内能可能不变
E.气体的内能包括气体分子热运动的动能
(2)如图,一竖直放置的汽缸上端开口,汽缸壁内有卡口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,不计它们之间的摩擦。
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汽缸中的气体,直至活塞刚好到达b处。
求此时汽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。
例3、(2018·江苏,12A)
(1)如题1图所示,一支温度计的玻璃泡外包着纱布,纱布的下端浸在水中。
纱布中的水在蒸发时带走热量,使温度计示数低于周围空气温度。
空气温度不变,若一段时间后发现该温度计示数减小,则_____。
(题1图)
A.空气的相对湿度减小
B.空气中水蒸气的压强增大
C.空气中水的饱和汽压减小
D.空气中水的饱和汽压增大
(2)一定量的氧气贮存在密封容器中,在T1和T2温度下其分子速率分布的情况见下表。
则T1_____(选填“大于”“小于”或“等于”)T2。
若约10%的氧气从容器中泄漏,泄漏前后容器内温度均为T1,则在泄漏后的容器中,速率处于400~500m/s区间的氧气分子数占总分子数的百分比_____(选填“大于”“小于”或“等于”)18.6%。
各速率区间的分子数占总分子数的百分比/%
温度T1
温度T2
100以下
0.7
1.4
100~200
5.4
8.1
200~300
11.9
17.0
300~400
17.4
21.4
400~500
18.6
20.4
500~600
16.7
15.1
600~700
12.9
9.2
700~800
7.9
4.5
800~900
4.6
2.0
900以上
3.9
0.9
(3)如题2图所示,一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0×105Pa,经历A→B→C→A的过程,整个过程中对外界放出61.4J热量。
求该气体在A→B过程中对外界所做的功。
(题2图)
【变式探究】如图所示,用质量为m、面积为S的可动水平活塞将一定质量的理想气体密封于悬挂在天花板上的气缸中,当环境的热力学温度为T0时,活塞与气缸底部的高度差为h0,由于环境温度逐渐降低,活塞缓慢向上移动距离Δh。
若外界大气压恒为p0,密封气体的内能U与热力学温度T的关系为U=kT(k为取正值的常数),气缸导热良好,与活塞间的摩擦不计,重力加速度大小为g,求此过程中:
(1)外界对密封气体做的功W;
(2)密封气体向外界放出的热量Q。
【黄金押题】
1.
(1)下面说法中正确的是
A.所有晶体沿着各个方向的物理性质和化学光学性质都相同
B.足球充足气后很难压缩,是因为足球内气体分子间斥力作用的结果
C.自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性
D.一定质量的理想气体,如果压强不变,体积增大,那么它一定从外界吸热
E.一定质量的理想气体保持体积不变,温度升高,单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数增多
(2)如图所示,一底面积为S、内壁光滑的圆柱形容器竖直放置在水平地面上,开口向上,内有两个质量均为m的相同活塞A和B;在A与B之间、B与容器底面之间分别封有一定量的同样的理想气体,平衡时体积均为V。
已知容器内气体温度始终不变,重力加速度大小为g,外界大气压强为P0,现假设活塞B发生缓慢漏气,致使B最终与容器底面接触。
求活塞A移动的距离。
2.
(1)关于固体、液体、气体的表述,下列说法正确的是
A.晶体的熔点和液体的沸点都与压强有关
B.多晶体具有各向同性,且无固定熔点
C.液晶具有流动性,且其光学性质具有各向异性
D.饱和汽压随温度的变化而变化
E.影响人感受到干爽和潮湿的因素是空气的绝对湿度,而不是相对湿度
(2)一长为L、内壁光滑的长方体气缸,横放在水平地面上,左右两侧缸壁上有a、b两个阀门,缸内有一密封性能良好轻活塞(厚度不计),面积为S,活塞右侧粘有一块矿石,打开a、b,活塞位于气缸正中央,如图所示。
如果关闭a,打开b,将气缸从图示位置在竖直面内逆时针缓慢转90°,稳定后活塞偏离原位置;如果打开a,关闭b,将气缸从图示位置在竖直面内逆时针缓慢转90°,稳定后活塞偏离原位置。
已知大气压强为p0,重力加速度g。
求:
①矿石的质量;②矿石的密度。
3.
(1)下列说法中正确的是
A.布朗运动反映了组成固体小颗粒的分子的无规则运动
B.热量可以从低温物体传递到高温物体
C.液晶显示器利用了液晶对光具有各向同性的特点
D.“露似珍珠月似弓”,露珠是由空气中的水蒸气凝结而成的,此过程中分子间引力、斥力都增大
E.落在荷叶上的水滴呈球状是因为液体表面张力的缘故
(2)如图所示,开口向上的导热气缸C静置于水平桌面上,用一横截面积为s=10cm2、质量为m=2kg的活塞封闭了一定质量的理想气体。
一不可伸长的轻绳一端系在活塞上,另一端跨过两个定滑轮连着一劲度系数k=400N/m的竖直轻弹簧A,A下端系有一质量M=4kg的物块。
B开始时,活塞到缸底的距离L1=100cm,轻绳恰好拉直,弹簧恰好处于原长状态,缸内气体的温度t1=27℃。
已知外界大气压强恒为p0=1.0×105Pa,取重力加速度g=10m/s2,不计一切摩擦。
现使缸内气体缓慢冷却,求:
①当B刚要离开桌面时气缸内封闭气体的温度;
②此过程中气体吸热还是放热,为什么?
4.
(1)下列说法中正确的是
A.只要技术可行,物体的温度可降至-274℃
B.液体与大气相接触,表面层内分子所受其他分子间的作用表现为相互吸引
C.气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数,与单位体积内的分子数和温度有关
D.气体如果失去了容器的约束就会散开,这是因为气体分子之间斥力大于引力
E.一个物体在分子间显引力时分子势能一定大于分子间引力和斥力大小相等时的分子势能
(2)如图,在大气中有一水平放置的固定圆筒,它由a、b和c三个粗细不同的部分连接而成,各部分的横截面积分别为2S、S/2和S。
已知大气压强为P0,温度为T0。
两活塞A和B用一根长为4l的不可伸长的轻线相连,把温度为T0的空气密封在两活塞之间,此时两活塞的位置如图所示。
现对被密封的气体加热,使其温度缓慢上升到T。
若活塞与圆筒壁之间的摩擦可忽略,此时两活塞之间气体的压强可能为多少?
5.
(1)以下说法正确的是________.
A.晶体一定具有规则的形状且有各向异性的特征
B.液体的分子势能与液体的体积有关
C.水的饱和汽压随温度变化而变化
D.组成固体、液体、气体的物质分子依照一定的规律在空间整齐地排列成“空间点阵”
E.分子质量不同的两种气体,温度相同时,其分子的平均动能一定相同
(2)如图,用质量m=1kg的绝热活塞在绝热汽缸内封闭一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间摩擦力忽略不计,开始时活塞距离汽缸底部的高度h1=0.5m,气体的温度t1=27℃.现用汽缸内一电热丝(未画出)给气体缓慢加热,加热至t2=267℃,活塞缓慢上升到距离汽缸底某一高度h2处,此过程中被封闭气体增加的内能增加ΔU=400J.已知大气压强p0=1.0×105Pa,重力加速度g取10m/s2,活塞横截面积S=5.0×10-4m2,求:
①初始时汽缸内气体的压强p1和缓慢加热后活塞距离汽缸底部的高度h2;
②此过程中汽缸内气体吸收的热量Q.
6.
(1)一定质量的理想气体从状态a开始,经历三个过程ab、bc、ca回到原状态,其pT图象如图所示.下列判断正确的是________.
A.过程ab中气体一定吸热
B.过程bc中气体既不吸热也不放热
C.过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D.a、b和c三个状态中,状态a分子的平均动能最小
E.b和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
(2)一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内.汽缸壁导热良好,活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动.开始时气体压强为p,活塞下表面相对于汽缸底部的高度为h,外界的温度为T0.现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面,沙子倒完时,活塞下降了.若此后外界的温度变为T,求重新达到平衡后气体的体积.已知外界大气的压强始终保持不变,重力加速度大小为g.
7.
(1)关于固体、液体和气体,下列说法正确的是________.
A.固体中的分子是静止的,液体、气体中的分子是运动的
B.液体表面层中分子间的相互作用力表现为引力
C.液体的蒸发现象在任何温度下都能发生
D.汽化现象是液体分子间因相互排斥而发生的
E.在有的物态变化中虽然物质吸收热量但温度却不升高
(2)如图所示,一粗细均匀的U形管竖直放置,A侧上端封闭,B侧上端与大气相通,下端开口处开关K关闭;A侧空气柱的长度l=10.0cm,B侧水银面比A侧的高h=3.0cm.现将开关K打开,从U形管中放出部分水银,当两侧水银面的高度差为h1=10.0cm时将开关K关闭.已知大气压强p0=75.0cmHg.
①求放出部分水银后,A侧空气柱的长度;
②此后再向B侧注入水银,使A、B两侧的水银面达到同一高度,求注入的水银在管内的长度.
8.
(1)下列说法正确的是________.
A.布朗运动虽不是分子运动,但它证明了组成固体颗粒的分子在做无规则运动
B.液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离
C.扩散现象可以在液体、气体中进行,不能在固体中发生
D.随着分子间距增大,分子间引力和斥力均减小,分子势能不一定减小
E.气体体积不变时,温度越高,单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数越多
(2)如图甲所示,开口向上、内壁光滑的圆柱形汽缸竖直放置,在汽缸P、Q两处设有卡口,使厚度不计的活塞只能在P、Q之间运动.开始时活塞停在Q处,温度为300K,现缓慢加热缸内气体,直至活塞运动到P处,整个过程中的pV图线如图乙所示.设外界大气压强p0=1.0×105Pa.
①说出图乙中气体状态的变化过程、卡口Q下方气体的体积以及两卡口之间的汽缸的体积;
②求活塞刚离开Q处时气体的温度以及缸内气体的最高温度.
9.
(1)关于一定量的气体,下列说法正确的是________.
A.气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体积,而不是该气体所有分子体积之和
B.只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度,气体的温度就可以降低
C.在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零
D.气体从外界吸收热量,其内能一定增加
E.气体在等压膨胀过程中温度一定升高
(2)在一端封闭、内径均匀的光滑直玻璃管内,有一段长为l=16cm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如图甲所示,被封闭气柱的长度l1=23cm;当管口向上竖直放置时,如图乙所示,被封闭气柱的长度l2=19cm.已知重力加速度g取10m/s2,不计温度的变化.求:
①大气压强p0(用cmHg表示);
②当玻璃管开口向上以a=5m/s2的加速度匀加速上升时,水银柱和玻璃管相对静止时被封闭气柱的长度.
10.
(1)[多选]下列说法正确的是________。
A.昆明地区晴朗天气晒衣服易干,是因为空气的绝对湿度小
B.当分子间距增大时,分子势能一定增大
C.一定量的理想气体,在等压膨胀时,气体分子每秒对器壁单位面积的平均碰撞次数减少
D.晶体熔化时吸收的热量主要用来破坏空间点阵
E.肥皂泡呈球形是由于液体表面张力的作用
(2)如图所示,内壁光滑、导热良好的圆柱形汽缸开口向下竖直悬挂,内有一质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体。
已知活塞截面积为S,外界大气压强为p0,缸内气体温度为T1。
现对汽缸缓慢加热,使理想气体体积由V增大了2V的过程中,气体吸收的热量为Q1;停止加热并保持气体体积不变,使其温度降低为T1。
已知重力加速度为g,求:
(ⅰ)停止加热时缸内气体的温度;
(ⅱ)降温过程中气体放出的热量。
11.
(1)[多选]下列说法正确的是________。
A.温度相同的一切物质的分子平均动能都相同
B.若两分子克服它们之间的分子力做功,则这两个分子的势能增加
C.只要知道某物质的密度和其分子的质量,就可以计算出阿伏加德罗常数
D.迈尔是第一个提出能量守恒思想的人
E.根据一滴油酸酒精溶液的体积V和其在水面上形成的油膜面积S,就能算出油酸分子直径d=
(2)利用如图所示的实验装置可测量粉末状物体的体积。
导热性能良好的密闭容器,顶部连接一气压计可测出容器内的气体压强,容器左端与一个带有活塞的1缸相连,右端有一个小门。
把小门开启,将活塞置于图中1位置,记录此时气压计读数p0=1.00atm。
把小门封闭,将活塞缓慢推至图中2位置,记录此时气压计读数p1=1.20atm,此过程中,汽缸中气体体积变化ΔV=0.5L。
然后打开小门,将活塞恢复到1位置,放入待测粉末状物体后封闭小门。
再次将活塞缓慢推至2位置,记录此时气压计读数p2=1.25atm。
整个过程中环境温度不变,求待测粉末状物体的体积。
12.
(1)[多选]如图所示,“奥托循环”由两条绝热线和两条等容线组成,其中,a→b和c→d为绝热过程,b→c和d→a为等容过程。
下列说法正确的是________。
A.a→b过程中,外界对气体做功
B.a→b过程中,气体分子的平均动能变小
C.b→c过程中,单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数增多
D.c→d过程中,单位体积内气体分子数减少
E.d→a过程中,气体从外界吸收热量
(2)如图所示为一水平固定放置的汽缸,由截面积不同的两圆筒连接而成。
活塞A、B面积分别为2S和S,活塞A、B用长为2l的细直杆连接,活塞与筒壁气密性好且摩擦不计。
现活塞间密闭有一定质量的理想气体,两活塞外侧(A的左方和B的右方)都是大气,大气压强始终保持为p0,当汽缸内气体温度为T0时,活塞B与两圆筒连接处的距离为l且处于静止状态。
(ⅰ)现使汽缸内气体温度缓慢下降,活塞A刚刚缓慢右移到两圆筒连接处时,求密闭气体的温度T1;
(ⅱ)若汽缸内气体温度缓慢下降至,求细直杆对活塞的弹力大小F。
13.
(1)[多选]关于生活中的热学现象,下列说法正确的是________。
A.夏天和冬天相比,夏天的气温较高,水的饱和汽压较大,在相对湿度相同的情况下,夏天的绝对湿度较大
B.民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病,方法是用镊子夹一棉球,沾一些酒精,点燃,在罐内迅速旋转一下再抽出,迅速将火罐开口端紧压在皮肤上,火罐就会紧紧地被“吸”在皮肤上,其原因是,当火罐内的气体体积不变时,温度降低,压强增大
C.盛有氧气的钢瓶,在27℃的室内测得其压强是9.0×106Pa,将其搬到-3℃的工地上时,测得瓶内氧气的压强变为7.8×106Pa,通过计算可判断出钢瓶漏气
D.汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气,想办法使它们自发地分离,既清洁了空气又变废为宝
E.一辆空载的卡车停于水平地面,在缓慢装沙过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间势能,则胎内气体向外界放热
(2)如图所示,内壁光滑的水平放置的汽缸被两个活塞分成A、B、C三部分,两活塞间用轻杆连接,活塞厚度不计,在E、F两处设有限制装置,使左边活塞只能在E、F之间运动,E、F之间的容积为0.1V0。
开始时左边活塞在E处,A部分的容积为V0,A缸内气体的压强为0.9p0(p0为大气压强),温度为297K;B部分的容积为1.1V0,B缸内气体的压强为p0,温度恒为297K,C缸内为真空。
现缓慢加热A缸内气体,直至温度为399.3K。
求:
(ⅰ)活塞刚离开E处时的温度TE;
(ⅱ)A缸内气体最后的压强p。
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