高考物理历年高考真题分类汇编H单元热学.docx
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高考物理历年高考真题分类汇编H单元热学
H单元 热学
H1 分子动理论
15.[2015·海南卷]H1模块3-3试题
(1)已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R,空气平均摩尔质量为M,阿伏伽德罗常数为NA,地面大气压强为p0,重力加速度大小为g.由此可估算得,地球大气层空气分子总数为________,空气
图113
分子之间的平均距离为________.
(2)如图113,一底面积为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.
[答案]
(1)
[解析]
(1)大气压是由地球大气层的重力产生,设大气层质量为m,地球表面积为S
可知mg=P0S S=4πR2
大气分子数n=NA==
气体分子间距大,所以把每一个气体分子平均占据的空间认为是一个立方体模型,立方体边长即为分子间平均距离假设为a,因为大气层的厚度远小于地球半径,所以大气层每一层的截面积都为地球的表面积S,大气层体积V=Sh=4πR2h,V=na3
联立以上各式得a=
(2)本题主要考查理想气体状态方程
假设A与B气体压强为Ρ1、B与容器底面之间压强为Ρ2
漏气前:
对A Ρ1=Ρ0+
对B Ρ2=Ρ1+
最终B与底面接触后,AB间气体压强为P,体积为V′,
P=Ρ0+
因为+=′
(Ρ1+Ρ2)V=PV′T不变
漏气前A距离底面高度h1=
漏气后A距离底面高度h2=
h2-h1=
33.[2015·全国卷Ⅱ][物理选修3-3]
(1)H1关于扩散现象,下列说法正确的是________.
A.温度越高,扩散进行得越快
B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应
C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生
E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的
[答案]ACD
37.[2015·山东卷]【物理—物理3-3】
(1)H1墨滴入水,扩而散之,徐徐混匀.关于该现象的分析正确的是________.(双选,填正确答案标号)
a.混合均匀主要是由于碳粒受重力作用
b.混合均匀的过程中,水分子和碳粒都做无规则运动
c.使用碳粒更小的墨汁,混合均匀的过程运行得更迅速
d.墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的
[解析]bc 本题的扩散现象是水分子和墨汁由于做无规则的热运动,彼此进入对方的现象.墨汁里面的碳粒做布朗运动,也是无规则的,b选项正确.碳粒越小,布朗运动越剧烈,混合得越快,c选项正确.
H2 固体、液体、气体的性质
37.[2015·山东卷]【物理—物理3-3】
H2
(2)扣在水平桌面的热杯盖有时会发生被顶起的现象.如图,截面积为S的热杯盖扣在水平桌面上,开始时内部封闭气体的温度为300K,压强为大气压强p0.当封闭气体温度上升至303K时,杯盖恰好被整体顶起,放出少许气体后又落回桌面,其内部气体压强立刻减为p0.温度仍为303K.再经过一段时间,内部气体温度恢复到300K.整个过程中封闭气体均可视为理想气体.求:
图112
(i)当温度上升到303K且尚未放气时,封闭气体的压强;
(ii)当温度恢复到300K时,竖立向上提起杯盖所需的最小力.
[答案](i)p0 (ii)p0S
[解析](i)以开始封闭的气体为研究对象,由题意可知,初状态温度T0=300K,压强为p0,末状态温度T1=303K,压强设为p1,由查理定律得
=①
代入数据得
p1=p0②
(ii)设杯盖的质量为m,刚好被顶起时,由平衡条件得
p1S=p0S+mg③
放出少许气体后,以杯盖内的剩余气体为研究对象,由题意可知,初状态温度T2=303K,压强p2=p0,末状态温度T3=300K,压强设为p3,由查理定律得
=④
设提起杯盖所需的最小力为F,由平衡条件得
F+p3S=p0S+mg⑤
联立②③④⑤式,代入数据得
F=p0S⑥
33.[2015·全国卷Ⅱ][物理选修3-3]
(2)H2如图111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侧空气柱的长度为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,当两侧的高度差为h1=10.0cm时,将开关K关闭,已知大气压强p0=75.0cmHg.
(ⅰ)求放出部分水银后A侧空气柱的长度;
(ⅱ)此后再向B侧注入水银,使A、B两侧的水银达到同一高度,求注入水银在管内的长度.
图111
[答案](i)12.0cm (ii)13.2cm
[解析](i)以cmHg为压强单位.设A侧空气柱长度l=10.0cm时的压强为p;当两侧水银面的高度差为h1=10.0cm时,空气柱的长度为l1,压强为p1.由玻意耳定律得
pl=p1l1①
由力学平衡条件得
p=p0+h②
打开开关K放出水银的过程中,B侧水银面处的压强始终为p0,而A侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小,B、A两侧水银面的高度差也随之减小,直至B侧水银面低于A侧水银面h1为止.由力学平衡条件有
p1=p0-h1③
联立①②③式,并代入题给数据得
l1=12.0cm④
(ii)当A、B两侧的水银面达到同一高度时,设A侧空气柱的长度为l2,压强为p2.由玻意耳定律得
pl=p2l2⑤
由力学平衡条件有
p2=p0⑥
联立②⑤⑥式,并代入题给数据得
l2=10.4cm⑦
设注入的水银在管内的长度为Δh,依题意得
Δh=2(l1-l2)+h1⑧
联立④⑦⑧式,并代入题给数据得
Δh=13.2cm⑨
29.[2015·福建卷]H2[选修3-3]
(1)下列有关分子动理论和物质结构的认识,其中正确的是________.
A.分子间距离减小时分子势能一定减小
B.温度越高,物体中分子无规则运动越剧烈
C.物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度无关
D.非晶体的物理性质各向同性而晶体的物理性质都是各向异性
[答案]B
[解析]当r 12.[2015·江苏卷]【选做题】本题包括A、B、C三小题,请选定其中两小题作答. A.[选修3—3] (1)H2对下列几种固体物质的认识,正确的有________________________________________________________________________. A.食盐熔化过程中,温度保持不变,说明食盐是晶体 B.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 C.天然石英表现为各向异性,是由于该物质的微粒在空间的排列不规则 D.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 (2)H2,H3在装有食品的包装袋中充入氮气,可以起到保质作用.某厂家为检测包装袋的密封性,在包装袋中充满一定量的氮气,然后密封进行加压测试.测试时,对包装袋缓慢地施加压力.将袋内的氮气视为理想气体,则加压测试过程中,包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力________(选填“增大”、“减小”或“不变”),包装袋内氮气的内能________(选填“增大”、“减小”或“不变”). (3)H2给某包装袋充入氮气后密封,在室温下,袋中气体压强为1个标准大气压、体积为1L.将其缓慢压缩到压强为2个标准大气压时,气体的体积变为0.45L.请通过计算判断该包装袋是否漏气. 12.A. (1)AD (2)增大 不变 (3)包装袋漏气 [解析] (1)有确定熔点的物质就是晶体,选项A正确;选项B只能说明云母是晶体,因为它具有各向异性;选项C中的天然石英是晶体,组成该物质的微粒在各个方向上呈现一定的规律性;选项D中石墨和金刚石是同素异形体,选项D正确. (2)包装袋被压缩,体积变小,单位体积内的分子数增加,而压缩过程中,温度一直为室温,分子平均动能不变,即撞击力不变,但由于包装袋单位面积上撞击的分子数增加,故总体表现为包装袋单位面积上受到分子的撞击力增大;由于包装袋内的气体是理想气体,不计分子势能,温度不变,分子平均动能不变,内能也不变. (3)若不漏气,设加压后的体积为V1,由等温过程得p0V0=p1V1 代入数据得V1=0.5L. 因为0.45L<0.5L,所以包装袋漏气. 33.[物理—选修3-3][2015·全国卷Ⅰ] (1)H2下列说法正确的是____________. A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体 B.固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上有不同的光学性质 C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体 D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体 E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变 (2)H2如图111所示,一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成,两圆筒中各有一个活塞.已知大活塞的质量为m1=2.50kg,横截面积为S1=80.0cm2,小活塞的质量为m2=1.50kg,横截面积为S2=40.0cm2;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l=40.0cm,汽缸外大气的压强为p=1.00×105Pa,温度为T=303K.初始时大活塞与大圆筒底部相距,两活塞间封闭气体的温度为T1=495K.现汽缸内气体温度缓慢下降,活塞缓慢下移.忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦,重力加速度大小g取10m/s2.求: ①在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,缸内封闭气体的温度; ②缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强. 图111 33. (1)BCD [解析]晶体被敲碎后,构成晶体的分子或原子的空间点阵结构没有发生变化,仍然是晶体,A错误;有些晶体在光学性质方面是各向异性的,B正确;同种元素构成的不同晶体互为该元素的同素异形体,C正确;如果外界条件改变了物质分子或原子的排布情况,晶体和非晶体之间可以互相转化,D正确;晶体熔化过程中,分子势能发生变化,内能发生了变化,E错误. (2)①330K ②1.01×105Pa [解析]①设初始时气体体积为V1,在大活塞与大圆筒底部刚接触时,缸内封闭气体的体积为V2,温度为T2.由题给条件得 V1=S2+S1① V2=S2l② 在活塞缓慢下移的过程中,用p表示缸内气体的压强,由力的平衡条件得 S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p)③ 故缸内气体的压强不变.由盖·吕萨克定律得 =④ 联立①②④式并代入题给数据得 T2=330K⑤ ②在大活塞与大圆筒底部刚接触时,被封闭气体的压强为p1.在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中,被封闭气体的体积不变.设达到热平衡时被封闭气体的压强为p′,由查理定律,有 =⑥ 联立③⑤⑥式并代入题给数据得 p′=1.01×105Pa⑦ H3 内能 热力学定律 13.H3[2015·北京卷]下列说法正确的是( ) A.物体放出热量,其内能一定减小 B.物体对外做功,其内能一定减小 C.物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能增加 D.物体放出热量,同时对外做功,其内能可能不变 13.C [解析]根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,改变物体内能有做功和热传递两种方式,在只有热传递、没有做功的条件下,物体吸收热量,内能增加,物体放出热量,内能减小.在只有做功、没有热传递的条件下,物体对外界做功,内能减小,外界对物体做功,内能增加.所以选项C正确,A、B、D不正确. 图112 29.[2015·福建卷] (2)H3如图112所示,一定质量的理想气体,由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc,在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac.则________. A.Tb>Tc,Qab>QacB.Tb>Tc,Qab C.Tb=Tc,Qab>QacD.Tb=Tc,Qab [答案]C [解析]a→c过程: = 解得: Tc=2Ta a→b过程: = 解得: Tb=2Ta 固Tc=Tb,所以a→c与a→b两个过程内能增加量相同,设为ΔU. a→c过程: 体积不变,W=0,由热力学第一定律ΔU=Q+W,吸收的热量等于内能增加量,为ΔU. a→b过程: 体积增大,气体对外做功,W<0,气体吸收的热量一部分用来提供内能增加量ΔU,一部分用来对外做功,所以该过程吸收的热量比较多. 12.[2015·江苏卷]【选做题】本题包括A、B、C三小题,请选定其中两小题作答. A.[选修3—3] (2)H2,H3在装有食品的包装袋中充入氮气,可以起到保质作用.某厂家为检测包装袋的密封性,在包装袋中充满一定量的氮气,然后密封进行加压测试.测试时,对包装袋缓慢地施加压力.将袋内的氮气视为理想气体,则加压测试过程中,包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力________(选填“增大”、“减小”或“不变”),包装袋内氮气的内能________(选填“增大”、“减小”或“不变”). 12.A. (2)增大 不变 [解析] (2)包装袋被压缩,体积变小,单位体积内的分子数增加,而压缩过程中,温度一直为室温,分子平均动能不变,即撞击力不变,但由于包装袋单位面积上撞击的分子数增加,故总体表现为包装袋单位面积上受到分子的撞击力增大;由于包装袋内的气体是理想气体,不计分子势能,温度不变,分子平均动能不变,内能也不变. 10.[2015·重庆卷]H3【选修3-3】 (1)某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的,且车胎体积增大.若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体,那么( ) A.外界对胎内气体做功,气体内能减小 B.外界对胎内气体做功,气体内能增大 C.胎内气体对外界做功,内能减小 D.胎内气体对外界做功,内能增大 (2)北方某地的冬天室外气温很低,吹出的肥皂泡会很快冻结.若刚吹出时肥皂泡内气体温度为T1,压强为p1,肥皂泡冻结后泡内气体温度降为T2.整个过程中泡内气体视为理想气体,不计体积和质量变化,大气压强为p0,求冻结后肥皂膜内外气体的压强差. [答案] (1)D (2)p1-p0 [解析] (1)由题意,车胎体积增大,说明气体膨胀,对外做功;同时,中午温度高于清晨温度,而封闭的一定质量的理想气体的内能由温度决定,故气体的内能增大,答案为D. (2)由于气体质量和体积不变,由查理定律可知,=,故冻结后肥皂膜内气体压强p2=p1,故冻结后肥皂膜内外气体压强差Δp=p1-p0. H4 实验: 用油膜法估测分子的大小 H5 热学综合 17.[2015·广东卷]H5图14为某实验器材的结构示意图,金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气,内筒中有水,在水加热升温的过程中,被封闭的空气( ) 图14 A.内能增大 B.压强增大 C.分子间引力和斥力都减小 D.所有分子运动速率都增大 [解析]AB 气体被内筒、外筒封闭,故气体的质量和体积均不改变,因气体的内能只与温度和体积有关,温度升高,体积不变,则内能增大,A正确;由查理定律,压强与热力学温度成正比,温度升高,则压强增大,B正确;气体体积不变,分子间的引力和斥力均不发生变化,C错误;温度升高,分子的平均动能增大,但并不一定每个分子的动能都增大,某一瞬间有的分子动能可能还会减小,故D错误. 6.2015·重庆巴蜀中学高三一模 (1)下列说法正确的是( ) A.布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的分子无规则运动的反映 B.没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能 C.知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏伽德罗常数 D.内能不同的物体,它们分子热运动的平均动能可能相同 (2)如图K452所示,一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再由状态B变化到状态C.已知气体在状态A的温度为300K. ①求气体在状态B的温度. ②由状态B变化到状态C的过程中,气体是吸热还是放热? 简要说明理由. 图K452 6. (1)D [解析]选项A中布朗运动应是反映液体分子运动的无规则性,A错;选项B中不能把吸收的能量全部转化为机械能,B错;在C选项中知道了物质的摩尔质量和密度不能求出阿伏伽德罗常数,C错;根据内能的物理意义及温度是分子热运动平均动能的标志可知,内能不同的物体,它们分子热运动平均动能可能相同,D正确. (2)①1200K ②放热 理由略 [解析]①由理想气体的状态方程=得 气体在状态B的温度TB==1200K. ②由状态B到状态C,气体做等容变化,由查理定律得= TC=TB=600K 故气体由状态B到状态C不做功,但温度降低,内能减小,根据热力学第一定律,ΔU=W+Q,可知气体要放热. 4.2015·湖北八校高三第一次联考如图K464所示,一定质量的理想气体被活塞封闭在圆筒形的气缸内.缸壁不可导热,缸底导热,缸底到开口处的竖直距离为h.轻质活塞不可导热,厚度可忽略,横截面积S=100cm2,初始时处于气缸顶部.若在活塞上缓慢倾倒一定质量的沙子,活塞下移时再次平衡.已知室温为t0=27℃,大气压强p0=1.0×105Pa,不计一切摩擦,g取10m/s2. (1)求倾倒的沙子的质量m. (2)若对缸底缓慢加热,则当活塞回到缸顶时被封闭气体的温度t2为多大? 图K464 4. (1)12.5kg (2)64.5℃ [解析] (1)由玻意耳定律有p0Sh=S× 代入数据有m=12.5kg. (2)由盖·吕萨克定律有= 得t2=64.5℃. 5.2015·上海松江一模如图K465所示,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内都充有气体.U形管内左边水银柱比右边的低60mm.打开阀门S,整个系统稳定后,U形管内左右水银柱高度相等.假设U形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积. (1)求玻璃泡C中气体的压强(以mmHg为单位). (2)将右侧水槽的水从0℃加热到一定温度时,U形管内左右水银柱高度差又为60mm,求加热后右侧水槽的水温. 图K465 5. (1)180mmHg (2)364K [解析] (1)C中气体压强始终不变,B内封闭气体初状态: pB=pC+60mmHg,打开阀门后pB′=pC 由题意: V′B=VB 由玻意尔定律pBVB=p′BV′B得: p′B=180mmHg,则pC=p′B=180mmHg. (2)C内封闭气体做等容变化,加热后压强p′C=pC+60mmHg 由查理定律得= 代入数据解得: T′=364K. 7.2015·云南部分名校12月统考如图K467所示,在长为L=57cm的一端封闭、另一端开口向上的竖直玻璃管内,用4cm高的水银柱封闭着51cm长的理想气体,管内外气体的温度均为33℃,大气压强p0=76cmHg. (1)若缓慢对玻璃管加热,当水银柱上表面与管口刚好相平时,求管中气体的温度; (2)若保持管内温度始终为33℃,现将水银缓慢注入管中,直到水银柱上表面与管口相平,求此时管中气体的压强. 图K467 7. (1)318K (2)85cmHg [解析] (1)设玻璃管横截面积为S,以管内封闭气体为研究对象,气体经等压膨胀,则 T1=306K,V1=51cm·S,V2=53cm·S 由盖·吕萨克定律得= 得T2=318K. (2)当水银柱上表面与管口相平时,设此时管中气体压强为p,水银柱的高度为Hcm,管内气体经等温压缩: V3=(57cm-Hcm)S,p3=(76+H)cmHg 由玻意耳定律: p1V1=p3V3 得H=9 故p3=85cmHg.
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