专题十四 热学【专题检测】A组一、选择题1.(2020山东济南一模,2)关于一定质量的理想气体,下列说法正确的是( )A.气体的体积是所有气体分子的体积之和B.气体的压强是由气体分子重力产生的C.气体压强不变时,气体的分子平均动能可能变大D.气体膨胀时,气体的内能一定减小答案 C 气体的体积是气体分子所能充满的整个空间,不是所有气体分子的体积之和,故选项A错误;大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强,与气体重力无关,故选项B错误;气体压强不变时,体积增大,气体温度升高,则分子的平均动能增大,故选项C正确;气体膨胀时,气体对外做功,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,气体对外做功同时可能吸收更多的热量,内能可以增加,故选项D错误。2.(多选)如图所示是用光学显微镜观察一滴充分稀释的碳素墨汁,调节好合适的放大倍数后,显示屏上会跟踪一个炭粒的运动,发现炭粒做无规则运动。则下列说法中正确的有( )A.炭粒无规则运动是炭粒分子无规则运动的结果B.炭粒无规则运动是液体分子不平衡撞击的结果C.炭粒体积越大,其无规则运动的现象越明显D.墨汁温度越高,炭粒无规则运动现象越明显E.这个装置无法直接观察到液体分子无规则运动答案 BDE 炭粒作为一种宏观微粒,不受外力作用时是无法凭借自身因素而运动的,其无规则运动是液体分子不平衡撞击的结果,故A错误,B正确;炭粒体积越大,受到液体分子的撞击越趋于平衡,无规则运动将越不明显,所以C错误;墨汁温度越高,液体分子无规则运动越激烈,撞击炭粒的作用力越大,不平衡撞击也越多,所以炭粒无规则运动会越明显,D正确;光学显微镜无法观察到分子个体,也就无法观察到液体分子无规则运动,所以E正确。3.(2019北京东城一模,14)下列说法正确的是( )A.同一个物体,运动时的内能一定比静止时的内能大B.物体温度升高,组成物体的分子的平均动能一定增加C.一定质量的物体,内能增加,温度一定升高D.温度升高时物体的每个分子的动能都将增大答案 B 温度是分子平均动能的标志,温度升高时平均动能增大,但不是每个分子的动能都增大;温度不升高时,使分子的势能增加,也可以使内能增加;内能由温度、体积、物质的量决定,与宏观机械运动无关。【解题关键】理解内能的定义与决定因素,理解分子平均动能与温度的关系。
4.(2020山东菏泽一模,2)如图为一定质量理想气体的压强p与体积V关系图像,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、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC,则以下判断正确的是( ) A.TA>TB,TB<TC B.TA>TB,TB>TCC.TA<TB,TB<TC D.TA<TB,TB>TC答案 A 根据理想气体状态方程=C可知:从A到B,体积不变,压强减小,故温度降低,即TA>TB;从B到C,压强不变,体积增大,故温度升高,即TB<TC。只有选项A正确。5.(多选)如图甲所示是分子间作用力与分子间距之间的关系,分子间作用力表现为斥力时为正,一般地,分子间距大于10r0时,分子间作用力就可以忽略;如图乙所示是分子势能与分子间距之间的关系,a是图线上一点,ab是在a点的图线切线。下列说法中正确的有( )A.分子势能选择了无穷远处或大于10r0处为零势能参考点B.图甲中阴影部分面积表示分子势能差值,与零势能点的选取有关C.图乙中Oa的斜率大小表示分子间距离在该间距时的分子间作用力大小D.图乙中ab的斜率大小表示分子间距离在该间距时的分子间作用力大小E.理想气体分子间距一般大于10r0,所以总分子势能视为不变答案 ADE 综合题设及题图信息可知,分子势能选择了无穷远处或大于10r0处为零势能参考点,故A正确;图甲阴影部分面积表示分子势能差值,势能差值与零势能点的选取无关,所以B错误;分子势能与分子间距图像中,图线切线的斜率的大小表示分子间作用力大小,所以C错误,D正确;理想气体分子间距一般大于10r0,分子间作用力忽略不计,分子势能不变,选取无穷远处为零势能点,则分子势能为零,所以总分子势能视为不变,且分子势能为零,所以E正确。6.一定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8×104J的功,气体的内能减少了1.2×105J,则下列各式中正确的是( )A.W=8×104J,ΔU=1.2×105J,Q=4×104JB.W=8×104J,ΔU=-1.2×105J,Q=-2×105JC.W=-8×104J,ΔU=1.2×105J,Q=2×104JD.W=-8×104J,ΔU=-1.2×105J,Q=-4×104J
答案 B 外界对气体做功,W取正值,即W=8×104J;内能减少,ΔU取负值,即ΔU=-1.2×105J;根据ΔU=W+Q,可知Q=ΔU-W=(-1.2×105-8×104)J=-2×105J,B选项正确。7.已知两端开口的“Γ”形管,且水平部分足够长,一开始如图所示,若将玻璃管稍微上提一点儿,或稍微下降一点儿时,被封闭的空气柱的长度的变化分别是( ) A.变大;变小 B.变大;不变C.不变;不变 D.不变;变大答案 D 在向上提或向下降玻璃管时,管内气体温度不变,设大气压为p0,封闭气体压强p=p0+p上液,当玻璃管稍向上提一点儿时,封闭气体压强不变,由玻意耳定律可以知道,气体体积不变,空气柱长度不变;玻璃管稍向下降一点儿时,管内气体被压缩,空气柱上方液体有一部分进入水平管,h变小,封闭气体压强p=p0+p上液变小,由玻意耳定律可以知道,气体体积变大,空气柱长度变大。故A、B、C错误,D正确。8.在“用油膜法估测分子的大小”实验中,用amL纯油酸配制成bmL的油酸酒精溶液,现已测得一滴溶液的体积为cmL,将一滴溶液滴入水中,油膜充分展开后面积为Scm2,估算油酸分子的直径大小为( )A.cm B.cmC.cm D.cm答案 A 一滴溶液中纯油酸体积为V=×cmL=mL,油膜面积为Scm2,油酸分子直径d==cm,所以A正确,B、C、D错误。二、非选择题9.在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中,有下列实验步骤:①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水,待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形状稳定。③将画有油酸薄膜形状的玻璃板平放在坐标纸上,计算出油膜的面积,根据油酸的体积和面积计算出油酸分子的大小。④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内每增加一定体积时的滴数,由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。⑤先将玻璃板放在浅盘上,然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。完成下列填空:(1)上述步骤中,正确的顺序是 。(填写步骤前面的数字) (2)将1cm3的油酸溶于酒精,制成300cm3的油酸酒精溶液;测得1cm3的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上,测得所形成的油膜的面积是0.13m2。由此估算出油酸分子的直径为 m。(结果保留1位有效数字) 答案 (1)④①②⑤③(如果④放在③之前的其他位置也可) (2)5×10-10解析 (1)在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中,应先配制油酸酒精溶液,再往盘中倒入水,并撒痱子粉,然后用注射器将配好的溶液滴一滴在水面上,待薄膜形状稳定,最后将玻璃板放于盘上,用彩笔将油膜形状描绘在玻璃板上,测出油膜面积根据d=计算。(2)一滴溶液中含油酸体积V=×m3,故d=5×10-10m。10.(2019江西协作体一模)中学物理课上一种演示气体实验定律的有趣仪器——哈勃瓶,它是一个底部开有圆孔,瓶颈很短、导热性能良好的平底大烧瓶。在一次实验中,体积为V=1L的瓶内塞有一气球,气球的吹气口反扣
在瓶口上,瓶底的圆孔上配有一个横截面积S=2cm2的轻质橡皮塞,橡皮塞与瓶间的最大静摩擦力fm=60N。瓶内由气球和轻质橡皮塞封闭一定质量的气体,不计实验开始前气球中的少量气体和气球膜厚度,向气球中缓慢打气,假设气球缓慢膨胀过程中气球内、外气压近似相等。已知:实验室温度T=290K恒定,环境空气密度ρ=1.20kg/m3,压强为标准大气压p0=105Pa。求:①橡皮塞被弹出时瓶内气体的压强;②为了使橡皮塞被弹出,需要向气球内打入空气的质量。答案 ①4×105Pa ②3.60g解析 ①对橡皮塞,p=p0+=4×105Pa②瓶内气体做等温变化:p0V=pV1则V1=V对气球内气体:体积V2=V-V1=V=7.5×10-4m3气球内压强也为p=4×105Pa等温变化:pV2=p0V空气可得V空气=3×10-3m3打入空气质量m=ρV空气=3.60×10-3kg=3.60g11.[2019山东聊城二模,33(2),10分]如图所示,U形细玻璃管竖直放置,水平细管与U形细玻璃管底部相连通,各部分细管内径相同。此时U形管左、右两侧水银面高度差为15cm,右管水银面距U形玻璃管底部距离为5cm,水平细管内用小活塞封有长度为12.5cm的理想气体A,U形管左管上端封有长25cm的理想气体B,右管上端开口与大气相通,现将活塞缓慢向右压,使U形玻璃管左、右两侧水银面恰好相平,已知外界大气压强为75cmHg,忽略环境温度的变化,水平细管中的水银柱足够长,求:(ⅰ)气体B的长度;(ⅱ)活塞移动的距离。答案 (ⅰ)20cm (ⅱ)27.5cm解析 试题考查了气体实验定律,主要考查理解能力、推理论证能力,体现了物理观念、科学思维的学科素养,突出对应用性考查要求。(ⅰ)设S为细玻璃管横截面面积,将活塞缓慢向右压的过程中,气体B做等温变化,由玻意耳定律可知pB1VB1=pB2VB2(2分)pB1=(75-15)cmHg=60cmHg(1分)VB1=25SpB2=75cmHgVB2=LS解得气体B的长度L=20cm(1分)(ⅱ)将活塞缓慢向右压的过程中,气体A做等温变化pA1=(75+5)cmHg=80cmHg(1分)
pA2=(75+25)cmHg=100cmHg(1分)VA1=12.5SVA2=LA2S由玻意耳定律可知pA1VA1=pA2VA2(1分)解得气体A的长度LA2=10cm(1分)活塞移动的距离d=LA1-LA2+25cm=27.5cm(2分)12.有些功能性固体形状不规则,而且不可以浸入液体中,但又要测量其体积,于是发明家设计了如图所示的测量工具。K为密封性良好的气阀,容器C、玻璃管A、玻璃球B相通,其中容器C与管A总体积为V0,B下端玻璃管连接软性U形管并与右端瓶状玻璃管连通。从D管上端倒入适量水银,打开气阀K,调节D使得水银面在n处相平,然后关闭气阀K,调节D,使得左端水银面在m处相平,此时左、右两端水银面高度差为h1;打开气阀K,放入不规则固体,再次调节D,使得水银面在n相平,然后再关闭气阀K,调节D使得左端水银面在m处相平,此时左右两端水银面高度差为h2。至此,请尝试计算得到不规则固体的体积V。(整个操作过程中忽略温度变化)答案 解析 设大气压强为p0,B玻璃球体积为VB,第一次关闭气阀K,以封闭气体为研究对象,运用玻意耳定律,有:p0(V0+VB)=(p0+p1)V0①整理得p0VB=p1V0,其中p1=ρ水银gh1②放入不规则固体后,第二次关闭气阀,以此时封闭气体为研究对象,同理有:p0(V0-V+VB)=(p0+p2)(V0-V)③整理得p0VB=p2(V0-V),其中p2=ρ水银gh2④由②④得到V==⑤
