2016年 高考题分类-热学
热学
一、选择题
1.(2016·全国卷I·T33（1）)关于热力学定律,下列说法正确的是( )
A.气体吸热后温度一定升高
B.对气体做功可以改变其内能
C.理想气体等压膨胀过程一定放热
D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:
(1)理解热力学第一定律ΔU=W+Q。
(2)理解热力学第二定律热传递的方向性。
【解析】选B、D、E。对气体做功可以改变其内能,气体吸热后可以全部用来对外做功而内能不变,A错、B对;理想气体等压膨胀过程,温度升高,气体吸热,C错;据热力学第二定律可知热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,D对;如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,则温度相等,这两个系统彼此之间也必定达到热平衡,E对。故选B、D、E。
2.(2016·全国卷II·T33（1）)一定量的理想气体从状态a开始,经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态,其p-T图象如图所示,其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是( )
A.气体在a 、c 两状态的体积相等
B.气体在状态a 时的内能大于它在状态c 时的内能
C.在过程cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功
D.在过程da 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
E.在过程bc 中外界对气体做的功等于在过程da 中气体对外界做的功 【解析】选A 、B 、E 。一定量的理想气体,在体积不变时,压强和热力学温度成正比,即
c
c
a a T p T p
,V a =V c ,选项A 正确;气体在状态a 时的温度高于在状态c 时的温度,而温度是分子平均动能的标志,理想气体忽略分子间的相互作用力,气体的分子势能不变,所以气体在状态a 时的内能大于它在状态c 时的内能,选项B 正确;cd 过程为恒温升压过程,压强增大体积减小,外界对系统做正功,但系统内能不变,故放热,放出热量Q=W 外,选项C 错误;da 过程为恒压升温过程,内能增大,体积增大对外做功,故吸热,但吸收热量Q=W 外+ΔE 内,故Q>W 外,选项D 错误;bc 过程恒压降温,体积减小,外界对气体做功,因为ab 和cd 过程都是等温过程,p a V a =p b V b ,p c V c =p d V d ,则有p a V a -p d V d =p b V b -p c V c ,又因p d =p a ,p c =p b ,p a (V a -V d )= p b (V b -V c ),所以W bc =W ad ,故在过程bc 中外界对气体做的功等于在过程da 中气体对外界做的功,选项E 正确。
3.(2016·全国卷III ·T33（1）)关于气体的内能,下列说法正确的是 ( ) A.质量和温度都相同的气体,内能一定相同 B.气体温度不变,整体运动速度越大,其内能越大 C.气体被压缩时,内能可能不变
D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加
【解析】选C、D、E。质量和温度相同的气体,分子的平均动能相同,但是可能是不同的气体,其摩尔质量不同,分子数不同,故内能不一定相同,A错误;内能是微观意义上的能量,与宏观运动无关,B错误;气体被压缩时,外界对气体做功,气体可能放热,由ΔU=W+Q得内能可能不变,C正确;一定量的某种理想气体的内能不考虑分子势能,只与分子动能有关,而温度是分子平均动能的标志,所以一定量的某种理想气体的内能只与温度有关,D正确;一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,温度一定升高,故内能一定增加,E正确。
4.（2016·江苏高考·T12A（1））在高原地区烧水需要使用高压锅。水烧开后,锅内水面上方充满饱和汽,停止加热,高压锅在密封状态下缓慢冷却,在冷却过程中,锅内水蒸气的变化情况为( )
A.压强变小
B.压强不变
C.一直是饱和汽
D.变为未饱和汽
【解析】选A、C。温度降低,锅内水蒸气的压强减小,因为是缓慢冷却,所以液体和气体间不断达到新的动态平衡,所以高压锅内的气体一直是饱和汽,A、C选项正确。
5.（2016·海南高考·T15（1））一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N,其p -V图象如图所示。在过程1中,气体始终与外界无热量交换;在过程2中,气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程,下列说法正确的是( )
A.气体经历过程1,其温度降低
B.气体经历过程1,其内能减小
C.气体在过程2中一直对外放热
D.气体在过程2中一直对外做功
E.气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的相同
【解析】选A、B、E。气体经历过程1,气体始终与外界无热量交换,压强减小,体积变大,对外做功。根据热力学第一定律,其内能减小,温度降低,选项A、B正确;气体在过程2中,先经历等容过程,体积不变,压强减小,则温度一定降低,对外放热,不对外做功;再经历等压过程,体积变大对外做功,又升温,所以是一个吸热过程,所以选项C、D错误;因为气体经历过程1和过程2的初、末状态相同,所以内能的改变量相同,选项E正确。
6.(2016·北京卷·T20)雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中,各种悬浮颗粒物形状不规则,但可视为密度相同、直径不同的球体,并用PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10μm、2.5μm的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)。某科研机构对北京地区的检测结果表明,在静稳的雾霾天气中,近地面高度百米的范围内,PM10的浓度随高度的增加略有减小,大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小,且两种浓度分布基本不随时间变化。据此材料,以下叙述正确的是( )
A.PM10表示直径小于或等于1.0×10-6m的悬浮颗粒物
B.PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力
C.PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动
D.PM2.5浓度随高度的增加逐渐增大
【解题指南】解答本题应把握以下三点:
(1)明确PM10、PM2.5是颗粒物而不是分子。
(2)能根据PM10、PM2.5运动状态分析受力情况。
(3)能根据题目的信息分析浓度随高度的变化情况。
【解析】选C。PM10表示直径小于或等于1.0×10-5m的悬浮颗粒物,A错;由于PM10在空中静止不动,受到的空气分子作用力的合力始终等于其所受到的重力,B错;PM10的浓度随高度的增加略有减小,由此推知PM2.5的浓度随高度增加逐渐减小,D错;PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动,C对。
二、填空题
7.（2016·江苏高考·T12 A（2））如图甲所示,在斯特林循环的p-V图象中,一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A,整个过程由两个等温和两个等容过程组成,B→C的过程中,单位体积中的气体分子数目
(选填“增大”“减小”或“不变”),状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图乙所示,则状态A对应的是(选填“①”或“②”)。
【解析】初末状态气体的质量和体积都没变,所以单位体积中的气体分子数目不变;状态A的温度低于状态D的温度,所以状态A对应的速率小的分子比例较大,
状态A 对应的是①。 答案:不变 ① 三、计算题
8.(2016·全国卷I ·T33（2）)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强,两压强差Δp 与气泡半径r 之间的关系为Δp=
r
σ
2,其中σ=0.070N/m 。现让水下10m 处一半径为0.50 cm 的气泡缓慢上升。已知大气压强p 0=1.0×105Pa,水的密度ρ=1.0×103kg/m 3,重力加速度大小g 取10m/s 2。 ①求在水下10m 处气泡内外的压强差。
②忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。
【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析: (1)利用题中信息Δp=
r
σ
2求解。 (2)明确各状态对应的压强和体积。
(3)综合利用力的平衡、玻意耳定律以及理想化条件进行求解。
【解析】①当气泡在水下h=10m 处时,设其半径为r 1,气泡内外压强差为Δp 1,则 Δp 1=
1
2r σ
① 代入题给数据得 Δp 1=28Pa ②
②设气泡在水下10m 处时,气泡内空气的压强为p 1,气泡体积为V 1;气泡到达水面附近时,气泡内空气压强为p 2,内外压强差为Δp 2,其体积为V 2,半径为r 2。 气泡上升过程中温度不变,根据玻意耳定律有 p 1V 1=p 2V 2 ③
由力学平衡条件有 p 1=p 0+ρgh+Δp 1 ④ p 2=p 0+Δp 2 ⑤ 气泡体积V 1和V 2分别为
V 1=3143r π ⑥
V 2=324
3
r π ⑦ 联立③④⑤⑥⑦式得
3
02
1201
p p r r gh p p ρ??+?= ?
++??? ⑧ 由②式知,Δp i ?p 0,i=1、2,故可略去⑧式中的Δp i 项。代入题给数据得
21
1.3r r =≈ 答案:①28Pa ②1.3
9.(2016·全国卷II ·T33（2）)一氧气瓶的容积为0.08m 3,开始时瓶中氧气的压强为20个大气压。某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m 3。当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时,需重新充气。若氧气的温度保持不变,求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。
【解析】设氧气开始时的压强为p 1,体积为V 1,压强变为p 2(2个大气压)时,体积为V 2。
根据玻意耳定律得p 1V 1=p 2V 2 ①
重新充气前,用去的氧气在p 2压强下的体积为V 3=V 2-V 1 ② 设用去的氧气在p 0(1个大气压)压强下的体积为V 0,则有 p 2V 3=p 0V 0 ③
设实验室每天用去的氧气在p 0下的体积为ΔV,则氧气可用的天数为
V N=
V
? ④ 联立①②③④式,并代入数据得N=4(天) 答案:4天
10.(2016·全国卷III ·T33（2）)一U 形玻璃管竖直放置,左端开口,右端封闭,左端上部有一光滑的轻活塞。初始时,管内汞柱及空气柱长度如图所示。用力向下缓慢推活塞,直至管内两边汞柱高度相等时为止。求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离。已知玻璃管的横截面积处处相同;在活塞向下移动的过程中,没有发生气体泄漏;大气压强p 0=75.0cmHg 。环境温度不变。
【解析】设初始时,右管中空气柱的压强为p 1,长度为l 1;左管中空气柱的压强为p 2=p 0,长度为l 2。活塞被推下h 后,右管中空气柱的压强为p 1′,长度为l 1′;左管中空气柱的压强为p 2′,长度为l 2′。以cmHg 为压强单位,由题给条件得 p 1=p 0+(20.0-5)cmHg l 1′=(20.0-2
00
.50.20-)cm 根据玻意耳定律p 1l 1=p 1′l 1′ 联立解得p 1′=144cmHg
根据题意可得p 1′=p 2′,l 2′=4.00cm+
2
00
.50.20-cm-h 根据玻意耳定律可得p 2l 2=p 2′l 2′,解得h=9.42cm 。 答案:144cmHg 9.42cm
11.（2016·江苏高考·T12 A（3））如图所示,在A→B和D→A的过程中,气体放出的热量分别为4J和20J。在B→C和C→D的过程中,气体吸收的热量分别为20J和12 J。求气体完成一次循环对外界所做的功。
【解析】完成循环气体内能不变,即ΔU=0,吸收的热量Q=(20+12-4-20)J=8J,由热力学第一定律
ΔU=Q+W得W=-8J,即气体对外做功为8J。
答案:8J
【误区警示】在解答时要分清气体是吸热还是放热,是对外做功还是外界对其做功,也就是要分清正负号含义。
12.（2016·海南高考·T15（2））如图,密闭汽缸两侧与一U形管的两端相连,汽缸壁导热;U形管内盛有密度为ρ=7.5×102kg/m3的液体。一活塞将汽缸分成左、右两个气室,开始时,左气室的体积是右气室的体积的一半,气体的压强均为p0=4.5×103Pa。外界温度保持不变。缓慢向右拉活塞使U形管两侧液面的高度差h=40cm,求此时左、右两气室的体积之比。重力加速度g取10m/s2,U形管中气体的体积和活塞拉杆的体积忽略不计。
【解析】设初始状态时汽缸左气室的体积为V01,右气室的体积为V02;当活塞拉至汽缸中某位置时,左、右气室的压强分别为p1、p2,体积分别为V1、V2,由玻意耳
定律得 p 0V 01=p 1V 1 ① p 0V 02=p 2V 2 ②
依题意有V 01+V 02=V 1+V 2 ③ 由力的平衡条件有p 2-p 1=ρgh ④ 联立①②③④式,并代入题给数据得
22
101101
239V V V V +-=0 ⑤ 由此解得V 1=2
3V 01(另一解不合题意,舍去) ⑥ 由③⑥式和题给条件得V 1∶V 2=1∶1 ⑦ 答案:1∶1