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單元質(zhì)檢十三　熱學(xué)(選修3-3) (時(shí)間:45分鐘　滿分:90分) 1.(15分)(1)(5分)(多選)下列說法正確的是　　　　　。 A.液晶具有液體的流動(dòng)性,同時(shí)具有晶體的光學(xué)各向異性特征 B.第二類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律,所以它是制造不出來的 C.一定質(zhì)量的理想氣體,如果壓強(qiáng)不變,體積增大,那么它一定從外界吸熱 D.懸浮在液體中的固體微粒越小,布朗運(yùn)動(dòng)越明顯 E.空氣的相對(duì)濕度用空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)表示 (2)(10分)(2018全國卷Ⅲ)在兩端封閉、粗細(xì)均勻的U形細(xì)玻璃管內(nèi)有一段水銀柱,水銀柱的兩端各封閉有一段空氣。當(dāng)U形管兩端豎直朝上時(shí),左、右兩邊空氣柱的長度分別為l1=18.0 cm和l2=12.0 cm,左邊氣體的壓強(qiáng)相當(dāng)于12.0 cm水銀柱的壓強(qiáng)。現(xiàn)將U形管緩慢平放在水平桌面上,沒有氣體從管的一邊通過水銀逸入另一邊。求U形管平放時(shí)兩邊空氣柱的長度。在整個(gè)過程中,氣體溫度不變。 答案(1)ACD　(2)22.5 cm　7.5 cm 解析(1)由液晶的特性可知A正確;第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律,而是違反熱力學(xué)第二定律,B錯(cuò)誤;如果壓強(qiáng)不變,由VT=C知,體積增大,溫度升高,內(nèi)能增大,又因氣體膨脹對(duì)外做功,由ΔU=W+Q知,氣體從外界吸熱,C正確;由布朗運(yùn)動(dòng)顯著條件知D正確;相對(duì)濕度是所含的水蒸氣的實(shí)際壓強(qiáng)與同溫度水的飽和汽壓的比值,故E錯(cuò)誤。 (2)設(shè)U形管兩端豎直朝上時(shí),左、右兩邊氣體的壓強(qiáng)分別為p1和p2。U形管水平放置時(shí),兩邊氣體壓強(qiáng)相等,設(shè)為p,此時(shí)原左、右兩邊氣柱長度分別變?yōu)閘1和l2。由力的平衡條件有 p1=p2+ρg(l1-l2) ① 式中ρ為水銀密度,g為重力加速度大小。由玻意耳定律有 p1l1=pl1 ② p2l2=pl2 ③ 兩邊氣柱長度的變化量大小相等 l1-l1=l2-l2 ④ 由①②③④式和題給條件得 l1=22.5cm⑤ l2=7.5cm。 ⑥ 2.(15分)(1)(5分)(多選)下列說法中正確的是　　　　。 A.擴(kuò)散現(xiàn)象不僅能發(fā)生在氣體和液體中,固體中也可以 B.巖鹽是立方體結(jié)構(gòu),粉碎后的巖鹽不再是晶體 C.地球大氣的各種氣體分子中氫分子質(zhì)量小,其平均速率較大,更容易掙脫地球吸引而逃逸,因此大氣中氫含量相對(duì)較少 D.從微觀角度看氣體壓強(qiáng)只與分子平均動(dòng)能有關(guān) E.溫度相同的氫氣和氧氣,分子平均動(dòng)能相同 (2) (10分)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,再變化到狀態(tài)C,其狀態(tài)變化過程的p-V圖像如圖所示。已知該氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度為27 ℃,求: ①該氣體在狀態(tài)B時(shí)的溫度; ②該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中與外界交換的熱量。 答案(1)ACE　(2)①-173 ℃?、谖鼰?00 J 解析(1)擴(kuò)散現(xiàn)象也可以在固體中發(fā)生,A項(xiàng)正確;粉碎后的巖鹽顆粒仍具有立方體結(jié)構(gòu),仍為晶體,B項(xiàng)錯(cuò)誤;從微觀角度看氣體壓強(qiáng)與分子平均動(dòng)能和氣體分子密集程度兩個(gè)因素有關(guān),D項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)分子動(dòng)理論,分子的平均動(dòng)能取決于溫度,與分子種類無關(guān),E項(xiàng)正確;溫度是分子平均動(dòng)能的量度,溫度越高,分子平均動(dòng)能越大,質(zhì)量越小,速率越大,氫分子質(zhì)量小,其平均速率較大,更容易掙脫地球吸引而逃逸,因此大氣中氫含量相對(duì)較少,C項(xiàng)正確。 (2)①對(duì)于理想氣體,A→B過程為等容變化,根據(jù)查理定律有pATA=pBTB,得TB=100K,所以tB=-173℃。 ②B→C過程為等壓變化,根據(jù)蓋—呂薩克定律有VBTB=VCTC,得TC=300K,所以tC=27℃。 由于狀態(tài)A與狀態(tài)C溫度相同,氣體內(nèi)能相等,而A→B過程是等容變化,氣體對(duì)外不做功,B→C過程中氣體體積膨脹對(duì)外做功,即從狀態(tài)A到狀態(tài)C氣體對(duì)外做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w應(yīng)從外界吸收熱量 即Q=-W=pΔV=1105(310-3-110-3)J=200J。 3.(15分)(1)(5分)(多選)下列說法正確的是　　　　。 A.已知水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量,就可以計(jì)算出阿伏加德羅常數(shù) B.布朗運(yùn)動(dòng)說明分子在永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng) C.兩個(gè)分子由很遠(yuǎn)(r>10-9 m)距離減小到很難再靠近的過程中,分子間作用力先減小后增大,分子勢能不斷增大 D.露珠呈球狀是由于液體表面張力的作用 E.物體的溫度升高,則物體中所有分子的分子動(dòng)能都增大 (2)(10分)質(zhì)量m0=10 kg的缸體與質(zhì)量m=4 kg的活塞,封閉一定質(zhì)量的理想氣體(氣體的重力可以忽略),不漏氣的活塞被一勁度系數(shù)k=20 N/cm的輕彈簧豎直向上舉起立于空中,如圖所示。環(huán)境溫度為T1=1 500 K時(shí)被封氣柱長度l1=30 cm,缸口離地的高度為h=5 cm。若環(huán)境溫度變化時(shí),缸體有良好的導(dǎo)熱性能。已知活塞與缸壁間無摩擦,彈簧原長l0=27 cm,活塞橫截面積S=210-3 m2,大氣壓強(qiáng)p0=1.0105 Pa,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取10 m/s2,求環(huán)境溫度降到多少時(shí)汽缸著地,溫度降到多少時(shí)能使彈簧恢復(fù)原長。 答案(1)ABD　(2)1 250 K　480 K 解析(1)NA=Mm,故A正確;布朗運(yùn)動(dòng)是分子熱運(yùn)動(dòng)的反映,B正確;當(dāng)r=r0時(shí),分子力為0,兩分子從很遠(yuǎn)到很近,分子力先增大后減小再增大,分子勢能先減小后增大,C錯(cuò)誤;液體的表面張力使液體表面積趨于最小,D正確;物體的溫度升高,分子的平均動(dòng)能增大,并不是所有分子動(dòng)能都增大,E錯(cuò)誤。 (2)因汽缸懸空,先降溫汽缸著地前為等壓變化,壓強(qiáng)恒為 p1=p0+m0gS=1.5p0 設(shè)汽缸著地時(shí)環(huán)境溫度為T2 根據(jù)蓋—呂薩克定律有l(wèi)1ST1=(l1-h)ST2 代入數(shù)據(jù)得T2=1250K 待缸口著地后,再降溫時(shí)內(nèi)部氣體壓強(qiáng)減小活塞上移,彈簧逐漸恢復(fù)原長,由kx=(m0+m)g知彈簧的形變量為x=7cm 設(shè)彈簧恢復(fù)原長時(shí)的環(huán)境溫度為T3,氣體壓強(qiáng)為p3,氣柱長度為l3,由活塞受力平衡知p3=p0-mgS=0.8p0,由幾何關(guān)系知l3=l1-x-h=18cm 根據(jù)p1V1T1=p3V3T3有1.5p0l1T1=0.8p0l3T3, 整理可得T3=480K。 4.(15分)(1)(5分)(多選)下列說法正確的是　　　　。 A.機(jī)械能不可能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,內(nèi)能也無法全部用來做功從而轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 B.將兩個(gè)分子由距離極近移動(dòng)到相距無窮遠(yuǎn)的過程中,它們的分子勢能先減少后增加 C.熱量總是自發(fā)地從分子平均動(dòng)能大的物體傳遞到分子平均動(dòng)能小的物體 D.液體表面層分子間的距離大于液體內(nèi)部分子間的距離,所以液體表面層分子間的作用表現(xiàn)為相互吸引,即存在表面張力 E.單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)容器壁單位面積上碰撞次數(shù)減少,氣體的壓強(qiáng)一定減小 (2)(10分)(2017全國卷Ⅱ)一熱氣球體積為V,內(nèi)部充有溫度為Ta的熱空氣,氣球外冷空氣的溫度為Tb。已知空氣在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、溫度T0時(shí)的密度為ρ0,該氣球內(nèi)、外的氣壓始終都為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,重力加速度大小為g。 ①求該熱氣球所受浮力的大小; ②求該熱氣球內(nèi)空氣所受的重力; ③設(shè)充氣前熱氣球的質(zhì)量為m0,求充氣后它還能托起的最大質(zhì)量。 答案(1)BCD　(2)①Vgρ0T0Tb?、赩gρ0T0Ta ③Vρ0T01Tb-1Ta-m0 解析(1)機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,內(nèi)能無法全部用來做功從而轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,A錯(cuò)誤;氣體的體積增大,單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)容器壁單位面積上碰撞次數(shù)減少,如果溫度升高,氣體分子撞擊器壁的速率增大,對(duì)器壁的壓力增大,氣體的壓強(qiáng)可能增大、可能減小、可能不變,E錯(cuò)誤。 (2)①設(shè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下質(zhì)量為m的空氣在溫度為T0時(shí)的體積為V0,密度為 ρ0=mV0 在溫度為T時(shí)的體積為VT,密度為 ρ(T)=mVT 由蓋—呂薩克定律得V0T0=VTT ρ(T)=ρ0T0T 氣球所受到的浮力為F浮=ρ(Tb)gV=Vgρ0T0Tb。 ②氣球內(nèi)熱空氣所受的重力為 G=ρ(Ta)Vg G=Vgρ0T0Ta。 ③設(shè)該氣球還能托起的最大質(zhì)量為m,由力的平衡條件得 mg=F浮-G-m0g m=Vρ0T01Tb-1Ta-m0。 5.(15分)(1)(5分)(多選)下列說法正確的是　　　　。 A.分子運(yùn)動(dòng)的平均速度可能為零,瞬時(shí)速度不可能為零 B.液體與大氣相接觸時(shí),表面層內(nèi)分子所受其他分子的作用表現(xiàn)為相互吸引 C.空氣的相對(duì)濕度用空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)表示 D.有些非晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為晶體 E.隨著分子間距增大,分子間引力和斥力均減小,分子勢能不一定減小 (2)(10分)如圖甲所示,橫截面積為S,質(zhì)量為m活的活塞在汽缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的理想氣體,現(xiàn)對(duì)缸內(nèi)氣體緩慢加熱,使其溫度從T1升高了ΔT,氣柱的高度增加了Δl,吸收的熱量為Q。不計(jì)汽缸與活塞的摩擦,外界大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度為g。 ①此加熱過程中氣體內(nèi)能增加了多少? ②若保持缸內(nèi)氣體溫度不變,再在活塞上放一砝碼,如圖乙所示,使缸內(nèi)氣體的體積又恢復(fù)到初始狀態(tài),則所放砝碼的質(zhì)量為多少? 答案(1)BDE　(2)①Q(mào)-(p0S+m活g)Δl?、趐0S+m活ggT1ΔT 解析(1)分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),分子運(yùn)動(dòng)的平均速度不可能為零,瞬時(shí)速度有可能為零,A錯(cuò)誤;空氣的絕對(duì)濕度用空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)表示,C錯(cuò)誤。 (2)①設(shè)缸內(nèi)氣體的溫度為T1時(shí)壓強(qiáng)為p1,活塞受重力、大氣壓力和缸內(nèi)氣體的壓力作用而平衡,則有 m活g+p0S=p1S 氣體膨脹對(duì)外界做功為W=p1SΔl 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有Q-W=ΔU 聯(lián)立可得ΔU=Q-(p0S+m活g)Δl ②設(shè)缸內(nèi)氣體的體積又恢復(fù)到初始狀態(tài)時(shí),所放砝碼的質(zhì)量為m,氣體的溫度為T2,壓強(qiáng)為p2?；钊晚来a整體受重力、大氣壓力和缸內(nèi)氣體的壓力作用而平衡,則有 (m活+m)g+p0S=p2S 根據(jù)查理定律有p1T1=p2T2,又T2=T1+ΔT 聯(lián)立可得m=p0S+m活ggT1ΔT。 6.(15分)(2018全國卷Ⅰ)(1)(5分)(多選)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷過程①、②、③、④到達(dá)狀態(tài)e,對(duì)此氣體,下列說法正確的是　　　　　。 A.過程①中氣體的壓強(qiáng)逐漸減小 B.過程②中氣體對(duì)外界做正功 C.過程④中氣體從外界吸收了熱量 D.狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等 E.狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小 (2) (10分)如圖所示,容積為V的汽缸由導(dǎo)熱材料制成,面積為S的活塞將汽缸分成容積相等的上下兩部分,汽缸上部通過細(xì)管與裝有某種液體的容器相連,細(xì)管上有一閥門K。開始時(shí),K關(guān)閉,汽缸內(nèi)上下兩部分氣體的壓強(qiáng)均為p0?，F(xiàn)將K打開,容器內(nèi)的液體緩慢地流入汽缸,當(dāng)流入的液體體積為V8時(shí),將K關(guān)閉,活塞平衡時(shí)其下方氣體的體積減小了V6。不計(jì)活塞的質(zhì)量和體積,外界溫度保持不變,重力加速度大小為g。求流入汽缸內(nèi)液體的質(zhì)量。 答案(1)BDE　(2)15p0S26g 解析(1)過程①是等容變化,氣體溫度升高,由查理定律可知壓強(qiáng)增大,故A項(xiàng)錯(cuò)誤。過程②中,氣體體積增大,對(duì)外界做正功,故B項(xiàng)正確。過程④是等容變化,氣體溫度降低,放出熱量,故C項(xiàng)錯(cuò)誤。過程③是等溫變化,氣體溫度不變,故狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等,故D項(xiàng)正確。連接Ob,并延長,交cd所在直線于f點(diǎn),則由蓋—呂薩克定律可知,由b到f,氣體壓強(qiáng)不變;由f到d是等溫變化,體積增大,由玻意耳定律可知?dú)怏w壓強(qiáng)減小,故E項(xiàng)正確。 (2)設(shè)活塞再次平衡后,活塞上方氣體的體積為V1,壓強(qiáng)為p1;下方氣體的體積為V2,壓強(qiáng)為p2。在活塞下移的過程中,活塞上下方氣體的溫度保持不變。由玻意耳定律得 p0V2=p1V1 ① p0V2=p2V2 ② 由已知條件得V1=V2+V6-V8=1324V ③ V2=V2-V6=V3 ④ 設(shè)活塞上方液體的質(zhì)量為m,由平衡條件得 p2S=p1S+mg ⑤ 聯(lián)立以上各式得m=15p0S26g。 ⑥