1、考点考点 1414热学热学 一、选择题一、选择题 1.(2016全国卷 IT33（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U=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
2、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 IIIIT33（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
3、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 ,Va=Vc,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
4、 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+E内,故 QW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 ,paVa=pbVb,pcVc=pdVd, 则 有 paVa-pdVd=pbVb-pcVc, 又 因 pd=pa,pc=pb,pa(Va-Vd)= pb(Vb-Vc),所以 Wbc=Wad,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 IIIT
5、33（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U=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,
6、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T12 A A（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
7、。 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
8、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 10m、2.5m 的颗粒物
9、(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 1.010 -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 P
10、M10、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 1.010 -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、填空题二、填空题 7.（2016江苏高考T12 A 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
11、到状态 A,整个过程由两 个等温和两个等容过程组成,BC 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“”或“”)。 【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。 答案:不变 三、计算题三、计算题 8.(2016全国卷 IT33（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p 与气泡半径 r 之间的关系为p= r 2
12、,其中=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 p0=1.010 5Pa, 水的密度=1.010 3kg/m3,重力加速度大小 g 取 10m/s2。 求在水下 10m 处气泡内外的压强差。 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p= r 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】当气泡在水下 h=10m 处时,设其半径为 r1,气泡内外压强差为p
13、1,则 p1= 1 2 r 代入题给数据得 p1=28Pa 设气泡在水下 10m 处时,气泡内空气的压强为 p1,气泡体积为 V1;气泡到达水面 附近时,气泡内空气压强为 p2,内外压强差为p2,其体积为 V2,半径为 r2。 气泡上升过程中温度不变,根据玻意耳定律有 p1V1=p2V2 由力学平衡条件有 p1=p0+gh+p1 p2=p0+p2 气泡体积 V1和 V2分别为 V1= 3 1 4 3 r V2= 3 2 4 3 r 联立式得 3 021 201 ppr rghpp 由式知,pip0,i=1、2,故可略去式中的pi项。代入题给数据得 32 1 21.3 r r 答案:28Pa1.
14、3 9.(2016全国卷 IIIIT33（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 p1,体积为 V1,压强变为 p2(2 个大气压)时,体积 为 V2。 根据玻意耳定律得 p1V1=p2V2 重新充气前,用去的氧气在 p2压强下的体积为 V3=V2-V1 设用去的氧气在 p0(1 个大气压)压强下的体积为 V0,则有 p2V3=p0V0 设实验室
15、每天用去的氧气在 p0下的体积为V,则氧气可用的天数为 0 V N= V 联立式,并代入数据得 N=4(天) 答案:4 天 10.(2016全国卷 IIIT33（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 p0=75.0cmHg。环境温度不变。 【解析】设初始时,右管中空气柱的压强为 p1,长度为 l1;左管中空气柱的压强为 p2=p0,
16、长度为 l2。活塞被推下 h 后,右管中空气柱的压强为 p1,长度为 l1;左管 中空气柱的压强为 p2,长度为 l2。以 cmHg 为压强单位,由题给条件得 p1=p0+(20.0-5)cmHg l1=(20.0- 2 00. 50 .20 )cm 根据玻意耳定律 p1l1=p1l1 联立解得 p1=144cmHg 根据题意可得 p1=p2,l2=4.00cm+ 2 00. 50 .20 cm-h 根据玻意耳定律可得 p2l2=p2l2,解得 h=9.42cm。 答案:144cmHg9.42cm 11.（2016江苏高考T12 A A（3） ）如图所示,在 AB 和 DA 的过程中,气体 放
17、出的热量分别为 4J 和 20J。 在 BC 和 CD 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U=0,吸收的热量 Q=(20+12-4-20)J=8J,由 热力学第一定律 U=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=7.510 2kg/m3 的液体。一活塞将汽缸分成 左、
18、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=4.510 3Pa。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/s 2,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 p0V01=p1V1 p0V02=p2V2 依题意有 V01+V02=V1+V2 由力的平衡条件有 p2-p1=gh 联立式,并代入题给数据得 22 101 101 239VV VV=0 由此解得 V1= 2 3 V01(另一解不合题意,舍去) 由式和题给条件得 V1V2=11 答案:11
