新教材2023年高考物理总复习考案27周测卷二十一热学

考案(二十七)周测卷二十一热学本试卷满分100分，考试时间90分钟。一、单项选择题：本题共8小题，每小题4分，共32分。每小题只有一个选项符合题目要求。1．(2023·江苏南京模拟预测)2022年3月23日，“天宫课堂”第二课开讲，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站再次为广大青少年带来一堂精彩的太空科普课，其中有一个实验是王亚平在太空拧毛巾，拧出的水形成一层水膜，附着在手上，像手套一样，晃动也不会掉。形成这种现象的原因，下列说法正确的是(B)A．在空间站水滴不受重力B．水和手发生浸润现象，且重力影响很小C．水和手发生不浸润现象，且重力影响很小D．在空间站中水的表面张力变大，使得水“粘”在手上[解析]在空间站水滴仍受重力作用，只是重力用来提供向心力，处于失重状态，A错误；由题意，拧出的水形成一层水膜，附着在手上，像手套一样，说明液体水在手表面有扩展趋势，说明水和手发生浸润现象，且重力影响很小，B正确，C错误；液体水在手表面有扩展趋势，而不是收缩趋势，故不是因为水的表面张力变大的缘故，D错误。故选B。2．(2023·安徽高三阶段检测)由于分子间存在着分子力，而分子力做功与路径无关，因此分子间存在与其相对距离有关的分子势能。如图所示为分子势能Ep随分子间距离r变化的图像，取r趋近于无穷大时Ep为零。通过功能关系可以从分子势能的图像中得到有关分子力的信息，则下列说法正确的是(D)A．图中r1是平衡位置B．假设将两个分子从它们相距r2时释放，它们将相互靠近C．当分子间的距离r＝r3时，分子间的作用力表现为斥力D．当分子间的距离从r3减小到r2时，分子间的作用力表现为引力，且先增大后减小[解析]在平衡位置，分子势能最小，则图中r2是平衡位置，所以将两个分子从它们相距r2时释放，它们既不会相互远离，也不会相互靠近，选项A、B错误；当分子间的距离r＝r3时，分子力表现为引力，选项C错误；当分子间的距离从r3减小到r2时，分子力表现为引力，Ep－r图像的斜率大小表示引力大小，可知引力先增大后减小，选项D正确。3．(2022·长春高三阶段练习)关于分子动理论和热力学定律，下列说法中正确的是(D)A．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量等于向室外放出的热量B．布朗运动是由于分子无规则运动直接形成的，而扩散现象是分子热运动的间接反映C．热传递的自然过程是大量分子从无序程度大的状态向无序程度小的状态转化的过程D．水面上的单分子油膜，在测量油膜分子直径时可把它们当作球形处理[解析]空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，因为有部分电能转化为内能，A错误；扩散现象是由于分子无规则运动直接形成的，而布朗运动是分子热运动的间接反映，B错误；根据热力学第二定律可知，热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的状态向无序程度大的状态转化的过程，C错误；在“用油膜法测油酸分子直径”的实验中，建立的物理模型是：油酸分子视为球形，油膜为单分子层，油酸分子是紧挨在一起的，D正确。4．(2023·江苏南京外国语学校模拟预测)用纸折一只小船静放水面，在船尾P附近沾一点洗洁精，小船会自动加速前进一小段距离，如图甲。现将两纸片a和b对称静放在水盆中的水面中心O两侧，如图乙(B)A．小船自动加速前进是因为加入洗洁精后表面张力变大了的缘故B．小船自动加速前进是因为水的表面张力做功的缘故C．若在O处滴入少量洗洁精，纸片a和b会绕O点做匀速圆周运动D．若在O处滴入少量洗洁精，纸片a和b会立即向O点运动[解析]小船自动加速前进是因为沾一点洗洁精会减小水的表面张力，与小船另一侧的水面张力不一样大，故小船会移动，表面张力做功，故A错误，B正确；若在O处滴入少量洗洁精，纸片a和b会向远离O点的方向运动，故CD错误。5．(2022·浙江高三开学考试)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其压强p和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统(C)A．外界对其做正功B．体积保持不变C．从外界吸热D．内能减少[解析]增加一个等效过程，即先进行等压变化到c点，再经过等容变化到b点，如下图所示可知从a点到c点，等压变化，温度升高，气体体积增大，外界对其做负功，而c到b点气体体积不变，外界不对其做功，故整个过程外界对其做负功，故AB错误；根据ΔU＝W＋Q，外界对其做负功，W<0，而温度升高，说明内能增加，ΔU>0，因此Q>0，即从外界吸热，故C正确，D错误。6．(2023·上海市崇明中学模拟预测)如图，汽缸内封闭一定质量的气体，汽缸内壁光滑。如密封气体温度保持不变，外界气压升高，则下列情况正确的是(C)A．密封气体体积增加B．活塞向下移动C．汽缸向上移动D．弹簧的长度增加[解析]以汽缸、汽缸内气体和活塞为整体，根据受力平衡可得F弹＝M总g，当外界气压升高时，整体的重力保持不变，弹簧弹力不变，则弹簧的长度保持不变，活塞保持原来的位置，BD错误；以汽缸为对象，根据受力平衡可得pS＋Mg＝p0S，当外界气压p0升高时，可知汽缸内气体压强增大，由于气体温度保持不变，根据玻意耳定律pV＝C，可知气体的体积减小，故汽缸向上移动，A错误，C正确。7．(2023·浙江模拟预测)某容器中一定质量的理想气体，从状态A开始经状态B到达状态C，其p－V图像如图所示，A、B、C三个状态对应的温度分别是TA、TB、TC，用NA、NB、NC分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数，则(C)A．TA>TB>TC B．TA＝TC>TBC．NA>NB>NC D．NA>NC>NB[解析]根据pV＝nRT，以及A、B、C三个状态的p、V关系可知TB>TA＝TC，AB错误；A、C两状态温度不变，体积增大，压强减小，则碰撞的频率减小，则NA>NC；从A到B温度增大，体积增大，压强减小，则碰撞的频率减小，则NA>NB；从B到C体积增大，温度降低，则有NB>NC。综上可得NA>NB>NC，C正确，D错误。8．(2022·重庆高三模拟)如图，容积为V的汽缸由导热材料制成，面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上、下两部分，汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连，细管上有一阀门K。开始时，K关闭，汽缸内上、下两部分气体的压强均为p0。现将K打开，容器内的液体缓慢地流入汽缸，当流入的液体体积为eq\f(V,8)时，将K关闭，活塞平衡时其下方气体的体积减小了eq\f(V,6)。不计活塞的质量和体积，外界温度保持不变，重力加速度大小为g。流入汽缸内液体的质量是(C)A．eq\f(p0S,g) B．eq\f(26p0S,15g)C．eq\f(15p0S,26g) D．eq\f(2p0S,5g)[解析]设活塞再次平衡后，活塞上方气体的体积为V1，压强为p1；下方气体的体积为V2，压强为p2。在活塞下移的过程中，活塞上、下方气体的温度均保持不变，由玻意耳定律得p0eq\f(V,2)＝p1V1，p0eq\f(V,2)＝p2V2，由已知条件得V1＝eq\f(V,2)＋eq\f(V,6)－eq\f(V,8)＝eq\f(13,24)V，V2＝eq\f(V,2)－eq\f(V,6)＝eq\f(V,3)，设活塞上方液体的质量为m，由力的平衡条件得p2S＝p1S＋mg，解得m＝eq\f(15p0S,26g)。故选C。二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。9．(2023·华中师大一附中博乐分校模拟预测)下列说法中正确的是(ACD)A．将有棱角的玻璃棒用火烤熔化后，棱角变钝是液体表面张力的缘故B．晶体在熔化过程中，温度保持不变，所以内能保持不变C．地球大气的各种气体分子中氢分子质量小，其平均速率较大，更容易挣脱地球吸引而逃逸，因此大气中氢含量相对较少D．如果分子间作用力表现为引力，则两分子间距离增大时，一定是克服分子力做功E．为了估测一容器中气体分子间的平均距离，需要知道该气体的密度、体积和摩尔质量[解析]将有棱角的玻璃棒用火烤熔化后，棱角处由固态变成液态，在表面张力的作用下收缩而变圆，从而在凝固后变钝，故A正确；晶体在熔化过程中，温度保持不变，但吸收热量，所以内能增大，故B错误；地球大气的各种气体分子中氢分子质量小，其平均速率较大，更容易挣脱地球吸引而逃逸，因此大气中氢含量相对较少，故C正确；如果分子间作用力表现为引力，则两分子间距离增大时，分子间仍是引力作用，所以一定是克服分子力做功，故D正确；为了估测一容器中气体分子间的平均距离，需要知道该气体的密度ρ、摩尔质量M和阿伏伽德罗常数NA，不需要知道体积。该气体的摩尔体积为V＝eq\f(M,ρ)，每个气体分子占据的平均体积为V0＝eq\f(V,NA)＝eq\f(M,ρNA)，所以该气体分子间的平均距离为d＝eq\r(3,V0)＝eq\r(3,\f(M,ρNA))，故E错误。10．(2023·合肥高三月考)体积相同的玻璃瓶A、B分别装满温度为60℃的热水和0℃的冷水(如图所示)，下列说法正确的是(AC)A．由于温度是分子平均动能的标志，所以A瓶中水分子的平均动能比B瓶中水分子的平均动能大B．由于温度越高，布朗运动越显著，所以A瓶中水分子的布朗运动比B瓶中水分子的布朗运动更显著C．若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起，则A、B瓶内水的内能都将发生改变，这种改变内能的方式叫热传递D．由于A、B两瓶水的体积相等，所以A、B两瓶中水分子的平均距离相等[解析]温度是分子平均动能的标志，A瓶中水的温度高，故A瓶中水分子的平均动能大，A正确；布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的无规则运动，不是水分子的运动，两瓶中不存在布朗运动，B错误；若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起，则A、B瓶内水的内能都将发生改变，热量会由A传递到B，这种改变内能的方式叫热传递，C正确；相同体积不同温度时水分子的平均距离不同，D错误。故选AC。11．(2022·河南新安县模拟预测)如图所示，一定质量的理想气体由状态a开始，经历ab、bc、cd、da四个过程回到原状态，其V－T图像刚好是一个圆，气体在a、b、c、d四个状态的体积分别为Va＝Vc、Vb＝V2、Vd＝V1，温度分别为Ta＝T1、Tb＝Td、Tc＝T2，压强分别为pa、pb、pc、pd，其中V2＝5V1，T2＝5T1。下列说法正确的是(ACD)A．在这四个状态中，c状态时气体的内能最多B．pc＝4paC．pb＝1.8paD．从状态a到状态b，气体从外界吸热E．从状态c到状态d，气体对外界做功[解析]由V－T图像可知，在这四个状态中，c状态时气体的温度最高，则c状态时气体的内能最多，A正确；由于Va＝Vc，则有eq\f(pc,T2)＝eq\f(pa,T1)，可得pc＝eq\f(T2,T1)pa＝5pa，B错误；根据理想气体状态方程可得eq\f(pbVb,Tb)＝eq\f(paVa,Ta)，其中Vb＝V2＝5V1，Tb＝eq\f(T1＋T2,2)＝3T1，Va＝eq\f(V1＋V2,2)＝3V1，Ta＝T1，联立可得pb＝1.8pa，C正确；从状态a到状态b，气体的温度升高，则气体的内能增加；气体的体积变大，外界对气体做负功，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，D正确；从状态c到状态d，气体的体积变小，外界对气体做正功，E错误。12．(2022·山东日照一模)一定质量的理想气体经历两个不同过程，分别由压强－体积(p－V)图上的两条曲线Ⅰ和Ⅱ表示，如图所示，曲线均为反比例函数曲线的一部分。a、b为曲线Ⅰ上的两点，气体在状态a和b的压强分别pa、pb，温度分别为Ta、Tb。c、d为曲线Ⅱ上的两点，气体在状态c和d的压强分别pc、pd，温度分别为Tc、Td。下列关系式正确的是(BC)A．eq\f(Ta,Tb)＝eq\f(1,3) B．eq\f(Ta,Tc)＝eq\f(1,2)C．eq\f(pa,pd)＝eq\f(3,2) D．eq\f(pd,pb)＝eq\f(1,2)[解析]因为曲线都为反比例函数，根据理想气体的状态方程，可以曲线Ⅰ和Ⅱ皆为等温变化曲线，A错误；ac两点压强相等，根据盖—吕萨克定律eq\f(Ta,Tc)＝eq\f(V0,2V0)＝eq\f(1,2)，B正确；a点的压强和c点相同，而cd两点在等温变化曲线Ⅱ中，根据玻意耳定律eq\f(pa,pd)＝eq\f(pc,pd)＝eq\f(3V0,2V0)＝eq\f(3,2)，C正确；bd两点体积一样，根据查理定律eq\f(pd,pb)＝eq\f(Td,Tb)＝eq\f(Tc,Ta)＝eq\f(2,1)，D错误。故选BC。三、非选择题：本题共5小题，共52分。13．(6分)(2022·山东潍坊高三模拟)某兴趣小组受潜水器“蛟龙号”的启发，设计了一测定水深的装置，该装置可通过测量活塞的移动距离间接反映出水深。如图，左端开口的汽缸Ⅰ和密闭的汽缸Ⅱ均导热，内径相同，长度均为L，由一细管(容积忽略)连通。硬薄活塞甲、乙密封性良好且可无摩擦滑动，初始时均位于汽缸的最左端。已知外界大气压强为p0(p0相当于10m高的水柱产生的压强)，水温恒定不变，汽缸Ⅰ、Ⅱ内分别封有压强为p0、3p0的理想气体。若该装置放入水面下10m处，则甲向右移动的距离是eq\f(1,2)L，该装置能测量的最大水深是_30__m。[解析]若该装置放入水深10m处，由于p0相当于10m高的水柱产生的压强，因此此时汽缸Ⅰ中气体的压强等于2p0，由于汽缸Ⅱ中气体的压强等于3p0，因此活塞乙不动。设活塞甲向右移动的距离为d，由于两个汽缸内径相同，则横截面积相同，设横截面积为S，对汽缸Ⅰ中气体，由p0LS＝2p0(L－d)S，求得d＝eq\f(L,2)当测量的深度最大时，活塞甲刚好到汽缸Ⅰ的右端，设活塞乙向右移动的距离为x，此时汽缸Ⅱ左侧气体的体积为V1＝xS右侧气体的体积为V2＝(L－x)S此时左、右两部分气体的压强相等，设为p，由于温度不变，对左侧气体有p0LS＝pxS对右侧气体有3p0LS＝p(L－x)S求得p＝4p0该深度处的压强等于大气压强与水产生压强之和，由于p0相当于10m高的水柱产生的压强，因此，该装置能测量的最大水深hm＝30m14．(6分)(2023·全国高三课时练习)如图甲所示，用气体压强传感器“探究气体等温变化的规律”，操作步骤如下：①把注射器活塞推至注射器中间某一位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；②移动活塞，记录注射器的刻度值V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p；③重复上述步骤②，多次测量；④根据记录的数据，做出V－eq\f(1,p)图线，如图乙所示。(1)理论上由V－eq\f(1,p)图线分析可知，如果该图线_为过坐标原点的直线__，就说明气体的体积跟压强的倒数成正比，即体积与压强成反比；(2)若实验操作规范正确，则图线不过原点的原因可能是_传感器与注射器间有气体__，图乙中V0代表_传感器与注射器间的气体体积__。[解析](1)根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C，可知，如果实验数据画出的V－eq\f(1,p)图线是过坐标原点的直线，就说明气体的体积跟压强的倒数成正比，即体积与压强成反比。(2)题图所示图线的方程为V＝keq\f(1,p)－b，说明注射器中的气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，截距代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积。15．(12分)(2023·江苏南京市高三阶段练习)新冠疫情传播非常迅速，负压隔离病房在抗击疫情中起了关键作用。所谓负压病房是指在特殊的装置作用下，使病房内的气压低于病房外的气压。已知某负压隔离病房正常工作时，病房内温度为22℃，负压值(病房外与病房内气压差)为100Pa。空气可视为理想气体，病房外大气压强恒为1.03×105Pa。(1)若该病房初始温度为7℃，先密闭升温到22℃，求此时病房内的气压(保留三位有效数字)；(2)再通过抽气使病房进入正常工作状态，则需抽取出的气体质量与原来气体质量的百分比η(保留两位有效数字)为多少？[答案](1)1.09×105Pa(2)5.6%[解析](1)若该病房初始温度为7℃，先密闭升温到22℃，设升温后病房内的气压是p1，病房内气体是等容变化，则有T0＝(7＋273)K＝280K，T1＝(22＋273)K＝295K。由查理定律可得eq\f(p0,T0)＝eq\f(p1,T1)，代入数据解得p1＝1.09×105Pa。(2)设病房体积是V1，压强为p1，当气体做等温膨胀后压强变为p2，体积为V2，由题意可得p2＝p0－100Pa＝1.03×105Pa－100Pa＝1.029×105Pa，由玻意耳定律可得p1V1＝p2V2，联立解得需抽取出的气体质量与原来气体质量的百分比，η＝eq\f(V2－V1,V2)×100%＝5.6%。16．(12分)(2023·重庆巴蜀中学高三阶段练习)某种气体温度计结构如图所示。玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和不透明的软胶管相连，胶管右边连接玻璃管D，开始时A处于T1＝300K的环境中，右管D中水银面高出左边水银面O点h1＝24cm。后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2＝34cm。已知外界大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于76cmHg。求：(1)恒温槽的温度；(2)此过程A内气体内能增