专题02 热学版块大综合（竞赛+强基）真题考前训练 -高中物理竞赛真题+强基计划真题考前适应性训练 （全国竞赛+强基计划专用）原卷版

试卷第=page11页，共=sectionpages33页专题02热学版块大综合（竞赛强基）真题考前训练【高中物理竞赛真题强基计划真题考前适应性训练】（全国竞赛强基计划专用）一、单选题1．（2022·全国·高二竞赛）设声波通过理想气体的速率正比于气体分子的热运动平均速率，则声波通过具有相同温度的氧气和氢气的速率之比为（）A．1：1 B． C． D．1：4 E．4：12．（2022·全国·高二竞赛）如图所示，理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小分别为S1和S2（图中阴影部分），二者的大小关系是（）A．S1>S2 B．S1=S2 C．S1＜S2 D．视具体情况而定3．（2022·全国·高二竞赛）对于不同的理想气体，只要它们的温度相同、摩尔数相同，则它们的（）A．分子平均平动动能必定相等 B．分子平均动能必定相等C．气体内能必定相等 D．分子数密度必定相等4．（2022·全国·高三强基计划）一容器用绝热、无摩擦、不漏气的活塞分隔为左、右两室，其中各充有2mol双原子分子理想气体。开始时两室内体积、温度均为，，左室通过左侧导热壁与温度为的恒温热库相接触，右室与外界绝热，如图所示。今用外力将活塞缓慢推动直到左室体积减至，试求此过程中外力所做的功及气体从恒温热库中吸收的热量。（）A．， B．，C．， D．，5．（2022春·天津河西·高二天津实验中学竞赛）在相同条件下，氧原子的平均动能是氧分子平均动能的（）A．倍 B．倍 C．倍 D．倍6．（2022·全国·高三强基计划）导体中自由电子的运动可看作类似于气体分子的运动，设导体中共有N个自由电子，其中电子的最大速率为，概率分布为则，分别为（）A．， B．，C．， D．，7．（2022·全国·高三强基计划）1mol范德瓦尔斯气体的熵为（）A． B．C． D．二、填空题8．（2022·全国·高二竞赛）在一密闭容器中，A、B、C三种理想气体混合在一起，处于平衡状态。A种气体的分子数密度为n，它产生的压强为p1，B种气体的分子数密度为2n，C种气体的分子数密度为4n，则混合气体的压强p为p1的___________倍。9．（2022·全国·高二竞赛）一定量理想气体经过绝热自由膨胀过程，体积由V1膨胀为V2.这是一个典型的不可逆过程，其克劳修斯熵变可以通过可逆___________过程计算出来，计算结果是___________。10．（2022·全国·高二竞赛）1mol理想氮气从标准状态出发，经过某过程体积膨胀了一倍。（1）如果该过程是等温过程，那么气体对外所做的功为___________；（2）如果该过程是绝热过程，那么气体对外所做的功为___________。11．（2022·江苏·高三统考竞赛）下图为一理想气体几种状态变化过程的图，其中为等温线，为绝热线，则在、、三种准静态过程中：温度降低的是___________过程；放热的是___________过程。12．（2022春·天津河西·高二天津实验中学校考竞赛）常温常压下，一定量的某种理想气体（其分子可视为刚性分子，自由度为i），在等压过程中吸热为Q，对外做功为W，内能增加为，则=___________，___________。13．（2022·北京·高三强基计划）温度开关用厚度均为的钢片和青铜片作感温元件。在温度为时，将它们紧贴，两端焊接在一起，成为等长的平直双金属片。若钢和青铜的线膨胀系数分别为和。当温度升高到时，双金属片将自动弯成圆弧形，如图所示。忽略加热时金属片厚度的变化，那么双金属片弯曲的曲率半径为___________。14．（2022·全国·高三统考竞赛）1mol的理想气体经历一个准静态膨胀过程，其（绝对）温度T随其体积V变化的过程图线是一条抛物线，抛物线最高点是，起点是，终点是。在此过程中，气体经历的准静态图线的方程为______________：气体对外做功为_____________。三、解答题15．（2022·全国·高二竞赛）在标准状态下同为22.4×10-3的氧气和氮气相混合，问：（1）氮原子的平均能量是多少？（2）氧分子的平均能量是多少？（3）氮气所具有的内能占系统总内能的比例是多少？16．（2022·全国·高二竞赛）1mol的理想气体由初态a经准静态过程ab线变化到终态b。已知该气体定容摩尔热容。试求（1）过程方程与；（2）若体积由变到系统做的功；（3）此过程摩尔热容。17．（2022·全国·高二竞赛）某理想气体初态时温度T=290K，压强p=1.013×105pa。该气体的热容：CV=1500JKgK-1，CP=2100JKgK-1。试求在下面两种情况时终态的温度和压强（1）经一准静态的绝热过程被压缩到原来体积的一半；（2）经一等温过程被压缩到原来体积的一半。18．（2022·全国·高二竞赛）某理想气体的过程方程为，a为常数，气体由体积V1膨胀到体积V2。求其所作的功。19．（2022·全国·高二竞赛）有相同体积的容器，分别装有1mol初始温度分别为T1和T2的水，，现将其进行接触，最后达到相同的温度。求这个过程中熵的变化（设水的摩尔热容为）。20．（2022·全国·高二竞赛）现有320g的氧气，试求在下面三种情况的熵变（1）在等压下由273K加热到673K；（2）在等体下由273K加热到1153K；（3）在等温的条件下加热体积膨胀到原来的16倍。21．（2022·全国·高二竞赛）1mol双原子分子的理想气体作如图所示的可逆循环过程，其中1→2为直线，2→3为绝热线，3→1为等温线。已知T2=2T1，V3=8V1，试求（1）各过程的功、内能增量、传递的热量（用和表示）；（2）此循环的效率。22．（2022·全国·高二竞赛）一定量理想气体经历某过程后，温度升高了。现有以下几种说法：（1）在此过程中该理想气体系统吸收了热量；（2）在此过程中外界对该理想气体系统做了正功；（3）该理想气体系统的内能增加了；（4）该理想气体系统的熵增加了。根据热力学定律，其中正确的判断是___________（填标号）。23．（2022春·天津河西·高二天津实验中学竞赛）一定量理想气体从状态A出发，经过等压过程膨胀到状态B，又经绝热过程膨胀到状态C，如图所示。试求全过程中气体对外所作的功、内能的增量以及吸收的热量（气体的定体摩尔热容量为）24．（2022春·天津河西·高二天津实验中学竞赛）有个粒子，其速率分布如图示。设、为已知，粒子的质量为。试求：（1）分布函数的表达式；（2）由、表示出；（3）速率在之间的粒子数；（4）粒子的平均速率。25．（2022·全国·高二竞赛）若盛有某种理想气体的容器漏气，使气体的压强，分子数密度各减为原来的一半，求气体的内能及分子的平均动能如何改变？26．（2022·全国·高二竞赛）一体积为的容器内盛有质量分别为和的两种不同单原子气体，此混合气体处在平衡状态下，各组分的内能均等于E，求两种分子平均速率和之比，并求混合气体的压强。27．（2022·江苏·高三统考竞赛）两个均储存着氮气的容器A和B，中间用一小段带有活塞的管子连接。容器A浸入温度为的恒温水槽中，容器B浸入温度为的冰水混合物中。开始时，两容器被管中的活塞分隔开，这时容器A和B中气体的压强分别为和，体积分别为和。（1）求把活塞打开后气体的压强变为多少？（2）保持活塞打开，将两容器均从恒温热源中取出，让两边气体自由混合后达到平衡，求平衡后气体的温度。设过程（2）进行的时间较短，可忽略系统和外界的热量交换。已知管子较短，管内气体的体积可以忽略。28．（2022·全国·高二竞赛）一定量的单原子分子理想气体，从A态出发经等压过程膨胀到B态，又经绝热过程膨胀到C态，如图所示。试求这全过程中气体对外所作的功，内能的增量以及吸收的热量。29．（2022·全国·高三竞赛）粒子数为的一些单原子气体被约束在摆线上。这些气体在温度下达到热平衡状态。每个微粒受到方向的重力，其大小为，其中为Boltzmann常量。求这些气体的质心坐标。可能有用的特殊函数:30．（2022·全国·高三竞赛）欧洲核子研究中心的大型强子对撞机上进行了高能铅核-铅核碰撞的实验，碰撞后的初始产物可视为温度很高的“火球”，其内的物质主要由静止质量很小、速度极其接近于光速的夸克组成。本题忽略该物质中除夸克外的其他组分，将其视为“夸克物质”，并将夸克都近似视为质点，夸克之间除相互碰撞的瞬间外无相互作用，碰撞过程中粒子数目守恒，其速度分布是各向同性的。已知温度为T时，在任一动量大小区间内，夸克物质中能量为E的夸克粒子的分布比率（概率分布密度）正比于，其中玻尔兹曼常量或理想气体普适常量R视为已知量。（1）试在本题模型近似下，导出夸克物质的状态方程（用压强P与能量密度平均值u之间的关系表出）。（2）试在本题模型近似下，导出夸克物质以压强P、粒子数密度n和温度T之间的关系表述的状态方程。（3）试在本题模型近似下，求夸克物质的定体摩尔热容和热容比（定压摩尔热容与定体摩尔热容的比值）。（4）假设铅核-铅核碰撞的早期产物形成的“火球”近似为球形，半径约为，其中的夸克物质温度约为。此后，“火球”迅速膨胀降温，至温度约为时，夸克物质中的夸克开始被束缚在一起形成质子和中子。假设“火球”的膨胀降温过程可近似为准静态的绝热过程，求出质子和中子刚刚形成时“火球”的半径。31．（2022·全国·高三竞赛）磁介质的热力学。（1）长度为截面积为A的磁介质上绕有匝线圈，接上电源。改变电流的大小以改变介质中的磁场，试计算电源克服线圈中感生电动势所做的功。假设磁介质在磁化过程中体积和压强不变；（2）上问中的结果包括两部分，一部分是激发磁场做的功，另一部分磁化磁介质做的功。当热力学系统只包括磁介质而不考虑磁场时，只需要保留第二项。试证明：，其中、分别表示磁化强度和磁场强度保持不变时，磁介质的热容，角标S表示等熵过程（即绝热）；（3）对于理想顺磁体，有，其中称为居里系数，且。试求（用两个热力学参量表示，如和）；（4）求出理想顺磁体绝热过程的热力学方程，可用的参数包括、以及一个积分常数；（5）上述讨论针对的是顺磁相，然而一个磁性系统除了处于顺磁相，还可能处于铁磁相或者反铁磁相。我们这里研究铁磁体的铁磁相与顺磁相之间的有限温度相变的宏观热力学特征。根据朗道的连续相变理论，在临界温度附近，系统的自由能可以按照展开为，由于相对于是对称的，因此展开式中只有的偶数次项。进一步假设临界点附近满足，，且，，求系统在和时平衡态的磁化强度、自由能及零场比热，并判断相变的级数（6）在上述系统中加入外场，试计算临界点附近系统的磁化强度以及零场磁化率；（7）如果，我们需要将进一步展开以保证系统的稳定性，假设a、b的形式不变，，且，，，试求出系统的平衡态磁化强度，发生相变的温度（用表示），并判断相变的级数；（8）如果系统的的对称性被破缺，需要在自由能中引入奇数阶项，如，假设a、b的形式不变，，且，