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专题能力训练16热学(时间:45分钟满分:90分)1.(1)(多选)(5分)下列说法正确的是。A.液体中悬浮的微粒越大,布朗运动越显著B.第二类永动机不可能制成,因为它违反能量守恒定律C.一定质量的理想气体,当它的压强、体积都增大时,其内能一定增加D.因为液体表面层分子分布比内部稀疏,因此液体表面有收缩趋势(2)(10分)如图所示,圆柱形汽缸开口向上,竖直放置在水平面上,汽缸足够长,内截面积为S,大气压强为p0。一厚度不计、质量为m=p0S2g的活塞封住一定量的理想气体,温度为T0时缸内气体体积为V0。先在活塞上缓慢放上质量为3m的沙子,然后将缸内气体温度缓慢升高到2T0,求稳定后缸内气体的体积。答案:(1)CD(2)V0解析:(1)微粒越小,温度越高,布朗运动越显著,选项A错误;第二类永动机不可能制成,是因为违背热力学第二定律,选项B错误;一定质量的理想气体,压强、体积都增大,温度必然升高,内能一定增加,选项C正确;液体表面有收缩趋势,表面层分子分布比内部稀疏,选项D正确。(2)设初态气体压强为p1,放沙后压强为p2,体积为V2,升温后体积为V3,则有p1=p0+mgS=1.5p0p2=p0+4mgS=3p0等温过程,由p1V0=p2V2得V2=0.5V0等压过程,由V2T0=V32T0得V3=V0。2.(1)(多选)(5分)下列说法正确的是。A.相同质量的0 的水的分子势能比0 的冰的分子势能大B.大颗粒的盐磨成了细盐,就变成了非晶体C.气体分子单位时间内与单位面积器壁发生碰撞的次数,与单位体积内气体的分子数和气体温度都有关D.气体在等压膨胀过程中温度一定不变(2)(10分)一密闭容器有进气口和出气口可以和外部连通,将进气口和出气口关闭,此时容器内容积为V0,内部封闭气体的压强为p0,将气体缓慢加热,使气体温度由T0=300 K 升至T1=350 K。求此时气体的压强;保持T1=350 K不变,缓慢由出气口抽出部分气体,使气体压强再变回到p0。求容器内剩余气体的质量与原来总质量的比值。答案:(1)AC(2)76p067解析:(2)设升温后气体的压强为p1,由查理定律得p0T0=p1T1代入数据得p1=76p0。抽气过程可等效为等温膨胀过程,设膨胀后气体的总体积为V,由玻意耳定律得p1V0=p0V联立解得V=76V0设剩余气体的质量与原来总质量的比值为k,由题意得k=V0V=67。3.(2019全国卷)(1)(5分)某容器中的空气被光滑活塞封住,容器和活塞绝热性能良好。空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同,压强大于外界。现使活塞缓慢移动,直至容器中的空气压强与外界相同。此时,容器中空气的温度(选填“高于”“低于”或“等于”)外界温度,容器中空气的密度(选填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。(2)(10分)热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时,先在室温下把惰性气体用压缩机压入一个预抽真空的炉腔中,然后炉腔升温,利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理,改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13 m3,炉腔抽真空后,在室温下用压缩机将10瓶氩气压入炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.210-2 m3,使用前瓶中气体压强为1.5107 Pa,使用后瓶中剩余气体压强为2.0106 Pa;室温温度为27 。氩气可视为理想气体。求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强;将压入氩气后的炉腔加热到1 227 ,求此时炉腔中气体的压强。答案:(1)低于大于(2)3.2107 Pa1.6108 Pa解析:(1)根据热力学第一定律可知,无热传递、做负功,容器中空气的内能必减少,则容器中空气的温度降低,低于外界温度。压强取决于分子密集程度与温度,同样的压强,温度低的空气,分子密集程度大,密度大。(2)设初始时每瓶气体的体积为V0,压强为p0;使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时,其体积膨胀为V1。由玻意耳定律 p0V0=p1V1被压入炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为V1=V1-V0设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2,体积为V2。由玻意耳定律p2V2=10p1V1联立式并代入题给数据得p2=3.2107Pa设加热前炉腔的温度为T0,加热后炉腔温度为T1,气体压强为p3。由查理定律p3T1=p2T0联立式并代入题给数据得p3=1.6108Pa。4.(2018全国卷)(1)(多选)(5分)如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程到达状态e,对此气体,下列说法正确的是。A.过程中气体的压强逐渐减小B.过程中气体对外界做正功C.过程中气体从外界吸收了热量D.状态c、d的内能相等E.状态d的压强比状态b的压强小(2)(10分)如图所示,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V8时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了V6。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。求流入汽缸内液体的质量。答案:(1)BDE(2)15p0S26g解析:(1)过程是等容变化,温度升高,压强增大,故A项错误;过程中,体积增大,气体对外做功,故B项正确;过程是等容变化,温度降低,放出热量,故C项错误;过程是等温变化,温度不变,故状态c、d的内能相等,故D项正确;E项,由理想气体状态方程pVT=C可得T=pVC,连接Ob、Od,直线的斜率k=pC,Ob的斜率大于Od的斜率,故状态d的压强小于状态b的压强,故E项正确。(2)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保持不变。由玻意耳定律得p0V2=p1V1p0V2=p2V2由已知条件得V1=V2+V6-V8=1324VV2=V2-V6=V3设活塞上方液体的质量为m,由平衡条件得p2S=p1S+mg联立以上各式得m=15p0S26g。5.(2019河北衡水模拟)(1)(多选)(5分)右图为分子间的作用力与分子间距离的关系曲线,正值表示斥力,负值表示引力,则下列关于分子间作用力和分子势能的说法正确的是。A.当分子间的距离rr0时,分子间的作用力表现为引力B.当rr0时,分子间的引力大于斥力,分子间的作用力表现为引力,选项A正确;由题图可以看出,当rr0且分子间的距离减小时,分子间的斥力随分子间距离变化较明显,选项B正确;当分子间的距离增大时,分子间的作用力可能做正功,也可能做负功,主要看初始时是rr0,选项C错误;分子间作用力做正功,分子势能减小,分子间作用力做负功,分子势能增大,当分子间的距离r=r0时,分子间作用力等于零,无论分子间距离增大还是减小,分子间作用力都做负功,所以r=r0时分子势能最小但不为零,选项D正确,选项E错误。(2)汽缸A末态压强为2p0,汽缸B活塞的面积为汽缸A活塞面积的2倍,初状态选两活塞为研究对象,根据平衡条件有pASA=pBSB,解得pB=p02末状态选两活塞为研究对象,根据平衡条件有2p0SA=pBSB,解得pB=p0汽缸B中气体初末温度不变,根据玻意耳定律得pB2V0=pBVB,解得汽缸B中气体体积VB=V0。两活塞移动的距离相同,汽缸B活塞面积为汽缸A活塞的面积的2倍,汽缸B中气体体积减小了V0,则汽缸A中气体体积增加了V02,则加热后汽缸A中体积为VA=3V02根据理想气体状态方程得p0V0T0=2p0VATA解得TA=3T0。6.(1)(多选)(5分)下列说法正确的是。A.密闭容器中装有某种液体及其饱和汽,若温度升高,同时增大容器的容积,饱和汽压可能会减小B.空气的相对湿度越大,空气中水蒸气的压强越接近同温度下水的饱和汽压C.单晶体具有固定的熔点,多晶体没有固定的熔点D.当分子间作用力表现为斥力时,分子势能随分子间距离的减小而增大E.一定质量的气体,在压强不变时,分子每秒对单位面积的器壁平均碰撞的次数随着温度降低而增加(2)(10分)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C,其状态变化过程的p-V图像如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27 。求该气体在状态B和C时的温度。该气体从状态A经B再到C的全过程中是吸热还是放热?传递的热量是多少?答案:(1)BDE(2)177 27 放热1 200 J解析:(1)饱和汽压只与温度有关,温度升高,饱和汽压增大,选项A错误;相对湿度是指空气中水蒸气的压强与同温度下水的饱和汽压的比值,所以空气的相对湿度越大,空气中水蒸气的压强越接近同温度下水的饱和汽压,选项B正确;单晶体和多晶体都具有固定的熔点,选项C错误;当分子间作用力表现为斥力时,分子距离减小,克服斥力做功,故分子势能随分子间距离的减小而增大,选项D正确;一定质量的气体,在压强不变时,分子在单位时间单位面积上的冲击力不变,随着温度降低,分子的平均动能减小,分子每秒对单位面积的器壁平均碰撞的次数随着温度降低而增加,选项E正确。(2)对一定质量的理想气体由图像可知,AB等容变化,由查理定律得pATA=pBTB代入数据得TB=450K,即tB=177AC由理想气体状态方程得pAVATA=pCVCTC代入数据得TC=300K,即tC=27。由于TA=TC,该气体在状态A和状态C时的内能相等,U=0从A到B气体体积不变,外界对气体做功为0,从B到C气体体积减小,外界对气体做正功,W=pV由p-V图线与横轴所围成的面积可得W=(pB+pC)(VB-VC)2=1200J由热力学第一定律U=W+Q可得Q=-1200J即气体向外界放出热量,传递的热量为1200J。8
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