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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。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。3.(1)(多选)(5分)下列有关热现象的叙述中正确的是。A.布朗运动是液体分子无规则的运动B.分子间不可能同时存在引力和斥力C.热量可以从低温物体传递到高温物体,但一定要引起其他的变化D.一定质量的理想气体发生等压膨胀过程,其温度一定升高(2)(10分)若一条鱼儿正在水下10 m处戏水,吐出一个体积为1 cm3的气泡。气泡内的气体视为理想气体,且气体质量保持不变,大气压强为p0=1.0105 Pa,g取 10 m/s2,湖水温度保持不变。气泡在上升的过程中,气体吸热还是放热?请简述理由。气泡到达湖面时的体积多大?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。5.(1)(多选)(5分)以下说法正确的是。A.已知阿伏加德罗常数、气体摩尔质量和密度,可算出该气体分子间的平均距离B.为了保存玉米地的水分,可以锄松地面,破坏土壤里的毛细管C.随着分子间距离的增大,分子间的引力和斥力都减小,但斥力减小得快,合力表现为引力D.物质是晶体还是非晶体,比较可靠的办法是从各向异性或各向同性来判断E.能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性(2)(10分)如图所示,一圆柱形绝热汽缸竖直放置,通过活塞封闭着一定质量的理想气体。活塞的质量为m,横截面积为S,与容器底部相距h。现通过电热丝缓慢加热气体,当气体的温度为T1时活塞上升了h。已知大气压强为p0,重力加速度为g,不计活塞与汽缸间摩擦。求温度为T1时气体的压强;现停止对气体加热,同时在活塞上缓慢添加沙粒,当添加沙粒的质量为m0时,活塞恰好回到与容器底部相距位置,求此时气体的温度。6.(1)(多选)(5分)关于气体的内能,下列说法正确的是(填正确答案标号)。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(2)(10分)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=2r,其中=0.070 N/m。现让水下10 m处一半径为0.50 cm的气泡缓慢上升。已知大气压强p0=1.0105 Pa,水的密度=1.0103 kg/m3,重力加速度大小g取10 m/s2。求在水下10 m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。答案：1.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.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.答案 (1)CD(2)吸热理由见解析2 cm3解析 (1)布朗运动不是液体分子无规则的运动,因为分子是用人的肉眼看不到的,它是液体分子运动时对花粉不规则碰撞的反映,故选项A错误;分子间可以同时存在引力和斥力,故选项B错误;热量可以从低温物体传递到高温物体,但一定要对它做功,也就是要引起其他的变化,选项C正确;一定质量的理想气体发生等压膨胀过程,根据理想气体状态方程pVT=C可知,其温度一定会升高,故选项D正确。(2)气泡上升的过程中体积增大,对外做功,由于保持温度不变,故内能不变,由热力学第一定律可得,气泡需要吸热。气泡初始时的压强p1=p0+gh=2.0105 Pa气泡浮到水面上的气压p1=p0=1.0105 Pa由气体的等温变化可知,p1V1=p2V2代入数据可得V2=2 cm3。4.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可知pVT为定值,状态d相对于状态b,V和T均增大,故p应减小,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.答案 (1)ABE(2)mgS+p0(m+m0)g+p0S4(mg+p0S)T1解析 (1)摩尔体积Vm=M,气体分子所占空间V0=VmNA,所以可以求得分子间的平均距离,选项A正确;锄松土壤可以破坏土壤形成的毛细管,可以保存土壤里的水分,所以选项B正确;当分子间距离小于r0时表现为斥力,大于r0时表现为引力,所以随着分子间距离的增大,合力是有时表现为斥力,有时表现为引力,且引力和斥力都减小,选项C错误;晶体和非晶体一般从熔点来判断,选项D错误;根据热力学定律可知,宏观自然过程自发进行是有其方向性的,能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性,选项E正确。(2)设气体压强为p1,由活塞平衡可得p1S=mg+p0S解得p1=mgS+p0设温度为T1时气体为初态,活塞回到与容器底部相距h2位置时为末态,体积为V2,温度为T2,有初态:p1=mgS+p0;温度T1;V1=2hS末态:p2=(m+m0)gS+p0;温度T2;V2=h2S由理想气体的状态方程p1V1T1=p2V2T2得T2=(m+m0)g+p0S4(mg+p0S)T1。6.答案 (1)CDE(2)28 Pa1.3解析 (1)气体的内能在宏观上由物质的量、温度和体积决定,质量相同的气体,物质的量不一定相同,选项A错误。若是理想气体,不考虑分子势能,其内能由物质的量和温度共同来决定;若是一定质量的理想气体,其内能仅由温度来决定,选项D正确。由pVT=C(C为常数)知,一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,温度一定升高,内能一定增加,选项E正确。气体整体运动的速度对应气体的宏观动能,属于机械能,选项B错误。改变内能有两种方式:做功和热传递。气体被压缩时,外界对气体做功,但气体吸、放热情况不知,气体内能可能升高、不变或降低,故选项C正确。(2)当气泡在水下h=10 m处时,设其半径为r1,气泡内外压强差为p1,则p1=2r1代入题给数据得p1=28 Pa设气泡在水下10 m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,气泡内空气的压强为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+p1p2=p0+p2气泡体积V1和V2分别为V1=43r13V2=43r23联立式得r1r23=p0+p2gh+p0+p1由式知,pip0(i=1,2)故可略去式中的pi项。代入题给数据得r2r1=321.3。
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