单元综合测试十一 (热学)
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，试卷满分为100分．考试时间为90分钟．
第Ⅰ卷(选择题，共40分)
一、选择题(本题共10小题，每题4分，共40分．有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)
1．(2012·福建理综)空气压缩机的储气罐中储有1.0 atm的空气6.0 L，现再充入1.0 atm的空气9.0 L．设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，则充气后储气罐中气体压强为( )
A．2.5 atm B．2.0 atm
C．1.5 atm D．1.0 atm
解析：根据玻意耳定律有p1V1＋p2V2＝p3V3，解得p3＝
2．5 atm.
答案：A
2．(2012·重庆理综)
如图为伽俐略设计的一种测温装置示意图，玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定量的空气．若玻璃管内水柱上升，则外界大气的变化可能是( )
A．温度降低，压强增大 B．温度升高，压强不变
C．温度升高，压强减小 D．温度不变，压强减小
解析：外界温度降低，若被封闭气体体积不变，根据＝C知：压强减小，液柱上升，内外液柱高度差变化，若外界大气压升高也可能使液柱上升，选项A正确；由＝C可知，当T增大V减小，则P一定增大，而液柱上升，说明外界大气压增大，选项B、C错误；被封闭气体温度不变，液柱升高，气体体积减小，由pV＝C可知气体压强增大，则外界压强一定增大，选项D错误．
答案：A
3．(2011·山东理综)人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程，以下说法正确的是( )
A．液体的分子势能与体积有关
B．晶体的物理性质都是各向异性的
C．温度升高，每个分子的动能都增大
D．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
解析：液体的分子势能与分子之间的距离有关，而分子之间的距离影响物体的体积，因而分子势能与体积有关，选项A正确，有些晶体在某些物理性质上表现为各向异性，选项B错误，温度越高，分子的平均动能越大，但并非每个分子的动能都增大，选项C错误；由于液体表面张力的作用，液体的表面有收缩到最小的趋势，因同等体积的物体，以球面的面积最小，所以露珠呈球状，选项D正确．
答案：AD
4．(2012·四川理综)物体由大量分子组成，下列说法正确的是( )
A．分子热运动越剧烈，物体内每个分子的动能越大
B．分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小
C．物体的内能跟物体的温度和体积有关
D．只有外界对物体做功才能增加物体的内能
解析：分子热运动越剧烈，分子平均动能越大，并非每个分子的动能越大，选项A错误；分子间引力随着分子间距离的减小而增大，选项B错误；做功和热传递都可以改变物体的内能，选项D错误；温度影响物体分子平均动能，体积变化影响分子间距即影响分子势能，故选项C正确．
答案：C
5．分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质．据此可判断下列说法中错误的是( )
A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性
B．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大
C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大
D．在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素
解析：A选项中小炭粒做布朗运动反映了液体分子的无规则热运动，故A是正确的；B选项中分子间的相互作用力在间距rr0的范围内，随分子间距的增大先增大后减小，故B是错误的；C选项中分子势能在rr0时，分子势能随r的增大而增大，故C选项是正确的；D选项中真空环境是为防止其他杂质的介入，而高温条件下，分子热运动剧烈，有利于所掺入元素分子的扩散，故错误选项为B.
答案：B
6．在一定温度下，某种理想气体的速率分布应该是( )
A．每个分子速率都相等
B．每个分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目都很少
C．每个分子速率一般都不相等，但在不同速率范围内，分子数的分布是均匀的
D．每个分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目都很多．
解析：由麦克斯韦气体分子速率分布规律知，气体分子速率大部分集中在某个数值附近，速率很大的和速率很小的分子数目都很少，所以B正确．
答案：B
7．一房间内，上午10时的温度为15℃，下午2时的温度为25℃.假定大气压无变化，则下午2时与上午10时相比较，房间内的( )
A．空气密度增大 B．空气分子的平均动能增大
C．空气分子的速率都增大 D．空气质量增大
解析：温度升高，气体分子的平均动能变大，平均每个分子给器壁的冲量将变大，但气压并未改变，可见单位体积的分子数一定减少，所以有ρ空减小，m空＝ρ空V减小．
答案：B
8．(2011·江苏卷)
如右图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是( )
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
解析：形状记忆合金从热水中吸收热量后，伸展划水时一部分热量转变为水和转轮的动能，另一部分释放到空气中，根据能量守恒定律可知只有D项正确．
答案：D
9.
带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体．气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到状态c，b、c状态温度相同，如图所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则( )
A．pb>pc，Qab>Qac B．pb>pc，QabQac D．pbVc.由玻意耳定律pbVb＝pcVc，可知pbQac.
答案：C
10．如图所示，绝热的汽缸与绝热的活塞A、B密封一定质量的空气后水平放置在光滑地面上，不计活塞与汽缸壁的摩擦，现用电热丝给汽缸内的气体缓慢加热，在加热过程中( )
A．汽缸向左移动
B．活塞A、B均向左移动
C．密封气体的内能一定增加
D．汽缸中单位时间内作用在活塞A和活塞B上分子个数相同
解析：缓慢加热过程中，气体温度升高，压强不变，体积必定增大，内能增加，C对；活塞A和活塞B分别向左和向右缓慢移动，B错；汽缸整体受力平衡，汽缸不动，A错；活塞A面积较大，单位时间内作用在活塞A上的分子个数较多，D错．
答案：C
第Ⅱ卷(非选择题，共60分)
二、填空题(本题共2小题，每题8分，共16分)
11．(2012·浙江自选模块)一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如下图所示的p－V图描述，图中p1、p2、V1、V2和V3为已知量．
(1)气体状态从A到B是________过程(填“等容”“等压”或“等温”)；
(2)状态从B到C的变化过程中，气体的温度________(填“升高”“不变”或“降低”)；
(3)状态从C到D的变化过程中，气体________(填“吸热”或“放热”)；
(4)状态从A→B→C→D的变化过程中，气体对外界所做的总功为________．
解析：(1)由p－V图象可以看出，从A到B是等压变化．
(2)从B到C状态，气体体积不变，压强减小，由＝定值可知，气体温度降低．
(3)从C到D状态，气体压强不变，体积减小，由＝定值可知，气体温度降低，内能减少，ΔU<0；由气体体积减小，外界对气体做功，W>0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q<0，放热．
(4)从A→B，气体体积增大，气体对外界做功W1＝p2(V3－V1)；从B→C，气体体积不变，W2＝0；从C→D，气体体积减小，外界对气体做功或气体对外界做负功，即W3＝－p1(V3－V2)；故从A→B→C→D的变化过程中，气体对外界做总功W＝W1＋W2＋W3＝p2(V3－V1)－p1(V3－V2)．
答案：(1)等压 (2)降低 (3)放热
(4)p2(V3－V1)－p1(V3－V2)
12．一定量的理想气体与两种实际气体Ⅰ、Ⅱ在标准大气压下做等压变化时的V—T关系如下图(a)所示，图中＝.用三份上述理想气体作为测温物质制成三个相同的温度计，然后将其中两个温度计中的理想气体分别换成上述实际气体Ⅰ、Ⅱ.在标准大气压下，当环境温度为T0时，三个温度计的示数各不相同，如下图(b)所示，温度计(ⅱ)中的测温物质应为实际气体________(图中活塞质量忽略不计)；若此时温度计(ⅱ)和(ⅲ)的示数分别为21℃和24℃，则此时温度计(ⅰ)的示数为________℃；可见用实际气体作为测温物质时，会产生误差．为减小在T1～T2范围内的测量误差，现针对T0进行修正，制成如下图(c)所示的复合气体温度计，图中无摩擦导热活塞将容器分成两部分，在温度为T1时分别装入适量气体Ⅰ和Ⅱ，则两种气体体积之比VⅠVⅡ应为________．
解析：本实验是在教材探索性实验的基础上，考查考生综合运用所学知识分析、处理实验数据等能力，从而突出了对创新能力的考查．从V—T图象可看出，温度为T1时，气体的体积相同；温度为T0时，ⅱ的体积要小，所以温度计ⅱ中的测温物质应为实际气体Ⅱ，在温度为T0时，Tⅱ＝21℃，Tⅲ＝24℃，由于＝＝，代入数据可得T0＝23℃，对T0校正，在温度T1时装入气体体积比为2:1.
答案：Ⅱ 23 2:1
三、计算题(本题共4小题，13、14题各10分，15、16题各12分，共44分，计算时必须有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)
13．(2012·江苏高考)如下图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B.此过程中，气体压强p＝1.0×105 Pa，吸收的热量Q＝7.0×102 J，求此过程中气体内能的增量．
解析：等压变化＝，对外做的功W＝p(VB－VA)
根据热力学第一定律ΔU＝Q－W，
解得ΔU＝5.0×102 J
答案：5.0×102 J
14．一房间长L1＝7 m，宽L2＝5 m，高h＝3.2 m．假设房间内的空气处于标准状态，已知阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1.
(1)求房间内空气分子数：
(2)如果空气的压强不变，温度升高到27℃，求原房间内的空气体积将变为多少？
(3)升温过程中，房间内空气分子的平均动能如何变化？
解析：(1)房间的体积V＝L1L2h＝112 m3①
室内的空气分子数n＝NA＝3.01×1027个②
(2)温度由T＝273 K升高到T′＝300 K③
设原来在房间中的空气的体积将增加到V′，
则有＝④
V′＝V＝ m3＝123 m3⑤
(3)房间里空气分子的平均动能增大．⑥
答案：(1)3.01×1027个 (2)123 m3 (3)增大
15.
如图所示，地面上放一开口向上的汽缸，用一质量为m＝0.8 kg的活塞封闭一定质量的气体，不计一切摩擦，外界大气压为p0＝1.0×105 Pa，活塞截面积为S＝4 cm2，重力加速度g取10 m/s2，求：
(1)活塞静止时，气体的压强为多少？
(2)若用力向下推活塞而压缩气体，对气体做功为6×105 J，同时气体通过汽缸向外传热4.2×105 J，则气体内能变化了多少？
解析：(1)活塞静止时，气体的压强为p＝p0＋＝1.2×105 Pa
(2)根据热力学第一定律：ΔU＝W＋Q＝6×105 J－4.2×105 J＝1.8×105 J，所以气体内能增加了1.8×105 J.
答案：(1)1.2×105 Pa (2)增加 1.8×105 J
16.
某学校科技兴趣小组，利用废旧物品制作了一个简易气温计：在一个空葡萄酒瓶中插入一根两端开口的玻璃管，玻璃管内有一段长度可忽略的水银柱，接口处用蜡密封，将酒瓶水平放置，如图所示．已知：该装置密封气体的体积为480 cm3，玻璃管内部横截面积为0.4 cm2，瓶口外的有效长度为48 cm.当气温为7℃时，水银柱刚好处在瓶口位置．
(1)求该气温计能测量的最高气温．
(2)假设水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中，密
封气体从外界吸收3 J热量，问在这一过程中该气体的内能如何变化？变化了多少？(已知大气压为1×105 Pa)
解析：(1)当水银柱到达管口时，所测气温最高，设为T2，此时气体体积为V2.
初状态：T1＝(273＋7) K＝280 K；V1＝480 cm3，
末状态：V2＝(480＋48×0.4) cm3＝499.2 cm3.
由等压变化知：＝，
代入数据得：T2＝291.2 K，即18.2℃.
(2)内能增加．
水银柱移动过程中外界对气体做功
W＝－p0S·L＝－1×105×0.4×10－4×48×10－2 J＝－1.92 J
由热力学第一定律知内能变化为：
ΔU＝W＋Q＝－1.92 J＋3 J＝1.08 J.
答案：(1)291.2 K或18.2℃ (2)内能增加1.08 J
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