专题五 热、光、原
第十一讲 热 学
一、单项选择题
1．(2011年高考上海卷) 如图，一定量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，在此过程中，其压强( )
A．逐渐增大
B．逐渐减小
C．始终不变
D．先增大后减小
解析：选A.在V T图象中，各点与坐标原点连线的斜率表示压强的大小．斜率越小，压强越大．
2. (2010年高考广东理综卷)图是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的( )
A．温度升高，内能增加600 J
B．温度升高，内能减少200 J
C．温度降低，内能增加600 J
D．温度降低，内能减少200 J
解析：选A.对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600 J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确．
3．(2010年高考广东理综卷)如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量．设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气( )
A．体积不变，压强变小
B．体积变小，压强变大
C．体积不变，压强变大
D．体积变小，压强变小
解析：选B.细管中封闭的气体，可以看成一定质量的理想气体，洗衣缸内水位升高，气体压强增大，因温度不变，故作等温变化，由玻意耳定律pV＝C得，气体体积减小，B选项正确．
4．(2011年郑州市二摸)如图所示，质量为M的绝热活塞把一定质量的理想气体(不考虑分子势能)密封在竖直放置的绝热汽缸内．活塞可在汽缸内无摩擦地滑动．现通过电热丝对理想气体缓慢地加热．汽缸处在大气中，设大气压强恒定．经过一段时间后( )
A．汽缸中气体的体积比加热前减小
B．汽缸中气体的压强比加热前增大
C．活塞在单位时间内受汽缸中分子撞击的次数比加热前减少
D．汽缸中气体的内能和加热前一样大
解析：选C.在缓慢加热过程中可认为活塞始终处于平衡状态，由活塞受力可知缸内气体压强不变，B错误；缸内气体为理想气体，不考虑分子势能，加热时气体温度升高，内能增大，再由＝C知气体体积增大，A、D错误；因压强不变，气体温度升高后分子无规则运动加剧，分子每次与器壁碰撞时产生的平均冲击力增大，气体体积增大，则单位时间内分子与器壁碰撞的次数应减少，C正确．
5.(2011年江西省南昌市调研)如图所示，将一绝热汽缸放在水平的平台上，缸内封闭了一定质量的气体，绝热活塞可无摩擦移动，且不漏气．现使平台绕中心轴匀速转动，汽缸和平台相对静止，当缸内气体达到新的平衡时，缸内气体( )
A．压强减小，内能增大
B．压强、内能都减小
C．压强、内能都不变
D．压强增大，内能减小
解析：选B.由题意知，在平台转动前缸内气体的压强与外界大气压强相同．当平台转动缸内气体达到新的平衡时，活塞做圆周运动所需向心力是由内外气体的压力差来提供的，由图可知缸内气体的压强必小于外界大气压强，即缸内气体的压强减小，而系统又绝热，缸内气体必然膨胀，对外做功，故缸内气体的内能必减小，B正确．
6.
如图中汽缸内盛有一定量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气．现将活塞杆与外界连接使其缓慢的向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功．若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是( )
A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B．气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．ABC三种说法都不对
解析：选C.本题由于这个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变．因此气体吸收的热量和气体对外做的功相等，也就是从单一热源吸热，全部用来对外做功；但又为什么没有违反热力学第二定律呢？实际上这个过程是不能自发进行的，即气体是无法吸了热再推动活塞缓慢向右移动；它必须靠外力使杆向右移动，才能使气体膨胀，从而内能减少，温度下降，然后再从外界吸热．也就是说，在这个过程中拉杆消耗了能量，即引起了其它的变化．所以正确答案是C.
7．(2011年高考福建卷) (1)如图所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T.从图中可以确定的是( )
A．晶体和非晶体均存在固定的熔点T0
B．曲线M的bc段表示固液共存状态
C．曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态
D．曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态
(2)一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则该理想气体的( )
A．温度降低，密度增大 B．温度降低，密度减小
C．温度升高，密度增大 D．温度升高，密度减小
解析：(1)选B.晶体有固定的熔点，非晶体无固定的熔点，在熔化过程中，是固液共存的，故B正确．
(2)选D.由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得：ΔU＝－1.0×104J＋2.5×104J＝1.5×104J，因此气体的内能增大，故温度升高，又因气体对外做功，体积增大，故密度减小．
8．(2010年高考福建卷)(1)1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律，后来有许多实验验证了这一规律．若以横坐标v表示分子速率，纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比．下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是( )
(2)如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体( )
A．温度升高，压强增大，内能减少
B．温度降低，压强增大，内能减少
C．温度升高，压强增大，内能增加
D．温度降低，压强减小，内能增加
解析：(1)选D.各速率区间的分子数占总分子数的百分比不能为负值，A、B错；气体分子速率的分布规律呈现“中间多，两头少”的趋势，速率为0的分子几乎不存在，故C错、D对．
(2)选C.向下压缩活塞，对气体做功，气体的内能增加，温度升高，对活塞受力分析可得出气体的压强增大，故C选项正确．
二、非选择题
9．(2011年高考山东卷)(1)人类对自然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
(2)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和水银压强计相连．开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处， 右管D中水银面高出O点h1 ＝14 cm，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＝44 cm.(已知外界大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于76 cmHg)
①求恒温槽的温度．
②此过程A内气体内能________(填“增大”或“减小”)，气体不对外做功，气体将________(填“吸热”或“放热”)．
解析：(1)分子势能与分子间距有关，选项a正确；晶体分子分为单晶体和多晶体，单晶体的某个性质具有各向异性，而多晶体具有各向同性，选项b错误；温度升高，分子平均动能增大，但每个分子的动能不一定增大，选项c错误；露珠呈球状就是因为液体表面张力的作用，选项d正确．
(2)①设恒温槽的温度为T2，由题意知T1＝273 K
A内气体发生等容变化，根据查理定律得
＝ ①
p1＝p0＋ph1 ②
p2＝p0＋ph2 ③
联立①②③式，代入数据得
T2＝364 K(或91 ℃) ④
②增大；吸热
答案：(1)ad (2)①91 ℃ ②增大 吸热
10．(2011年南京市二摸)(1)下列说法中正确的是________．
A．一定质量的理想气体在体积不变的情况下，压强p与摄氏温度t成正比
B．液体的表面张力是由于液体表面层分子间相互吸引所致
C．控制液面上方饱和汽的体积不变，升高温度，则达到动态平衡后该饱和汽的质量增大，密度增大，压强不变
D．温度不可以改变某些液晶的光学性质
(2)汽车内燃机汽缸内汽油燃烧时，气体体积膨胀推动活塞对外做功．已知在某次对外做功的冲程中，汽油燃烧释放的化学能为1×103 J，因尾气排放、汽缸发热等对外散失的热量为8.0×102 J，该内燃机的效率为________．随着科技的进步，可设法减少热量的损失，则内燃机的效率能不断提高，其效率________(选填“有可能”或“仍不可能”)达到100%.
(3)用油膜法估测分子大小的实验步骤如下：①向体积为V1的纯油酸中不断加入酒精．直到油酸酒精溶液总体积为V2；②用注射器吸取上述溶液，一滴一滴地滴入小量筒，当滴入n滴时体积为V0；③先往边长为30～40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水；④用注射器往水面上滴1滴上述油酸酒精溶液；⑤等油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描出油酸薄膜的轮廓；⑥将画有油膜轮廓的玻璃板放在画有许多边长为a的小正方形的坐标纸上，计算出油酸面积为Na2；⑦整理器材．
上述实验操作过程中遗漏了一个什么步骤？油酸分子的直径d是多少？
解析：(1)在A中情况下压强应与热力学温度成正比，A错误；表面层内的分子分布比较稀疏，分子间距较大，表现为引力，形成表面张力，B正确；C中情况下饱和汽压强应增大，C错误；温度不同时液晶的流动性不同，光学性质也不同，D错误．
(2)η＝＝20%，由热力学第二定律知热机的效率永远不可能达到100%的．
(3)遗漏步骤：“将痱子粉均匀撒在水面上”．
d＝＝＝.
答案：(1)B (2)20% 仍不可能 (3)见解析
11．(2011年江苏四市调研)(1)下列说法中正确的是________．(填写选项前的字母)
A．机械能和内能的转化具有方向性
B．大颗粒的盐磨成细盐，就变成了非晶体
C．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的
D．当温度由20 ℃变为40 ℃，物体分子的平均动能应变为原来的2倍
(2)首先在显微镜下研究悬浮在液体中的小颗粒总在不停地运动的科学家是英国植物学家________，他进行了下面的探究：
①把有生命的植物花粉悬浮在水中，观察到了花粉在不停地做无规则运动；②把保存了上百年的植物标本微粒悬浮在水中，观察到了微粒在不停地做无规则运动；③把没有生命的无机物粉末悬浮在水中，观察到了粉末在不停地做无规则运动；由此可说明________________________________________________________________________．
(3)如图所示的圆柱形汽缸固定在水平面上，缸内用活塞密封一定质量的理想气体，已知汽缸的横截面积为S，活塞重为G，大气压强为p0.将活塞固定，使汽缸内气体温度升高1 ℃，气体吸收的热量为Q1；如果让活塞可以缓慢自由滑动(活塞与汽缸间无摩擦、不漏气，且不计气体的重力)，也使汽缸内气体温度升高1 ℃，其吸收的热量为Q2.
①简要说明Q1和Q2哪个大些？
②求汽缸内气体温度升高1 ℃时活塞向上移动的高度h.
解析：(1)由热力学第二定律知能量的转化具有方向性，A正确；晶体与非晶体的本质区别在于分子的排列，晶体的分子排列是呈点阵结构的，显然大颗粒盐磨成细盐只是盐晶体颗粒变得小了，并不能改变分子的排列规律，B错误；能量的转化是有方向性的，并不是所有能量守恒的过程都能发生，C正确；对于一种给定的物质，其分子平均动能的大小是与热力学温度成正比的，D错误．
(2)对有没有生命的微粒都可以观察到布朗运动，说明布朗运动不是生命物质所特有的现象．
(3)①定容过程，吸收的热量，用于增加气体的内能，ΔU1＝Q1
定压过程，吸收的热量，用于增加气体的内能和对外做功，ΔU2＋|W2|＝Q2
又ΔU2＝ΔU1，则Q1
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