統(tǒng)考版2023版高考物理一輪復習單元質(zhì)量評估（十三）熱學含答案-試卷下載-教習網(wǎng)

1．[物理—選修3－3](15分)
(1)(5分)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a經(jīng)過等壓變化到達狀態(tài)b，再從狀態(tài)b經(jīng)過等容變化到達狀態(tài)c.狀態(tài)a與狀態(tài)c溫度相等．則：氣體在狀態(tài)a的溫度________在狀態(tài)b的溫度，氣體在狀態(tài)a的內(nèi)能________在狀態(tài)c的內(nèi)能(均選填“小于”“等于”或“大于”)；從狀態(tài)b到狀態(tài)c的過程中，氣體________(選填“吸熱”或“放熱”).
(2)(10分)如圖所示，在一圓形豎直管道內(nèi)封閉有理想氣體，用一固定絕熱活塞K和質(zhì)量為m的可自由移動的絕熱活塞A將管內(nèi)氣體分割成體積相等的兩部分．溫度都為T0＝300 K，上部氣體壓強為p0＝1.0×105 Pa，活塞A有 eq \f(mg,S) ＝2×104 Pa(S為活塞橫截面積).現(xiàn)保持下部分氣體溫度不變，只對上部分氣體緩慢加熱，當活塞A移動到最低點B時(不計摩擦).求：
(ⅰ)下部分氣體的壓強；
(ⅱ)上部分氣體的溫度．
2．[物理—選修3－3](15分)
(1)(5分)(多選)下列說法正確的是( )
A．一定質(zhì)量的理想氣體，壓強變小時，分子間的平均距離可能變小
B．分子間同時存在著引力和斥力，當分子間距離增大時，分子間的引力減小、斥力減小
C．布朗運動是由液體各部分的溫度不同而引起的
D．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能可能減少
E．熱量不可能由低溫物體傳遞給高溫物體
(2)(10分)
如圖所示，兩個邊長為10 cm的正方體密閉導熱容器A、B，用一很細的玻璃管連接，玻璃管的下端剛好與B容器的底部平齊，玻璃管豎直部分長為L＝30 cm，初始時刻閥門K1、K2均關閉，B容器中封閉氣體的壓強為15 cmHg.外界環(huán)境溫度保持不變．
(ⅰ)打開閥門K1，讓水銀緩慢流入B容器，求最終B容器中水銀的高度；
(ⅱ)再打開閥門K2，向B容器中充入p0＝75 cmHg的氣體，使B容器中恰好沒有水銀，求充入氣體的體積．
3．[物理—選修3－3](15分)
(1)(5分)氣閘艙是載人航天器中可供航天員由太空返回用的氣密性裝置，其原理圖如圖所示．座艙A與氣閘艙B之間裝有閥門K，座艙A中充滿空氣，氣閘艙B內(nèi)為真空．打開閥門K，A中的氣體進入B中，最終達到平衡．假設此過程中系統(tǒng)與外界沒有熱交換，艙內(nèi)氣體可視為理想氣體，下列說法正確的是________．(填正確答案標號)
A．氣體擴散前后內(nèi)能相同
B．由熱力學定律可知氣體向真空擴散的過程是可逆過程
C．氣體等溫膨脹，壓強減小
D．氣體經(jīng)歷絕熱過程，對外做功，內(nèi)能減小
E.氣體分子單位時間內(nèi)與A艙壁單位面積上的碰撞次數(shù)將減少
(2)(10分)負壓病房是指病房內(nèi)的氣體壓強略低于病房外的標準大氣壓的一種病房，即新鮮空氣可以流進病房，而被污染的空氣不會自行向外排出，必須由抽氣系統(tǒng)抽出進行消毒處理，是WHO規(guī)定的搶救新冠肺炎病人時的一個重要設施．現(xiàn)簡化某負壓病房為一個可封閉的絕熱空間，室內(nèi)空氣所占空間的體積為V0，室內(nèi)外氣溫均為－3 ℃，疫情期間，為了收治新冠肺炎病人，首先將室內(nèi)空氣封閉并加熱至27 ℃.(標準大氣壓為p0，空氣視為理想氣體)
①此時病房內(nèi)的氣壓為多少？
②為了達到安全標準(病房內(nèi)氣壓不大于標準大氣壓)，在使用前先要抽掉一部分空氣，求至少要抽掉的空氣排到室外降溫后的體積．
4．[物理—選修3－3](15分)
(1)(5分)某一體積為V的密封容器，充入密度為ρ、摩爾質(zhì)量為M的理想氣體，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則該容器中氣體分子的總個數(shù)N＝________．現(xiàn)將這部分氣體壓縮成液體，體積變?yōu)閂0，此時分子間的平均距離d＝________．(將液體分子視為立方體模型)
(2)(10分)
如圖所示，一籃球內(nèi)氣體的壓強為p0，溫度為T0，體積為V0.用打氣筒對籃球充入壓強為p0，溫度為T0的氣體，已知打氣筒每次壓縮氣體的體積為 eq \f(1,15) V0，一共打氣20次，假設籃球體積不變，最終使籃球內(nèi)氣體的壓強為4p0.充氣過程中氣體向外放出的熱量為Q，已知氣體的內(nèi)能與溫度的關系為U＝kT(k為常數(shù)).求：
(ⅰ)第一次打入氣體后，籃球的壓強變?yōu)槎嗌伲?可認為籃球內(nèi)氣體溫度不變)
(ⅱ)打氣筒在籃球充氣過程中對氣體做的功是多少？
單元質(zhì)量評估（十三）熱學（選修3－3）
1．解析：（1）氣體從狀態(tài)a到b發(fā)生等壓變化，根據(jù)蓋—呂薩克定律知，體積增大，溫度升高，所以氣體在狀態(tài)a的溫度小于在狀態(tài)b的溫度．理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關，狀態(tài)a、c溫度相等，內(nèi)能相等．氣體從狀態(tài)b到c，體積不變，溫度降低，內(nèi)能減少，做功為零，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W知，應該放出熱量．
（2）（?。ο虏糠謿怏w，做等溫變化，初狀態(tài)壓強為：
p1＝p0＋ eq \f(mg,S) ＝1.0×105 Pa＋2×104 Pa＝1.2×105 Pa
體積為：V1＝V0
末狀態(tài)：壓強為p2，體積為：V2＝ eq \f(1,2) V0
根據(jù)玻意耳定律有：p1V1＝p2V2
代入數(shù)據(jù)得：p2＝2.4×105 Pa.
（ⅱ）對上部分氣體，當活塞A移動到最低點時，對活塞A受力分析可得出兩部分氣體的壓強p′2＝p2
初狀態(tài)：壓強為p0，溫度為T0，體積為V0
末狀態(tài)：壓強為p′2，溫度為T′2，體積為V′2＝ eq \f(3,2) V0
根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，有： eq \f(p0V0,T0) ＝ eq \f(p′2V′2,T′2)
代入數(shù)據(jù)解得：T′2＝3.6T0＝1 080 K.
答案：（1）小于等于放熱（2）（?。?.4×105 Pa （ⅱ）1 080 K
2．解析：（1）一定質(zhì)量的理想氣體，壓強變小時，若溫度降低、體積減小，則分子間的平均距離變小，A項正確；分子間同時存在著引力和斥力，當分子間距離增大時，引力和斥力均減小，當分子間距離減小時，引力和斥力均增大，B項正確；布朗運動是懸浮在液體中的微小顆粒的無規(guī)則運動，C項錯誤；外界對氣體做功，若氣體放出熱量，根據(jù)熱力學第一定律，氣體內(nèi)能可能減少，D項正確；壓縮機做功可以使熱量由低溫物體傳遞給高溫物體，E項錯誤．
（2）（?。?br>打開閥門K1，穩(wěn)定后，設B容器中水銀的高度為h，容器底面積為S，初始時，B中封閉氣體體積V1＝10 cm×S，氣體壓強p1＝15 cmHg，穩(wěn)定時，B中封閉氣體體積V2＝（10 cm－h(huán)）S，
氣體壓強p2＝10－h(huán)＋L－h(huán)，
據(jù)玻意耳定律，有p1V1＝p2V2，
得h＝5 cm（另一解不符合題意，舍去）.
（ⅱ）再打開閥門K2，設向B容器中充入氣體的體積為ΔV時，B容器中恰好沒有水銀，B中封閉氣體壓強p3＝40 cmHg，
由p1V1＋p0ΔV＝p3V1，
解得ΔV＝3.3×10－4 m3.
答案：（1）ABD （2）5 cm 3.3×10－4 m3
3．解析：（1）由于氣閘艙B內(nèi)為真空，可知氣體進入B中的過程中不對外做功，又因為此過程中系統(tǒng)與外界沒有熱交換，根據(jù)熱力學第一定律可知氣體的內(nèi)能不變，故A正確，D錯誤；根據(jù)熵增加原理可知一切宏觀熱現(xiàn)象均具有方向性，故B中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中，故B錯誤；因為內(nèi)能不變，故溫度不變，氣體分子平均動能不變，因為氣閘艙B內(nèi)為真空，對于座艙A中充滿的空氣，根據(jù)玻意耳定律pV＝C可知，擴散后體積V增大，壓強p減小，所以氣體分子的密集程度減小，根據(jù)氣體壓強的微觀意義可知，氣體分子單位時間對艙壁單位面積碰撞的次數(shù)將變少，故C、E正確．
（2）（ⅰ）病房內(nèi)氣體發(fā)生等容變化，由查理定律可得 eq \f(p0,T0) ＝ eq \f(p1,T1) ，解得此時病房內(nèi)的氣壓p1＝ eq \f(10,9) p0.
（ⅱ）抽氣過程可看成等溫變化，由玻意耳定律可得p1V0＝p0V2，解得V2＝ eq \f(10,9) V0
在27 ℃時至少需要抽掉的空氣體積為V3＝V2－V0＝ eq \f(1,9) V0降溫過程可看成等壓變化，由蓋－呂薩克定律可得 eq \f(V3,T1) ＝ eq \f(V,T0) ，解得V＝ eq \f(1,10) V0
故至少要抽掉的空氣排到室外降溫后的體積為 eq \f(1,10) V0
答案：（1）ACE （2）（ⅰ） eq \f(10,9) p0 （ⅱ） eq \f(1,10) V0
4．解析：（1）氣體的質(zhì)量為m＝ρV
氣體分子的總個數(shù)為N＝nNA＝ eq \f(m,M) NA＝ eq \f(ρV,M) NA；
每個液體分子占據(jù)空間的體積為V1＝ eq \f(V0,N) ＝ eq \f(V0M,ρVNA)
所以此時分子間的平均距離d＝ eq \r(3,V1) ＝ eq \r(3,\f(V0M,ρVNA)) .
（2）（ⅰ）第一次打入氣體后，籃球內(nèi)氣體壓強變?yōu)閜1，根據(jù)玻意耳定律有：p0 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(V0＋\f(1,15)V0)) ＝p1V0
解得p1＝ eq \f(16,15) p0
（ⅱ）設籃球內(nèi)氣體最終溫度為T，根據(jù)氣體實驗定律知：
eq \f(p0\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(V0＋20×\f(1,15)V0)),T0) ＝ eq \f(4p0V0,T)
解得T＝ eq \f(12,7) T0
籃球內(nèi)氣體內(nèi)能的增量為ΔU＝kΔT＝ eq \f(5,7) kT0
根據(jù)熱力學第一定律可得打氣過程中，對氣體所做的功為W＝Q＋ΔU＝Q＋ eq \f(5,7) kT0.
答案：（1） eq \f(ρV,M) NA eq \r(3,\f(V0M,ρVNA)) （2）（?。?eq \f(16,15) p0 （ⅱ）Q＋ eq \f(5,7) kT0

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