2012高考物理总复习单元综合测试11：热学

2012高考物理总复习单元综合测试11：热学

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) 图 1 1．如图 1 所示，甲分子固定在坐标原点 O，乙分子沿 x 轴运动，两分子间的分子势能 Ep 与两分子间 距离的关系如图 1 中曲线所示．图中分子势能的最小值为－E0.若两分子所具有的总能量为 0，则下列说法 中正确的是( ) A．乙分子在 P 点(x＝x2)时加速度最大 B．乙分子在 P 点(x＝x2)时，其动能为 E0 C．乙分子在 Q 点(x＝x1)时，处于平衡状态 D．乙分子的运动范围为 x≥x1 解析：分子处于平衡位置时分子势能最小，所以在 x2 位置上有最大的速度，根据题中“总能量为 0” 知 BD 正确． 答案：BD 2．一滴油酸酒精溶液含质量为 m 的纯油酸，滴在液面上扩散后形成的最大面积为 S.已知纯油酸的摩 尔质量为 M、密度为ρ，阿伏加德罗常数为 NA，下列表达式正确的有( ) A．油酸分子的直径 d＝M ρS B．油酸分子的直径 d＝m ρS C．油酸所含的分子数 n＝m MNA D．油酸所含的分子数 n＝M mNA 解析：考查分子动理论，设油酸分子的直径为 d，则有 dS＝m ρ ⇒d＝m ρS ，故选项 B 正确；设油酸所含的 分子数为 n，则有 n＝m MNA，故选项 C 正确． 答案：BC 3．分子动理论较好地解释了物质的宏观热力学性质．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：题目涉及了分子的无规则运动、分子间的相互作用力和分子势能的知识，明确分子动理论的内 容是解题的关键．分子间相互作用力随距离的变化而变化，若 r＞r0，随分子间距离 r 的增大，分子力可能 先增大而后减小，故 B 项是错误的． 答案：B 4．下列现象哪些是由于表面张力的作用而发生的( ) A．身体纤细的小虫在平静的水面上可以自由活动 B．小船浮在水面上 C．把毛巾的一端放入水中，过一段时间另一端也会湿润 D．打湿的鞋袜不容易脱下来 解析：小船浮在水面上，是由于浮力的原因；毛巾的另一端湿润是由于毛细现象；湿鞋袜不容易脱下 来是由于分子间存在着相互作用力的结果． 答案：A 5．(2009·重庆高考)密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)( ) A．内能增大，放出热量 B．内能减小，吸收热量 C．内能增大，对外界做功 D．内能减小，外界对其做功 解析：本题考查热力学第一定律，意在考查考生对基本的定律的掌握情况．气体的温度降低，则内能 减小，又外界对气体做了功，由热力学第一定律知，气体要向外放出热量． 答案：D 6．(2009·四川高考)关于热力学定律，下列说法正确的是( ) A．在一定条件下物体的温度可以降到 0 K B．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 C．吸收了热量的物体，其内能一定增加 D．压缩气体总能使气体的温度升高 解析：本题考查热力学温标、热力学第一定律、热力学第二定律，意在考查考生对热学基础知识的理 解.0 K 是低温的极限，任何物体的温度只能接近而不能达到，所以 A 项错误；根据热力学第二定律，物体 不可能从单一热源吸收热量全部用来对外做功而不产生其他影响，但在“产生其他影响的情况”下，也可 以从单一热源吸收热量全部用来做功，所以 B 项正确；内能的改变与热传递和做功同时有关，所以 C、D 错误． 答案：B 7．(2009·福建高考)现代科学技术的发展与材料科学、能源的开发密切相关，下列关于材料、能源的 说法正确的是( ) A．化石能源为清洁能源 B．纳米材料的粒度在 1～100 μm 之间 C．半导体材料的导电性能介于金属导体和绝缘体之间 D．液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向同性 解析：选项 A 错误：化石能源是指煤炭、石油和天然气，这些能源在燃烧时要产生大量的废气、粉尘 等会对环境带来污染．选项 B 错误：纳米材料指的是直径在 1～100 nm 的颗粒或直径在 1～100 nm 的细纤 维构成的材料．选项 C 正确：半导体就是指导电性能介于导体和绝缘体之间的材料．选项 D 错误：液晶 介于液体和晶体之间，既具有液体的流动性又具有晶体的某些物理性质的各向异性． 答案：C 8．(2009·福建高考)一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功 7.0×104 J，气体内能减少 1.3×105 J，则此过程( ) A．气体从外界吸收热量 2.0×105 J B．气体向外界放出热量 2.0×105 J C．气体从外界吸收热量 6.0×104 J D．气体向外界放出热量 6.0×104 J 解析：由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q＝ΔU－W＝－1.3×105 J－7.0×104 J＝－2.0×105 J，负号表示 放出热量，所以 B 正确，其他选项错误． 答案：B 图 2 9．(2009·辽宁/宁夏高考)带有活塞的气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 到达状态 c，b、c 状态温度相同，如 V—T 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，所以 PbQac，C 对 D 错． 答案：C 10．(2010·江苏苏、锡、常、镇四市一模)下列说法正确的是( ) 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 解析：细盐是单晶体，选项 B 错误；温度是分子平均动能的标志，T＝αEk，T 是热力学温度，α是比 例常数，选项 D 错误． 答案：AC 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) 图 3 11．(2009·广东高考)(1)远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃．随着人类文 明的进步，出现了“钻木取火”等方法．“钻木取火”是通过________方式改变物体的内能，把________ 转变成内能． (2)某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密 地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图 3.这是因为烧瓶里的气体吸 收了水的________，温度________，体积________． 解析：(1)本题主要考查了热力学第一定律和能量守恒定律，意在考查考生对热力学第一定律的理解．热 力学第一定律是对能量守恒定律的一种表述方式．热力学第一定律指出，热能可以从一个物体传递给另一 个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变．所以钻木取火是 通过做功把机械能转化为内能． (2)本题主要考查热力学第一定律和气体的等压变化，意在考查考生利用物理规律分析实际问题的能 力．内能可以从一个物体传递给另一个物体(高温到低温)，使物体的温度升高；一定质量的气体，当压强 保持不变时，它的体积 V 随温度 T 线性地变化．所以从冰箱里拿出的烧瓶中的空气(低温)吸收水(高温)的 热量温度升高，体积增大． 答案：(1)做功 机械能 (2)热量 升高 增大 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 关系如图 4(a)所 示，图中 V－V0 V0－V′ ＝1 2.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，如图 4(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，制成如图 4(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 VⅠ∶VⅡ应为________． 图 4 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 V－V0 V0－V′ ＝Tⅲ－T0 T0－Tⅱ ＝1 2 ，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．利用所学的热学知识，回答下列问题： (1)我们知道分子热运动的速率是比较大的，常温下能达到几百米每秒，生活中一些污染企业排放刺激 性废气，同时发出噪声，声波在空气中传播速度约为 340 m/s.按说离得较远的人闻到气味和听到噪声应差 不多同时发生，而实际上往往是听到噪声较长时间后才会闻到气味，为什么？ (2)随着科学技术的不断发展，近几年来，出现了许多新的焊接方式，如摩擦焊接、爆炸焊接等，摩擦 焊接是使焊件的两个接触面高速地向相反方向旋转，同时加上很大的压力(约每平方厘米加几千到几万牛顿 的力)，瞬间就焊成一个整体了．试用所学知识分析摩擦焊接的原理． 解析：(1)分子热运动速率虽然较大，但分子之间的碰撞是很频繁的，由于频繁的碰撞使分子的运动不 再是匀速直线运动，分子到鼻孔前走过了一段曲折的路程，况且引起人的嗅觉需要一定量的分子；声波传 播速率与分子热运动速率差不多，传播距离也相等，但声波在空气中沿直线传播，到达接收者的时间较短， 所以听到噪声较长时间后，才会闻到发出的气味． (2)摩擦焊接是利用分子引力作用．焊件的两个接触面高速地向相反方向旋转且加上很大的压力，就可 以使两个接触面发生熔化使大多数分子之间的距离达到分子力发生明显作用的范围，靠摩擦熔化使大量的 分子距离达到表现引力的距离范围，使两个焊件成为一个整体． 答案：见解析 14．新华社北京 2008 年 11 月 12 日电：在中国探月工程一期即“嫦娥一号”圆满成功的同时，中国 探月工程二期也已启动．其中，嫦娥二号卫星将于 2011 年底前完成发射．已知大气压强是由于大气的重 力而产生的，某学校兴趣小组的同学，通过查资料知道：月球半径 R＝1.7×106 m，月球表面重力加速度 g ＝1.6 m/s2.为开发月球的需要，设想在月球表面覆盖一层厚度为 h 的大气，使月球表面附近的大气压达到 p0＝1.0×105 Pa，已知大气层厚度 h＝1.3×103 m 比月球半径小得多，假设月球表面初始没有空气．试估算 (1)应在月球表面添加的大气层的总质量 m； (2)月球大气层的分子数为多少？ (3)分子间的距离为多少？(空气的平均摩尔质量 M＝2.9×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数 NA＝6.0×1023 mol－1) 解析：(1)月球的表面积 S＝4πR2，月球大气的重力与大气压力大小相等 mg＝p0S，所以大气的总质量 m＝4πR2p0 g 代入数据可得 m＝4×3.14×1.7×1062 1.6 ×1.0×105 kg ≈2.27×1018 kg. (2)月球大气层的分子数为 N＝m MNA＝2.27×1018 2.9×10－2 ×6.0×1023 个 ≈4.7×1043 个． (3)可以认为每一个气体分子占据空间为一个立方体，小立方体紧密排列，其边长即为分子间的距离．设 分子间距离为 a，大气层中气体的体积为 V，则有 V＝4πR2h，a＝3 V N a＝3 4πR2hMg p0SNA ＝3 ghM p0NA ≈1.0×10－9 m. 答案：(1)2.27×1018 kg (2)4.7×1043 个 (3)1.0×10－9 m 15．喷雾器内有 10 L 水，上部封闭有 1 atm 的空气 2 L．关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入 1 atm 的空气 3 L(设外界环境温度一定，空气可看作理想气体)． 图 5 (1)当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体压强，并从微观上解释气体压强变化的原因． (2)打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀，此过程气体是吸热还是放热？简要说明理 由． 解析：(1)设气体初态压强为 p1，体积为 V1；末态压强为 p2，体积为 V2，由玻意耳定律 p1V1＝p2V2① 代入数据得 p2＝2.5 atm② 微观解释：温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加． (2)吸热．气体对外做功而内能不变，根据热力学第一定律可知气体吸热． 答案：(1)2.5 atm 略 (2)略 图 6 16．如图 6，一根粗细均匀、内壁光滑、竖直放置的玻璃管下端密封，上端封闭但留有一抽气孔．管 内下部被活塞封住一定量的气体(可视为理想气体)，气体温度为 T1.开始时，将活塞上方的气体缓慢抽出， 当活塞上方的压强达到 p0 时，活塞下方气体的体积为 V1，活塞上方玻璃管的容积为 2.6V1.活塞因重力而产 生的压强为 0.5p0.继续将活塞上方抽成真空并密封．整个抽气过程中管内气体温度始终保持不变．然后将 密封的气体缓慢加热．求： (1)活塞刚碰到玻璃管顶部时气体的温度； (2)当气体温度达到 1.8T1 时气体的压强． 解析：(1)活塞上方的压强为 p0 时，活塞下方气体的体积 为 V1，抽气过程为等温过程，活塞上面抽成真空时，下面气体的压强为 0.5p0.由玻意耳定律得 V V1 ＝ p0＋0.5p0 0.5p0 ① 式中 V 是抽成真空时活塞下面气体的体积．此后，气体等压膨胀，由盖·吕萨克定律得 2.6V1＋V1 V ＝T′ T1 ② 式中 T′是活塞碰到玻璃管顶部时气体的温度．由①②得 T′＝1.2T1.③ (2)活塞碰到顶部后的过程是等容升温过程．由查理定律得 1.8T1 T′ ＝ p2 0.5p0 ④ 式中 p2 是气体温度达到 1.8T1 时气体的压强．由③④式得 p2＝0.75p0.⑤ 答案：(1)1.2T1 (2)0.75p0