第十五单元 热学《巅峰突破》2026版物理高三一轮单元突破验收卷（含答案解析）

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密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
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姓名 班级 考号
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
第十五单元　热学
满分100分,限时70分钟
考点1 分子动理论　　考点2 气体实验定律　　考点3 热力学定律
考点4 实验:用油膜法估测油酸分子的大小　　考点5 探究气体等温变化的规律
一、选择题(本题共9小题,共36分。在每小题给出的四个选项中,第1—6题只有一项符合题目要求,每小题4分;第7—9题有多项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.关于水杯里40 ℃的热水和高压锅内110 ℃的水蒸气,下列说法正确的是 (　　)
A.热水中的分子平均动能比水蒸气中的分子平均动能大
B.相同质量的热水的内能比水蒸气的内能大
C.热水中的每个分子的速率一定比水蒸气中的分子速率小
D.水蒸气中的分子热运动比热水中的分子热运动剧烈
2.下列关于分子力和分子势能的说法正确的是 (　　)
A.分子间距离大于r0时,分子力表现为斥力
B.分子从无限远靠近到距离r0处的过程中分子势能变大
C.分子势能在r0处最小
D.分子间距离小于r0且减小时,分子势能在减小
3.如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过等温过程(A→B)、等压过程(B→C)、等容过程(C→A)回到状态A,则在此过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.A到B过程中,气体分子的平均速率变大
B.B到C过程中,气体放出热量
C.C到A过程中,气体压强减小的原因是气体分子的平均动能减小
D.整个过程气体对外不做功
4.关于固体、液体,下列说法正确的是 (　　)
A.单晶体所有的物理性质一定都表现为各向异性
B.固体的原子(或者分子、离子)是静止不动的,液体的原子(或者分子、离子)可以移动
C.如果要保存地下的水分,就要保持土壤里的毛细管,而且还要使它们变得更细,这时就要用磙子压紧土壤
D.一种液体是否浸润某种固体,与这两种物质的性质都有关系
5.如图所示,同一房间中有a、b、c三根完全相同的玻璃试管,管内各用一段相同长度的水银柱封闭了相等质量的空气。现使a管由静止沿光滑斜面下滑;b管轻放在粗糙斜面上,之后下滑;c管以初速度v沿粗糙斜面上滑。当水银柱与玻璃管位置相对稳定时,三管内的气柱长度L1、L2、L3之间的大小关系为 (　　)
A.L1>L2>L3　　　　B.L2>L3>L1 C.L2>L1>L3　　　　D.L3>L1>L2
6.水银气压计在超失重情况下不能显示准确的气压。若某次火箭发射中携带了一个水银气压计。发射的火箭舱密封,起飞前舱内温度T0=300 K,水银气压计显示舱内气体压强为1个大气压p0。当火箭以加速度大小a=g竖直向上起飞时,舱内水银气压计示数稳定在0.6p0,已知水银气压计的示数与液柱高度成正比,如图所示。起飞时重力加速度可视为恒为g,则起飞时舱内气体的温度是 (　　)
A.250 K　　　　B.300 K　　　　C.360 K　　　　D.400 K
7.土法爆米花已成为一代人童年的美好回忆。如图所示为一个土法爆米花铁质容器,把玉米倒入容器后将盖盖紧,然后一边加热一边转动容器,同时观察容器上压强计的示数变化,当压强达到一定值时,便可打开容器,就在打开容器的瞬间,米花便爆成了。已知容器的容积为V0,外界大气压强为p0,环境的温度为T0,容器内的气体可视为理想气体,玉米需要容器内气体压强达到5p0时打开容器才可爆成米花,容器内玉米的体积忽略不计,下列说法正确的是 (　　)
A.在整个加热过程中,容器内的气体压强与摄氏温度成正比
B.在加热过程中,温度升高,单位时间内、单位面积上气体分子对器壁的作用力增大
C.当打开容器时,气体迅速膨胀,米粒内、外压强差变大,瞬间米花生成
D.要使玉米正常爆花,打开容器时容器内气体的温度需达到5T0
8.如图所示为一巨型温度计的结构原理图,利用汽缸底部高度变化反映温度变化。质量为10 kg的导热汽缸内密封一定质量的理想气体,汽缸内横截面积为100 cm2。活塞与汽缸壁间无摩擦且不漏气。环境温度为27 ℃时,活塞刚好位于汽缸正中间,整个装置静止。已知大气压为1.0×105 Pa,重力加速度g=10 m/s2。则 (　　)
A.刻度表的刻度是不均匀的
B.环境温度为27 ℃时,缸内气体的压强为1.1×105 Pa
C.能测量的最高温度为327 ℃
D.环境温度升高时,弹簧的长度将变短
9.如图所示的A、B管内封有空气,C管敞口竖直向上,K为阀门。开始时A、B、C内水银面等高,B管中封闭气体长度大于A管中封闭气体长度,A、B、C管横截面积依次减小。若在C管中沿管壁注入少许水银,三管液面上升高度分别为hA、hB、hC。若不注入水银而是打开K,使少许水银流出(A、B、C管中水银面不会降到管口下方),三管液面下降高度分别为h'A、h'B、h'C。假设以上过程中气体温度不变,以下说法正确的是 (　　)
A.hA>hB>hC　　　　B.hAh'B>h'C
二、非选择题(本题共5小题,共64分)
10.(6分)利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上,注射器内封闭一定质量的空气,下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘,托盘中放入砝码,待气体状态稳定后,记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和)。逐次增加砝码质量,采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。
回答以下问题:
(1)在实验误差允许范围内,图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线,说明在等温情况下,一定质量的气体　　　　。
A.p与V成正比　　　　　B.p与成正比
(2)若气体被压缩到V=10.0 mL,由图乙可读出封闭气体压强为　　　　Pa(保留3位有效数字)。
(3)某组同学进行实验时,一同学在记录数据时漏掉了ΔV,则在计算pV乘积时,他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而　　　　(填“增大”或“减小”)。
11.(8分)“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验方法及步骤如下:
①向1 mL的油酸中加酒精,直至总量达到500 mL;
②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液,把它一滴一滴地滴入小量筒中,当滴入100滴时,测得其体积恰好是1 mL;
③先往边长为30~40 cm的浅盘里倒入2 cm深的水,然后将爽身粉均匀地撒在水面上;
④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,待油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描下油酸膜的形状;
⑤将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,如图所示,小方格的边长为20 mm,数出轮廓范围内小方格的个数N。
根据以上信息,回答下列问题:
(1)油酸分子直径是　　　　m。(结果保留两位有效数字)
(2)在实验中,认为油酸分子在水面上形成的是单分子层,这体现的物理思想方法是　　　　。
A.等效替代法　　　　 B.类比法
C.理想模型法　　　　 D.控制变量法
(3)若某学生计算油酸分子直径的结果偏大,可能是由于　　　　。
A.油酸未完全散开
B.油酸溶液浓度低于实际值
C.计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格
D.求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数多记了10滴
12.(12分)气垫运动鞋能为脚提供缓冲保护。一运动鞋气垫内封闭着一定质量的气体(可视为理想气体),温度为T0时,压强为p0。
(1)缓慢踩压气垫,气垫内气体温度可视为不变,当气垫内气体压强变为1.25p0时,该气体的体积与原来的体积之比为多少
(2)某次跑步过程中,气垫内气体被反复压缩、扩张,最终气垫内气体恢复初始体积,温度变为1.06T0。求此时气垫内气体压强。跑步后气体的内能增大还是减小
13.(16分)水枪是孩子们喜爱的玩具,常见的气压式水枪储水罐示意图如图,从储水罐充气口充入气体,达到一定压强后,关闭充气口,扣动扳机将阀门K打开,水即从枪口喷出。若初始时水枪内气体压强为120 kPa,容积为3 L,现从储水罐充气口充入气体,充入气体的压强为100 kPa,充气过程气体温度等于环境温度27 ℃不变,充气完成后玩具水枪内的压强为240 kPa,求:
(1)充入气体的体积;
(2)当环境温度降为7 ℃时,测得其内部压强为210 kPa,试通过计算分析水枪是否漏气,如漏气,求出剩余气体与原气体质量之比。(结果保留两位有效数字)
14.(22分)如图甲所示,一水平固定放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成,汽缸中活塞Ⅰ与活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体,两活塞用长度为2L、不可伸长的轻质细线连接,活塞Ⅱ恰好位于汽缸的粗细缸连接处,此时细线拉直且无张力。现把汽缸竖立放置,如图乙所示,活塞Ⅰ在上方,稳定后活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸的粗细缸连接处的距离均为L。已知活塞Ⅰ与活塞Ⅱ的质量分别为2m、m,横截面积分别为2S、S,环境温度为T0,重力加速度大小为g,大气压强保持不变,忽略活塞与汽缸壁的摩擦,汽缸不漏气,汽缸与活塞导热性良好,不计细线的体积及缸壁厚度。
(ⅰ)缓慢升高环境温度,稳定后活塞Ⅱ再次回到汽缸的粗细缸连接处,求环境温度T及此时细线张力FT;
(ⅱ)在图乙中,若温度保持T0不变,用力缓慢上推活塞Ⅱ,使其再次回到汽缸的粗细缸连接处并保持静止,求稳定后推力FN及活塞Ⅰ到粗细缸连接处的距离x。
　
答案全解全析
1.D　温度是分子平均动能的标志,温度越高,分子的平均动能越大,分子热运动越剧烈,故热水中的分子平均动能比水蒸气中的分子平均动能小,水蒸气中的分子热运动更剧烈,故A错误,D正确;对于相同质量的题述的热水和水蒸气来说,热水变成水蒸气需要吸热,所以相同质量的40 ℃热水的内能小于110 ℃水蒸气的内能,故B错误;热水中分子的平均动能比水蒸气中分子的平均动能小,也就是热水中分子的平均速率比水蒸气中分子的平均速率小,但并不是每个分子的速率都比水蒸气中的分子速率小,故C错误。
易错警示　温度是分子平均动能的标志,温度相同,分子平均动能相同,相同物质的分子平均速率相同,不同物质的分子平均速率不同,还与分子的质量有关;分子平均速率为统计规律(只适用于大量分子),每个分子速率是无规律的,即无法确定每个分子速率大小关系。
2.C　分子间距离大于r0时,分子力表现为引力,分子从无限远靠近到距离r0处的过程中,引力做正功,分子势能减小,则在r0处分子势能最小;继续减小距离,分子力表现为斥力,分子力做负功,分子势能增大。故选C。
3.C　A到B为等温过程,温度不变,气体分子的平均速率不变,故A错误;B到C是等压过程,气体体积增大,故气体对外做功,由理想气体状态方程=C可知,气体温度升高,内能增加,所以气体吸收热量,故B错误;C到A是等容过程,气体体积不变,气体分子密集程度不变,温度降低,气体分子平均动能减小,因此压强减小,故C正确;p-V图像中,图线与横轴围成的面积代表做功大小,可知整个过程气体对外做功大于外界对气体做功,故D错误。
4.D　单晶体的各向异性是针对某些物理性质而言的,并不是所有的物理性质都表现为各向异性,故A错误;固体的原子(或者分子、离子)是在平衡位置附近振动,故B错误;如果要保存地下的水分,就要破坏土壤里的毛细管,这时就要用铲子把土壤铲松,故C错误;一种液体是否浸润某种固体,与这两种物质的性质都有关系,故D正确。
5.D　设大气压为p0,玻璃管的横截面积为S,a管由静止沿光滑斜面下滑,以水银柱为研究对象,根据牛顿第二定律可得mg sin 45°+p0S-paS=maa,对玻璃管和水银柱整体有Mg sin 45°=Maa,联立可得pa=p0;对b管,以水银柱为研究对象,根据牛顿第二定律得mg sin 45°+p0S-pbS=mab,对玻璃管和水银柱整体有Mg sin 45°-f=Mab,可得pb>p0;对c管,以水银柱为研究对象,根据牛顿第二定律得mg sin 45°+p0S-pcS=mac,对玻璃管和水银柱整体有Mg sin 45°+f=Mac,可得pcpa>pc,根据玻意耳定律pV=C和V=LS得L2解后复盘　加速运动系统中封闭气体压强的求解方法:选取与气体接触的液柱(或活塞、汽缸)为研究对象,对其进行受力分析(注意内、外气体的压力),利用牛顿第二定律列方程求解。
6.C　设当火箭以加速度大小a=g竖直向上起飞时,舱内气体压强为p2,对气压计内的水银柱,根据牛顿第二定律有p2S-mg=ma,解得p2=,设此时水银气压计内液柱高度为h,有mg=ρghS,又0.6p0=ρgh,解得m=ρhS=ρS=,所以p2=1.2p0;以舱内气体为研究对象,有p1=p0=1 atm,T1=T0=300 K,p2=1.2p0,气体发生等容变化,根据查理定律有=,解得T2=360 K,故选C。
7.BCD　以容器内的气体为研究对象,在整个加热过程中,气体的体积不变,压强与热力学温度成正比,故A错误;玉米在容器中加热,随着温度不断上升,容器内气体压强增大,单位时间内、单位面积上气体分子对器壁的作用力增大,故B正确;当打开容器时,容器内气体迅速膨胀,压强降低,米粒内、外压强差变大,瞬间米花生成,故C正确;根据查理定律有=,由题意可知,当气压p1=5p0时才可以正常爆花,解得T1=5T0,故D正确。故选B、C、D。
8.BC
思路点拨
解析　以汽缸(不包含活塞)为研究对象,对汽缸受力分析,由平衡条件可得p1S=Mg+p0S,代入数据解得缸内气体的压强为p1=1.1×105 Pa,B正确;当汽缸内气体体积最大时,设缸内气体温度为T2,压强为p2,此时对汽缸仍有p2S=Mg+p0S,可得p2=p1,可知缸内气体发生等压变化,由盖-吕萨克定律可得=,则T2==600 K,t=(600-273) ℃=327 ℃,则能测量的最高温度为327 ℃,根据ΔV=S·ΔL可知,刻度表的刻度是均匀的,A错误,C正确;以汽缸和活塞整体为研究对象,弹簧的弹力不变,弹簧的长度不变,D错误。故选B、C。
9.BC　初始时刻,三管中水银面保持水平,说明A、B、C中气压相等。在C管中注入少许水银后,假设三管中液面仍然相平,根据玻意耳定律pV=C,空气柱最短的气压增加得最多,会把水银压到其他管中,所以最后A管的液面最低,有hAp'B>p'A,末态压强越大,液面下降的高度越大,则h'A一题多解　假设在C管中注入少许水银后,B管中液面升高到与A的顶部等高,A管中的液面一定低于A管顶部,所以有hA10.答案　(1)B(2分)　(2)2.04×105(2分)　(3)增大(2分)
解析　(1)在实验误差允许范围内,图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线,说明在等温情况下,一定质量的气体p与成正比。故选B。
(2)若气体被压缩到V=10.0 mL,则有= mL-1=100×10-3 mL-1,由图乙可读出封闭气体压强为p=2.04×105 Pa。
(3)在计算pV乘积时,根据p(V0+ΔV)-pV0=pΔV可知该同学的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而增大。
11.答案　(1)4.3×10-10(3分)　(2)C(2分)　(3)AC(3分)
解析　(1)一滴油酸酒精溶液中油酸的体积为
V=× mL=2×10-11 m3
根据大于半个方格的计为一个,小于半个方格的不计的原则,可得油膜形状占据的方格数约为
N=115(格)
所以油膜的面积为
S=115×202×10-6 m2=4.6×10-2 m2
所以油酸分子的直径为
d== m=4.3×10-10 m
(2)实验中把油酸分子看作小球,认为油酸分子能够一个一个紧密排列,在水面上形成单分子油膜层,都是采用了理想模型法,C正确。故选C。
(3)计算油酸分子直径的公式是d=。油酸未完全散开,则测得的油膜面积偏小,导致油酸分子直径计算值偏大,A正确;若油酸溶液浓度低于实际值,则一滴溶液中纯油酸计算体积偏小,导致油酸分子直径计算值偏小,B错误;若计算油膜面积时,舍去了所有不足一格的方格,则测得的油膜面积偏小,导致油酸分子直径计算值偏大,C正确;若求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数多记了10滴,则导致一滴溶液体积计算值偏小,则一滴溶液中纯油酸计算体积偏小,油酸分子直径计算值偏小,D错误。故选A、C。
12.答案　(1)0.8　(2)1.06p0　增大
解析　(1)气体发生等温变化,由玻意耳定律可得p0V0=p1V1 (2分)
其中p1=1.25p0 (2分)
可得V1=0.8V0 (2分)
所以,该气体的体积与原体积之比为0.8。
(2)气体发生等容变化,由查理定律得
= (2分)
其中T2=1.06T0 (2分)
可得,此时气垫内气体压强
p2=1.06p0 (2分)
因为气体温度升高,所以跑步后气体的内能增大。
13.答案　(1)3.6 L　(2)漏气　0.94
解析　(1)以水枪内气体和充入的气体为研究对象,初始水枪内气体压强p1=120 kPa,体积V1=3 L;充入气体压强p2=100 kPa;末态压强p3=240 kPa,体积V3=3 L。气体做等温变化,由玻意耳定律得
p1V1+p2V2=p3V3 (4分)
解得充入气体的体积V2=3.6 L(2分)
(2)以充完气后所有的气体为研究对象,假设不漏气,初态压强p3=240 kPa,温度T=300 K,末态温度T'=280 K,气体体积不变,由查理定律得
= (2分)
解得p'3=224 kPa>210 kPa(2分)
所以水枪漏气。对剩余气体分析,剩余气体做等温变化,则由玻意耳定律得
p剩V3=p'3V'3 (2分)
解得当剩余气体压强为224 kPa时,其体积
V'3=2.812 5 L(2分)
所以剩余气体与原气体质量之比
==0.94 (2分)
14.答案　(ⅰ)T0　4mg　(ⅱ)2mg　L
解析　(ⅰ)图甲中,汽缸中的气体压强等于大气压,设为p0;图乙中,汽缸中的气体压强设为p1,由玻意耳定律得
p0×4SL=p1×3SL (1分)
解得p1=p0 (1分)
对两个活塞整体受力分析,有
p1S=3mg+p0S
解得p1=p0+ (1分)
又有p1=p0 (1分)
解得p0= (1分)
缓慢升高环境温度,气体做等压变化,则有
= (1分)
解得T=T0 (1分)
对活塞Ⅱ受力分析,有
p1S+mg=FT+p0S (1分)
解得此时细线张力
FT=4mg (1分)
(ⅱ)若温度保持T0不变,活塞Ⅱ再次回到汽缸连接处,假设细线仍处于张紧状态,设汽缸中气体的压强为p2,细线张力为F1,从汽缸平放到该状态,有
p0×4SL=p2×4SL (2分)
解得p2=p0 (1分)
对活塞Ⅰ由平衡条件有
p0×2S+2mg+F1=p2×2S (1分)
解得F1=-2mg
表明细线对活塞Ⅰ有向上的弹力,不符合实际,可见此时细线已松弛,即F1=0
则对活塞Ⅰ有p2=p0+ (1分)
由玻意耳定律可得
p1×3SL=p2×2Sx (2分)
又有p1=p0、p0= (1分)
代入可得x=L (1分)
对活塞Ⅱ,由平衡条件有
p2S+mg=p0S+FN(2分)
解得FN=2mg (2分)