2020年高考物理真题分类汇编之选修3-3热学集锦（含解析）

2020年高考物理选修3-3热学真题集锦
1.（2020·天津）水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。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M打开，水即从枪口喷出。若在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体（???
）
A.?压强变大????????????????????B.?对外界做功????????????????????C.?对外界放热????????????????????D.?分子平均动能变大
2.（2020·山东·新高考Ⅰ）一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a（V0
，
2p0）、
b（2V0
，
p0）、c（3V0
，
2p0）
以下判断正确的是（??
）
A.?气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功
B.?气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量
C.?在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量
D.?气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量
3.（2020·新课标Ⅲ）?????????
（1）如图，一开口向上的导热气缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中（?
?）
A.气体体积逐渐减小，内能增知
B.气体压强逐渐增大，内能不变
C.气体压强逐渐增大，放出热量
D.外界对气体做功，气体内能不变
E.外界对气体做功，气体吸收热量
（2）如图，两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H=18cm的U型管，左管上端封闭，右管上端开口。右管中有高h0=
4cm的水银柱，水银柱上表面离管口的距离l=
12cm。管底水平段的体积可忽略。环境温度为T1=283K。大气压强p0
=76cmHg。
（i）现从右侧端口缓慢注入水银（与原水银柱之间无气隙），恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱的高度为多少？
（ii）再将左管中密封气体缓慢加热，使水银柱上表面恰与右管口平齐，此时密封气体的温度为多少？
4.（2020·山东·新高考Ⅰ）中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为450
K，最终降到300
K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的
。若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的
，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。
5.（2020·新课标Ⅱ）?
（1）下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有________，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有________。（填正确答案标号）
A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低
C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响
D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
（2）潜水钟是一种水下救生设备，它是一个底部开口、上部封闭的容器，外形与钟相似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气，以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便，将潜水钟简化为截面积为S、高度为h、开口向下的圆筒；工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为H的水下，如图所示。已知水的密度为ρ，重力加速度大小为g，大气压强为p0
，
H
h，忽略温度的变化和水密度随深度的变化。
⑴求进入圆筒内水的高度l；
⑵保持H不变，压入空气使筒内的水全部排出，求压入的空气在其压强为p0时的体积。
6.（2020·新课标Ⅰ）????????
（1）分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示，r=
r1时，F=0。分子间势能由r决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O，另一分子从距O点很远处向O点运动，在两分子间距减小到r2的过程中，势能________（填“减小“不变”或“增大”）；在间距由r2减小到r1的过程中，势能________
（填“减小”“不变”或“增大”）；在间距等于r1处，势能________（填“大于”“等于”或“小于”）零。
（2）甲、乙两个储气罐储存有同种气体（可视为理想气体）。甲罐的容积为V，罐中气体的压强为p；乙罐的容积为2V，罐中气体的压强为
。现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去，两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变，调配后两罐中气体的压强相等。求调配后：
（i）两罐中气体的压强；
（ii）甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。
7.（2020·江苏）[选修3-3]
（1）玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体。下列关于玻璃的说法正确的有（??
）
A.没有固定的熔点
B.天然具有规则的几何形状
C.沿不同方向的导热性能相同
D.分子在空间上周期性排列
（2）一瓶酒精用了一些后，把瓶盖拧紧，不久瓶内液面上方形成了酒精的饱和汽，此时________（选填“有”或“没有”）酒精分子从液面飞出。当温度升高时，瓶中酒精饱和汽的密度________（选填“增大”“减小”或“不变”）。
（3）一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其
图象如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q。
答案解析部分
1.【答案】
B
【解析】A．随着水向外喷出，气体的体积增大，由于温度不变，根据
恒量
可知气体压强减小，A不符合题意；
BC．由于气体体积膨胀，对外界做功，根据热力学第一定律
气体温度不变，内能不变，一定从外界吸收热量，B符合题意，C不符合题意；
D．温度是分子平均动能的标志，由于温度不变，分子的平均动能不变，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】改变物体的内能有两种方式，一种是做功，外界对物体做功物体的内能增加，物体对外界做功物体的内能减小，第二种是热传递，热量向外界传递，物体的内能减小，热量由外界传向物体，物体的内能增加。
2.【答案】
C
【解析】A．根据气体做功的表达式
可知
图线和体积横轴围成的面积即为做功大小，所以气体在
过程中对外界做的功等于
过程中对外界做的功，A不符合题意；
B．气体从
，满足玻意尔定律
，所以
所以
，根据热力学第一定律
可知
气体从
，温度升高，所以
，根据热力学第一定律可知
结合A选项可知
所以
过程气体吸收的热量大于
过程吸收的热量，B不符合题意；
C．气体从
，温度降低，所以
，气体体积减小，外界对气体做功，所以
，根据热力学第一定律可知
，放出热量，C符合题意；
D．理想气体的内能只与温度有关，根据
可知从
所以气体从
过程中内能的减少量等于
过程中内能的增加量，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】对于P-V图像，从图中得到气体处在某种状态的压强和体积，根据理想气体物态方程求解气体的温度即可。
3.【答案】
（1）B,C,D
（2）解：（i）设密封气体初始体积为V1
，
压强为p1
，
左、右管的截面积均为S，密封气体先经等温压缩过程体积变为V2
，
压强变为p2.由玻意耳定律有
设注入水银后水银柱高度为h，水银的密度为ρ，按题设条件有
，
，
联立以上式子并代入题给数据得h=12.9cm；
（ii）密封气体再经等压膨胀过程体积变为V3
，
温度变为T2
，
由盖一吕萨克定律有
按题设条件有
代入题给数据得T2=363K
【解析】（1）A．理想气体的内能与温度之间唯一决定，温度保持不变，所以内能不变。A不符合题意；
B．由理想气体状态方程
，可知体积减少，温度不变，所以压强增大。因为温度不变，内能不变。B符合题意；
CE．由理想气体状态方程
，可知体积减少，温度不变，所以压强增大。体积减少，外接对系统做功，且内能不变，由热力学第一定律
可知，系统放热。C符合题意；E不符合题意。
D．体积减少，外接对系统做功。理想气体的内能与温度之间唯一决定，温度保持不变，所以内能不变。D符合题意。
故答案为：BCD。
【分析】（1）利用热力学第一定律
?U=Q-W求解气体内能的变化即可，其中Q气体的吸热，W是气体对外界做的功；
（2）气体做等温变化，结合气体初状态和末状态的压强和体积，利用波意尔定律列方程求解末状态的体积；气体做等压变化，结合气体初状态和末状态的体积和温度，利用盖—吕萨克定律列方程求解末状态的温度即可。
4.【答案】
解：设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1
，
温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2
，
罐的容积为V0
，
由题意知p1=p0、T1=450
K、V1=V2、T2=300
K、V2=20V0/21???
①
由理想气体状态方程得
???????????
②
代入数据得p2=0.7p0
③
对于抽气罐，设初态气体状态参量分别为p3、V3
，
末态气体状态参量分别为p4、V4
，
罐的容积为
，由题意知p3=p0、V3=
、p4=p2
④
由玻意耳定律得
???????????
⑤
联立②⑤式，代入数据得
???????????
⑥
设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知
???????????
⑦
故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为
???????????
⑧
联立②⑤⑦⑧式，代入数据得
???????????
⑨
【分析】气体做等温变化，结合气体初状态和末状态的压强和体积，利用波意尔定律列方程求解末状态的体积，结合初状态的体积求解体积的变化量，进而求解质量的变化量与原质量的比值。
5.【答案】
（1）B；C
（2）⑴解：设潜水钟在水面上方时和放入水下后筒内气体的体积分别为V0和V1
，
放入水下后筒内气体的压强为p1
，
由玻意耳定律和题给条件有p1V1=
p0V0???
①
V0=hS???
②
V1=（h–l）S???
③
p1=
p0+
ρg（H–l）???
④
联立以上各式并考虑到H
h，h
>l，解得
???
⑤
⑵设水全部排出后筒内气体的压强为p2；此时筒内气体的体积为V0
，
这些气体在其压强为p0时的体积为V3
，
由玻意耳定律有p2V0=
p0V3
⑥
其中p2=
p0+
ρgH???
⑦
设需压入筒内的气体体积为V，依题意V
=
V3–V0
⑧
联立②⑥⑦⑧式得
???
⑨
【解析】（1）A．燃烧汽油产生的内能一方面向机械能转化，同时热传递向空气转移。既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律；
B．冷水倒入保温杯后，没有对外做功，同时也没有热传递，内能不可能减少，故违背热力学第一定律；
C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，必然产生其他影响故违背热力学第二定律；
D．制冷机消耗电能工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，发生了内能的转移，同时对外界产生了影响。既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。
【分析】（1）热力学第一定律即能量守恒定律，即能量不会凭空产生，热力学第二定律说明，在自然状态下，热量是由高温物体传向低温物体，不能自发的逆向传递；
（2）气体做等温变化，结合气体初状态和末状态的压强和体积，利用波意尔定律列方程求解末状态的体积，做差求解水的体积，除以底面积即为高度；
气体做等温变化，结合气体初状态和末状态的压强和体积，利用波意尔定律列方程求解末状态的体积即可。
6.【答案】
（1）减小；减小；小于
（2）解：（i）气体发生等温变化，对甲乙中的气体，可认为甲中原气体有体积V变成3V，乙中原气体体积有2V变成3V，则根据玻意尔定律分别有
，
则
则甲乙中气体最终压强
（ii）若调配后将甲气体再等温压缩到气体原来的压强为p，则
计算可得
由密度定律可得，质量之比等于
【解析】（1）从距
点很远处向
点运动，两分子间距减小到
的过程中，分子间体现引力，引力做正功，分子势能减小；在
的过程中，分子间仍然体现引力，引力做正功，分子势能减小；在间距等于
之前，分子势能一直减小，取无穷远处分子间势能为零，则在
处分子势能小于零。
【分析】（1）分子力与移动方向相同，分子力做正功，势能减小，方向相反，分子力做负功，分子势能增加；
（2）气体做等温变化，结合气体初状态和末状态的压强和体积，利用波意尔定律列方程求解末状态的压强即可；
利用波意尔定律列方程求解现有气体压缩到原来压强时的体积，求解质量的比值即为求解体积的比值。
7.【答案】
（1）A,C
（2）有；增大
（3）解：根据
图像可知状态A和状态C温度相同，内能相同；故从A经B到C过程中气体吸收的热量等于气体对外所做的功。根据图像可知状态A到状态B为等压过程，气体对外做功为
状态B到状态C为等容变化，气体不做功；A经B到C过程中气体吸收的热量为
【解析】（1）根据非晶体的特点可知非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体。它没有一定规则的外形。它的物理性质在各个方向上是相同的，叫“各向同性”。它没有固定的熔点。故答案为：AC。（2）形成饱和气后，酒精还是会蒸发，只是液体里跑到气体中的分子和气体中的分子跑到液体里的速度一样快，整体来看是不变的。即此时仍然会有酒精分子从液面飞出；温度升高使气体分子的动能增大，离开液体表面的气体分子更多，饱和汽密度增大。
【分析】（1）固体分为晶体和非晶体，晶体具有熔点，非晶体没有熔点，晶体分为单晶体和多晶体，都具有熔点，但是单晶体各向异性，多晶体各向同性，非晶体没有熔点，各向同性；
（2）分子在永不停息的做无规则运动，温度越高，分子运动越剧烈；
（3）利用热力学第一定律
?U=Q-W求解气体吸收的热量，其中
?U气体内能的变化，W是气体对外界做的功。
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