【新高考】海南2011-2020年高考物理试题分类汇编之专题14 3-3热学（ 解析卷）

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海南2011-2020年高考物理试题分类汇编解析
第14专题3-3热学
一、十年真题解析
1.（2020年第16题）
如图，圆柱形导热气缸长L0=60cm，缸内用活塞（质量和厚度均不计）密闭了一定质量的理想气体，缸底装有一个触发器D，当缸内压强达到p=1.5×105Pa时，D被触发，不计活塞与缸壁的摩擦。初始时，活塞位于缸口处，环境温度t0=27℃，压强p0=1.0×105Pa。
(1)若环境温度不变，缓慢向下推活塞，求D刚好被触发时，活塞到缸底的距离；
(2)若活塞固定在缸口位置，缓慢升高环境温度，求D刚好被触发时的环境温度。
【答案】(1)0.4m；
(2)450K
【解析】
(1)
设气缸横截面积为S；D刚好被触发时，到缸底的距离为L，根据玻意耳定律得
代入数据解得
(2)此过程为等容变化，根据查理定律得
代入数据解得
2.（2019年第15题）一定量的理想气体从状态M出发，经状态N、P、Q回到状态M，完成一个循环。从M到N、从P到Q是等温过程；从N到P、从Q到M是等容过程；其体积-温度图像（V-T图）如图所示。下列说法正确的是________。
A.
从M到N是吸热过程
B.
从N到P是吸热过程
C.
从P到Q气体对外界做功
D.
从Q到M是气体对外界做功
E.
从Q到M气体的内能减少
【答案】BCE
3.
（2019年第16题）如图，一封闭的圆柱形容器竖直放置在水平地面上，一重量不可忽略的光滑活塞将容器内的理想气体分为A、B两部分，A体积为。压强为；B体积为，压强为。现将容器缓慢转至水平，气体温度保持不变，求此时A、B两部分气体的体积。
【答案】；
4．（2018年第15题）（1）如图，一定量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状态c。a、
c两状态温度相等。下列说法正确的是
。
（填入正确答案标号。
选对1个得2分，选对2个得4分；有选错的得0分）
A.从状态b到状态c的过程中气体吸热
B.气体在状态a的内能等于在状态c的内能
C.气体在状态b的温度小于在状态a的温度
D.从状态a到状态b的过程中气体对外做正功
【解析】
A.b到c，等体积，不做功，压强减小，温度降低，放热，A错误；
B.a与c，温度相等，内能相等，B正确；
C.a到b，压强不变，体积增大，温度升高，C错误；
D.
a到b，体积增大，气体对外做功，D正确。
【答案】BD
（2）一储存氮气的容器被一绝热轻活塞分隔成两个气室A和B，活寨可无摩擦地滑动。开始时用销钉固定活塞，A中气体体积为2.5×10-4m3，温度为27℃，压强为6.0×104
Pa；B中气体体积为4.0×10-4m3，温度为-17℃，压强为2.0×104Pa。现将A中气体的温度降至-17℃，然后拔掉销钉，并保持A、B中气体温度不变，求稳定后A和B中气体的压强。
【解析】设A中气体温度降至-170时的压强为，则，设稳定后A、B中气体的压强为，则，，又，解得
2.
5.（2017年第15题）（1）关于布朗运动，下列说法正确的是_ABE______。（填入正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得3分，选对3个得4分；有选错的得0分）
A．布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动
B．液体温度越高，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈
C．在液体中的悬浮颗粒只要大于某一尺寸，都会发生布朗运动
D．液体中悬浮微粒的布朗运动使液体分子永不停息地做无规则运动
E．液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子对它的撞击作用不平衡所引起的
【答案】ABE
（2）（8分）一粗细均匀的U形管ABCD的A端封闭，D端与大气相通。用水银将一定质量的理想气体封闭在U形管的AB一侧，并将两端向下竖直放置，如图所示。此时AB侧的气体柱长度l1=25
cm。管中AB、CD两侧的水银面高度差h1=5
cm。现将U形管缓慢旋转180°，使A、D两端在上，在转动过程中没有水银漏出。已知大气压强p0=76
cmHg。求旋转后，AB、CD两侧的水银面高度差。
【解答】A中气体，
设A水银下降，则B水银上升，所以
所以
解得，AB、CD两侧的水银面高度差为1cm。
6.（2016年第15题）（1）（4分）一定量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其p–V图象如图所示。在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化。对于这两个过程，下列说法正确的是_______。（填入正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得3分，选对3个得4分；有选错的得0分）
A．气体经历过程1，其温度降低
B．气体经历过程1，其内能减小
C．气体在过程2中一直对外放热
D．气体在过程2中一直对外做功
E．气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的相同
【答案】ABE
【解析】本题考查了判断气体吸热与放热情况、气体内能如何变化，分析清楚图示图象、由理想气体状态方程与热力学第一定律即可正确解题。
15.（2）（8分）如图，密闭汽缸两侧与一U形管的两端相连，汽缸壁导热；U形管内盛有密度为ρ=7.5×102
kg/m3的液体。一活塞将汽缸分成左、右两个气室，开始时，左气室的体积是右气室的体积的一半，气体的压强均为p0=4.5×103
Pa。外界温度保持不变。缓慢向右拉活塞使U形管两侧液面的高度差h=40
cm，求此时左、右两气室的体积之比。取重力加速度大小g=10
m/s2，U形管中气体的体积和活塞拉杆的体积忽略不计。
【答案】1:1
【解析】设初始状态时汽缸左气室的体积为V01，右气室的体积为V02；当活塞至汽缸中某位置时，左、右气室的压强分别为p1、p2，体积分别为V1、V2，由玻意耳定律得
p0V01=p1V1①
p0V02=p2V2②
依题意有V01+V02=V1+V2③
由力的平衡条件有p2–p1=ρgh④
联立①②③④式，并代入题给数据得⑤
由此解得（另一解不合题意，舍去）⑥
由③⑥式和题给条件得V1:V2=1:1⑦.

7．（2015年第15题）已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R，空气平均摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为NA，地面大气压强为P0，重力加速度大小为g．由此可估算得，地球大气层空气分子总数为　　，空气分子之间的平均距离为　　．
【解析】（1）根据大气压力等于大气层中气体分子的总重力，求出大气层中气体的质量为m，根据n=求出分子数．
（2）假设每个分子占据一个小立方体，每个小立方体紧密排列，则小立方体边长即为空气分子平均间距，由几何知识求出空气分子平均间距．
解：（1）设大气层中气体的质量为m，由大气压强产生，mg=p0S，即：m=
分子数n===
（2）假设每个分子占据一个小立方体，各小立方体紧密排列，则小立方体边长即为空气分子平均间距，设为a，大气层中气体总体积为V，则
a=
而大气层的厚度h远小于地球半径R，则
V=4πR2h，
所以
a=
【答案】；
8．（2015年第16题）如图，一底面积为S、内壁光滑的圆柱形容器竖直放置在水平地面上，开口向上，内有两个质量均为m的相同活塞A和B；在A与B之间、B与容器底面之间分别封有一定量的同样的理想气体，平衡时体积均为V．已知容器内气体温度始终不变，重力加速度大小为g，外界大气压强为P0，现假设活塞B发生缓慢漏气，致使B最终与容器底面接触．求活塞A移动的距离．
【解析】分别对漏气前两部分气体分析，由理想气体状态方程可求得两部分气体混合后的体积，则可求得A下降的高度．
解：设A与B之间、B与容器底部之间的气体压强分别为P1、P2，漏气前，对A分析有：
P1=P0+，对B有P2=P1+
B最终与容器底面接触后，AB间的压强为P，气体体积为V'，则有：P=P0+
因为温度不变，对于混合气体有：
（P1+P2）?V=PV′
漏气前A距离底面的高度为h=
漏气后A距离底面的高度为h′=；
联立可得：
△h=h′﹣h=V﹣
【答案】活塞A移动的距离为V﹣．
9.（2014年第15题）（1）下列说法正确的是
A．液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部
B．单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点
C．单晶体中原子（或分子、离子）的排列具有空间周期性
D．通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体
E．液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征
（2）一竖直放置、缸壁光滑且导热的柱形气缸内盛有一定量的氮气，被活塞分隔成Ⅰ、Ⅱ两部分；达到平衡时，这两部分气体的体积相等，上部气体的压强为PⅠ0，如图（a）所示，若将气缸缓慢倒置，再次达到平衡时，上下两部分气体的体积之比为3:1，如图（b）所示。设外界温度不变，已知活塞面积为S，重力加速度大小为g，求活塞的质量。
15.
【答案】
(1)
CE
(4分。选对1个给2分，选对2个给4分;有选错的不给这4分)
【解析】
(2)
(8分)设活塞的质量为m，气缸倒置前下部气体的压强为，倒置后上下气体的压强分别为、，由力的平衡条件有
倒置过程中，两部分气体均经历等温过程，设气体的总体积为V0，由玻意耳定律得
解得
10.（2013年第15题）（1）（4分）下列说法正确的是
（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得3分.选对3个得4分;每选错I个扣2分，最低得分为0分）
A．把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，这是由于水表面存在表面张力的缘故
B．水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，这是因为油脂使水的表面张力增大的缘故
C．在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果
D．在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关
E．当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开，这是由于水膜具有表面张力的缘故
【答案】ACD
【解析】针轻放在水面上，它会浮在水面，这是由于水表面存在表面张力的缘故，A说法正确；水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，这是因为水可以浸润油脂，不可以浸润玻璃，B说法错误；在围绕地球飞行的宇宙飞船中，水滴处于完全失重状态，仅在液体表面张力的作用下有收缩为球形的趋势，C正确；在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关，D正确；当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开，这是由于玻璃板之间的空气排开后，中间没有空气，即气压为零，而两玻璃板外面存在大气压强，大气压将两块玻璃紧紧地压在一起，E错误．
（2）（8分）如图，一带有活塞的气缸通过底部的水平细管与一个上端开口的竖直管相连，气缸与竖直管的横截面面积之比为3：1，初始时，该装置的底部盛有水银；活塞与水银面之间有一定量的气体，气柱高度为l（以cm为单位）；竖直管内的水银面比气缸内的水银面高出3l/8。现使活塞缓慢向上移动11l/32，这时气缸和竖直管内的水银面位于同一水平面上，求初始时气缸内气体的压强（以cmHg为单位）
11.（2012年第17题）（2）如图，一气缸水平固定在静止的小车上，一质量为m，面积为S的活塞将一定直来那个的气体封闭在气缸内，平衡时活塞与气缸底相距L。现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动，稳定时发现活塞相对于气缸移动了距离d。已知大气压强为p0，不计气缸和活塞间的摩擦；且小车运动时，大气对活塞的压强仍可视为p0；整个过程温度保持不变。求小车加速度的大小。a
【解析】(8分)设小车加速度大小为a，稳定时气缸内气体的压强为
p1
，活
塞受到气缸内外气体的压力分别为
①
.
②
由牛顿第二定律得
③
小车静止时，在平衡情况下，气缸内气体的压强为
p0
．由玻意耳定律得P1V1=p0V
=
④
式中
V
=SL
=
⑤
V
1=S(
L-
d)
=-
⑥
联立①②③④⑤⑥式得
⑦
12.（2011年第17题）（1）（4分）关于空气湿度，下列说法正确的是???????????
（填入正确选项前的字母。选对1个给2分，选对2个给4分；选错1个扣2分，最低得0分）。
A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大
B．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小
C．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸汽的压强表示
D．空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比
（2）（8分）如图，容积为的容器内充有压缩空气。容器与水银压强计相连，压强计左右两管下部由软胶管相连。气阀关闭时，两管中水银面登高，左管中水银面上方到气阀之间空气的体积为。打开气阀，左管中水银下降；缓慢地向上提右管，使左管中水银面回到原来高度，此时右管与左管中水银面的高度差为h。已知水银的密度为，大气压强为，重力加速度为g；空气可视为理想气体，其温度不变。求气阀打开前容器中压缩空气的压强P1。
【解答】（1）BC?
A
(2)根据，解得。
二、全国高考最新真题
13.（2020年北京卷）分子力随分子间距离的变化如图所示。将两分子从相距处释放，仅考虑这两个分于间的作用，下列说法正确的是（　　）
A.
从到分子间引力、斥力都在减小
B.
从到分子力的大小先减小后增大
C.
从到分子势能先减小后增大
D.
从到分子动能先增大后减小
【答案】D
【解析】
【详解】A．从到分子间引力、斥力都在增加，但斥力增加得更快，故A错误；
B．由图可知，在时分子力为零，故从到分子力的大小先增大后减小再增大，故B错误；
C．分子势能在时分子势能最小，故从到分子势能一直减小，故C错误；
D．从到分子势能先减小后增大，故分子动能先增大后减小，故D正确。
故选D。
14.（2020年天津卷）
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
【答案】B
【解析】
【详解】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错误；
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正确，C错误；
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错误。
故选B
15.（2020年北京卷）如图所示，一定量的理想气体从状态A开始，经历两个过程，先后到达状态B和C。有关A、B和C三个状态温度和的关系，正确的是（　　）
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】
【详解】由图可知状态A到状态B是一个等压过程，根据
因为VB>VA，故TB>TA；而状态B到状态C是一个等容过程，有
因为pB>pC，故TB>TC；对状态A和C有
可得TA=TC；综上分析可知C正确，ABD错误；
故选C。
16．（2020年山东卷）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
【答案】C
【解析】
【详解】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错误；
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错误；
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正确；
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错误。
故选C。
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