第九、十章　固体、液体和物态变化+热力学定律 单元测试卷 Word版含解析

(第九、十章)
(90分钟　100分)
一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分)
1.(多选)关于固体、液体,下列说法正确的是 (　　)
A.同种物质可以以晶体和非晶体两种不同的形态出现
B.使未饱和汽变成饱和汽,可采用升高温度的方法
C.液晶的特点与生物组织的特点正好吻合,在多种人体组织中都发现了液晶结构
D.一些昆虫之所以能停在水面上,是因为它们受到水的浮力等于昆虫的重力
E.相对湿度反映了空气中水蒸气含量接近饱和的程度
【解析】选A、C、E。同种物质可以以晶体和非晶体两种不同的形态出现,如水晶和玻璃,A正确;温度升高,实际气压不变,饱和汽压增大,B错误;液晶的特点与生物组织的特点正好吻合,在多种人体组织中都发现了液晶结构,符合客观事实,C正确;一些昆虫之所以能停在水面上,是因为它们受到水的表面张力的作用,D错误;相对湿度是空气中水蒸气的实际压强与该温度下水的饱和汽压之比,所以反映了空气中水蒸气含量接近饱和的程度,E正确。故选A、C、E。
2.某同学用橡皮塞塞紧饮料瓶,并用打气筒向饮料瓶内打气,装置如图所示。当压强增大到一定程度时,橡皮塞冲出,发现饮料瓶内壁中有水蒸气凝结,产生这一现象的原因是饮料瓶中气体 (　　)
A.体积增大,压强减小　　　　B.动能增大,温度升高
C.对外做功,温度降低 D.质量减少,温度降低
【解析】选C。由题意知,因瓶内气体膨胀,对外界做功,故橡皮塞冲出,W<0。又因时间很短,可得吸放热Q≈0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,得ΔU<0,所以内能减小,温度降低,故选C。
3.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由汽缸和活塞组成。开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示。在此过程中,若缸内气体与外界无热交换,忽略气体分子间相互作用,则缸内气体 (　　)
A.对外做正功,分子的平均动能减小
B.对外做正功,内能增大
C.对外做负功,分子的平均动能增大
D.对外做负功,内能减小
【解析】选A。气体膨胀对外做正功,而缸内气体与外界无热交换,由热力学第一定律知,其内能一定减小,温度降低,故分子的平均动能减小,A正确,B、C、D错误。故选A。
4.(多选)(2020·太原高二检测)气闸舱是空间站中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置,其原理如图所示,座舱A与气闸舱B间装有阀门K,A中充满空气,B内为真空,航天员由太空返回B时将B封闭,打开阀门K,A中的气体进入B中,最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换,舱内气体可视为理想气体,不考虑航天员的影响,则此过程中 (　　)
A.气体对舱壁做功,内能减小
B.气体分子的平均动能不变
C.气体温度不变,压强减小
D.气体分子在单位时间内对A舱壁单位面积碰撞的次数减少
E.一段时间后,A内气体的密度可能自发地恢复到原来的密度
【解析】选B、C、D。气体自由扩散,没有对外做功,又因为整个系统与外界没有热交换,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知内能不变,A错误;因内能不变,而理想气体的内能只跟温度有关,所以温度不变,温度是分子平均动能的标志,所以气体分子的平均动能不变,B正确;因为气闸舱内为真空,根据玻意耳定律pV=C可知扩散后,体积V增大,压强p减小,所以气体的密集程度减小,根据气体压强的微观意义可知气体分子单位时间对A舱壁单位面积碰撞的次数将减少,C、D正确;根据熵增加原理可知一切宏观热现象均具有方向性,故A内气体的密度不可能自发地恢复到原来的密度,E错误。故选B、C、D。
5.(多选)下列说法正确的是 (　　)
A.一切晶体的光学和力学性质都是各向异性的
B.脱脂棉脱脂的目的,在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润,以便吸取药液
C.在完全失重的宇宙飞船中,水的表面存在表面张力
D.一切与热现象有关的宏观自然过程都是可逆的
【解析】选B、C。单晶体表现为各向异性,多晶体表现为各向同性,A错误;脱脂棉脱脂的目的在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润,以便吸取药液,B正确;液体表面层内分子较为稀疏,分子力表现为引力,故在完全失重的宇宙飞船中,水的表面依然存在表面张力,C正确;根据热力学第二定律可知,一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的,D错误。故选B、C。
6.如图所示是一定质量的理想气体从状态A经B至C的p-图象,则在此过程中 (　　)
A.气体的内能改变　　　　B.气体的体积增大
C.气体向外界放热 D.气体对外界做功
【解析】选C。由题图可以看出,图象延长线过原点,所以A→B→C的变化过程为等温变化,内能不变,A错误;因为在此过程中,气体体积是变小的,所以外界对气体做功,B、D错误;又因为气体内能不变,由热力学第一定律可知气体向外界放热,C正确。故选C。
7.在如图所示的柱形容器内封有一定质量的密闭气体,光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热材料制成。另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上,并随活塞一起到达最低点B而静止。在这一过程中,密闭气体内能的改变量ΔU、外界对密闭气体所做的功W与物体和活塞的重力势能的变化关系是(　　).
A.Mgh+mgΔh=ΔU+W
B.ΔU=W,W=Mgh+mgΔh
C.ΔU=W,WD.ΔU≠W,W=Mgh+mgΔh
【解析】选C。因活塞和容器用良好的隔热材料制成,容器内的密闭气体与外界无热交换,Q=0,所以ΔU=W;但由于物体和活塞碰撞时损失一部分机械能,因此有W8.(多选)下列说法中正确的是 (　　)
A.在一定温度下,同种液体的饱和汽的密度及压强是一定的
B.饱和汽近似地遵守理想气体实验定律
C.在潮湿的天气里,空气的相对湿度大,水蒸发得慢,所以洗了的衣服不容易晾干
D.在绝对湿度相同的情况下,夏天比冬天的相对湿度大
【解析】选A、C。在一定温度下,同种液体的饱和汽密度及压强不变,A正确;饱和汽随温度而变化,并非一定质量的理想气体,不遵从理想气体定律,B错误;相对湿度越大,水蒸发得越慢,C正确;在绝对湿度相同的情况下,夏天温度高,饱和汽压大,相对湿度小, D错误。
【加固训练】
　　(多选)下列关于湿度的说法中正确的是(　　)
A.不同温度下,水的绝对湿度不同,而相对湿度相同
B.在绝对湿度不变而降低温度时,相对湿度增大
C.相对湿度越小,人感觉越舒服
D.相对湿度反映了空气中水蒸气含量接近饱和的程度
【解析】选B、D。不同温度下,水的绝对湿度可以相同,A错;降低温度,水的饱和汽压减小,绝对湿度不变的条件下,相对湿度增大,B对;相对湿度越小表示空气越干燥,相对湿度越大,表示空气越潮湿,太干燥或太潮湿,人都会感觉不舒服,所以C错;相对湿度是空气中水蒸气的实际压强与该温度下水的饱和汽压之比,所以它反映了水蒸气含量接近饱和的程度,D对。
9.(多选)关于液体的性质,以下说法正确的是 (　　)
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
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
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,这是水膜具有表面张力的缘故
【解析】选A、C、D。针会浮在水面这是由于水表面存在表面张力,选项A正确;水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠,这是不浸润的结果,而干净的玻璃板上不能形成水珠,这是浸润的结果,选项B错误;在围绕地球飞行的宇宙飞船中,水滴失重在表面张力作用下自由飘浮呈球形,选项C正确;在毛细现象中,因液体的种类和毛细管的材质不同,有的浸润而升高,有的不浸润而降低,选项D正确;玻璃板很难被拉开是由于分子引力的作用,选项E错误。
10.(多选)关于热学知识的下列叙述中正确的是 (　　)
A.温度降低,物体内所有分子运动的速度不一定都变小
B.布朗运动就是液体分子的热运动
C.石英、明矾、食盐、玻璃是晶体,蜂蜡、松香、橡胶是非晶体
D.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
E.在绝热条件下压缩气体,气体的内能一定增加
【解析】选A、D、E。温度是分子平均动能变化的标志。温度降低,分子平均动能减小,但是个别分子速度不一定都变小,故A正确;布朗运动是悬浮在液体中固体微粒的运动,不是液体分子的热运动,固体微粒运动的无规则性,反映了液体分子运动的无规则性,故B错误;玻璃是非晶体,故C错误;第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反了物理过程的方向性,所以制造不出来,D正确;改变物体内能的两种方式是热传递和做功,在绝热条件下压缩气体,对气体做正功,气体与外界没有热交换,气体的内能一定增加,故E正确。
11.不同温度下水的饱和汽压如表所示,由表中数据能确定天气最干燥的是 (　　)
不同温度下水的饱和汽压(单位:毫米汞柱)
t/℃ -5 0 5 10 20 30
ps 3.16 4.58 6.54 9.21 17.54 31.82
A.天气温度为-5 ℃,绝对湿度为2毫米汞柱
B.天气温度为0 ℃,绝对湿度为3毫米汞柱
C.天气温度为10 ℃,绝对湿度为3毫米汞柱
D.天气温度为20 ℃,绝对湿度为10毫米汞柱
【解析】选C。选项A中相对湿度B1=×100%≈63.3%;选项B中相对湿度B2=×100%≈65.5%;选项C中相对湿度B3=×100%≈32.6%;选项D中相对湿度B4=×100%≈57.0%,而相对湿度越小,天气越干燥,所以选C。
12. (多选)一定量的理想气体从状态a开始,经历三个过程ab、bc、ca回到原状态,其p -T图象如图所示。下列判断正确的是 (　　)
A.过程ab中气体一定吸热
B.过程bc中气体既不吸热也不放热
C.过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D.a、b和c三个状态中,状态a分子的平均动能最小
E.b和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
【解析】选A、D、E。过程ab,理想气体等容变化,温度升高,理想气体的内能增大,气体一定吸热,选项A正确;过程bc,理想气体等温变化,压强减小,容器壁单位面积单位时间内受到分子撞击的次数减少,而体积变大,气体对外做功,气体一定吸热,选项B错误,选项E正确;过程ca,理想气体的压强不变,温度降低,内能减小,体积减小,外界对气体做功,气体对外放出的热量大于外界对气体做的功,选项C错误;根据上述三过程可知:在a、b、c三个状态中,状态a的温度最低,根据温度是分子平均动能的标志,知其分子的平均动能最小,选项D正确。
二、计算题(本大题共4小题,共40分。要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. (8分)在“匚”形铁丝框架上有一可以自由滑动的细铁丝ab,如图所示,铁丝长L=20 cm,框上布着液膜。使液膜表面积增加ΔS=200 cm2,需要做多少功?(液体表面在单位长度上的表面张力α=7.2×10-4 N/m,摩擦可以不计)
【解析】液膜形成表面张力,使液膜有收缩趋势,要使液膜增大,必须是外力克服表面张力做功。 (2分)
由于液膜是两个液面,所以作用在ab铁丝上的表面张力F=αL×2=2αL, (3分)
克服表面张力做功
W=Fx=2αL×=αΔS=1.44×10-5 J。 (3分)
答案:1.44×10-5 J
14. (10分)如图所示为一汽缸内封闭的一定质量的气体的p-V图象,当该系统从状态a沿过程a→c→b到达状态b时,有335 J的热量传入系统,系统对外界做功 126 J,求:
(1)若沿a→d→b过程,系统对外做功42 J,则有多少热量传入系统?
(2)若系统由状态b沿曲线过程返回状态a时,外界对系统做功84 J,问系统是吸热还是放热?热量传递是多少?
【解析】(1)沿a→c→b过程,由热力学第一定律
ΔU=W+Q=(-126+335) J=209 J(2分)
沿a→d→b过程,
由热力学第一定律ΔU=W'+Q', (2分)
得Q'=ΔU-W'=209 J-(-42) J=251 J(1分)
即有251 J的热量传入系统。
(2)因为由a→b,ΔU=209 J(1分)
所以由b→a,ΔU'=-ΔU=-209 J(1分)
由热力学第一定律ΔU'=W″+Q″ (1分)
得Q″=ΔU'-W″=(-209-84) J=-293 J(2分)
负号说明系统放出热量。
答案:(1)251 J　(2)放热　293 J
15.(10分)某压力锅结构如图所示。盖好密封锅盖,将压力阀套在出气孔上,给压力锅加热,当锅内气体压强达到一定值时,气体就把压力阀顶起。假定在压力阀被顶起时,停止加热。
(1)假定在一次放气过程中,锅内气体对压力阀及外界做功1 J,并向外界释放了2 J的热量,锅内原有气体的内能如何变化?变化了多少?
(2)已知大气压强p随海拔高度H的变化满足p=p0(1-αH),其中常数α>0。结合气体实验定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅,当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同?
【解析】(1)根据热力学第一定律ΔU=W+Q, (1分)
气体对外做功,W=-1 J; (1分)
气体向外放热,热量为负,Q=-2 J, (1分)
则有ΔU=W+Q=-3 J,负号表示内能减少,锅内原有气体内能减少,减少了3 J。 (1分)
(2)由p=p0(1-αH)(其中α>0),随着海拔高度的增加,大气压强减小;锅内气体压强
p1=p+=p0(1-αH)+, (2分)
随着海拔高度的增加,压力阀被顶起时锅内气体压强减小;根据查理定律==C (2分)
可知,压力阀被顶起时锅内气体温度随着海拔高度的增加而降低。 (2分)
答案:(1)减少　3 J
(2)温度随着海拔高度的增加而降低
16.(12分)如图所示,一个质量为m的T形活塞在汽缸内封闭一定量的理想气体,活塞体积可忽略不计,距汽缸底部h0处连接一U形细管(管内气体的体积忽略不计),细管内装有一定量水银,初始时,封闭气体温度为T0,活塞距离汽缸底部为1.5h0,U形管两边水银柱存在高度差。已知水银密度为ρ,大气压强为p0,汽缸横截面积为S,活塞竖直部分高为1.2h0,重力加速度为g。
(1)通过制冷装置缓慢降低气体温度,当温度为多少时两边水银面恰好相平?
(2)从开始至两水银面恰好相平的过程中,若气体放出的热量为Q,求气体内能的变化。
【解析】(1)初态时,对活塞受力分析,可求汽缸内气体
p1=p0+　V1=1.5h0S　T1=T0 (2分)
要使两边水银面相平,汽缸内气体的压强p2=p0
此时活塞下端一定与汽缸底接触,
V2=1.2h0S (1分)
设此时温度为T2,由理想气体状态方程有
= (1分)
解得T2=。 　(2分)
(2)从开始至活塞竖直部分恰与汽缸底接触,气体压强不变,外界对气体做功
W=p1ΔV=×0.3h0S (2分)
由热力学第一定律有ΔU=W-Q (2分)
解得ΔU=0.3h0S-Q。 (2分)
答案:(1)　(2)0.3h0S-Q