2014-2019全国卷1热学选考真题(及答案)

2014-2019全国卷1“热学”选考题汇编14、33.[物理──选修3-3](15分)(1)(6分)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图像如图所示。下列判断正确的是。(填正确答案标号。选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分。每选错1个扣3分，最低得分为0分)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(2)(9分)一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形气缸内，气缸壁导热良好，活塞可沿气缸壁无摩擦地滑动。开始时气体压强为p，活塞下表面相对于气缸底部的高度为h，外界的温度为T0。现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面，沙子倒完时，活塞下降了h/4。若此后外界的温度变为T，求重新达到平衡后气体的体积。已知外界大气的压强始终保持不变，重力加速度大小为g。15、33．[物理——选修3－3](15分)(1)(5分)下列说法正确的是——(填正确答案标号。选对l个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分)A．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体B．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学地质C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体E．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变(2)(10分)如图，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞。已知大活塞的质量为m1=2.50kg，横截面积为s1=80.0cm2；小活塞的质量为m2=1.50kg，横截面积为s2=40.0cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l=40.0cm；汽缸外大气的压强为p=1.00×105Pa，温度为T=303K。初始时大活塞与大圆筒底部相距l/2，两活塞问封闭气体的温度为T1=495K。现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移。忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10m／s2。求(i)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，缸内封闭气体的温度；(ii)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强。16、[物理——选修3-3]（15分）(1)(5分)关于热力学定律，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4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分为0分）A．气体吸热后温度一定升高B．对气体做功可以改变其内能C．理想气体等压膨胀过程一定放热D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡(2)(10分)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差p与气泡半径r之间的关系为2pr，其中0.070N/m。现让水下10m处一半径为0.50cm的气泡缓慢上升。已知大气压强501.010Pap，水的密度331.010kg/m，重力加速度大小210m/sg。(i)求在水下10m处气泡内外的压强差；(ii)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。17、33．[物理——选修3–3]（15分）（1）（5分）氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。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4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）A．图中两条曲线下面积相等B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C．图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形D．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目E．与0℃时相比，100℃时氧气分子速率出现在0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大（2）（10分）如图，容积均为V的汽缸A、B下端有细管（容积可忽略）连通，阀门K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3；B中有一可自由滑动的活塞（质量、体积均可忽略）。初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部；关闭K2、K3，通过K1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27℃，汽缸导热。（i）打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；（ii）接着打开K3，求稳定时活塞的位置；（iii）再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20℃，求此时活塞下方气体的压强。18、33．[物理—选修3-3]（15分）（1）（5分）如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e，对此气体，下列说法正确的是（选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分：每选错1个扣3分，最低得分为0分）。A．过程①中气体的压强逐渐减小B．过程②中气体对外界做正功C．过程④中气体从外界吸收了热量D．状态c、d的内能相等E．状态d的压强比状态b的压强小（2）（10分）如图，容积为V的汽缸由导热材料制成，面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分，汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连，细管上有一阀门K。开始时，K关闭，汽缸内上下两部分气体的压强均为p0，现将K打开，容器内的液体缓慢地流入汽缸，当流入的液体体积为8V时，将K关闭，活塞平衡时其下方气体的体积减小了6V，不计活塞的质量和体积，外界温度保持不变，重力加速度大小为g。求流入汽缸内液体的质量。19、[物理—选修3-3]13.某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度__________（填“高于”“低于”或“等于”）外界温度，容器中空气的密度__________（填“大于”“小于”或“等于”）外界空气的密度。【答案】(1).低于(2).大于【解析】【详解】由题意可知，容器与活塞绝热性能良好，容器内气体与外界不发生热交换，故0Q，但活塞移动的过程中，容器内气体压强减小，则容器内气体正在膨胀，体积增大，气体对外界做功，即0W，根据热力学第一定律可知：0UQW，故容器内气体内能减小，温度降低，低于外界温度。最终容器内气体压强和外界气体压强相同，根据理想气体状态方程：PVnRT又mV，m为容器内气体质量联立得：PmnRT取容器外界质量也为m的一部分气体，由于容器内温度T低于外界温度，故容器内气体密度大于外界。故本题答案为：低于；大于。14.热等静压设备广泛用于材料加工中。该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改部其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为013m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106Pa；室温温度为27℃。氩气可视为理想气体。（1）求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；（2）将压入氩气后的炉腔加热到1227℃，求此时炉腔中气体的压强。【答案】（1）73.210Pa（2）81.610Pa【解析】【详解】（1）设初始时每瓶气体的体积为0V，压强为0p；使用后气瓶中剩余气体的压强为1p，假设体积为0V，压强为0p的气体压强变为1p时，其体积膨胀为1V，由玻意耳定律得：0011pVpV被压入进炉腔的气体在室温和1p条件下的体积为：10VVV设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为2p，体积为2V，由玻意耳定律得：22110pVpV联立方程并代入数据得：723.210Pap（2）设加热前炉腔的温度为0T，加热后炉腔的温度为1T，气体压强为3p，由查理定律得：3210ppTT联立方程并代入数据得：831.610Pap2014、33.[物理──选修3-3](15分)(1)(6分)ADE(2)(9分)解：设气缸的横截面积为S，沙子倒在活塞上后，对气体产生的压强为Δp，由玻意耳定律得phS=(p+Δp)(h-41h)S①解得Δp=31p②外界的温度变为T后，设活塞距底面的高度为h′。根据盖—吕萨克定律，得041TShh=TSh③解得h′=043TTh④据题意可得Δp=Smg⑤气体最后的体积为V=Sh′⑥联立②④⑤⑥式得V=049pTmghT⑦2015、33．[物理——选修3－3](15分)(1)BCD(2)(i)设初始时气体体积为V1，在大活塞与大圆筒底部刚接触时，缸内封闭气体的体积为V2，温度为T2。由题给条件得V1=s2(l－12)+s1(l2)①V2=s2l②在活塞缓慢下移的过程中，用P1表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得s1(p1－p)=m1g+m2g+s2(p1－p)③故缸内气体的压强不变。由盖一吕萨克定律有2211TVTV④联立①②④式并代人题给数据得T2=330K⑤(ii)在大活塞与大圆筒底部刚接触时，被封闭气体的压强为Pl。在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中，被封闭气体的体积不变。设达到热平衡时被封闭气体的压强为p’，由查理定律，有21TpTp⑥联立③⑤⑥式并代入题给数据得P′=1.01×105Pa⑦2016、三、选修3-3(1)BDE气体内能的改变UQW，故对气体做功可改变气体内能，B选项正确；气体吸热为Q，但不确定外界做功W的情况，故不能确定气体温度变化，A选项错误；理想气体等压膨胀，0W，由理想气体状态方程PVnRT，P不变，V增大，气体温度升高，内能增大。由UQW，气体过程中一定吸热，C选项错误；由热力学第二定律，D选项正确；根据平衡性质，E选项正确；(2)(2)水下10m处气泡的压强差是28Pa，气泡在接近水面时的半径与原来半径之比为321。（i）由公式2Pr得，320.070Pa=28Pa510P，水下10m处气泡的压强差是28Pa。（ii）忽略水温随水深的变化，所以在水深10m处和在接近水面时气泡内温度相同。由理想气体状态方程PVnRT，得1122PVPV①其中，31143Vr②，32243Vr③由于气泡内外的压强差远小于水压，气泡内压强可近似等于对应位置处的水压，所以有5351010110Pa+1101010210Pa=2PPghP④20PP⑤将②③④⑤带入①得，33010244233PrPr，33122rr，32121.3rr2017、33.（15分）（1）ABC（2）答：（i）设打开K2后，稳定时活塞上方气体的压强为p1，体积为V1。依题意，被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。由玻意耳定律得011pVpV①01(3)(2)pVpVV②联立①②式得12VV③102pp④（ii）打开K3后，由④式知，活塞必定上升。设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2（22VV）时，活塞下气体压强为p2由玻意耳定律得022(3)pVpV⑤由⑤式得2023VppV⑥由⑥式知，打开K3后活塞上升直到B的顶部为止；此时p2为2032pp（iii）设加热后活塞下方气体的压强为p3，气体温度从T1=300K升高到T2=320K的等容过程中，由查理定律得3212ppTT⑦将有关数据代入⑦式得p3=1.6p0⑧2018、33．（1）BDE（2）设活塞再次平衡后，活塞上方气体的体积为V1，压强为p1；下方气体的体积为V2，压强为p2，在活塞下移的过程中，活塞上下方气体的温度均保持不变。由玻意耳定律得0112VppV①0222VppV②由已知条件得1132