1
14.热学
选择题:1~6 题每小题3 分,8~9 题每小题5 分,共28 分
基础巩固练
1.(2025 江苏南通一模)黑磷是重要的芯片原料,其原子按照一定的规则排列呈片状结构,
电子在同一片状平层内容易移动,在不同片状平层间移动时受到较大阻碍。则黑磷(
)
A.属于多晶体
B.没有固定的熔点
C.导电性能呈各向异性
D.没有天然的规则几何外形
2.(多选)(2023 浙江6 月选考)下列说法正确的是( )
A.热量能自发地从低温物体传到高温物体
B.液体的表面张力方向总是跟液面相切
C.在不同的惯性参考系中,物理规律的形式是不同的
D.当波源与观察者相互接近时,观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
3.(2025 江苏苏州模拟)如图甲所示,系着细棉线的铁丝环从肥皂液里取出时留下一层薄
膜,用烧热的针刺破左侧薄膜后,棉线和薄膜的形状如图乙所示。则( )
A.图甲中,两侧薄膜对棉线均没有作用力
B.图甲中,薄膜的表面层与内部分子间距离相等
C.图乙中,薄膜收缩使棉线绷紧
D.图乙中,棉线某处受薄膜作用力方向沿棉线切线方向
2
4.(2025 山东卷)分子间作用力F 与分子间距离r 的关系如图所示,若规定两个分子间距
离r 等于r0时分子势能Ep为零,则( )
A.只有r 大于r0时,Ep为正
B.只有r 小于r0时,Ep为正
C.当r 不等于r0时,Ep为正
D.当r 不等于r0时,Ep为负
5.(多选)(2024 河北卷)如图所示,水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左、右两部分,
左侧封闭一定质量的理想气体,右侧为真空,活塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连
接。汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度,弹簧的形变始终在弹性限度内且体积
忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间,后因活塞密封不严发生缓慢移动,活塞重新静
止后( )
A.弹簧恢复至自然长度
B.活塞两侧气体质量相等
C.与初始时相比,汽缸内气体的内能增加
D.与初始时相比,活塞左侧单位体积内气体分子数减少
6.(多选)(2024 新课标卷)如图所示,一定质量理想气体的循环由下面4 个过程组成:1→2
为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量),2→3 为等压过程,3→4 为绝热过程,4→1 为
等容过程。上述4 个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是(
)
3
A.1→2 过程中,气体内能增加
B.2→3 过程中,气体向外放热
C.3→4 过程中,气体内能不变
D.4→1 过程中,气体向外放热
7.(6 分)(2024 安徽卷)某人驾驶汽车从北京到哈尔滨,在哈尔滨发现汽车的某个轮胎内气
体的压强有所下降(假设轮胎内气体的体积不变,且没有漏气,可视为理想气体)。于是在
哈尔滨给该轮胎充入压强与大气压相同的空气,使其内部气体的压强恢复到出发时的压
强(假设充气过程中,轮胎内气体的温度与环境温度相同,且保持不变)。已知该轮胎内气
体的体积V0=30 L,从北京出发时,该轮胎内气体的温度t1=-3 ℃,压强p1=2.7×105 Pa。哈
尔滨的环境温度t2=-23 ℃,大气压强p0取1.0×105 Pa。求:
(1)在哈尔滨时,充气前该轮胎内气体的压强。
(2)充进该轮胎的空气体积。
综合提升练
8.(2025 浙江金丽衢十二校二模)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,阿伏加德罗常数为NA,地面大气压强是由大气的重力产生的,大小为p0,重力
加速度大小为g。由以上数据可估算( )
A.地球大气层空气分子总数为2πN A p0 R
2
Mg
B.地球大气层空气分子总数为4π N A p0 Rh
Mg
C.空气分子之间的平均距离为3√
Mgh
N A p0
4
D.空气分子之间的平均距离为
3√
Mg R
2
N A p0h
9.(2024 海南卷)用铝制易拉罐制作温度计,一透明薄吸管里有一段油柱(长度不计)粗细均
匀,吸管与罐密封性良好,罐内气体可视为理想气体,已知罐体积为330 cm3,薄吸管横截面
积为0.5 cm2,罐外吸管总长度为20 cm,当温度为27 ℃时,油柱离罐口10 cm,不考虑大气
压强变化,下列说法正确的是( )
A.若在吸管上标注等差温度值,则刻度左密右疏
B.该装置所测温度不高于31.5 ℃
C.该装置所测温度不低于23.5 ℃
D.其他条件不变,缓慢把吸管拉出来一点,则油柱离罐口距离增大
10.(7 分)(2025 海南卷)竖直放置的汽缸内,活塞横截面积S=0.01 m2,活塞质量不计,活塞
与汽缸无摩擦,最初活塞静止,缸内气体T0=300 K,V0=5×10-3 m3,大气压强p0=1×105 Pa,g
取10 m/s2。
(1)若加热活塞缓慢上升,体积变为V1=7.5×10-3 m3,求此时的温度T1。
(2)若往活塞上放m=25 kg 的重物,保持温度T0不变,求稳定之后,气体的体积V2。
11.(9 分)(2025 广东卷)如图是某铸造原理示意图。往气室注入空气增加压强,使金属液
沿升液管进入已预热的铸型室,待铸型室内金属液冷却凝固后获得铸件。柱状铸型室通
过排气孔与大气相通,大气压强p0=1.0×105 Pa,铸型室底面积S2=0.2 m2,高度h2=0.2 m,底
5
面与注气前气室内金属液面高度差H=0.15 m。柱状气室底面积S1=0.8 m2,注气前气室
内气体压强为p0,金属液的密度ρ=5.0×103 kg/m3。重力加速度g 取10 m/s2。空气可视为
理想气体,不计升液管的体积。
(1)求金属液刚好充满铸型室时,气室内金属液面下降的高度h1和气室内气体压强p1。
(2)若在注气前关闭排气孔使铸型室密封,且注气过程中铸型室内温度不变,求注气后铸
型室内的金属液高度为h3=0.04 m 时,气室内气体压强p2。
培优拔高练
12.(10 分)(2025 浙江宁波一模)如图所示,固定的直立绝热容器由上细下粗的两个圆筒拼
接而成,底部密封,顶端开口。上方细圆筒内部高度为8h,下方粗圆筒内部高度为4h,h=10
cm。其中有两个轻质且厚度不计的活塞A、B 各封闭一定质量的理想气体,分别记为气
体Ⅰ和气体Ⅱ,活塞A 绝热,活塞B 导热,均能沿筒壁无摩擦滑动。活塞A、B 的面积分别
为S 和4S,S=30 cm2。初始时,气体Ⅱ温度为T0=300 K,两个活塞到两圆筒拼接处的距离
均为h。当电阻丝缓慢加热时,两活塞缓慢滑动,最终气体Ⅱ温度升高至T1=420 K,达到
新的平衡。整个过程中,大气压强保持不变,始终为p0=1×105 Pa,活塞A 没有从细圆筒顶
部滑出,不计电阻丝体积,忽略各部分因升温或压强变化引起的形变。
6
(1)气体Ⅱ从T0缓慢升高至T1的过程中,气体Ⅰ中分子的平均速率 (选填“增
加”“不变”或“减少”);细圆筒内壁单位面积所受气体Ⅰ中分子的平均作用力
(选填“增加”“不变”或“减少”)。
(2)温度升高至T1时,求气体Ⅱ的压强p2。
(3)已知气体Ⅰ的内能与热力学温度的关系为U=1.25T(J),则气体Ⅱ从T0到T1过程中,求
气体Ⅰ吸收的热量Q。
7
参考答案
1.C 解析 黑磷的原子按照一定的规则排列呈片状结构,属于单晶体,故A 错误;黑磷属
于单晶体,有固定的熔点,故B 错误;电子在同一片状平层内容易移动,在不同片状平层间
移动时受到较大阻碍,导电性能呈各向异性,故C 正确;黑磷属于单晶体,有天然的规则几
何外形,故D 错误。
2.BD 解析 根据热力学第二定律可知热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,故
A 错误;液体的表面张力方向总是跟液面相切,故B 正确;由狭义相对论的两个基本假设
可知,在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的,故C 错误;根据多普勒效应可知
当波源与观察者相互接近时,观察者观测到波的频率大于波源振动的频率,故D 正确。
3.C 解析 题图甲中,薄膜的表面层分子间距离大于内部分子间距离,产生了表面张力,
两侧薄膜对棉线均有作用力,故A、B 错误;题图乙中,由于表面张力薄膜收缩使棉线绷紧,
棉线某处受薄膜作用力方向与棉线垂直,故C 正确,D 错误。
4.C 解析 假设两分子间距离为r0,当两分子靠近时,分子间作用力为斥力做负功,由功能
关系可知,分子势能增大,同理当两分子远离时,分子间作用力为引力做负功,分子势能也
增大,故当分子间距离为r0时分子势能最小,因此若规定分子间距离为r0时分子势能为零,
当分子间距离不为r0时,分子势能Ep为正,故选C。
5.ACD 解析 开始弹簧处于压缩状态,因活塞密封不严,可知左侧气体向右侧漏出,左侧
气体压强变小,右侧出现气体,对活塞有向左的压力,最终左、右两侧气体压强相等,且弹
簧恢复原长,故A 正确;活塞初始时静止在汽缸正中间,但由于活塞向左移动,左侧气体体
积小于右侧气体体积,因此左侧气体质量小于右侧气体质量,故B 错误;由于密闭的汽缸
绝热,与外界没有能量交换,但弹簧弹性势能减少了,可知气体的内能增加,故C 正确;初始
时气体在左侧,最终气体充满整个汽缸,则初始左侧单位体积内气体分子数应该是最终左
侧的两倍,故D 正确。
6.AD 解析 1→2 过程中,气体绝热压缩,外界对气体做功,内能增加,选项A 正确。2→3
过程中,气体等压膨胀,对外做功,温度升高,根据热力学第一定律可知,气体吸热,选项B 错
8
误。3→4 过程中,气体绝热膨胀,内能减小,选项C 错误。4→1 过程中,气体体积不变,压
强减小,温度降低,内能减小,根据热力学第一定律可知,气体放热,选项D 正确。
7.答案 (1)2.5×105 Pa
(2)6 L
解析 (1)由查理定律可知p1
T 1
= p2
T 2
其中p1=2.7×105 Pa,T1=(273-3) K=270 K,T2=(273-23) K=250 K
代入数据解得,在哈尔滨时,充气前该轮胎内气体的压强为p2=2.5×105 Pa。
(2)由玻意耳定律可知p2V0+p0V=p1V0
代入数据解得,充进该轮胎的空气体积为V=6 L。
8.C 解析 大气中的压强由大气的重力产生,即mg=p0S,而S=4πR2,地球大气层空气分子
总数为N= m
M NA,解得N=4 π R
2 p0 N A
Mg
,故A、B 错误;大气体积为V=4πR2h,则气体分子之
间的距离为d=3√
V
N =
3√
Mgh
N A p0
,故C 正确,D 错误。
9.B 解析 由盖-吕萨克定律得V 1
T 1
= V
T ,其中V1=V0+Sl1=335 cm3,T1=300
K,V=V0+Sl=330+0.5x(cm3),代入解得T=30
67
x+19 800
67
(K),根据T=t+273 K 可知t=30
67
x+
1 509
67
(℃),故若在吸管上标注等差温度值,则刻度均匀,故A 错误。当x=20 cm 时,该装
置所测的温度最高,代入解得tmax=31.5 ℃,故该装置所测温度不高于31.5 ℃,当x=0 时,该
装置所测的温度最低,代入解得tmin=22.5 ℃,故该装置所测温度不低于22.5 ℃,故B 正
确,C 错误。其他条件不变,缓慢把吸管拉出来一点,由盖-吕萨克定律可知,油柱离罐口距
离不变,故D 错误。
10.答案 (1)450 K (2)4×10-3 m3
9
解析 (1)活塞缓慢上升过程中,气体做等压变化,根据盖-吕萨克定律有V 0
T 0
= V 1
T 1
解得T1=450 K。
(2)设稳定后气体的压强为p2,根据平衡条件有p2S=p0S+mg
分析可知初始状态时气体压强与大气压相等为p0,整个过程根据玻意耳定律有p0V0=p2V2
解得V2=4×10-3 m3。
11.答案 (1)0.05 m 1.2×105 Pa
(2)1.35×105 Pa
解析 (1)由题意可知,铸型室内金属液的体积等于气室内金属液减少的体积,即h1S1=h2S2
故气室内金属液面下降的高度h1=0.05 m
分析得到气室内气体压强
p1=p0+ρg(h1+h2+H)=1.2×105 Pa。
(2)当上方铸型室液面高为h3=0.04 m 时,设下方气室内液面下降高度为h4,则
h3S2=h4S1
解得h4=0.01 m
铸型室内气体发生等温变化,由玻意耳定律有
p0h2S2=p'(h2-h3)S2
故此时铸型室内气体压强p'=1.25×105 Pa
因此此时气室内气体压强p2=p'+ρg(h3+h4+H)=1.35×105 Pa。
12.答案 (1)增加 不变
(2)1.05×105 Pa
(3)210 J
解析 (1)气体温度升高,气体分子的平均动能增加,气体分子运动的平均速率增加;对轻质
活塞A 进行分析可知,气体Ⅰ中压强大小始终等于大气压强,即气体Ⅰ中压强大小不变,
可知,细圆筒内壁单位面积所受气体Ⅰ中分子的平均作用力不变。
10
(2)设活塞B 恰好到达两圆筒拼接处时温度为T,由于活塞质量不计,各部分气体压强始终
等于大气压强。对气体Ⅱ,根据盖-吕萨克定律有3h·4 S
T 0
= 4 h·4 S
T
解得T=400 K<T1=420 K
可知,气体Ⅱ从400 K 到420 K 的过程中,体积不变,根据查理定律有p0
T = p2
T 1
解得p2=1.05×105 Pa。
(3)活塞B 导热,所以两部分气体温度相同,对于气体Ⅰ,温度从T0到T1的过程中,发生等压
变化,设T1时活塞A 到两圆筒拼接处的距离为H,根据盖-吕萨克定律有Sh+ 4 Sh
T 0
= SH
T 1
解得H=7h=70 cm
对于气体Ⅰ,发生等压变化,且气体膨胀,气体对外界做功,则有W=-p0[SH -(Sh+ 4 Sh)]
解得W=-60 J
气体Ⅰ内能增加ΔU=1.25ΔT
解得ΔU=150 J
根据热力学第一定律有ΔU=W+Q
解得Q=210 J。
