專題15、選修3-3、熱力學綜合（2010-2019）

題型一、分子動理論和氣體壓強

題型二、油膜法測分子直徑

題型三、理想氣體狀態方程與熱力學第一定律

題型四、液柱模型

題型五、氣缸模型

題型一、分子動理論和氣體壓強

1.（2019全國1）下列說法正確的是

A.溫度標志著物體內大量分子熱運動的劇烈程度

B.內能是物體中所有分子熱運動所具有的動能的總和

C.氣體壓強僅與氣體分子的平均動能有關

D.氣體膨脹對外做功且溫度降低，分子平均動能可能不變

2.（2018北京）關于分子動理論，下列說法正確的是

A.氣體擴散的快慢與溫度無關

B.布朗運動是液體分子的無規則運動

C.分子間同時存在著引力和斥力

D.分子間的引力總是隨分子間距增大而增大

3.(2018全國2)對于實際的氣體，下列說法正確的是______。（填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。沒選錯1個扣3分，最低得分為0分）

A．氣體的內能包括氣體分子的重力勢能

B．氣體的內能包括分子之間相互作用的勢能

C．氣體的內能包括氣體整體運動的動能

D．氣體體積變化時，其內能可能不變

E．氣體的內能包括氣體分子熱運動的動能

4.的變化分別如圖中兩條曲線所示。下列說法正確的是________。

A．圖中兩條曲線下面積相等

B．圖中虛線對應于氧氣分子平均動能較小的情形

C．圖中實線對應于氧氣分子在100

℃時的情形

D．圖中曲線給出了任意速率區間的氧氣分子數目

E．與0

℃時相比，100

℃時氧氣分子速率出現在0～400

m/s區間內的分子數占總分子數的百分比較大

5.（2015全國2）關于擴散現象，下列說法正確的是

（填正確答案標號，選對1個給2分，選對2個得4分，選對3個得5分，每選錯1個扣3分，最低得分0分）

A.溫度越高，擴散進行得越快

B.擴散現象是不同物質間的一種化學反應

C.擴散現象是由物質分子無規則運動產生的D.擴散現象在氣體、液體和固體中都能發生

E.液體中的擴散現象是由于液體的對流形成的6.（2015山東）墨滴入水，擴而散之，徐徐混勻。關于該現象的分析正確的是_____。（雙選，填正確答案標號）

a.混合均勻主要是由于碳粒受重力作用

b.混合均勻的過程中，水分子和碳粒都做無規則運動

c.使用碳粒更小的墨汁，混合均勻的過程進行得更迅速

d.墨汁的擴散運動是由于碳粒和水分子發生化學反應引起的7.(2015廣東)為某實驗器材的結構示意圖，金屬內筒和隔熱外筒間封閉了一定體積的空氣，內筒中有水，在水加熱升溫的過程中，被封閉的空氣（）

A.內能增大

B.壓強增大

C.分子間引力和斥力都減小

D.所有分子運動速率都增大

8.（2011四川）氣體能夠充滿密閉容器，說明氣體分子除相互碰撞的短暫時間外

A．氣體分子可以做布朗運動

B．氣體分子的動能都一樣大

C．相互作用力十分微弱，氣體分子可以自由運動

D．相互作用力十分微弱，氣體分子間的距離都一樣大

9.（2011山東）人類對物質屬性的認識是從宏觀到微觀不斷深入的過程。以下說法正確的是。

a．液體的分子勢能與體積有關

b．晶體的物理性質都是各向異性的c．溫度升高，每個分子的動能都增大

d．露珠呈球狀是由于液體表面張力的作用

題型二、油膜法測分子直徑

10.（2019全國3）用油膜法估算分子大小的實驗中，首先需將純油酸稀釋成一定濃度的油酸酒精溶液，稀釋的目的是________________________________________________________________。實驗中為了測量出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積，可以________________________________________________________________________________。為得到油酸分子的直徑，還需測量的物理量是___________________________________。

11.（2015海南）已知地球大氣層的厚度h遠小于地球半徑R，空氣平均摩爾質量為M，阿伏伽德羅常數為，地面大氣壓強為，重力加速度大小為g。由此可以估算得，地球大氣層空氣分子總數為，空氣分子之間的平均距離為。

題型三、理想氣體狀態方程與熱力學第一定律

12.（2019全國2）如p-V圖所示，1、2、3三個點代表某容器中一定量理想氣體的三個不同狀態，對應的溫度分別是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分別表示這三個狀態下氣體分子在單位時間內撞擊容器壁上單位面積的次數，則N1______N2，T1______T3，T3，N2______N3。（填“大于”“小于”或“等于”）

13.（2019全國1）熱等靜壓設備廣泛用于材料加工中。該設備工作時，先在室溫下把惰性氣體用壓縮機壓入到一個預抽真空的爐腔中，然后爐腔升溫，利用高溫高氣壓環境對放入爐腔中的材料加工處理，改部其性能。一臺熱等靜壓設備的爐腔中某次放入固體材料后剩余的容積為013

m3，爐腔抽真空后，在室溫下用壓縮機將10瓶氬氣壓入到爐腔中。已知每瓶氬氣的容積為3.2×10-2

m3，使用前瓶中氣體壓強為1.5×107

Pa，使用后瓶中剩余氣體壓強為2.0×106

Pa；室溫溫度為27

℃。氬氣可視為理想氣體。

（1）求壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強；

（2）將壓入氬氣后的爐腔加熱到1

227

℃，求此時爐腔中氣體的壓強。

14.（2018全國3）如圖，一定量的理想氣體從狀態a變化到狀態b，其過程如p-V圖中從a到b的直線所示。在此過程中______。

A．氣體溫度一直降低

B．氣體內能一直增加

C．氣體一直對外做功

D．氣體一直從外界吸熱

E．氣體吸收的熱量一直全部用于對外做功

15.(2017·全國3)如圖，一定質量的理想氣體從狀態a出發，經過等容過程ab到達狀態b再經過等溫過程bc到達狀態c，最后經等壓過程ca回到狀態a。下列說法正確的是________。

A．在過程ab中氣體的內能增加

B．在過程ca中外界對氣體做功

C．在過程ab中氣體對外界做功

D．在過程bc中氣體從外界吸收熱量

E．在過程ca中氣體從外界吸收熱量

16.（2016·全國1）一定量的理想氣體從狀態a開始，經歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態，其p

-T圖象如圖所示，其中對角線ac的延長線過原點O。下列判斷正確的是________。(填正確答案標號)

A．氣體在a、c兩狀態的體積相等

B．氣體在狀態a時的內能大于它在狀態c時的內能

C．在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功

D．在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功

E．在過程bc中外界對氣體做的功等于在過程da中氣體對外界做的功

17.(2016·全國2)關于熱力學定律，下列說法正確的是________。

A．氣體吸熱后溫度一定升高

B．對氣體做功可以改變其內能

C．理想氣體等壓膨脹過程一定放熱

D．熱量不可能自發地從低溫物體傳到高溫物體

E．如果兩個系統分別與狀態確定的第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統彼此之間也必定達到熱平衡

18.（2015重慶）某駕駛員發現中午時車胎內的氣壓高于清晨時的，且車胎體積增大.若這段時間胎內氣體質量不變且可視為理想氣體，那么（）

A.外界對胎內氣體做功，氣體內能減小

B.外界對胎內氣體做功，氣體內能增大

C.胎內氣體對外界做功，內能減小

D.胎內氣體對外界做功，內能增大

19.（2015重慶）北方某地的冬天室外氣溫很低，吹出的肥皂泡會很快凍結.若剛吹出時肥皂泡內氣體溫度為，壓強為，肥皂泡凍結后泡內氣體溫度降為.整個過程中泡內氣體視為理想氣體，不計體積和質量變化，大氣壓強為.求凍結后肥皂膜內外氣體的壓強差.20.(2015山東)扣在水平桌面上的熱杯蓋有時會發生被頂起的現象；如圖，截面積為S的熱杯蓋扣在水平桌面上，開始時內部封閉氣體的溫度為300K，壓強為大氣壓強P0。當封閉氣體溫度上升至303K時，杯蓋恰好被整體頂起，放出少許氣體后又落回桌面，其內部壓強立即減為P0，溫度仍為303K。再經過一段時間，內部氣體溫度恢復到300K。整個過程中封閉氣體均可視為理想氣體。求：

（ⅰ）當溫度上升到303K且尚未放氣時，封閉氣體的壓強；

（ⅱ）當溫度恢復到300K時，豎直向上提起杯蓋所需的最小力。

21.(2015北京)下列說法正確的是（）

A.物體放出熱量，其內能一定減小

B.物體對外做功，其內能一定減小

C.物體吸收熱量，同時對外做功，其內能可能增加

D.物體放出熱量，同時對外做功，其內能可能不變

22.（2013江蘇）如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態A依次經過狀態B、C和D后再回到狀態A。

其中，和為等溫過程，和為絕熱過程（氣體與外界無熱量交換）。

這就是著名的“卡諾循環”。

（1）該循環過程中，下列說法正確的是______。

（A）過程中，外界對氣體做功

（B）

過程中，氣體分子的平均動能增大

（C）

過程中，單位時間內碰撞單位面積器壁的分子數增多

（D）

過程中，氣體分子的速率分布曲線不發生變化

（2）該循環過程中，內能減小的過程是_______

（選填“”、“”、“”或“”）。

若氣體在過程中吸收63kJ的熱量，在過程中放出38kJ的熱量，則氣體完成一次循環對外做的功為_______

kJ。

（3）若該循環過程中的氣體為1mol，氣體在A狀態時的體積為10L，在B狀態時壓強為A狀態時的。

求氣體在B狀態時單位體積內的分子數。

（已知阿伏加德羅常數，計算結果保留一位有效數字）

題型四、液柱模型

（2016·全國3）一U形玻璃管豎直放置，左端開口，右端封閉，左端上部有一光滑的輕活塞。初始時，管內汞柱及空氣柱長度如圖所示。用力向下緩慢推活塞，直至管內兩邊汞柱高度相等時為止。求此時右側管內氣體的壓強和活塞向下移動的距離。已知玻璃管的橫截面積處處相同；在活塞向下移動的過程中，沒有發生氣體泄漏；大氣壓強p0＝75.0

cmHg。環境溫度不變。

（2019全國3）如圖，一粗細均勻的細管開口向上豎直放置，管內有一段高度為2.0

cm的水銀柱，水銀柱下密封了一定量的理想氣體，水銀柱上表面到管口的距離為2.0

cm。若將細管倒置，水銀柱下表面恰好位于管口處，且無水銀滴落，管內氣體溫度與環境溫度相同。已知大氣壓強為76

cmHg，環境溫度為296

K。

（i）求細管的長度；

（i）若在倒置前，緩慢加熱管內被密封的氣體，直到水銀柱的上表面恰好與管口平齊為止，求此時密封氣體的溫度。

23.（2018全國3）在兩端封閉、粗細均勻的U形細玻璃管內有一股水銀柱，水銀柱的兩端各封閉有一段空氣。當U形管兩端豎直朝上時，左、右兩邊空氣柱的長度分別為l1=18.0

cm和l2=12.0

cm，左邊氣體的壓強為12.0

cmHg?，F將U形管緩慢平放在水平桌面上，沒有氣體從管的一邊通過水銀逸入另一邊。求U形管平放時兩邊空氣柱的長度。在整個過程中，氣體溫度不變。

24.（2018全國1）如圖，容積為V的汽缸由導熱材料制成，面積為S的活塞將汽缸分成容積相等的上下兩部分，汽缸上部通過細管與裝有某種液體的容器相連，細管上有一閥門K。開始時，K關閉，汽缸內上下兩部分氣體的壓強均為?，F將K打開，容器內的液體緩慢地流入汽缸，當流入的液體體積為時，將K關閉，活塞平衡時其下方氣體的體積減小了。不計活塞的質量和體積，外界溫度保持不變，重力加速度大小為g。求流入汽缸內液體的質量。

K

25.（2014全國）粗細均勻、導熱良好、裝有適量水銀的U型管豎直放置，右端與大氣相通，左端封閉氣柱長（可視為理想氣體），兩管中水銀面等高?，F將右端與一低壓艙（未畫出）接通，穩定后右管水銀面高出左管水銀面。（環境溫度不變，大氣壓強）

①求穩定后低壓艙內的壓強（用“cmHg”作單位）。

②此過程中左管內的氣體對外界______________（填“做正功”“做負功”或“不做功”），氣體將_____________________（填“吸熱”或

“放熱”）。

26.（2011全國）如圖，一上端開口，下端封閉的細長玻璃管，下部有長l1=66cm的水銀柱，中間封有長l2=6．6cm的空氣柱，上部有長l3=44cm的水銀柱，此時水銀面恰好與管口平齊。已知大氣壓強為Po=76cmHg。如果使玻璃管繞低端在豎直平面內緩慢地轉動一周，求在開口向下和轉回到原來位置時管中空氣柱的長度。封入的氣體可視為理想氣體，在轉動過程中沒有發生漏氣。

27.（2011山東）氣體溫度計結構如圖所示。玻璃測溫泡A內充有理想氣體，通過細玻璃管B和水銀壓強計相連。開始時A處于冰水混合物中，左管C中水銀面在O點處，右管D中水銀面高出O點h1=14cm。后將A放入待測恒溫槽中，上下移動D，使C中水銀面仍在O點處，測得D中水銀面高出O點h2=44cm。（已知外界大氣壓為1個標準大氣壓，1標準大氣壓相當于76cmHg）

①求恒溫槽的溫度。

②此過程A內氣體內能

（填“增大”或“減小”），氣體不對外做功，氣體將

(填“吸熱”或“放熱”)。

題型五、氣缸模型

28.（2019全國2）如圖，一容器由橫截面積分別為2S和S的兩個汽缸連通而成，容器平放在地面上，汽缸內壁光滑。整個容器被通過剛性桿連接的兩活塞分隔成三部分，分別充有氫氣、空氣和氮氣。平衡時，氮氣的壓強和體積分別為p0和V0，氫氣的體積為2V0，空氣的壓強為p?，F緩慢地將中部的空氣全部抽出，抽氣過程中氫氣和氮氣的溫度保持不變，活塞沒有到達兩汽缸的連接處，求：

（1）抽氣前氫氣的壓強；

（2）抽氣后氫氣的壓強和體積。

29.（2019全國1）某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為理想氣體。初始時容器中空氣的溫度與外界相同，壓強大于外界。現使活塞緩慢移動，直至容器中的空氣壓強與外界相同。此時，容器中空氣的溫度__________（填“高于”“低于”或“等于”）外界溫度，容器中空氣的密度__________（填“大于”“小于”或“等于”）外界空氣的密度。

30.（2018全國2）如圖，一豎直放置的氣缸上端開口，氣缸壁內有卡口a和b，a、b間距為h，a距缸底的高度為H；活塞只能在a、b間移動，其下方密封有一定質量的理想氣體。已知活塞質量為m，面積為S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均絕熱，不計他們之間的摩擦。開始時活塞處于靜止狀態，上、下方氣體壓強均為p0，溫度均為T0?，F用電熱絲緩慢加熱氣缸中的氣體，直至活塞剛好到達b處。求此時氣缸內氣體的溫度以及在此過程中氣體對外所做的功。重力加速度大小為g。

31.（2017·全國卷2）如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側充有理想氣體，隔板右側與絕熱活塞之間是真空?，F將隔板抽開，氣體會自發擴散至整個汽缸。待氣體達到穩定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積。假設整個系統不漏氣。下列說法正確的是________。

A．氣體自發擴散前后內能相同

B．氣體在被壓縮的過程中內能增大

C．在自發擴散過程中，氣體對外界做功

D．氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功

E．氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動能不變

32.(2015全國1）如圖，一固定的豎直氣缸有一大一小兩個同軸圓筒組成，兩圓筒中各有一個活塞，已知大活塞的質量為m1=2.50kg，橫截面積為s1=80.0cm2，小活塞的質量為m2=1.50kg，橫截面積為s2=40.0cm2；兩活塞用剛性輕桿連接，間距保持為l=40.0cm，氣缸外大氣壓強為p=1.00×105Pa，溫度為T=303K。初始時大活塞與大圓筒底部相距，兩活塞間封閉氣體的溫度為T1=495K，現氣缸內氣體溫度緩慢下降，活塞緩慢下移，忽略兩活塞與氣缸壁之間的摩擦，重力加速度g取10m/s2，求

（i）在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間，缸內封閉氣體的溫度

（ii）缸內封閉的氣體與缸外大氣達到熱平衡時，缸內封閉氣體的壓強

33.（2015海南）如圖，一底面積為S、內壁光滑的圓柱形容器豎直放置在水平地面上，開口向上，內有兩個質量均為m的相同活塞A和B

；在A與B之間、B與容器底面之間分別封有一定量的同樣的理想氣體，平衡時體積均為V。已知容器內氣體溫度始終不變，重力加速度大小為g，外界大氣壓強為?，F假設活塞B發生緩慢漏氣，致使B最終與容器底面接觸。求活塞A移動的距離。

34.（2013山東）我國“蛟龍”號深海探測船載人下潛超七千米，再創載人深潛新紀錄。在某次深潛實驗中，“蛟龍”號探測到990m深處的海水溫度為280K。某同學利用該數據來研究氣體狀態隨海水溫度的變化，如圖所示，導熱性良好的氣缸內封閉一定質量的氣體，不計活塞的質量和摩擦，氣缸所處海平面的溫度To=300K，壓強P0=1

atm，封閉氣體的體積Vo=3m2。如果將該氣缸下潛至990m深處，此過程中封閉氣體可視為理想氣體。

①求990m深處封閉氣體的體積（1

atm相當于10m深的海水產生的壓強）。

②下潛過程中封閉氣體___________(填“吸熱”或“放熱”)，傳遞的熱量__________（填“大于”或“小于”）外界對氣體所做的功。