新教材适用2024版高考物理一轮总复习练案37第十四章热学第2讲固体液体与气体

练案[37]第2讲　固体、液体与气体

一、选择题(本题共8小题，1～5题为单选，6～8题为多选)

1．(2023·沈阳高三专题练习)关于固体、液体的性质，下列说法正确的是( B )

A．晶体都具有各向异性

B．外界对物体做功，同时物体向外界放出热量，物体的内能不一定改变

C．菜籽油会浮在水面上主要是由于液体的表面张力作用

D．唐诗《观荷叶露珠》中有句“霏微晓露成珠颗”，诗中荷叶和露水表现为浸润

[解析]多晶体具有各向同性，A错误；外界对物体做功，同时物体向外界放出热量，根据热力学第一定律可知，物体的内能不一定改变，B正确；菜籽油会浮在水面上主要是由于菜籽油的密度小于水的密度，C错误；诗句“霏微晓露成珠颗”中，荷叶和露水表现为不浸润，D错误。

2．(2023·大连高三阶段检测)液晶在现代生活中扮演着重要的角色，下列对于液晶的认识正确的是( C )

A．液晶态就是固态和液态的混合

B．液晶具有各向同性的性质

C．液晶既有液体的流动性，又有晶体的各向异性

D．天然存在的液晶很多，如果一种物质是液晶，那么它在任何条件下都是液晶

[解析]液晶态是介于液态与结晶态之间的一种物质状态，不是固态和液态的混合，A错误；液晶既具有液体的流动性，又具有与某些晶体相似的性质，如具有光学各向异性等，B错误，C正确；天然存在的液晶并不多，多数液晶是人工合成的，液晶在不同温度下的状态不同，有结晶态、液晶态和液态三种状态，D错误。

3．(2023·合肥高三月考)下列说法正确的是( C )

A．把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面上。这是由于针与水分子间存在斥力的缘故

B．在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会成球状，是因为液体内分子间有相互吸引力

C．将玻璃管道裂口放在火上烧，它的尖端就变圆，是因为熔化的玻璃在表面张力的作用下，表面要收缩到最小的缘故

D．漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴液体呈各向同性的缘故

[解析]把缝衣针小心地放在水面上，针可以把水面压弯而不沉没，是由于受到表面张力作用，而不是受到液体浮力的缘故，故A错误；在处于失重状态的宇宙飞船中，由于液体内分子间有相互吸引力，产生表面张力，使水银表面收缩而成为球状，故B错误；玻璃管道裂口放在火上烧熔，熔化的玻璃在表面张力的作用下收缩到最小，从而成为圆形，故C正确；飘浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是由于表面张力的原因，故D错误。

4．(2023·山东聊城一中高三开学考试)如图1所示，一个内壁光滑的绝热汽缸，汽缸内用轻质绝热活塞封闭一定质量理想气体。现向活塞上表面缓慢倒入细砂，如图2为倒入过程中气体先后出现的分子速率分布图像，则( B )

A．曲线②先出现，此时气体内能比曲线①时大

B．曲线①先出现，此时气体内能比曲线②时小

C．曲线②和曲线①下方的面积不等

D．曲线②出现时气体分子单位时间对缸壁单位面积撞击次数比曲线①时少

[解析]向活塞上表面缓慢倒入细砂，重力逐渐增大，活塞压缩气体，外界对气体做功，处在绝热汽缸中的气体，内能增大，温度升高，由图中曲线可知，曲线②中分子速率大的分子数占总分子数百分比较大，即曲线②的温度较高，所以曲线①先出现，此时气体内能比曲线②时小，A错误，B正确；因为分子总数一定，所以两曲线与横轴所围成的面积应相等，C错误；曲线②中分子速率大的分子数占总分子数百分比较大，即曲线②的温度较高，内能较大，因此曲线②出现时气体分子单位时间对缸壁单位面积撞击次数比曲线①时多，D错误。

5．(2023·山东省沂南第一中学高三阶段练习)如图所示，劲度系数k＝500 N/m的竖直弹簧下端固定在水平地面上，上端与一活塞相连，导热良好的汽缸内被活塞密封了一定质量的气体，整个装置处于静止状态。已知汽缸质量m1＝5 kg，汽缸底面积S＝10 cm2，大气压强p0＝1.0×105 Pa，此时活塞离汽缸底部的距离h1＝40 cm。现在汽缸顶部加一质量m2＝5 kg的重物。忽略汽缸壁厚度以及活塞与汽缸之间的摩擦力，汽缸下端离地足够高，环境温度保持不变，g取10 m/s2。则汽缸稳定时下降的距离( B )

A．10 cm  B.20 cm

C.30 cm  D.40 cm

[解析]设未加重物时内部气体压强为p1，由平衡条件可得p1S＝m1g＋p0S，解得p1＝1.5×105 Pa。加重物后，设汽缸内气体压强为p2，由平衡条件可得p2S＝m1g＋p0S＋m2g，解得p2＝2.0×105 Pa，由玻意耳定律有p1h1S＝p2h2S，解得h2＝0.3 m，活塞下降距离为Δx＝＝0.1 m，所以汽缸稳定时下降的距离Δh＝h1－h2＋Δx＝0.2 m＝20 cm。故选B。

6．(2023·宁夏银川一中高三阶段练习)关于热现象，下列说法正确的是( BDE )

A．国产航母“山东舰”舰载机尾焰的温度超过1 000 ℃，尾焰喷射到钢板上时钢板上所有分子的动能都增大

B．1 000 ℃的气体和1 000 ℃的钢板，它们的分子平均动能相同

C．科学家发现铋晶体具有某种特殊的导电性质，被称为“拓扑绝缘体”，铋晶体各项物理性质均表现为各向异性

D．一定量的100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，分子平均动能不变，其分子势能增大

E．农谚“锄板底下有水”是指把地面的土壤锄松，目的是破坏这些土壤里的毛细管，保存水分

[解析]钢板温度升高分子平均动能增大，并不是所有分子的动能都增大，故A错误；温度是分子热运动平均动能的标志，1 000 ℃的气体和1 000 ℃的钢板，它们的分子平均动能相同，故B正确；单晶体的某些物理性质是各向异性的，但并不是铋晶体所有物理性质均表现为各向异性，故C错误；一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，因温度不变，平均动能不变，而内能增加，所以其分子之间的势能增加，故D正确；土壤的水分蒸发要通过土壤里的毛细管进行，锄地松土后土壤里的毛细管被破坏，可以防止水分上升，保存水分，故E正确。

7．(2023·海口高三模拟)一个开口玻璃瓶内有空气，现将瓶口向下按入水中，在水面下5 m深处恰能保持静止，下列说法中正确的是( BD )

A．将瓶稍向下按，放手后又回到水面下5 m深处

B．将瓶稍向下按，放手后加速下沉

C．将瓶稍向上提，放手后又回到水面下5 m深处

D．将瓶稍向上提，放手后加速上升

[解析]瓶在水面下5 m深处恰能保持静止，根据平衡条件有mg＝ρ水gV排，由玻意耳定律可以知道，将瓶稍向下按后，因为p1V1＝p2V2，所以瓶内气体压强p增大而气体的体积V减小，则V排减小，mg>ρ水gV排，故放手后加速下沉，A错误，B正确；将瓶子稍向上提，因为p1V1＝p2V2，则瓶内气体压强p减小，瓶内空气体积V增大，则V排增大，mg＜ρ水gV排，放手后瓶子会加速上升，C错误，D正确。

8．(2023·贵阳高三模拟)一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其p－图线如图所示，变化顺序为a→b→c→d→a，图中ab段延长线过坐标原点，cd线段与p轴垂直，da线段与轴垂直。则( ACE )

A．a→b，压强减小、温度不变、体积增大

B．b→c，压强增大、温度降低、体积减小

C．c→d，压强不变、温度降低、体积减小

D．d→a，压强减小、温度升高、体积不变

E．d→a，压强减小、温度降低、体积不变

[解析]由图像可知，a→b过程，气体压强减小而体积增大，气体的压强与体积倒数成正比，则压强与体积成反比，气体发生的是等温变化，A正确；由理想气体状态方程＝C可知＝CT，由题图可知，连接Ob的直线的斜率小，所以b对应的温度低，b→c过程温度升高，且压强增大，且体积也增大，B错误；由图像可知，c→d过程，气体压强p不变而体积V变小，由理想气体状态方程＝C可知气体温度降低，C正确；由图像可知，d→a过程，气体体积V不变，压强p变小，由理想气体状态方程＝C可知，气体温度降低，D错误，E正确。

二、非选择题

9．(2023·温州高三模拟)图1为某品牌的可加热饭盒，饭盒盖密封性良好且其上有一排气口，饭盒内部横截面积为S，质量、厚度均不计的饭盒盖与玻璃饭盒底部之间封闭了一定质量的理想气体，饭盒盖与玻璃饭盒底部之间的距离为L且饭盒盖固定不动，可以将其看成是一导热性能良好的汽缸，如图2所示。气体的初始温度T0＝300 K，初始压强为大气压强，已知大气压强为p0，重力加速度取g＝10 m/s2。现缓慢加热饭盒使其内部气体温度达到360 K。

(1)求此时封闭气体的压强。

(2)打开排气口，设此过程中饭盒内气体温度不变，放出部分气体，使得饭盒内气体压强与外界大气压强相等，求排出气体与原有气体的质量比。

[答案]　(1)1.2p0　(2)

[解析](1)加热饭盒时，玻璃饭盒内气体体积不变，由查理定律有＝，

解得p1＝1.2p0。

(2)排气过程中封闭气体做等温变化，设最终体积为V1，则V0＝SL，

根据玻意耳定律有p1V0＝p0V1，解得V1＝1.2SL，

同温度、同压强下同种气体的质量比等于体积比，设排出气体的质量为Δm，气体原来的质量为m0，则有＝，

解得＝。

10．(2022·河北卷)水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分，“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强p0。活塞面积为S，隔板两侧气体体积均为SL0，各接触面光滑。连杆的截面积忽略不计。现将整个装置缓慢旋转至竖直方向，稳定后，上部气体的体积为原来的，设整个过程温度保持不变，求：

(1)此时上、下部分气体的压强；

(2)“H”型连杆活塞的质量(重力加速度大小为g)。

[答案]　(1)2p0，p0　(2)

[解析](1)旋转前后，上部分气体发生等温变化，根据玻意耳定律可知

p0·SL0＝p1·SL0，

解得旋转后上部分气体压强为p1＝2p0，

旋转前后，下部分气体发生等温变化，下部分气体体积增大为

SL0＋SL0＝SL0，

则p0·SL0＝p2·SL0

解得旋转后下部分气体压强为p2＝p0。

(2)对“H”型连杆活塞整体受力分析，活塞的重力mg竖直向下，上部分气体对活塞的作用力竖直向上，下部分气体对活塞的作用力竖直向下，大气压力上下部分抵消，根据平衡条件可知p1S＝mg＋p2S

解得活塞的质量为m＝。

11．(2023·广东高三模拟)“⊥”形且上端开口的玻璃管如图甲所示，管内有一部分水银封住密闭气体，上管足够长，图中粗、细部分的横截面积分别为S1＝2 cm2、S2＝1 cm2。封闭气体初始温度为57 ℃，气体长度L＝22 cm，图乙为对封闭气体缓慢加热过程中气体压强随体积变化的图线。(摄氏温度t与热力学温度T的关系是T＝t＋273 K)

(1)求封闭气体在初始状态的压强；

(2)若缓慢升高气体温度，升高至多少方可将所有水银全部压入细管内？

(3)当温度升高至492 K时，求液柱下端离开粗、细接口处的距离。

[答案]　(1)80 cmHg　(2)369 K　(3)16 cm

[解析](1)初始状态封闭的气体温度T1＝(273＋57)K＝330 K

体积V1＝LS1＝44 cm3，

由图像可知，此时气体压强p1＝80 cmHg。

(2)当水银全部进入细管后，气体将做等压变化，故从图乙可知当水银全部进入细管内时，其封闭的气体压强p2＝82 cmHg，体积V2＝48 cm3；由理想气体状态方程得＝，

代入数据解得T2＝369 K。

(3)当温度升高至T3＝492 K时，水银已经全部在细管内，封闭气体做等压变化，设此时气体的体积为V3，由盖－吕萨克定律得＝，

解得V3＝64 cm3，气体体积V3＝V2＋S2hx，

代入数据解得hx＝16 cm。