第十五章熱學

測試卷

（考試時間：90分鐘試卷滿分：100分）

注意事項：

1.本試卷分第I卷（選擇題）和第n卷（非選擇題）兩部分。答卷前，考生務必將自己的班級、姓名、

學號填寫在試卷上。

2.回答第I卷時，選出每小題答案后，將答案填在選擇題上方的答題表中。

3.回答第n卷時，將答案直接寫在試卷上。

第I卷（選擇題共48分）

一、選擇題（共12小題，每小題4分，共48分。在每小題給出的四個選項中，第1-8題只有一項符合題

目要求，第9-12題有多項符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分。）

1.自嗨鍋是一種自熱火鍋，加熱時既不用火也不插電，主要利用發熱包內的物質與水接觸，釋放出熱量。

自嗨鍋的蓋子上有一個透氣孔，如果透氣孔堵塞，容易造成爆炸，非常危險。關于這種自嗨鍋，下列說法

正確的是（）

A.自嗨鍋爆炸的瞬間，盒內氣體吸收熱量

B.自嗨鍋爆炸的瞬間，盒內氣體溫度降低

C.自嗨鍋爆炸的短時間內，單位時間單位面積上撞擊容器壁的次數增多

D.如果氣孔沒有堵塞，能夠聞到自嗨鍋內食物的香味是因為分子的布朗運動

【答案】B

【詳解】AB.在自嗨鍋爆炸的瞬間，盒內氣體對外做功，且來不及與外界進行熱量交換，根據熱力學第一

定律可知，盒內氣體內能減少，溫度降低，故A錯誤，B正確；

C.爆炸短時間內，溫度迅速降低，分子平均速率減小，氣體體積迅速膨脹，分子數密度減小，故單位時間

單位面積上分子撞擊容器壁的次數減小，故c錯誤；

D.如果氣孔沒有堵塞，能夠聞到火鍋的香味是因為分子熱運動導致的擴散現象，故D錯誤。故選B。

2.分子力廠與分子間距離/■的關系如圖所示，下列說法正確的是（）

A.當片〃時，分子勢能最大

B.當片T2時，分子勢能最小

C.當廣大于〃時，分子間距離越大，分子勢能越大

D.當廠小于時，分子間距離減少，分子勢能增大

【答案】c

【詳解】當片「2時，圖線最低點。分子距離在〃與-2之間時，分子間作用力為引力，減小分子距離分子力

做正功，分子勢能減小；分子距離在「大于功時，分子間距離越大，分子力做負功，分子勢能越大。C正確，

ABD錯誤。故選C。

3.2021年12月9日，在“天宮課堂”中“太空教師”王亞平往水球中注入一個氣泡，氣泡靜止在水中，如圖

所示，此時（）

A,氣泡內氣體在界面處對水產生壓強

B.氣泡內分子熱運動停止

C.水球外表面的水分子比水球內的水分子密集

D.水與氣泡界面處，水分子間作用力表現為斥力

【答案】A

【詳解】A.由于在失重狀態下，氣泡內氣體在界面處存在壓力差，所以對水產生壓強，故A正確；

B.氣泡內分子在永不停息的進行熱運動，不會停止，選項B錯誤；

C.水球外表面出現表面張力，則水球外表面的水分子比水球內的水分子稀疏，選項C錯誤；

D.水與氣泡界面處，水分子較為稀疏，水分子間作用力表現為引力，故D錯誤。故選A。

4.通電霧化玻璃能滿足玻璃的通透性和保護隱私的雙重要求，被廣泛應用于各領域。如圖所示，通電霧化

玻璃是將液體高分子晶膜固化在兩片玻璃之間，未通電時，看起來像一塊毛玻璃不透明；通電后，看起來

A.是液態的晶體

B.具有光學性質的各向同性

C.不通電時，入射光在滴品層發生了全反射，導致光線無法通過

D.通電時，入射光在通過液晶層后按原有方向傳播

【答案】D

【詳解】AB.液態是介于晶體和液體之間的中間狀態，具有液體流動性又具有晶體光學性質的各向異性，

故A、B錯誤；

CD.不通電時，即在自然條件下，液晶層中的液晶分子無規則排列，入射光在液晶層發生了漫反射，穿過

玻璃的光線少，所以像毛玻璃不透明。通電時，液晶分子迅速從無規則排列變為有規則排列，入射光在通

過液晶層后按原方向傳播，故C錯誤，D正確。故選D。

5.氣閘艙是載人航天器中供航天員進入太空或由太空返回用的氣密性裝置，其原理如圖所示。座艙M與氣

閘艙N之間裝有閥門K,座艙M中充滿空氣，氣閘艙N內為真空。航天員從太空返回氣閘艙N后，打開

閥門K,M中的氣體進入N中，最終達到平衡。此過程中氣體與外界沒有熱交換，艙內氣體可視為理想氣

體，下列說法正確的是（）

A.氣體體積膨脹，對外做功，內能減小

B.氣體對外不做功，氣體內能不變

C.氣體溫度降低，體積增大，壓強減小

D.N中氣體可以自發地全部退回到M中

【答案】B

【詳解】ABC.由于氣閘艙N內為真空，所以氣體在膨脹過程中不會對外做功，又系統與外界沒有熱交換，

由熱力學第一定律AU=W+Q,可知氣體內能不變，對于一定質量的理想氣體內能不變，則溫度不變，由

PV=C,且氣體體積增大可知，氣體壓強減小，故B正確，AC錯誤；

D.根據熱力學第二定律可知，一切與熱現象有關的宏觀變化都是不可逆的，故N中氣體不可能自發地全

部退回到M中，故D錯誤。故選B。

6.如圖所示，兩種不同的金屬組成一個回路，接觸頭1置于熱水杯中，接觸頭2置于冷水杯中，此時回路

中電流計發生偏轉，這是溫差電現象假設此過程電流做功為W,接觸頭1從熱水中吸收的熱量為Q/,冷水

從接觸頭2吸收的熱量為Q,根據熱力學第二定律可得（）

C.QI<Q2D.QI+Q2=W

【答案】B

【詳解】根據熱力學第二定律，不可能從單一熱源吸收熱量使之全部用來做功，而不產生其他影響；所以

從熱水中吸收的熱量Q應該大于電流做的功W,即Q>W根據能量守恒定律和熱力學第二定律，從熱水中

吸收的熱量轉化成了兩部分，一部分電能W,另一部分是冷水吸收的熱量。2故選B。

7.密閉在鋼瓶中的理想氣體，如圖所示是該氣體在a、b狀態時的分子速率分布圖像。下面關于氣體在。、

b狀態的敘述，正確的是（）

各速率區間的分子數

A.Ta>Tb

B.pa<Pb

C.圖中狀態。曲線下的面積比狀態b曲線下的面積大

D.從狀態。到狀態8,氣體的內能減小

【答案】B

【詳解】A.由圖可知，b中速率大分子占據的比例較大，則說明6對應的平均動能較大，6對應的溫度較

高，故A錯誤；

B.由于鋼瓶內氣體的體積不變，而Ta<Tb,根據■二。，可知pa<pb故B正確；

C.圖中狀態。曲線下的面積和狀態6曲線下的面積相等，故C錯誤；

D.理想氣體內能只與溫度有關，而b對應的溫度較高，所以在圖中狀態匕的內能比狀態。的內能大，則從

狀態。到狀態6,氣體的內能增大，故D錯誤。故選B。

8.P-V圖像中，一定質量的理想氣體經歷“f6-過程又回到狀態。，圖像中的6c段與橫軸平行,

段與縱軸平行。下列說法正確的是（）

八夕

A.由a->6是等溫變化過程

B.由外界對氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量

C.由c->a氣體從外界吸收的熱量小于氣體內能的增加量

D.由。-c氣體內能增加

【答案】B

【詳解】A.根據理想氣體狀態方程pV="RT,可得afb氣體壓強降低、體積增大，但是無法判斷狀態。

和狀態6的0丫的大小關系，所以不能判斷。到b溫度的變化，故A錯誤；

B.氣體由c壓強不變，體積變小，可得溫度T降低，內能減少（△[/<（））,根據AU=W+Q結合體積

變小外界對氣體做正功（W>0）,可得此時氣體對外界放出熱量（。<0）,且放出的熱量大于外界對氣體

做的功，故B正確；

C.氣體由Cfa氣體體積不變，壓強增大，所以溫度升高，內能增大，根據AU=W+Q可知，氣體的內能

增加量等于從外界吸收的熱量，故C錯誤；

D.由于氣體在。狀態的溫度高于c,則可知氣體從a-6->。氣體內能減小，故D錯誤。故選B。

9.浙江大學高分子系高超教授的課題組制備出了一種超輕氣凝膠，它刷新了目前世界上最輕的固體材料的

紀錄，彈性和吸油能力令人驚喜，這種被稱為“全碳氣凝膠”的固態材料密度僅是空氣密度的，。設氣凝膠的

密度為2（單位為kg/n?）,摩爾質量為M（單位為kg/mol）,阿伏加德羅常數為則下列說法正確的是

（）

A.。千克氣凝膠所含的分子數N="NA

M

M

B.氣凝膠的摩爾體積匕。i=一

P

M

C.每個氣凝膠分子的體積％=廠

NAP

D.每個氣凝膠分子的直徑d=?匹萬

VM

【答案】ABC

【詳解】A.akg氣凝膠的摩數為〃=三則1kg氣凝膠所含有的分子數為N="S=萼，A正確；

MM

M

B.氣凝膠的摩爾體積為匕“=一故B正確；B正確，

C.Imol氣凝膠中包含NA個分子，故每個氣凝膠分子的體積為匕=癡一，C正確:

NAP

D.設每個氣凝膠分子的直徑為d,則有匕=4就3解得』=；孚_,D錯誤。故選ABC。

6V*夕

10.如圖為伽利略設計的一種測溫裝置示意圖，玻璃管的上端與導熱良好的薄玻璃泡連通，下端插入水中,

玻璃泡中封閉有一定量的理想氣體。下列關于該溫度計分析的說法正確的是（）

A.若外界壓強不變，發現玻璃管內水面上升，說明外界溫度升高

B.若外界壓強不變，發現玻璃管內水面上升，說明外界溫度降低

C.若外界溫度不變，發現玻璃管內水面上升，可能外界氣體壓強增大

D.若外界溫度不變，發現玻璃管內水面下降，可能外界氣體壓強增大

【答案】BC

【詳解】AB.設玻璃泡中氣體壓強為小外界大氣壓強為p',則p'=p+Og力氣泡內溫度與外界相同。外界

壓強不變，水面上升，所以氣體體積減小，根據理想氣體的狀態方程"=C可知，溫度一定降低，B正確，

T

A錯誤；

C.若外界溫度不變，則管內氣體溫度不變，發現玻璃管內水面上升，氣體體積減小，根據理想氣體的狀態

方程牛=C可知管內氣體壓強一定增大，根據p=p+0gzz可知，外界氣體壓強一定增大，C正確；

D.若外界溫度不變，則管內氣體溫度不變，發現玻璃管內水面下降，氣體體積增大，根據理想氣體的狀態

方程牛=c可知管內氣體壓強一定減小，根據p'=p+0g〃可知，外界氣體壓強一定減小，D錯誤；故選

BC。

11.如圖所示，水銀柱上面封閉一段氣體，管內外水銀面高度差〃=72cm,大氣壓強為76cmHg,下列說法

正確的是（）

A.將管稍上提，//變大

B.將管下插至D項所述位置時，管內封閉氣體的壓強大于76cmHg

C.將管下插至D項所述位置時，管內外水銀面高度差小于70cm

D.將管下插至管頂與管外水銀面高度差為70cm時，管內外水銀面高度差也是70cm

【答案】AC

【詳解】A.水銀柱產生的壓強與封閉空氣柱產生的壓強之和等于外界大氣壓，即R+Og〃=P。若將管稍上

提，管內空氣柱的體積增大，由于溫度不變，根據玻意耳定律可知，封閉空氣柱的壓強減小，所以水銀柱

的高度場變大，故A正確；

BCD.將管下插至管頂與管外水銀面高度差為70cm時，管內封閉氣體體積變小，壓強增大，所以管內外液

面差變小，即管內外水銀面高度差小于70cm,管內封閉氣體壓強小于76cmHg,故C正確，BD錯誤。

故選ACo

12.如圖所示，足夠深的導熱容器用質量為〃八橫截面積為S的導熱活塞封閉一定質量的理想氣體，活塞下

方設有兩個卡口，初態時活塞與卡口間的作用力大小為:,活塞離氣缸底部的高度為〃，環境溫度To之

一一3

后環境溫度逐漸升高至某一溫度T,活塞離氣缸底部的距離變為大人。不計活塞與容器間的摩擦，重力加速

2

7

A.圖甲為此過程的V-T圖像，其中心=:4

6

7

B.圖乙為此過程的p-T圖像，其中

7

C.圖丙為此過程的p-V圖像，此過程中氣體對外做功為記

D.圖丙為此過程的p-V圖像，封閉氣體在兩個階段升高相同溫度時，吸收的熱量相等

【答案】BC

【詳解】A.初始時刻，對活塞受力分析有mg+-綜-”S=0解得口=|必當活塞對卡口剛好沒有作用

7

力時,對活塞受力分析有mg+p°S-p2s=。解得p2=-p.從初始時刻到活塞與卡口剛好沒有作用力的過程

中，氣體的體積不變，由查理定律有空=華解得7；=:品從活塞與卡口沒有相互作用到活塞與氣缸底部距

1。7i6

3VV7

離為:/7過程中，封閉氣體的壓強不變，由蓋一呂薩克定律有U=,解得

2TiTi~4

所以整個過程中氣體的JT圖、p-T圖、p-V圖分別如甲、乙、丙所示

故A錯誤,B正確；

17

C.在氣體做等壓變化時，氣體對外做功，有卬=025?力=歷。浦/2故C正確；

D.封閉氣體在兩個階段升高相同溫度，氣體內能的增加量相等，第一個階段與外界沒有功的交換，吸收的

熱量全部增加內能，第二個階段溫度升高時還要對外做功，所以吸收的熱量一部分對外做功，一部分增加

內能，因此溫度升高相同溫度第二個階段吸收熱量要多些，故D錯誤。故選BC。

第II卷（非選擇題共52分）

二、非選擇題

13.（6分）在“油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中，通過宏觀量的測量間接計算確定微觀量。

（1）本實驗利用了油酸分子易在水面上形成（選填“單層”或“多層”）分子油膜的特性。若將含有

純油酸體積為丫的一滴油酸酒精溶液滴到水面上，形成面積為s的油酸薄膜，則由此可估測油酸分子的直

徑為d-0

（2）將0.2mL的純油酸配制成2000mL的油酸酒精溶液，接著用滴管向量筒內滴加80滴上述溶液，量筒中

的溶液體積增加了1mL。若把一滴這樣的油酸酒精溶液滴入足夠大的盛水的淺盤中（水中撒了琲子粉），由

于酒精溶于水，油酸在水面展開，穩定后形成的油膜的形狀如圖所示。己知每一小方格的邊長為1cm,則可

估算出油酸分子的直徑大小是m（計算結果保留一位有效數字）。

（3）某同學將實驗中得到的計算結果和實際值比較，發現計算結果偏大，可能的原因是o

A.水面上瘴子粉撒得過多，油酸未完全散開

B.求每滴溶液中純油酸的體積時，1mL溶液的滴數多記了10滴

C.計算油膜面積時，只數了完整的方格數

D.油酸酒精溶液長時間放置，酒精揮發使溶液的濃度增大

【答案】單層IxlO-10AC/CA

【詳解】（1）口][2]本實驗利用了油酸分子易在水面上形成單層分子油膜的特性。若將含有純油酸體積為V

的一滴油酸酒精溶液滴到水面上，形成面積為s的油酸薄膜，則由此可估測油酸分子的直徑為六千

（2）[3]利用數格子的方法，油酸膜的面積約為S=1.15xl（T2m2,1滴這樣的溶液中的純油酸體積為

V=Lx山-xl（T6m3=L25xl0T2m3油酸分子的直徑大小是d=上?Hxl0T0m

802000S

V

（3）[4]A.水面上瘴子粉撒得太多，油膜沒有充分展開，即算出的油膜層面積偏小，根據六總

可知所測的分子直徑d明顯偏大，故A正確；

B.求每滴溶液中純油酸的體積時，1mL溶液的滴數多記了10滴，得出的油酸體積偏小，所測的分子直徑

d偏小，故B錯誤；

C.計算油膜面積時，只數了完整的方格數，算出的油膜層面積偏小，所測的分子直徑d明顯偏大，故C正

確；

D.若油酸酒精溶液長時間放置，酒精揮發使溶液的濃度變大，實驗數據處理仍然按照揮發前的濃度計算,

即算出的純油酸體積偏小，則所測的分子直徑d明顯偏小，故D錯誤。故選AC。

14.（8分）用氣體壓強傳感器做“探究氣體等溫變化的規律”實驗，實驗裝置如圖甲所示。

（1）關于該實驗下列說法正確的是o

A.為保證封閉氣體的氣密性，應在柱塞與注射器壁間涂上潤滑油

B.為方便推拉柱塞，應用手握住注射器

C.為節約時間，實驗時應快速推拉柱塞和讀取數據

D.實驗中氣體的壓強和體積都可以通過數據采集器獲得

（2）A組同學在操作規范、不漏氣的前提下，測得多組壓強p和體積丫的數據并作出丫-^圖線，發現圖

線不通過坐標原點，如圖丙所示；圖中縱截距代表的物理含義是;實驗中出現的誤差屬于

(選填“系統誤差”或“偶然誤差”)。

(3)若A組同學利用所得實驗數據作出的圖線，應該是。

(4)B組同學測得多組壓強p和體積丫的數據后，在p-《坐標平面上描點作圖，因壓縮氣體過程中注射

器漏氣，則作出的圖線應為圖中(選填“①"或②')。

匕

0V

【答案】A膠管內氣體體積的相反數系統誤差B②

【詳解】(1)[1]A.在柱塞與注射器壁間涂上潤滑油，可以保證封閉氣體的氣密性，A正確；

B.用手握住注射器，會使氣體溫度升高，不符合實驗要求，B錯誤；

C.應緩慢推拉柱塞和讀取數據，C錯誤；

D.只有壓強可以通過數據采集器采集，D錯誤。故選A。

(2)⑵[3]設膠管內氣體體積AW根據玻意耳定律有p(V+AV)=C解得造成圖線不過原點的

原因是由于膠管內存在氣體，圖中縱截距代表的物理含義是膠管內氣體體積的相反數，該誤差屬于系統誤

差。

(3)[4]被封閉氣體的初始體積為％+AV,壓強為外，末狀態的體積為V+AV,根據玻意耳定律得

p0(%+AV)=p(V+AV)解得p=可知，V越小，/越大，隨著V減小，則壓強趨近于某一值。

故選B。

(4)[5]由于存在漏氣，則pV減小，故圖線應為②。

15.（8分）如圖所示，水平面上靜止放置著一根左端封閉右端開口且粗細均勻、導熱性良好的細玻璃管，

玻璃管的橫截面積為S,管中有一段長為d的水銀柱，左側封閉著一段長為乙的空氣（視為理想氣體）柱。

已知重力加速度大小為g,水銀的密度為夕，環境的熱力學溫度為不計任何阻力。

（1）現使玻璃管以大小為a的加速度水平向右加速運動，穩定后管內空氣柱長為4,求大氣壓強Pi；

（2）若將玻璃管右側緩慢抬起至豎直，并緩慢升高管內氣體的溫度，使玻璃管內空氣柱的長度仍為乙，求

玻璃管內空氣柱的熱力學溫度兀

￡1d

<-----------------——------->

一三三三三--------一旦―

［答案］（1）弩；（2）叫+g尸工

【詳解】（1）由玻意耳定律有。人5=。245對水銀柱受力分析有必5-網5=5^^解得小=a廠dp寧K

（2）當玻璃管右側緩慢抬起至豎直時，由查理定律有空=與■由平衡條件有03s=（R+Qgd）S

解得r=g牛二/心

aL2

16.（8分）如圖1所示,導熱性能良好、內壁光滑的汽缸開口向上放置,其上端口裝有固定卡環。質量為4.0kg、

面積為8.0cn?的活塞將一定質量的理想氣體封閉在缸內，開始時缸內封閉氣體的體積為4xl（T*m3。現緩慢

升高環境溫度，使氣體從狀態A變化到狀態C,缸內氣體體積隨溫度變化的圖像如圖2所示，氣體質量保

持不變，已知大氣壓強為1.0xl（）5pa,重力加速度g取10m/s?。求：

（1）開始時環境的溫度多高；氣體變化到狀態C時氣體的壓強多大（壓強保留2位小數）；

（2）若氣體在整個過程中吸收的熱量為90J,則整個過程缸內氣體內能的增加量為多少。

八K/（xl0-4in3）

1

----H0L-----__8__>r/（xl°2K*s）

圖1圖2

【答案】（1）O=300K,pc=267xl（）5pa；（2）AU=60J

vv

【詳解】（1）氣體從A變化到3發生的是等壓變化，則曾=曾由圖2可知

1A

匕=4xlCT4m3,%=6xl(T4m3,〃=4.5*102]＜解得7；=3001€開始時，缸內氣體壓p4=為+蟹=1.5xl()5pa

s

氣體從狀態B變化到狀態C,發生等容變化，則皆=空；PB=PA解得Pc=2.67x105pa

1C*1B

（2）氣體從A到3過程對外做功為W=PA（%-%）=30J根據熱力學第一定律，整個過程氣體內能增量

△U=Q-W=60J

17.（10分）如圖所示，體積為％=2L的氣缸內儲存有壓強為0=L5atm的理想氣體，充氣泵每次可以將體

積為乂=5L,壓強為p0=latm的理想氣體充入氣缸內，抽氣筒每次可以從氣缸中抽出匕=3L氣體，且抽出

氣體的壓強和抽氣完畢后氣缸內的氣體壓強相等。充氣時只打開進氣閥門，抽氣時只打開排氣閥門，缸內

氣體的溫度為T=300K,充入氣體的溫度與缸內氣體的溫度相同，且充氣和抽氣的過程中氣體的溫度保持

不變。

（1）若只用充氣泵對初始狀態的氣缸充氣5次，求充氣后缸內氣體的壓強。'和充入氣體的質量與氣缸內原

有氣體的質量之比；

（2）若只用抽氣筒對初始狀態的氣缸抽氣2次，為使抽氣后氣缸內的壓強與初始狀態相同，需將氣缸內的

溫度變為多少？

接充氣泵^5^接抽氣筒

進氣閥門排氣閥門

75

【答案】（1）14atm,