内容正文:
练案[6] 第二章 气体、固体和液体
1.温度和温标
基础达标练
1.(多选)关于热平衡与温标,下列各类说法中正确的
是 ( )
A.具有相同内能的两物体达到热平衡
B.体温计测量体温时需与身体接触一段时间是为了
达到热平衡
C. 1 K就是1 ℃
D.冷热程度相同的鸡蛋和石头处于热平衡
2.(多选)两个原来处于热平衡状态的系统,分开后,由
于受外界的影响,其中一个系统的温度升高了5 K,
另一个系统的温度升高了5 ℃,下列说法正确的是
(B )
A.两个系统不再是热平衡状态了
B.两个系统此时仍是热平衡状态
C.两个系统的状态都发生了变化
D.两个系统的状态都没有发生变化
3.(多选)下列关于热力学温标的说法中正确的是
(A )
A.热力学温标是一种更为科学的温标
B.热力学温标的0 K等于- 273. 15 ℃,叫绝对零度
C.气体温度趋近于绝对零度时其体积为零
D.在绝对零度附近气体已液化或凝固
4.(多选)伽利略在1593年制造了世界上第
一只温度计——空气温度计,如图所示。
一个细长颈的球形瓶倒插在装有红色液体
的槽中,细管中的液面清晰可见,如果不考
虑外界大气压的变化,就能根据液面的变
化测出温度的变化,则 (C )
A.该温度计的测温物质是槽中的液体
B.该温度计的测温物质是细管中的红色液体
C.该温度计的测温物质是球形瓶中的空气
D.该温度计是利用测温物质的热胀冷缩性质制成的
5.(多选)严冬,湖面上结了厚厚的冰,但冰下鱼儿仍在
游动。为了测出冰下水的温度,某同学在冰上打了
一个洞,拿来一支实验室温度计,用下列四种方法测
水温,正确的做法是 (B )
A.用线将温度计拴牢从洞中放入水里,待较长时间
后从水中提出,读出温度计的示数
B.取一空的塑料瓶,将温度计悬吊在瓶中,再将瓶拴
住从洞中放入水里,水灌满瓶后待较长时间,然后
将瓶提出,立即读出温度计的示数
C.若温度计显示的示数为摄氏温度4 ℃,即热力学
温度4 K
D.若温度计显示的示数为摄氏温度4 ℃,即热力学
温度277. 15 K
6.(多选)下列有关热平衡的说法,不正确的是(A )
A.如果两个系统在某时刻处于热平衡状态,则这两
个系统永远处于热平衡状态
B.热平衡定律只能研究三个系统的问题
C.如果两个系统彼此接触而不发生状态参量的变
化,这两个系统又不受外界影响,那么这两个系统
一定处于热平衡状态
D.两个处于热平衡状态的系统,温度可以有微小的
差别
7.下面关于温度的叙述不正确的是 (A )
A.温度就是温标
B.两个系统处于热平衡时,它们具有一个共同的性
质——温度相同
C.温度是分子热运动平均动能的标志
D.温度的高低决定了分子热运动的剧烈程度
8.在某一水银温度计管上刻有150格均匀的标度,在
标准大气压下,当温度计的玻璃泡浸入冰水混合物
中时,水银柱位置在40刻度处;当玻璃泡浸入沸水
中时,水银柱的位置在90刻度处。当水银柱上升到
100刻度处时,实际温度是多少摄氏度?相当于热力
学温度多少开
?
—143—
能力提升练
9.关于热平衡,下列说法错误的是 (B )
A.用温度计测量温度是根据热平衡的原理
B.温度相同的棉花和石头相接触,需要经过一段时
间才能达到热平衡
C.若a与b、c分别达到热平衡,则b、c之间也达到了
热平衡
D.两物体温度相同,可以说两物体达到了热平衡
10.(2023·河北曲周一中高二下测试)温度计是生活、
生产中常用的测量装置。如图为一简易温度计,一
根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插
入烧瓶内,封闭一定质量的气体。当外界温度发生
变化时,水柱位置将上下变化。已知A、D
间的测量范围为20 ℃ ~ 80 ℃,A、D间刻度
均匀分布。由图可知,A、D及有色水柱下端
所示温度分别为 (C )
A. 20 ℃、80 ℃、64 ℃
B. 20 ℃、80 ℃、68 ℃
C. 80 ℃、20 ℃、32 ℃
D. 80 ℃、20 ℃、34 ℃
11.(2024·通化高二校考阶段练习)如图所示,一绝热
汽缸由导热隔板分为左右两部分,隔板可沿汽缸内
壁无摩擦滑动,汽缸两侧充有同种气体(可视为理
想气体)。缓慢推动绝热活塞压缩右侧气体,当左
右两侧气体达到新的热平衡时,以下说法正确的是
(A )
A.两侧气体的温度相等
B.右侧气体分子的平均速率大于左侧气体分子的
平均速率
C.右侧气体压强大于左侧气体压强
D.汽缸内每个气体分子的动能均相等
12.(多选)下列关于热力学温标与摄氏温标的说法不
正确的是 (C )
A.热力学温标与摄氏温标的每一分度的大小是相
同的
B.热力学温标的0 K对应于- 273. 15 ℃
C.温度升高3 ℃,在热力学温标中温度升高276.15 K
D.热力学温标是由摄氏温标导出的
13.下列关于热现象的说法中正确的是 (C )
A.热力学系统的平衡态是一种定态平衡
B.温度高的物体比温度低的物体热量多
C.相互间达到热平衡的两物体的内能不一定相等
D.液体温度越高,悬浮颗粒越小,布朗运动越剧烈,
说明悬浮颗粒中分子热运动剧烈
14.(多选)在应用物理知识分析解决问题的过程中,常
常需要根据问题情境的描述提取有用信息、做出正
确的判断。以下判断正确的是 (A )
A.从“物体在光滑的水平面上运动”判断“物体不
受摩擦力”
B.从“物体的温度保持不变”判断“物体的内能不
变”
C.从“1个标准大气压下把水烧开”判断“水末温为
100 ℃”
D.从“两只灯泡串联”判断“通过两灯丝的电流相
等
”
—144—
练案[5]
基础达标练
1. B 布朗运动的实质是液体中悬浮颗粒因为受到液体分子撞
击不平衡导致的无规则运动,这一现象反映了液体分子是做
无规则运动的,故A错误;温度是分子平均动能的标志,物体
的温度越高,分子热运动越剧烈,故B正确;内能是物体中所
有分子热运动动能与分子势能的总和,故C错误;气体很容易
被压缩,说明气体分子之间存在的空隙较大,故D错误。
2. BC 水和水蒸气的分子量相同,摩尔质量相同,18 g的水和水
蒸气分子数相同,都是6. 02 × 1023个,32 g的氧气分子数为
6. 02 × 1023个,故分子数目相同;温度是分子热运动平均动能
的标志,温度相等,则分子热运动的平均动能相同,由于氧分
子的质量大,故氧分子的平均速率小;内能包括分子势能和分
子热运动的动能,由液体水变成水蒸气,分子间距离从r0 变
大,分子间作用力做负功,分子势能增加,故B、C正确,A、D
错误。
3. C 物体的内能与物体的温度、体积以及物质的量有关,不同
的物体,若温度相同,内能不一定相同,选项A错误;物体的动
能与组成物体的分子的动能无必然联系,物体速度增大,动能
增大,但分子动能不一定增大,内能也不一定增大,选项B错
误;机械能可以转化为内能,内能也可以转化为机械能,选项
C正确;物体的内能永远不为零,静止在地面上的物体,机械
能也不一定为零,选项D错误。
4. BD 从分子力随分子间距的变化曲线可以得出0. 5r0处到r0
处斥力减小,乙分子的加速度也就减小,从r0处到无穷远处引
力先增大后减小,乙分子的加速度先增大后减小,故A错误;
从0. 5r0 处到r0 处,乙分子受到的分子间作用力体现为向右
的斥力,做向右的加速运动,通过r0处后受到的分子间作用力
体现为向左的引力,做向右的减速运动,在r0 处加速度a = 0,
速度最大,故B正确;从0. 5r0到r0处,分子间作用力做正功,
分子的势能减小;通过r0后,分子间作用力做负功,分子的势
能增大,故乙分子在r0处的势能最小,故C错误,D正确。
5. D 分析分子力和分子势能随分子间距离的变化问题,一定要
明确分子间的距离r是大于r0还是小于r0。因为本题不知道
r与r0的大小关系,所以分子力和分子势能的变化都无法判
定,故A、B、C错误,D正确。
6.(1)见解析
(2)① ② 12 kb
2
解析:(1)当r = r0时两分子间相互作用力为0,曲线斜率绝对
值的大小表示分子间作用力的大小,曲线斜率为正时,分子力
表现为引力,曲线斜率为负时,分子力表现为斥力。
(2)①双原子分子系统中两原子在其平衡位置附近振动时,振
动满足简谐振动,分子力与分子间距的变化满足F = - kr(r0
- b≤r≤r0 + b)
当分子到达r0 + b时,此时分子间的回复力达到最大,且方向
向左;当分子到达r0 - b时,此时分子间的回复力同样达到最
大,但方向向右,而取向右为正方向,则可得到如图所示的两
原子分子间的作用力随位置变化的关系图像。
②由题意可知,原子B处于r = r0处时,其动能最大,设为Ek1,
而当r = r0时系统的势能有最小值,为
Ep1 = Ep0 +
k
2 (r - r0)
2 = Ep0
原子B处于r = r0 - b处时,系统的动能为0,势能最大,最大
势能为Ep2 = Ep0 + k2 (r - r0)
2 = Ep0 +
1
2 kb
2
根据能量守恒定律得Ep1 + Ek1 = Ep2 + 0
解得Ek1 = 12 kb
2。
能力提升练
7. B 物体内能与物体的运动状态无关,相对地面静止的物体仍
然具有内能,A错误;温度是分子平均动能的标志,温度低的
物体分子平均动能一定小,B正确;物体的内能与物体的温
度、体积及物质的量有关,C错误;物体分子的平均动能与物
体机械运动的速度无关,D错误。
8. ACD r2→r0 过程,分子力先增大后减小,加速度先增大后减
小;r = r0 处,分子势能最小(为负值);作出Ep - r图像知,可
能存在r不同的两点对应着相等的分子势能;两分子间距离
从r0逐渐增大的过程中,分子力做负功,分子势能增大,故B
错误,A、C、D正确。
9. D 温度升高,分子平均动能增大。水的温度由0 ℃上升到
4 ℃时,水的体积减小,这时水分子间的总势能增大,因此,吸
收的热量一部分要克服分子间的结合力做功。故D正确。
10. AD 分子力为零时,分子势能最小,由题图可知r = r2 时,分
子间的作用力为零,故A正确;假设将两个分子从r = r1处释
放,分子将在r1至无穷远处之间运动,故B错误;假设将分
子间距离由r1增大到r2,分子间的作用力逐渐减小,故C错
误;分子间距离由r3减小为r2的过程中,根据题图切线的斜
率可知,分子间作用力先增大后减小,故D正确。
11. BD 图甲中分子间距从r2 到r3,分子间的引力、斥力均减
小,分子力合力增大,故A错误;分子b从r3 到r2 和从r2 到
r1两过程,若图像与横轴所围面积相等,则分子力做功为0,
动能变化量为0,分子b在r3 和r1 两位置时动能可能相等,
故B正确;图甲中r2处分子力合力为0,分子b在此处分子
势能最小,应对应图乙中r6处,即图乙中r5 一定小于图甲中
r2,故C错误;若图甲中阴影面积S1 = S2,则分子b从r4 到r1
过程分子力做功为0,分子b在r4处速度不为0,则分子b在
r1处速度不为0,将继续运动,靠近分子a,故D正确。
12.见解析
解析:(1)如果分子间作用力的合力为零,此距离为r0。当分子
间距离小于r0时,分子间的相互作用表现为斥力,要减小分子间
的距离必须克服斥力做功,因此,分子势能随分子间距离的减小
而增大。如果分子间距离大于r0,分子间的相互作用表现为引
力,要增大分子间的距离必须克服引力做功,因此,分子势能随
分子间的距离增大而增大。从以上两种情况综合分析,分子间
距离以r0为数值基准,分子间距离不论减小或增大,分子势能都
增大。所以说,分子平衡位置处是分子势能最低点。
(2)由图可知,分子势能为零的点选在了两个分子相距无穷
远的位置。因为分子平衡位置处是分子势能最低点,据图也
可以看出:在这种情况下分子势能可以大于零,也可以小于
零,也可以等于零。
(3)因为分子平衡位置处是分子势能最低点,显然,选两个分
子相距r0时分子势能为零,其他位置分子势能都大于零。
练案[6]
基础达标练
1. BD 两物体达到热平衡的标志是它们的温度相同,温度相同
的物体不一定有相同的内能,故A错误;体温计测量体温时需
与身体接触一段时间是为了达到热平衡,从而显示温度,故B
正确;1 K约等于-272 ℃,故C错误;两物体达到热平衡的标
志是他们的温度相同,或者是他们的冷热程度相同,故D
正确。
2. BC 由于两个系统原来处于热平衡状态,故温度相同,升高
相同的温度后,温度仍相同,仍是热平衡状态,A错误,B正
确;由于温度发生了变化,系统的状态也发生了变化,C正确,
D错误。
3. ABD 热力学温标在科学计算中使热力学方程更简单、更科学,
A正确;绝对零度是热力学温标的最低温度,等于- 273. 15 ℃
,
—220—
B正确;气体趋近于绝对零度时,已液化或凝固,但有体积,
C错误,D正确。故选ABD。
4. CD 细管中的红色液体是用来显示球形瓶中空气的体积随
温度变化情况的,测温物质是球形瓶中封闭的空气,该温度计
是利用它的热胀冷缩的性质制成的,故C、D正确。
5. BD 要测量冰下水的温度,必须使温度计与冰下的水达到热
平衡才能读出准确的示数,把温度计取出来,显示的不再是原
热平衡状态下的温度,由于T = t + 273. 15 K =(4 + 273. 15)K
=277. 15 K,故B、D正确。
6. ABD 处于热平衡状态的系统,如果受到外界的影响,状态参
量会随之变化,温度也会变化,故A错误,符合题意;热平衡定
律对多个系统也适用,故B错误,符合题意;由热平衡的意义
可知如果两个系统彼此接触而不发生状态参量的变化,这两
个系统又不受外界影响,那么这两个系统一定处于热平衡状
态,故C正确,不符合题意;温度相同是热平衡的标志,故D错
误,符合题意。
7. A 温度是表示物体的冷热程度的物理量,它反映物体内部分
子热运动的状况。分子热运动越快,温度就越高。温标是衡
量温度高低的标尺,它是描述温度数值的统一表示方法,故温
度不是温标,故A错误;两个系统处于热平衡时,它们具有一
个共同的性质——温度相同,故B正确;根据分子动理论,温
度是分子热运动平均动能的标志,故C正确;温度的高低决定
了分子热运动的剧烈程度,故D正确。
8. 120 ℃ 393. 15 K
解析:摄氏温标规定:标准大气压下冰水混合物的温度为
0 ℃,沸水温度为100 ℃。由此可见,题中所说的40刻度处就
是0 ℃,90刻度处就是100 ℃。从40到90有50等份,每1
等份的实际温度是10050 ℃ =2 ℃。
当水银柱上升到100刻度处时,共占有的等份数是:100 - 40
= 60。所以100刻度处的实际温度是:2 ℃ × 60 = 120 ℃。由
热力学温度与摄氏温度的关系式T = t + 273. 15 K可得,120 ℃
相当于热力学温度T =(120 + 273. 15)K = 393. 15 K。即该温
度计100刻度处相当于393. 15 K。
能力提升练
9. B 当温度计的液泡与被测物体紧密接触时,如果两者的温度
有差异,它们之间就会发生热传递,高温物体将向低温物体传
热,最终使二者的温度达到相同,即达到热平衡,故A、D正
确;两个物体的温度相同时,不会发生热传递,故B错误;若a
与b、c分别达到热平衡,三者温度一定相同,则b、c之间也达
到了热平衡,故C正确。
10. C 此简易温度计是利用气体的热胀冷缩原理制成的,温度
升高时,烧瓶内气体膨胀,有色水柱上升;温度降低时,烧瓶
内气体收缩,有色水柱下降,已知A、D间的测量范围为20 ℃
~80 ℃,可得A对应温度为80 ℃,D对应温度为20 ℃;A、D
间刻度均匀分布,每格表示80 ℃ -20 ℃15 = 4 ℃,则有色水柱
下端所示温度为20 ℃ +3 × 4 ℃ =32 ℃,故选项C正确。
11. A 由热平衡定律可知,当左右两侧气体达到新的热平衡时,
两侧气体温度相等,故A正确;温度是分子平均动能的标志,
所以两侧气体分子的平均动能相等,由于汽缸两侧充有同种
气体,则两侧气体分子的平均速率相等,故B错误;当左右两
侧气体达到新的热平衡时,右侧气体压强等于左侧气体压
强,故C错误;两侧气体分子的平均动能相等,但不能说明汽
缸内每个气体分子的动能均相等,故D错误。故选A。
12. CD 由T = t + 273. 15 K,得知ΔT = Δt,即热力学温标温度的
变化总等于摄氏温标温度的变化,故A正确;热力学温度与
摄氏温度的关系是T = t + 273. 15 K,可知,当T = 0 K时t =
- 273. 15 ℃,故B正确;温度升高3 ℃也就是温度升高了3
K,故C错误;摄氏温标由热力学温标导出,故D错误。
13. C 热力学系统的平衡态是大量分子的平均效果,是动态平
衡,故A错误;热量是过程量,不能说含有热量多少,故B错
误;相互间达到热平衡状态的两个物体温度一定相等,内能
不一定相等,故C正确;液体温度越高,悬浮颗粒越小,布朗
运动越剧烈,说明了液体分子热运动剧烈,故D错误。
14. ACD 接触面粗糙是摩擦力存在的必要条件,所以从“物体
在光滑的水平面上运动”可以判断“物体不受摩擦力”,故A
正确;物体的内能包括所有分子的动能和分子间势能之和,
若“物体的温度保持不变”,说明所有分子的总动能不变,但
是分子间势能可能发生变化,不能判断“物体的内能不变”,
故B错误;标准大气压下水的沸点为100 ℃,所以从“1个标
准大气压下把水烧开”可以判断“水末温为100 ℃”,故C正
确;串联部分电流处处相等,所以从“两只灯泡串联”可以判
断“通过两灯丝的电流相等”,故D正确。
练案[7]
基础达标练
1. A 水银柱所处的状态不是平衡状态,因
此不能用平衡条件来处理。水银柱的受
力分析如图所示,因玻璃管和水银柱组成
的系统的加速度a = gsin θ,所以对水银
柱,由牛顿第二定律得p0S + mgsin θ - pS
= ma,故p = p0,A正确。
2. B 气体初状态的压强p1 = 3 atm,体积V1 = V;末状态的压强
p2 = 1 atm,体积V2 = V + 4 L。由玻意耳定律得p1V1 = p2V2,即
3 atm × V = 1 atm ×(V + 4 L),解得V = 2 L,故B正确。
3. ABD 由于等温线是一条双曲线,它表明在温度保持不变的
情况下,气体的压强与体积成反比,A正确;一定质量的气体,
在不同温度、相同压强的情况下,体积不同,因此等温线不同,
B正确;对一定质量的气体,温度越高,气体压强与体积的乘
积越大,图像离坐标轴越远,故T1 < T2,C错误,D正确。
4. AC 由图可知,初始状态,气体A的压强为pA = 76 + 56 cmHg
= 132 cmHg,气体B的压强为pB = 76 + 56 + 20 cmHg =
152 cmHg,以水平管为轴缓慢转动使L形管变为水平,假设稳
定后,水银柱均水平,则两部分气体压强均等于大气压强,为
76 cmHg,根据玻意耳定律pALAS = pLA ′S,pBLBS = pLB ′S,解得
LA ′ = 33 cm,LB ′ = 56 cm,由于ΔLB = LB ′ - LB = 28 cm > 20 cm,
假设成立,故气体B的长度变化量为28 cm,故A正确;气体A
的长度变化量为ΔLA = LA ′ - LA = 14 cm,故B错误;溢出的水
银柱长度为L = ΔLA + ΔLB = 42 cm,故C正确,D错误。
5. B 根据玻意耳定律pV = C,C与温度有关,温度越高,C越大,
可知p与V之积越大表示温度越高,则T2 > T1;根据pV = C可
知p = 1V·C,故p与
1
V成正比,p -
1
V图线的延长线过原点,
且温度越高图线的斜率越大,故B正确。
6. B 题图中试管在水下某深度处于静止状态,浮力(等于排开
水的重力)与试管重力相平衡,当试管中空气压强稍大些,即
试管稍下移或向广口瓶中加水时,试管内的空气被压缩,浮力
将减小,试管将下沉,在下沉的过程中,空气所受压强越来越
大,浮力越来越小,试管将加速下沉,故B正确。
7.(1)pApB = 67 (2)不会从玻璃管口漏出
解析:(1)A段空气柱的压强:pA = p0 + ph = 90 cmHg
B段空气柱的压强pB = pA + ph = 105 cmHg
则pApB = 67。
(2)玻璃管倒置,A、B两段气体均发生等温变化,假设没有水
银漏出
对A段气体:pA ′ = p0 - ph = 60 cmHg,pAhS = pA ′hAS,
解得hA = 22. 5 cm
对B段气体:pB ′ = pA ′ - ph = 45 cmHg,pBhS = pB ′hBS,
解得hB = 35 cm
两段水银柱和两段空气柱总长度为x,则x = hA + hB + 2h =
87. 5 cm < 90 cm。可知水银不会从玻璃管口漏出。
能力提升练
8. A 取单个气泡研究,据p0V0 = pV知,压缩后气体的压强p =
p0V0
V ,则每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力F = pS =
p0V0S
V ,选项A正确。
9. A 假设U形管平放后两部分气体的体积不变,即L和H的
大小相等。
在竖直状态时可以判断出左侧空气柱压强应比右
—221—