知識點(diǎn)十六 熱學(xué)-2023年高考物理分類題庫

知識點(diǎn)十六熱學(xué)1.(2023·江蘇選擇考·T3)如圖所示,密閉容器內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B。該過程中 ()A.氣體分子的數(shù)密度增大B.氣體分子的平均動(dòng)能增大C.單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對單位面積器壁的作用力減小D.單位時(shí)間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的氣體分子數(shù)減小【解析】選B。根據(jù)pVT=C,可得p=CVT,則從A到B為等容線,即從A到B氣體體積不變,則氣體分子的數(shù)密度不變,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;從A到B氣體的溫度升高,則氣體分子的平均動(dòng)能變大,則選項(xiàng)B正確;從A到B氣體的壓強(qiáng)變大,氣體分子的平均速率變大,則單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對單位面積器壁的作用力變大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;氣體分子的數(shù)密度不變,從A到B氣體分子的平均速率變大,則單位時(shí)間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的氣體分子數(shù)變大,選項(xiàng)2.(2023·江蘇選擇考·T9)在“探究氣體等溫變化的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。利用注射器選取一段空氣柱為研究對象。下列改變空氣柱體積的操作正確的是 ()A.把柱塞快速地向下壓B.把柱塞緩慢地向上拉C.在橡膠套處接另一注射器,快速推動(dòng)該注射器柱塞D.在橡膠套處接另一注射器,緩慢推動(dòng)該注射器柱塞【解析】選B。因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)是要探究氣體等溫變化的規(guī)律;實(shí)驗(yàn)中要緩慢推動(dòng)或拉動(dòng)活塞,目的是盡可能保證封閉氣體在狀態(tài)變化過程中的溫度不變;為了方便讀取封閉氣體的體積,不需要在橡膠套處接另一注射器。3.(2023·遼寧選擇考·T5)“空氣充電寶”是一種通過壓縮空氣實(shí)現(xiàn)儲能的裝置,可在用電低谷時(shí)儲存能量、用電高峰時(shí)釋放能量。“空氣充電寶”某個(gè)工作過程中,一定質(zhì)量理想氣體的p-T圖像如圖所示。該過程對應(yīng)的p-V圖像可能是 ()【解析】選B。根據(jù)pVT=C,可得p=CVT,從a狀態(tài)到b狀態(tài),氣體壓強(qiáng)不變,溫度升高,則體積變大;從b狀態(tài)到c狀態(tài),氣體壓強(qiáng)減小,溫度降低,因c點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率小于b點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率,則c狀態(tài)的體積大于b狀態(tài)體積。故選4.(多選)(2023·山東等級考·T9)一定質(zhì)量的理想氣體,初始溫度為300K,壓強(qiáng)為1×105Pa。經(jīng)等容過程,該氣體吸收400J的熱量后溫度上升100K;若經(jīng)等壓過程,需要吸收600J的熱量才能使氣體溫度上升100K。下列說法正確的是 ()A.初始狀態(tài)下,氣體的體積為6LB.等壓過程中,氣體對外做功400JC.等壓過程中,氣體體積增加了原體積的1D.兩個(gè)過程中,氣體的內(nèi)能增加量都為400J【解析】選A、D。令理想氣體的初始狀態(tài)的壓強(qiáng)、體積和溫度分別為p1=p0,V1=V0,T1=300K,等容過程為狀態(tài)二p2=?,V2=V1=V0,T2=400K,等壓過程為狀態(tài)三p3=p0,V3=?,T3=400K,由理想氣體狀態(tài)方程可得p1V1T1整理解得p2=43p0,V3=43V0,則等壓過程中,體積增加了原來的13,故C錯(cuò)誤;等容過程中氣體做功為零,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,兩個(gè)過程的初末溫度相同,即內(nèi)能變化相同,因此內(nèi)能增加都為400J,故D正確;等壓過程內(nèi)能增加了400J,吸收熱量為600J,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q可知,W=400J-600J=-200J,則氣體對外做功為200J,即做功的大小為W=p0(43V0-V0)=200J,代入數(shù)據(jù)解得V0=6×10-3m3=6L,故A5.(多選)(2023·浙江6月選考·T14)下列說法正確的是 ()A.熱量能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體B.液體的表面張力方向總是跟液面相切C.在不同的慣性參考系中,物理規(guī)律的形式是不同的D.當(dāng)波源與觀察者相互接近時(shí),觀察者觀測到波的頻率大于波源振動(dòng)的頻率【解析】選B、D。根據(jù)熱力學(xué)第二定律得,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,故A錯(cuò)誤;液體的表面張力方向總是跟液面相切,故B正確;在不同的慣性參考系中,物理規(guī)律的形式是相同的,故C錯(cuò)誤;根據(jù)多普勒效應(yīng)的原理可知,當(dāng)波源與觀察者相互接近時(shí),觀察者接收到波的頻率增大;反之,觀察者接收到波的頻率減小,故D正確。6.(多選)(2023·新課標(biāo)全國卷·T21)如圖,一封閉著理想氣體的絕熱汽缸置于水平地面上,用輕彈簧連接的兩絕熱活塞將汽缸分為f、g、h三部分,活塞與汽缸壁間沒有摩擦。初始時(shí)彈簧處于原長,三部分中氣體的溫度、體積、壓強(qiáng)均相等。現(xiàn)通過電阻絲對f中的氣體緩慢加熱,停止加熱并達(dá)到穩(wěn)定后 ()A.h中的氣體內(nèi)能增加B.f與g中的氣體溫度相等C.f與h中的氣體溫度相等D.f與h中的氣體壓強(qiáng)相等【解題指南】解答本題注意以下三點(diǎn):(1)通過電阻絲對f中的氣體緩慢加熱,f中氣體壓強(qiáng)增大;(2)f、g之間活塞為絕熱活塞;(3)由于活塞與汽缸壁間沒有摩擦,f與h中的氣體壓強(qiáng)相等?！窘馕觥窟xA、D。當(dāng)電阻絲對f中的氣體緩慢加熱時(shí),f中的氣體內(nèi)能增大,溫度升高,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知,f中的氣體壓強(qiáng)增大,會緩慢推動(dòng)左邊活塞,可知h的體積也被壓縮,壓強(qiáng)變大,對活塞受力分析,根據(jù)平衡條件可知,彈簧彈力變大,則彈簧被壓縮。與此同時(shí)彈簧對右邊活塞有彈力作用,緩慢向右推動(dòng)右邊活塞。故活塞對h中的氣體做正功,且是絕熱過程,由熱力學(xué)第一定律可知,h中的氣體內(nèi)能增加,A正確;未加熱前,三部分中氣體的溫度、體積、壓強(qiáng)均相等,當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí),活塞受力平衡,可知彈簧處于壓縮狀態(tài)。對左邊活塞分析pfS=F彈+pgS,則pf>pg,分別對f、g內(nèi)的氣體分析,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有p0V0T0=pfVfTf,p0V0T0=pgVgTg,由題意可知,因彈簧被壓縮,則Vf>Vg,聯(lián)立可得Tf>Tg,B錯(cuò)誤;在達(dá)到穩(wěn)定過程中h中的氣體體積變小,壓強(qiáng)變大,f中的氣體體積變大。由于穩(wěn)定時(shí)彈簧保持平衡狀態(tài),故穩(wěn)定時(shí)f、h中的氣體壓強(qiáng)相等,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,對h中的氣體分析可知p0V0T0=phV7.(2023·全國乙卷·T33(1))對于一定量的理想氣體,經(jīng)過下列過程,其初始狀態(tài)的內(nèi)能與末狀態(tài)的內(nèi)能可能相等的是。A.等溫增壓后再等溫膨脹B.等壓膨脹后再等溫壓縮C.等容減壓后再等壓膨脹D.等容增壓后再等壓壓縮E.等容增壓后再等溫膨脹【解析】選A、C、D。對于一定質(zhì)量的理想氣體,內(nèi)能由溫度決定,故等溫增壓和等溫膨脹過程溫度均保持不變,內(nèi)能不變,故A正確;根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pVT=C8.(2023·全國甲卷·T33（1）)在一汽缸中用活塞封閉著一定量的理想氣體,發(fā)生下列緩慢變化過程,氣體一定與外界有熱量交換的過程是。

A.氣體的體積不變,溫度升高B.氣體的體積減小,溫度降低C.氣體的體積減小,溫度升高D.氣體的體積增大,溫度不變E.氣體的體積增大,溫度降低【解析】選ABD。氣體的溫度升高則氣體的內(nèi)能升高,體積不變則氣體對外做功為零,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可知?dú)怏w吸收熱量,A正確;氣體的溫度降低則氣體的內(nèi)能降低,體積減小則外界對氣體做功,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可知?dú)怏w對外放熱,B正確;氣體的溫度升高則氣體的內(nèi)能升高,體積減小則外界對氣體做功,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可知Q可能等于零,即沒有熱量交換過程,C錯(cuò)誤;氣體的溫度不變則氣體的內(nèi)能不變,體積增大則氣體對外界做功,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可知Q>0,即氣體吸收熱量,D正確;氣體的溫度降低則氣體的內(nèi)能降低,體積增大則氣體對外界做功,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可知Q可能等于零,即沒有熱量交換過程,E錯(cuò)誤。9.(2023·山東等級考·T13)利用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置可探究等溫條件下氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上,注射器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的空氣,下端通過塑料管與壓強(qiáng)傳感器相連。活塞上端固定一托盤,托盤中放入砝碼,待氣體狀態(tài)穩(wěn)定后,記錄氣體壓強(qiáng)p和體積V(等于注射器示數(shù)V0與塑料管容積ΔV之和)。逐次增加砝碼質(zhì)量,采集多組數(shù)據(jù)并作出擬合曲線如圖乙所示?；卮鹨韵聠栴}:(1)在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi),圖乙中的擬合曲線為一條過原點(diǎn)的直線,說明在等溫情況下,一定質(zhì)量的氣體。

A.p與V成正比B.p與1V(2)若氣體被壓縮到V=10.0mL,由圖乙可讀出封閉氣體壓強(qiáng)為Pa(保留3位有效數(shù)字)。

(3)某組同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),一同學(xué)在記錄數(shù)據(jù)時(shí)漏掉了ΔV,則在計(jì)算pV乘積時(shí),他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對值會隨p的增大而(選填“增大”或“減小”)。

【解題提示】(1)由圖像進(jìn)行分析,明確壓強(qiáng)p和體積V之間的關(guān)系;(2)由題設(shè)條件先求出1V(3)明確誤差情況,掌握實(shí)驗(yàn)原理分析求解即可。【解析】(1)由圖乙可知,壓強(qiáng)p和體積的倒數(shù)1V(2)氣體被壓縮到10.0mL時(shí),體積的倒數(shù)1V=110.0mL-1=100.0×10-3mL-1,由圖乙可知,壓強(qiáng)p=2.04×10(3)由于在測量中ΔV是保持不變的,設(shè)測量出的注射器示數(shù)為V0,則準(zhǔn)確的表示應(yīng)為p(V0+ΔV),他的計(jì)算結(jié)果與同組正確記錄數(shù)據(jù)同學(xué)的計(jì)算結(jié)果之差的絕對值為pΔV,所以隨著壓強(qiáng)的增大,ΔV不變,故pΔV增大。答案:(1)B(2)2.04×105(3)增大10.(2023·湖北選擇考·T13)如圖所示,豎直放置在水平桌面上的左右兩汽缸粗細(xì)均勻,內(nèi)壁光滑,橫截面積分別為S、2S,由體積可忽略的細(xì)管在底部連通。兩汽缸中各有一輕質(zhì)活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉,左側(cè)汽缸底部與活塞用輕質(zhì)細(xì)彈簧相連。初始時(shí),兩汽缸內(nèi)封閉氣柱的高度均為H,彈簧長度恰好為原長。現(xiàn)往右側(cè)活塞上表面緩慢添加一定質(zhì)量的沙子,直至右側(cè)活塞下降13H,左側(cè)活塞上升12H。已知大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度大小為g,汽缸足夠長,汽缸內(nèi)氣體溫度始終不變,(1)最終汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng);(2)彈簧的勁度系數(shù)和添加的沙子質(zhì)量。【解析】(1)對左右汽缸內(nèi)所封的氣體,初態(tài)壓強(qiáng)p1=p0體積V1=SH+2SH=3SH末態(tài)壓強(qiáng)p2,體積V2=S·32H+23H·2S=176SH根據(jù)玻意耳定律可得p1V1=p解得p2=1817p(2)對右側(cè)活塞受力分析可知mg+p0·2S=p2·2S解得m=2對左側(cè)活塞受力分析可知p0S+k·12H=p2解得k=2答案:(1)1817p0(2)2p11.(2023·全國乙卷·T33(2))如圖,豎直放置的封閉玻璃管由管徑不同、長度均為20cm的A、B兩段細(xì)管組成,A管的內(nèi)徑是B管的2倍,B管在上方。管內(nèi)空氣被一段水銀柱隔開,水銀柱在兩管中的長度均為10cm?，F(xiàn)將玻璃管倒置使A管在上方,平衡后,A管內(nèi)的空氣柱長度改變1cm。求B管在上方時(shí),玻璃管內(nèi)兩部分氣體的壓強(qiáng)。(氣體溫度保持不變,以cmHg為壓強(qiáng)單位)【解析】設(shè)B管在上方時(shí)上部分氣壓為pB,則此時(shí)下方氣壓為pA,此時(shí)有pA=pB+20cmHg倒置后A管氣體壓強(qiáng)變小,即空氣柱長度增加1cm,A管中水銀柱減小1cm,又由S=πr2,SA=4SB,可知B管水銀柱增加4cm,空氣柱減小4cm;設(shè)此時(shí)兩管的壓強(qiáng)分別為p'A、p'B,所以有p'B=p'A+23cmHg,倒置前后溫度不變,根據(jù)玻意耳定律對A管有pASALA=p'ASAL'A對B管有pBSBLB=p'BSBL'B其中L'A=10cm+1cm=11cm,LB'=10cm-4cm=6cm聯(lián)立以上各式解得pA=74.36cmHg,pB=54.36cmHg答案:(1)A、C、D(2)pA=74.36cmHgpB=54.36cmHg12.(2023·浙江6月選考·T18)如圖所示,導(dǎo)熱良好的固定直立圓筒內(nèi)用面積S=100cm2、質(zhì)量m=1kg的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體,活塞能無摩擦滑動(dòng)。圓筒與溫度300K的熱源接觸,平衡時(shí)圓筒內(nèi)氣體處于狀態(tài)A,其體積VA=600m3。緩慢推動(dòng)活塞使氣體達(dá)到狀態(tài)B,此時(shí)體積VB=500m3。固定活塞,升高熱源溫度,氣體達(dá)到狀態(tài)C,此時(shí)壓強(qiáng)pC=1.4×105Pa。已知從狀態(tài)A到狀態(tài)C,氣體從外界吸收熱量Q=14J;從狀態(tài)B到狀態(tài)C,氣體內(nèi)能增加ΔU=25J;大氣壓p0=1.01×105Pa。(1)氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B,其分子平均動(dòng)能(選填“增大”“減小”或“不變”),圓筒內(nèi)壁單位面積受到的壓力(選填“增大”“減小”或“不變”);

(2)求氣體在狀態(tài)C的溫度TC;(3)求氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B過程中外界對系統(tǒng)做的功W。【解析】(1)狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程中,圓筒內(nèi)氣體與熱源處于熱平衡狀態(tài),則圓筒內(nèi)氣體的溫度保持不變,其分子平均動(dòng)能不變;根據(jù)一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程pV=CT可知,因?yàn)閺臓顟B(tài)A到狀態(tài)B過程,氣體的溫度不變,體積減小,所以氣體的壓強(qiáng)增大,所以圓筒內(nèi)壁單位面積受到的壓力增大;(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程中,氣體的溫度保持不變,根據(jù)玻意耳定律可得:pAVA=pBVB在A狀態(tài)時(shí),根據(jù)活塞的平衡狀態(tài)可得:p0S=mg+pAS其中,S=100cm2=0.01m2從狀態(tài)B到狀態(tài)C的過程中,氣體的體積保持不變,根據(jù)查理定律可得:pBTB聯(lián)立解得:TC=350K(3)因?yàn)闋顟B(tài)A到狀態(tài)B過程中氣體的溫度保持不變,則ΔUAB=0從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得:ΔUAC=Q+WAC因?yàn)闋顟B(tài)B到狀態(tài)C過程氣體的體積不變,則WAC=W根據(jù)題意可得:ΔUAC=ΔU聯(lián)立解得:W=11J答案:(1)不變增大(2)350K(3)11J13.(2023·全國甲卷·T33（2）)一高壓艙內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為1.2個(gè)大氣壓,溫度為17℃,密度為1.46kg/m3。①升高氣體溫度并釋放出艙內(nèi)部分氣體以保持壓強(qiáng)不變,求氣體溫度升至27℃時(shí)艙內(nèi)氣體的密度