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5年高考3年模拟 B版 物理
专题十五 热学
五年高考
考点1 分子动理论 内能
1. (2023北京,1,3分)夜间由于气温降低,汽车轮胎内的气体压强变低。与白天相比,夜间轮胎内的气
体 ( A )
A.分子的平均动能更小
B.单位体积内分子的个数更少
C.所有分子的运动速率都更小
D.分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大
2. (2021北京,4,3分)比较45 ℃的热水和100 ℃的水蒸气,下列说法正确的是 ( B )
A.热水分子的平均动能比水蒸气的大
B.热水的内能比相同质量的水蒸气的小
C.热水分子的速率都比水蒸气的小
D.热水分子的热运动比水蒸气的剧烈
3. (2022江苏,6,4分)自主学习活动中,同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论,下列说法中正确的
是 ( D )
A.体积增大时,氢气分子的密集程度保持不变
B.压强增大是因为氢气分子之间斥力增大
C.因为氢气分子很小,所以氢气在任何情况下均可看成理想气体
D.温度变化时,氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化
4. (2023海南,5,3分)如图为两分子靠近过程中的示意图,r为分子间平衡距离,下列关于分子力和分
0
子势能的说法正确的是 ( C )
A.分子间距离大于r时,分子间表现为斥力
0
B.分子从无限远靠近到距离r处的过程中分子势能变大
0
C.分子势能在r处最小
0
D.分子间距离在小于r且减小时,分子势能在减小
0
5. (2020北京,10,3分)分子力F随分子间距离r的变化如图所示。将两分子从相距r=r处释放,仅考
2
虑这两个分子间的作用,下列说法正确的是 ( D )
A.从r=r到r=r分子间引力、斥力都在减小
2 0
B.从r=r到r=r分子力的大小先减小后增大
2 1
C.从r=r到r=r分子势能先减小后增大
2 0
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D.从r=r到r=r分子动能先增大后减小
2 1
6. [2021重庆,15(1),4分]图1和图2中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别描述了某物理量随分子之间的距离变
化的规律,r为平衡位置。现有如下物理量:①分子势能,②分子间引力,③分子间斥力,④分子间引力
0
和斥力的合力,则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的物理量分别是 ( D )
A.①③② B.②④③
C.④①③ D.①④③
考点2 固体、液体和气体
考向1 固体与液体的性质
1. [2020江苏,13A(1)](多选)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史,它是一种非晶
体。下列关于玻璃的说法正确的有 ( AC )
A.没有固定的熔点
B.天然具有规则的几何形状
C.沿不同方向的导热性能相同
D.分子在空间上周期性排列
2. (2023浙江6月,14,3分)(多选)下列说法正确的是 ( BD )
A.热量能自发地从低温物体传到高温物体
B.液体的表面张力方向总是跟液面相切
C.在不同的惯性参考系中,物理规律的形式是不同的
D.当波源与观察者相互接近时,观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
考向2 气体实验定律与理想气体状态方程的应用
3. (2020北京,4,3分)如图所示,一定量的理想气体从状态A开始,经历两个过程,先后到达状态B和
C。有关A、B和C三个状态温度T、T和T的关系,正确的是 ( C )
A B C
A.T=T,T=T B.T<T,T<T
A B B C A B B C
C.T=T,T>T D.T=T,T<T
A C B C A C B C
4. (2023江苏,3,4分)如图所示,密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中
( B )
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A.气体分子的数密度增大
B.气体分子的平均动能增大
C.单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D.单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
5. (2023重庆,4,4分)密封于汽缸中的理想气体,从状态a依次经过ab、bc和cd三个热力学过程达
到状态d。若该气体的体积V随热力学温度T变化的V-T图像如图所示,则对应的气体压强p随T变化
的p-T图像正确的是 ( C )
6. (2023辽宁,5,4分)“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置,可在用电低谷时储存能
量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中,一定质量理想气体的p-T图像如图所示。
该过程对应的p-V图像可能是( B )
7. (2024江西,13,10分)可逆斯特林热机的工作循环如图所示。一定质量的理想气体经ABCDA完成
循环过程,AB和CD均为等温过程,BC和DA均为等容过程。已知T=1 200 K,T=300 K,气体在状态A的
1 2
压强p=8.0×105 Pa,体积V=1.0 m3,气体在状态C的压强p=1.0×105 Pa。求:
A 1 C
(1)气体在状态D的压强p;
D
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(2)气体在状态B的体积V。
2
答案 (1)2.0×105 Pa (2)2.0 m3
8. (回归教材·人教版选必三P )(2023河北,13,8分)如图,某实验小组为测量一个葫芦的容积,在
30
葫芦开口处竖直插入一根两端开口、内部横截面积为0.1 cm2的均匀透明长塑料管,密封好接口,用氮
气排空内部气体,并用一小段水柱封闭氮气。外界温度为300 K时,气柱长度l为10 cm;当外界温度缓
慢升高到310 K时,气柱长度变为50 cm。已知外界大气压恒为1.0×105 Pa,水柱长度不计。
(1)求温度变化过程中氮气对外界做的功;
(2)求葫芦的容积;
(3)试估算被封闭氮气分子的个数(保留2位有效数字)。已知1 mol氮气在1.0×105 Pa、273 K状态下
的体积约为22.4 L,阿伏加德罗常数N取6.0×1023 mol-1。
A
答案 (1)0.4 J (2)119 cm3 (3)2.9×1021
9. (2024黑吉辽,13,10分)如图,理想变压器原、副线圈的匝数比为n∶n=5∶1,原线圈接在电压峰
1 2
值为U的正弦交变电源上,副线圈的回路中接有阻值为R的电热丝,电热丝密封在绝热容器内,容器内封
m
闭有一定质量的理想气体。接通电路开始加热。加热前气体温度为T。
0
(1)求变压器的输出功率P。
(2)已知该容器内的气体吸收的热量Q与其温度变化量ΔT成正比,即Q=CΔT,其中C已知。若电热丝产
生的热量全部被气体吸收,要使容器内的气体压强达到加热前的2倍,求电热丝的通电时间t。
U2 50CRT
答案 (1) m (2) 0
50R
U2
m
考向3 玻璃管-液柱模型
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10. (2020上海,12,4分)如图,一玻璃管上端开口下端封闭,上管内径小于下管内径,管内用水银封住
一定质量的气体,在大气压强不变的情况下,气体温度缓慢升高,水银全部进入上管且未溢出,此过程中
气体压强p随体积V的变化关系可能是 ( C )
11. [2021全国乙,33(2),10分]如图,一玻璃装置放在水平桌面上,竖直玻璃管A、B、C粗细均
匀,A、B两管的上端封闭,C管上端开口,三管的下端在同一水平面内且相互连通。A、B两管的长度分
别为l=13.5 cm,l=32 cm。将水银从C管缓慢注入,直至B、C两管内水银柱的高度差h=5 cm。已知外
1 2
界大气压为p=75 cmHg。求A、B两管内水银柱的高度差。
0
答案 1 cm
考向4 活塞-汽缸模型
12. (2024河北,9,6分)(多选)如图,水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分,左侧封闭
一定质量的理想气体,右侧为真空,活塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水
平长度大于弹簧自然长度,弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中
间,后因活塞密封不严发生缓慢移动,活塞重新静止后 ( ACD )
A.弹簧恢复至自然长度
B.活塞两侧气体质量相等
C.与初始时相比,汽缸内气体的内能增加
D.与初始时相比,活塞左侧单位体积内气体分子数减少
13. (2021湖北,14,9分)质量为m的薄壁导热柱形汽缸,内壁光滑,用横截面积为S的活塞封闭一定
量的理想气体。在下述所有过程中,汽缸不漏气且与活塞不脱离。当汽缸如图(a)竖直倒立静置时,缸内
气体体积为V,温度为T。已知重力加速度大小为g,大气压强为p。
1 1 0
(1)将汽缸如图(b)竖直悬挂,缸内气体温度仍为T。求此时缸内气体体积V;
1 2
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(2)如图(c)所示,将汽缸水平放置,稳定后对汽缸缓慢加热,当缸内气体体积为V时,求此时缸内气体的
3
温度。
p S+mg p SV T
0 0 3 1
答案 (1) V (2)
p S−mg 1 (p S+mg)V
0 0 1
14. [2022全国乙,33(2),10分]如图,一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成,汽缸中活
塞Ⅰ和活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体,两活塞用一轻质弹簧连接,汽缸连接处有小卡销,活塞Ⅱ不
能通过连接处。活塞Ⅰ、Ⅱ的质量分别为2m、m,面积分别为2S、S,弹簧原长为l。初始时系统处于平
衡状态,此时弹簧的伸长量为0.1l,活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸连接处的距离相等,两活塞间气体的温度为T。
0
已知活塞外大气压强为p,忽略活塞与缸壁间的摩擦,汽缸无漏气,不计弹簧的体积,重力加速度为g。
0
(ⅰ)求弹簧的劲度系数;
(ⅱ)缓慢加热两活塞间的气体,求当活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时,活塞间气体的压强和温度。
40mg p S+3mg 4
答案 (ⅰ) (ⅱ) 0 T
l S 3 0
15. [2022河北,15(2),8分]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”形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p,活塞面积为S,隔板两侧气体体积均为SL,各接
0 0
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
1
的 。设整个过程温度保持不变,求:
2
(ⅰ)此时上、下两部分气体的压强;
(ⅱ)“H”形连杆活塞的质量(重力加速度大小为g)。
2 4 p S
答案 (ⅰ)2p p (ⅱ) 0
0 3 0 3g
16. [2022湖南,15(2),8分]如图,小赞同学设计了一个液体拉力测量仪。一个容积V=9.9 L的导热
0
汽缸下接一圆管,用质量m=90 g、横截面积S=10 cm2的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞与圆管壁间
1
摩擦不计。活塞下端用轻质细绳悬挂一质量m=10 g的U形金属丝,活塞刚好处于A位置。将金属丝部
2
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分浸入待测液体中,缓慢升起汽缸,使金属丝从液体中拉出,活塞在圆管中的最低位置为B。已知A、B
间距离h=10 cm,外界大气压强p=1.01×105 Pa,重力加速度取10 m/s2,环境温度保持不变。求
0
(ⅰ)活塞处于A位置时,汽缸中的气体压强p;
1
(ⅱ)活塞处于B位置时,液体对金属丝拉力F的大小。
答案 (ⅰ)1×105 Pa (ⅱ)1 N
考向5 气体变质量问题
17. (2021山东,4,3分)血压仪由加压气囊、臂带、压强计等构成,如图所示。加压气囊可将外界空气
充入臂带,压强计示数为臂带内气体的压强高于大气压的数值。充气前臂带内气体压强为大气压强,体
积为V;每次挤压气囊都能将60 cm3的外界空气充入臂带中,经5次充气后,臂带内气体体积变为5V,压
强计示数为150 mmHg。已知大气压强等于750 mmHg,气体温度不变。忽略细管和压强计内的气体体
积。则V等于 ( D )
A.30 cm3 B.40 cm3 C.50 cm3 D.60 cm3
18. (2024山东,16,8分)图甲为战国时期青铜汲酒器,根据其原理制作了由中空圆柱形长柄和储液罐
组成的汲液器,如图乙所示。长柄顶部封闭,横截面积S=1.0 cm2,长度H=100.0 cm,侧壁有一小孔A。
1
储液罐的横截面积S=90.0 cm2、高度h=20.0 cm,罐底有一小孔B。汲液时,将汲液器竖直浸入液体,液
2
体从孔B进入,空气由孔A排出;当内外液面相平时,长柄浸入液面部分的长度为x;堵住孔A,缓慢地将
汲液器竖直提出液面,储液罐内刚好储满液体。已知液体密度ρ=1.0×103 kg/m3,重力加速度大小g=10
m/s2,大气压p=1.0×105 Pa。整个过程温度保持不变,空气可视为理想气体,忽略器壁厚度。
0
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(1)求x;
(2)松开孔A,从外界进入压强为p、体积为V的空气,使满储液罐中液体缓缓流出,堵住孔A,稳定后罐
0
中恰好剩余一半的液体,求V。
答案 (1)2 cm (2)892 cm3
19. (数理结合·归纳推理)(2023湖南,13,10分)汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力。如
图,刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成,连杆AB与助力活塞固定为一体,驾驶员踩
刹车时,在连杆AB上施加水平力推动液压泵实现刹车。助力气室与抽气气室用细管连接,通过抽气降低
助力气室压强,利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力。每次抽气时,K 打开,K 闭合,抽气活塞
1 2
在外力作用下从抽气气室最下端向上运动,助力气室中的气体充满抽气气室,达到两气室压强相等;然
后,K 闭合,K 打开,抽气活塞向下运动,抽气气室中的全部气体从K 排出,完成一次抽气过程。已知助力
1 2 2
气室容积为V,初始压强等于外部大气压强p,助力活塞横截面积为S,抽气气室的容积为V。假设抽气
0 0 1
过程中,助力活塞保持不动,气体可视为理想气体,温度保持不变。
(1)求第1次抽气之后助力气室内的压强p;
1
(2)第n次抽气后,求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小ΔF。
V [ V n]
( )
答案 (1) 0 p (2) 1− 0 pS
V +V 0 V +V 0
0 1 0 1
考点3 热力学定律 能量守恒定律
考向1 气体状态变化的图像问题
1. (2022辽宁,6,4分)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,其体积V和热力学温度T的关系图
像如图所示,此过程中该系统 ( A )
A.对外界做正功 B.压强保持不变
C.向外界放热 D.内能减少
2. (2022江苏,7,4分)如图所示,一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程,其中a→b为
等温过程,状态b、c的体积相同。则 ( C )
A.状态a的内能大于状态b
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B.状态a的温度高于状态c
C.a→c过程中气体吸收热量
D.a→c过程中外界对气体做正功
3. (2024新课标,21,6分)(多选)如图,一定量理想气体的循环由下面4个过程组成:1→2为绝热过程
(过程中气体不与外界交换热量),2→3为等压过程,3→4为绝热过程,4→1为等容过程。上述四个过程
是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是 ( AD )
A.1→2过程中,气体内能增加
B.2→3过程中,气体向外放热
C.3→4过程中,气体内能不变
D.4→1过程中,气体向外放热
4. [2022全国乙,33(1)改编](多选)一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c,其过程如T-V
图上的两条线段所示。则气体在 ( AB )
A.状态a处的压强大于状态c处的压强
B.由a变化到b的过程中,气体对外做功
C.由b变化到c的过程中,气体的压强不变
D.由a变化到b的过程中,从外界吸收的热量等于其增加的内能
5. (2023广东,13,9分)在驻波声场的作用下,水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化,使小气
泡周期性膨胀和收缩,气泡内的气体可视为质量不变的理想气体,其膨胀和收缩过程可简化为如图所示
的p-V图像,气泡内气体先从压强为p、体积为V、温度为T的状态A等温膨胀到体积为5V、压强为
0 0 0 0
p的状态B,然后从状态B绝热收缩到体积为V、压强为1.9p、温度为T的状态C,B到C的过程外界对
B 0 0 C
气体做功为W。已知p、V、T和W。求:
0 0 0
(1)p的表达式;
B
(2)T的表达式;
C
(3)B到C的过程,气泡内气体的内能变化了多少?
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p
答案 (1)p= 0 (2)T=1.9T (3)增加了W
B C 0
5
考向2 热力学定律及其与气体实验定律的综合
6. (2022山东,5,3分)如图所示,内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体,初始时
汽缸开口向上放置,活塞处于静止状态,将汽缸缓慢转动90°过程中,缸内气体 ( C )
A.内能增加,外界对气体做正功
B.内能减小,所有分子热运动速率都减小
C.温度降低,速率大的分子数占总分子数比例减少
D.温度升高,速率大的分子数占总分子数比例增加
7. [2022湖南,15(1)改编](多选)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图,一冷热气体分离
装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中,然
后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进,分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位,而
分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时,中心部位气流与分
离挡板碰撞后反向,从A端流出,边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是 ( AB )
A.A端为冷端,B端为热端
B.A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的
C.A端流出的气体内能一定大于B端流出的
D.该装置气体进出的过程满足能量守恒定律,但违背了热力学第二定律
8. (2023山东,9,4分)(多选)一定质量的理想气体,初始温度为300 K,压强为1×105 Pa。经等容过
程,该气体吸收400 J的热量后温度上升100 K;若经等压过程,需要吸收600 J的热量才能使气体温度
上升100 K。下列说法正确的是 ( AD )
A.初始状态下,气体的体积为6 L
B.等压过程中,气体对外做功400 J
1
C.等压过程中,气体体积增加了原体积的
4
D.两个过程中,气体的内能增加量都为400 J
9. (2023浙江1月,17,8分)某探究小组设计了一个报警装置,其原理如图所示。在竖直放置的圆柱
形容器内用面积S=100 cm2、质量m=1 kg的活塞密封一定质量的理想气体,活塞能无摩擦滑动。开始时
气体处于温度T=300 K、活塞与容器底的距离h=30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热,
A 0
活塞缓慢上升d=3 cm恰好到达容器内的卡口处,此时气体达到状态B。活塞保持不动,气体被继续加热
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至温度T=363 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU=158 J。取大
C
气压p=0.99×105 Pa,取重力加速度g=10 m/s2。求气体
0
(1)在状态B的温度;
(2)在状态C的压强;
(3)由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。
答案 (1)330 K (2)1.1×105 Pa (3)188 J
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三年模拟
题型强化练
题型24 玻璃管-液柱模型 活塞-汽缸模型
类型1 玻璃管-液柱模型
1. (2024江苏镇江模拟)如图所示,水平液柱封闭了烧瓶中的气体,外界大气压强保持不变。当气体温
度变化后,液柱稍稍向右移动,下列关于烧瓶内气体说法正确的是 ( B )
A.气体分子热运动的平均动能减少
B.单位面积上单位时间内气体分子的撞击次数变少
C.气体分子的密集程度变大
D.气体对外做功,同时气体对外放出热量
2. (2024山西朔州二模)如图(a)所示,一粗细均匀的U形细管右侧竖直部分长为L,左侧竖直管长度
L
未知,在细管中倒入长度为 的水银后封闭左侧管口,右侧管口盖一轻质薄活塞,此时水平部分水银柱的
2
3L L
长度为 ,两侧竖直管内水银面距底部的高度均为 。现缓慢向右侧活塞上加水银,直到左侧水银面
8 16
L
上升到距底部高度为 处,如图(b)所示。若将细管中空气视为理想气体,活塞与管壁无摩擦且不漏气,
8
整个过程温度不变,水银的密度为ρ,重力加速度为g,大气压强p=ρgL。求:
(1)图(b)状态下右侧细管中空气的压强;
(2)U形细管左侧竖直管的长度。
5ρgL 5
答案 (1) (2) L
4 8
3. (2024山东菏泽一模)如图所示,水平放置的封闭玻璃管由两段直径不同、长度均为20 cm的A、B
细管组成,B管内径为A管内径的2倍,管内气体被一段水银柱隔开,开始时两管内水银柱的长度均为2
cm,室内温度为0 ℃,对左侧气体缓慢加热,右侧气体温度始终不变。
(1)加热左侧气体,温度升高到多少时,左侧气柱长度改变2 cm?
(2)加热左侧气体到温度为468 K时,右侧气柱长度为多少?
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答案 (1)312 K (2)15.75 cm
类型2 活塞-汽缸模型
4. (2024云南一模)如图所示,一导热汽缸由粗细不同的两段圆柱形汽缸连接而成,通过刚性杆连接的
活塞A、B封闭了一定质量的理想气体,活塞可无摩擦滑动,活塞及杆的质量不可忽略。汽缸由如图所示
的状态在竖直面内缓慢转动90°至活塞A在下方,汽缸始终处于密封状态且环境温度和大气压强均保
持不变。此过程中关于缸内气体,下列说法正确的是 ( A )
A.压强变小 B.体积变小
C.向外放热 D.外界对气体做正功
5nRT
5. (2024江苏南通如皋调研)某种理想气体A内能公式可表示为E= ,n表示物质的量,R为气体
2
常量(R=8.3 J·mol-1·K-1),T为热力学温度。如图所示,连接在一起的两个绝热汽缸用阀门隔开,其横
截面积均为S=200 cm2,高度分别为h=14 cm、h=4 cm,用一个质量M=15 kg的绝热活塞在左侧汽缸距
1 2
底部10 cm处封闭n=0.1 mol、T=250 K的气体A,汽缸底部有电阻丝可对其进行加热,活塞运动到汽缸
0
顶部时(图中虚线位置)被锁住,右侧汽缸内初始为真空。现对电阻丝通电一段时间,活塞刚好缓慢移动
至汽缸顶部时断开电源然后打开阀门。已知外界大气压强p=1×105 Pa,重力加速度g=10 m/s2,不计活
0
塞与汽缸的摩擦及阀门连接处气柱和电阻丝的体积。
(1)求活塞上升过程中左侧缸内气体的压强;
(2)求断开电源时气体升高的温度;
(3)求稳定后整个过程中气体吸收的热量。
答案 (1)1.075×105 Pa (2)100 K (3)293.5 J
6. (2024安徽江南十校联考)如图所示,竖直放置的汽缸质量M=8 kg,活塞的质量m=2 kg,活塞的横截
面积S=4×10-3 m2,厚度不计。汽缸壁和活塞都是绝热的,活塞上方的汽缸内封闭一定质量的理想气体,
活塞下表面与劲度系数k=2.5×103 N/m的轻弹簧相连,活塞不漏气且与汽缸壁无摩擦。当汽缸内气体
的温度T=450 K时,缸内气柱的长度L=50 cm,汽缸总长L=60 cm,汽缸下端距水平地面的高度h=2 cm,
0 0
现使汽缸内气体的温度缓慢降低,已知大气压强p=1.0×105 Pa,重力加速度大小g=10 m/s2。
0
(1)汽缸刚接触地面时,求活塞上方汽缸内气体的热力学温度T。
1
(2)汽缸接触地面后,把活塞下方的气体与外界隔开且不漏气,地面导热良好。现改变活塞上方汽缸内气
体温度,求当弹簧刚好恢复原长时,活塞下方的气体压强p。
1
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(3)求第(2)问中活塞上方汽缸内气体的热力学温度T。
2
答案 (1)432 K (2)7.5×104 Pa (3)231 K
题型25 气体变质量问题
1. (2024湖北新高考联考协作体收心考试)2023年12月21日,神舟十七号的三位航天员密切协作,
完成了天和核心舱太阳翼修复试验等既定任务。如图所示,航天员身着出舱航天服,首先从太空舱进入
气闸舱,关闭太空舱舱门,然后将气闸舱中的气体缓慢抽出,再打开气闸舱舱门,从气闸舱出舱活动。若
气闸舱的容积为1.5 m3,舱中气体的初始压强为0.8×105 Pa,温度为300 K。为了安全起见,先将气闸
舱的压强降至0.6×105 Pa,给航天员一个适应过程。此过程中,求:
(1)若气闸舱的温度保持不变,抽出的气体在0.8×105 Pa压强下的体积;
(2)若气闸舱温度变为280 K,气闸舱内存留气体的质量与气闸舱内原有气体质量的比值(此问结果保留
2位有效数字)。
答案 (1)0.375 m3 (2)0.80
2. (2024辽宁名校联盟联考)高压氧舱是进行高压氧疗的设备,某高压氧舱内气体压强为标准大气压
强的1.5倍,温度为17 ℃,体积为29 m3,密度为1.6 kg/m3,热力学温度T与摄氏温度t之间的关系式为
T=t+273 K。高压氧舱中的气体始终可视为理想气体。(计算结果均保留3位有效数字)
(1)仅将高压氧舱内的气体温度升高至27 ℃,则高压氧舱内的气体压强为标准大气压强的几倍?
(2)保持高压氧舱内的温度为27 ℃,释放出舱内部分气体,使压强恢复到标准大气压强的1.5倍,求释
放出的气体质量。
答案 (1)1.55倍 (2)1.35 kg(1.55 kg也正确)
3. (2024山东枣庄二模)水肺潜水运动中,潜水员潜水时需要携带潜水氧气瓶,以保障潜水员吸入气
体的压强跟外界水压相等。潜水器材准备室中有一待充气的氧气瓶,其内部气体的压强、温度与外界大
气的相同,潜水员用气体压缩机为其充气,1 s内可将压强为p、温度为t、体积V=700 mL的气体充进
0 0 0
氧气瓶内,充气完成时氧气瓶内气体压强p=16 atm,温度t=47 ℃。已知外界大气压p=1 atm,外界环境
0
温度t=27 ℃,氧气瓶的容积V=11 L,氧气瓶的导热性能良好,水温恒为t,水中每下降10 m水压增加1
0 0
atm。
(1)求气体压缩机对氧气瓶充气的时间;
(2)潜水员携带氧气瓶迅速下潜至水面下h=10 m处,在该水层活动期间吸入气体V=20 L,随即迅速下
1 1
潜至水面下h=20 m处,在该水层活动期间吸入气体V=16 L,求此时氧气瓶内剩余气体的压强。
2 2
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答案 (1)220 s (2)7 atm
限时检测练
练综合 30分钟
1. (2024广东汕头一模)半导体掺杂对于半导体工业有着举足轻重的作用,其中一种技术是将掺杂源
物质与硅晶体在高温(800～1 250 ℃)状态下接触,掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面,
温度越高掺杂效果越显著。下列说法正确的是 ( C )
A.这种渗透过程是可逆的
B.硅晶体具有光学上的各向同性
C.这种渗透过程是分子的扩散现象
D.温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时,所有分子的热运动速率都增大
2. (2024山东泰安一模)航天员在“天宫课堂”曾经做过两个有趣的实验:一个是微重力环境下液桥
演示实验,在两个固体表面之间可形成大尺寸液桥,如图a所示;另一个是微重力环境下液体显著的“毛
细现象”演示,把三根粗细不同的塑料管,同时放入装满水的培养皿,水在管内不断上升,直到管顶,如图
b所示。对于这两个实验的原理及其应用的理解,下列说法正确的是( A )
A.液体表面张力使液桥表面形状得以维持,而不会“垮塌”
B.分子势能E和分子间距离r的关系图像如图c所示,能总体上反映水表面层中水分子势能E的是图中
p p
“A”位置
C.农民使用“松土保墒”进行耕作,通过松土形成了土壤毛细管,使土壤下面的水分更容易被输送到地
表
D.航天员在太空微重力环境中会因为无法吸墨、运墨而写不成毛笔字
3. (2024江苏南京二模)气压式电脑桌的简易结构如图所示。导热性能良好的汽缸与活塞之间封闭一
定质量的理想气体,活塞可在汽缸内无摩擦运动。设气体的初始状态为A,将电脑放在桌面上,桌面下降
一段距离后达到稳定状态B。打开空调一段时间后,桌面回到初始高度,此时气体状态为C。下列说法正
确的是( C )
A.从A到B的过程中,气体的内能减少
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B.从A到B的过程中,气体会从外界吸热
C.从B到C的过程中,气体分子热运动的平均动能增大
D.从B到C的过程中,气体分子在单位时间内对单位面积“器壁”的碰撞次数变多
4. (2024湖南长沙适应性考试)某同学自制了一个气温计,他将一根透明玻璃管插入一个薄玻璃瓶,
接口处密封。将加热后的玻璃瓶倒置,再把玻璃管插入装有红墨水的水槽中,固定好整个装置,如图所
示。当瓶内气体温度降至室温T时,管内外水面的高度差为h。设红墨水的密度为ρ,重力加速度为g,
1
管内气体的体积与瓶的容积相比可忽略不计,室内气压保持p不变,以下操作过程中,玻璃管内水面一
0
直在水槽水面之上。下列说法正确的是 ( C )
A.若室温降低,玻璃瓶中的气体将发生等压变化
B.若室温升高,管内外水面的高度差将增大
p −ρgℎ
0 2
C.当管内外水面的高度差为h时,室温为 T
2 p −ρgℎ
0 1
D.将装置带至温度恒定的低压舱,舱内气压越低,管内外水面的高度差越大
5. (2024江西南昌一模)(多选)一定质量的理想气体的体积V与温度t的关系如图所示,该理想气体
从状态A依次经过A→B→C→D→A的变化过程,其中CD段与t轴平行,DA的延长线过原点O,AB的反向
延长线与t轴的交点坐标为(-273.15 ℃,0)。下列说法正确的是 ( BD )
A.气体在C、D状态下的压强关系为p<p
C D
B.气体在A、B状态下的压强关系为p=p
A B
C.气体在B→C的过程中对外做功,内能减少
D.气体在D→A的过程中放出热量
6. (2024山东齐鲁名校三模)一定质量的理想气体的内能与其热力学温度成正比。某密闭容器内的
理想气体自状态A变化至状态B,再变化至状态C,其变化过程的p-V图线如图中的实线所示。已知气体
在状态A时的内能为U,下列说法正确的是 ( C )
0
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A.自状态A至状态B,气体的温度不变
B.气体在状态B时的内能为3U
0
C.自状态A至状态B,气体吸收的热量为8U+4pV
0 0 0
D.自状态A至状态B,再至状态C,气体吸收的热量比放出的热量多2U
0
7. (2024湖南长郡十八校联考)如图所示,用两个质量均为m、横截面积均为S的密闭活塞P、Q,将开
口向上的导热汽缸内的理想气体分成A、B两部分。上面活塞通过轻绳悬挂在天花板上,汽缸和汽缸下
方通过轻质绳子悬挂的物块的质量均为2m,整个装置处于静止状态,此时两部分气柱的长度均为l=30
0
cm。环境温度、大气压强p均保持不变,且满足6mg=pS,g为重力加速度,不计一切摩擦。
0 0
(1)求此时A部分气体的压强;
(2)剪断连接物块的绳子,一段时间后两活塞重新恢复平衡,求汽缸上升的距离。
1 2mg
答案 (1) p或 (2)35 cm
3 0 S
8. (2024山东日照一模)夏季某天外界气温为37 ℃,冷库内的温度为-23 ℃,冷库与外界之间有一个
穿堂,温度为10 ℃。一辆货车在冷库内时轮胎内压强值为2.6 atm,到外界后为避免温度高时轮胎内压
强过高造成爆胎,必须及时放气,使轮胎内压强降至2.2 atm。已知轮胎的容积恒为30 L,轮胎内气体可
视为理想气体,气体温度和外界温度相同,计算结果均保留两位小数。
(1)在货车离开冷库的过程中,轮胎内气体压强升高,请从微观角度解释气体压强升高的原因;
(2)求货车在穿堂内行驶时轮胎内气体的压强;
(3)求离开冷库后放出气体质量与轮胎内原有气体质量的比值。
答案 (1)见解析 (2)2.94 atm (3)0.32
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实验微专题
实验微专题18 用油膜法估测油酸分子的大小
(2024安徽黄山二模)在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,小物同学用体积为A的纯油酸配置
成体积为B的油酸酒精溶液,用注射器取体积为C的油酸酒精溶液,再把其一滴一滴地全部滴入烧杯,滴
数为N。
(1)此后实验操作的正确排序为 CBD A (用字母符号表示)。
A.甲:描绘油膜轮廓 B.乙:取油酸酒精溶液
C.丙:撒粉 D.丁:滴油酸酒精溶液
AC
(2)把1滴该溶液滴入浅盘里,稳定后测得油膜的面积为S,估算出油酸分子的直径大小为 (用
NBS
以上字母表示)。
(3)小物同学的计算结果明显偏大,其原因可能是 C D 。
A.计算油膜面积时所有不足一格的方格全部按满格计数
B.爽身粉太薄使油膜边界不清,导致油膜面积测量值偏大
C.未等爽身粉完全散开,就在玻璃板上描绘了油膜轮廓
D.用注射器测得1 mL溶液有N滴时数成了(N-1)滴
实验微专题19 探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系
1. (2023江苏,9,4分)在“探究气体等温变化的规律”的实验中,实验装置如图所示。利用注射器选
取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是 ( B )
A.把柱塞快速地向下压
B.把柱塞缓慢地向上拉
C.在橡胶套处接另一注射器,快速推动该注射器柱塞
D.在橡胶套处接另一注射器,缓慢推动该注射器柱塞
2.(2024广东江门一模)某同学通过如图甲所示的实验装置,利用玻意耳定律来测量一颗形状不规则的
小石块的体积。
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主要操作步骤如下:
①将小石块装进注射器,把注射器活塞推至注射器某一位置,并将注射器与压强传感器连接;
②缓慢移动活塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的气体压强值p;
③重复上述步骤②,多次测量。
(1)关于该实验的操作,下列说法正确的是 A B (填写选项前的字母)。
A.为保证注射器的气密性,在活塞上均匀涂抹润滑油
B.缓慢移动活塞有利于减小实验误差
C.活塞移至某位置时,应迅速记录此时注射器内气柱的体积和气体的压强值
D.为方便推拉活塞,应用手握住注射器再推拉活塞
(2)若实验过程中不慎将活塞拉出针筒,则 需要 (填“需要”或“不需要”)重做实验。
1
(3)根据实验数据描点作图,得到V- 图像如图乙所示,截距分别为a和b。忽略传感器和注射器连接处
p
的软管容积,则小石块的体积为 b 。
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