熱點(diǎn)13 熱學(xué)中的常見(jiàn)模型（原卷版）-高考物理重點(diǎn)難點(diǎn)熱點(diǎn)專題

熱點(diǎn)13熱熱點(diǎn)13熱學(xué)中的常見(jiàn)模型高考熱學(xué)命題選自生產(chǎn)生活、科學(xué)與科技中與熱學(xué)知識(shí)相關(guān)的情境，信息維度更加廣闊，題干中除了直接提供的信息和知識(shí)外，還隱藏更多間接信息、數(shù)據(jù)和結(jié)論。題目可以包含近些年主要的科研成果和應(yīng)用要求考生不只是熟悉書(shū)本上的知識(shí)，還需要通過(guò)提取關(guān)鍵信息和數(shù)據(jù)，運(yùn)用綜合知識(shí)進(jìn)行分析和推理。圖文信息和數(shù)據(jù)表格增加，信息量的廣度和深度同時(shí)增加，同時(shí)更多信息會(huì)被隱藏。注意挖掘題目潛在的信息。分子動(dòng)理論和熱學(xué)圖像、氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)定律的綜合應(yīng)用依然是考查的熱點(diǎn)內(nèi)容。一.“玻璃管液封”模型1.三大氣體實(shí)驗(yàn)定律(1)玻意耳定律(等溫變化)：p1V1＝p2V2或pV＝C(常數(shù)).(2)查理定律(等容變化)：eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)或eq\f(p,T)＝C(常數(shù)).(3)蓋—呂薩克定律(等壓變化)：eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)或eq\f(V,T)＝C(常數(shù)).2.利用氣體實(shí)驗(yàn)定律及氣態(tài)方程解決問(wèn)題的基本思路3.玻璃管液封模型求液柱封閉的氣體壓強(qiáng)時(shí)，一般以液柱為研究對(duì)象分析受力、列平衡方程，要注意：(1)液體因重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)大小為p＝ρgh(其中h為至液面的豎直高度)；(2)不要漏掉大氣壓強(qiáng)，同時(shí)又要盡可能平衡掉某些大氣的壓力；(3)有時(shí)可直接應(yīng)用連通器原理——連通器內(nèi)靜止的液體，同種液體在同一水平面上各處壓強(qiáng)相等；(4)當(dāng)液體為水銀時(shí)，可靈活應(yīng)用壓強(qiáng)單位“cmHg”等，使計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)捷.二．“汽缸活塞類”模型汽缸活塞類問(wèn)題是熱學(xué)部分典型的物理綜合題，它需要考慮氣體、汽缸或活塞等多個(gè)研究對(duì)象，涉及熱學(xué)、力學(xué)等物理知識(shí)，需要靈活、綜合地應(yīng)用知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題.1.一般思路(1)確定研究對(duì)象，一般地說(shuō)，研究對(duì)象分兩類：一類是熱學(xué)研究對(duì)象(一定質(zhì)量的理想氣體)；另一類是力學(xué)研究對(duì)象(汽缸、活塞或某系統(tǒng)).(2)分析物理過(guò)程，對(duì)熱學(xué)研究對(duì)象分析清楚初、末狀態(tài)及狀態(tài)變化過(guò)程，依據(jù)氣體實(shí)驗(yàn)定律列出方程；對(duì)力學(xué)研究對(duì)象要正確地進(jìn)行受力分析，依據(jù)力學(xué)規(guī)律列出方程.(3)挖掘題目的隱含條件，如幾何關(guān)系等，列出輔助方程.(4)多個(gè)方程聯(lián)立求解.對(duì)求解的結(jié)果注意檢驗(yàn)它們的合理性.2.常見(jiàn)類型(1)氣體系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，需綜合應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律和物體的平衡條件解題.(2)氣體系統(tǒng)處于力學(xué)非平衡狀態(tài)，需要綜合應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題.(3)兩個(gè)或多個(gè)汽缸封閉著幾部分氣體，并且汽缸之間相互關(guān)聯(lián)的問(wèn)題，解答時(shí)應(yīng)分別研究各部分氣體，找出它們各自遵循的規(guī)律，并寫(xiě)出相應(yīng)的方程，還要寫(xiě)出各部分氣體之間壓強(qiáng)或體積的關(guān)系式，最后聯(lián)立求解.三．“變質(zhì)量氣體”模型分析變質(zhì)量氣體問(wèn)題時(shí)，要通過(guò)巧妙地選擇研究對(duì)象，使變質(zhì)量氣體問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量氣體問(wèn)題，用氣體實(shí)驗(yàn)定律求解.(1)打氣問(wèn)題：選擇原有氣體和即將充入的氣體作為研究對(duì)象，就可把充氣過(guò)程中氣體質(zhì)量變化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量氣體的狀態(tài)變化問(wèn)題.(2)抽氣問(wèn)題：將每次抽氣過(guò)程中抽出的氣體和剩余氣體作為研究對(duì)象，質(zhì)量不變，故抽氣過(guò)程可以看成是等溫膨脹過(guò)程.(3)灌氣問(wèn)題：把大容器中的剩余氣體和多個(gè)小容器中的氣體整體作為研究對(duì)象，可將變質(zhì)量問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量問(wèn)題.(4)漏氣問(wèn)題：選容器內(nèi)剩余氣體和漏出氣體整體作為研究對(duì)象，便可使問(wèn)題變成一定質(zhì)量氣體的狀態(tài)變化，可用理想氣體的狀態(tài)方程求解.（建議用時(shí)：30分鐘）一、單選題1．（2024·廣西·校聯(lián)考一模）如圖所示，兩根粗細(xì)相同的玻璃管下端用橡皮管相連，左管內(nèi)封有一段長(zhǎng)的氣體，右管開(kāi)口，左管水銀面比右管內(nèi)水銀面高，大氣壓強(qiáng)為，現(xiàn)移動(dòng)右側(cè)玻璃管，使兩側(cè)管內(nèi)水銀面相平，此時(shí)氣體柱的長(zhǎng)度為（）A． B． C． D．2．（2023·湖南永州·統(tǒng)考二模）肺活量是指在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，人盡力呼氣時(shí)呼出氣體的體積，是衡量心肺功能的重要指標(biāo)。如圖所示為某同學(xué)自行設(shè)計(jì)的肺活量測(cè)量裝置，體積為的空腔通過(guò)細(xì)管與吹氣口和外部玻璃管密封連接，玻璃管內(nèi)裝有密度為的液體用來(lái)封閉氣體。測(cè)量肺活量時(shí)，被測(cè)者盡力吸足空氣，通過(guò)吹氣口將肺部的空氣盡力吹入空腔中，若此時(shí)玻璃管兩側(cè)的液面高度差設(shè)為h，大氣壓強(qiáng)為保持不變，重力加速度為g，忽略氣體溫度的變化，則人的肺活量為（）

A． B． C． D．3．（2024·福建寧德·福建省寧德第一中學(xué)?？家荒＃┧y氣壓計(jì)在超失重情況下不能顯示準(zhǔn)確的氣壓。若某次火箭發(fā)射中攜帶了一只水銀氣壓計(jì)。發(fā)射的火箭艙密封，起飛前艙內(nèi)溫度，水銀氣壓計(jì)顯示艙內(nèi)氣體壓強(qiáng)為1個(gè)大氣壓。當(dāng)火箭以加速度a＝g豎直向上起飛時(shí)，艙內(nèi)水銀氣壓計(jì)示數(shù)穩(wěn)定在，已知水銀氣壓計(jì)的示數(shù)與液柱高度成正比，如圖所示?？梢暈槠痫w時(shí)重力加速度恒為g，則起飛時(shí)艙內(nèi)氣體的溫度是（

）

A．250K B．300K C．360K D．400K4．某實(shí)驗(yàn)小組用圖甲所示裝置，研究燒瓶?jī)?nèi)封閉氣體的體積一定時(shí)壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系，初始時(shí)封閉氣體的攝氏溫度為，往容器內(nèi)加熱水，可以改變封閉氣體的溫度t，用（）表示封閉氣體升高的攝氏溫度，p表示溫度為t時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)，則圖乙中可能正確的圖線是（）

A．① B．② C．③ D．④二、多選題5．（2023·天津和平·統(tǒng)考二模）氣壓式升降椅通過(guò)氣缸上下運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)椅子的升降，其簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)如圖所示，圓柱形氣缸與椅面固定連接，柱狀氣缸桿與底座固定連接，可自由移動(dòng)的氣缸與氣動(dòng)桿之間封閉一定質(zhì)量的理想氣體，設(shè)氣缸氣密性、導(dǎo)熱性良好，忽略摩擦力，設(shè)氣體初始狀態(tài)為A，某人坐上椅面后，椅子緩慢下降一段距離達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)B，然后打開(kāi)空調(diào)，一段時(shí)間后，室內(nèi)溫度降低到設(shè)定溫度，穩(wěn)定后氣體的狀態(tài)為C（此過(guò)程中人的雙腳一直懸空），下列判斷正確的是（）A．從A到B的過(guò)程中氣體從外界吸熱B．從A到B的過(guò)程中氣體壓強(qiáng)增大C．從B到C的過(guò)程中氣體壓強(qiáng)增大D．從B到C的過(guò)程中氣體向外放熱6．（2023·廣東汕頭·統(tǒng)考三模）某同學(xué)設(shè)計(jì)的氣壓升降機(jī)如圖所示，豎直圓柱形汽缸用活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，汽缸內(nèi)壁光滑，活塞與內(nèi)壁接觸緊密無(wú)氣體泄漏，活塞橫截面積為S，活塞及其上方裝置總重力，活塞停在內(nèi)壁的小支架上，與缸底的距離為H，氣體溫度為，壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)：現(xiàn)給電熱絲通電，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，活塞緩慢上升。則在上述過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）

A．汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)先變大后不變B．活塞緩慢上升時(shí)，汽缸內(nèi)氣體的溫度為C．汽缸內(nèi)氣體的分子的平均速率先增大后減小D．除分子碰撞外，汽缸內(nèi)氣體分子間作用力表現(xiàn)為引力7．如圖所示，導(dǎo)熱性能良好的汽缸開(kāi)口向下懸吊在天花板上，用一厚度不計(jì)的活塞A將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸中，平衡時(shí)活塞距缸口距離為。已知外部大氣壓強(qiáng)恒為，外界環(huán)境溫度恒為，缸口到缸底距離為，活塞的質(zhì)量為（為活塞的橫截面積、為重力加速度）。如果將汽缸開(kāi)口向上置于水平面上，忽略活塞與汽缸之間的摩擦。則（）A．再次平衡時(shí)，活塞A下降的高度為B．再次平衡時(shí)，活塞A下降的高度為C．要使活塞A恢復(fù)到原來(lái)位置，環(huán)境溫度為D．要使活塞A恢復(fù)到原來(lái)位置，環(huán)境溫度為三、解答題8．（2023·重慶·校聯(lián)考三模）澆花水溫與氣溫相差太大易傷害花卉。如圖為養(yǎng)花人常使用的氣壓式澆花噴壺結(jié)構(gòu)圖，噴壺裝入水后旋緊噴頭套，通過(guò)拉桿打氣按壓后，按下泄壓閥即可噴水（不噴水時(shí)泄壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)）。某次取水溫的井水裝入壺中旋緊后擱置一段時(shí)間（水未裝滿），待壺中水溫達(dá)到環(huán)境溫度時(shí)再澆水。已知大氣壓強(qiáng)恒為，噴壺導(dǎo)熱性良好，壺中氣體可視為理想氣體，裝水旋緊壺中密閉氣體溫度視為與井水同溫。（1）求壺中水溫達(dá)到環(huán)境溫度時(shí)壺中壓強(qiáng)大小p（最后結(jié)果保留三位有效數(shù)字）；（2）若同樣量的井水經(jīng)過(guò)擱置達(dá)到環(huán)境溫度再裝入壺中，然后通過(guò)拉桿打氣使壺中壓強(qiáng)達(dá)到（打氣過(guò)程中壺內(nèi)氣體溫度可視為不變），求壓進(jìn)氣體的質(zhì)量與壺內(nèi)水面上原有氣體的質(zhì)量之比（最后結(jié)果用分式表示）。

9．如圖甲所示，高為圓柱形氣缸底部安裝有電熱絲（體積可忽略），可以通過(guò)加熱來(lái)改變缸內(nèi)的溫度。氣缸口有固定卡銷。氣缸內(nèi)用質(zhì)量為、橫截面積為的活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，此時(shí)活塞剛好在氣缸口，此時(shí)氣缸內(nèi)氣體溫度為，壓強(qiáng)為。大氣壓強(qiáng)恒為，重力加速度為。不計(jì)活塞及固定卡銷厚度，活塞可沿氣缸壁無(wú)摩擦滑動(dòng)且不漏氣。求：（1）保持氣體溫度不變，將氣缸豎直放置如圖乙所示，求活塞距缸底的距離；（2）在氣缸豎直放置時(shí)，接通氣缸底部的電熱絲緩慢給氣體加熱，一直到氣體溫度升高到。求此時(shí)氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)。10．（2024·河北·一模）中國(guó)宇航員計(jì)劃在2030年之前登上月球，其中宇航服的研制與開(kāi)發(fā)需要達(dá)到更高的要求。研究團(tuán)隊(duì)在地面對(duì)宇航服進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的過(guò)程中，宇航服內(nèi)的氣體可視為理想氣體，初始時(shí)其體積為V，溫度為T，壓強(qiáng)為，其中為大氣壓強(qiáng)，求：（1）若將宇航服內(nèi)氣體的溫度升高到，且氣體的壓強(qiáng)不變，則氣體對(duì)外做多少功；（2）若在初始狀態(tài)將宇航服的閥門打開(kāi)，外界氣體緩慢進(jìn)入宇航服內(nèi)，直至內(nèi)、外氣體壓強(qiáng)相等，均為后不再進(jìn)氣，此時(shí)宇航服內(nèi)理想氣體的體積為，且此過(guò)程中，氣體的溫度保持為T不變，則進(jìn)入宇航服內(nèi)氣體的質(zhì)量與原有質(zhì)量之比為多少。（建議用時(shí)：30分鐘）一、單選題1．如圖甲所示，足夠長(zhǎng)的內(nèi)壁光滑、導(dǎo)熱性良好的汽缸用橫截面積的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，初始時(shí)汽缸豎直放置，給活塞施加豎直向下的推力使活塞緩慢向下移動(dòng)，當(dāng)氣體的壓強(qiáng)為時(shí)，活塞離汽缸底部的距離為，此時(shí)推力?，F(xiàn)將汽缸緩慢順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，該過(guò)程中保持推力大小不變、方向始終垂直于活塞，最終靜止在水平面上，如圖乙所示。已知大氣壓強(qiáng)，環(huán)境溫度不變，重力加速度。則（）A．活塞的質(zhì)量為B．圖乙狀態(tài)下，理想氣體的壓強(qiáng)為C．圖乙狀態(tài)下，活塞離汽缸底部的距離為D．緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)汽缸的過(guò)程中，氣體向外放出熱量2．豎直的U形玻璃管一端封閉，另一端開(kāi)口向上，如圖所示，用水銀柱密封一定質(zhì)量的理想氣體，在保持溫度不變的情況下，假設(shè)在管子的D處鉆一個(gè)小孔，則管內(nèi)被封閉的氣體壓強(qiáng)p和氣體體積V的變化情況為（）

A．p、V都不變 B．V增大、p減小C．V減小、p增大 D．無(wú)法確定3．（2023·山東·模擬預(yù)測(cè)）一同學(xué)研究某款保溫壺（如圖）的保溫性能，將保溫壺裝半壺水后蓋上蓋，壺內(nèi)水面上方就封閉一部分空氣，開(kāi)始時(shí)水的溫度為97℃，封閉空氣的壓強(qiáng)為p1，過(guò)一天后，水的溫度變?yōu)?7℃，此時(shí)封閉空氣的壓強(qiáng)為p2，封閉空氣的溫度與壺內(nèi)水的溫度相同，封閉空氣可視為一定質(zhì)量的理想氣體，不考慮水的蒸發(fā)對(duì)封閉空氣體積和壓強(qiáng)的影響，下列說(shuō)法正確的是（

）A．此過(guò)程中氣體的內(nèi)能增大 B．此過(guò)程中每個(gè)氣體分子的動(dòng)能均減小C．此過(guò)程中氣體向外界放出熱量 D．前后兩次氣體壓強(qiáng)之比4．（2023·安徽黃山·統(tǒng)考二模）如圖甲所示，斜面上氣缸和活塞內(nèi)封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，一根平行于斜面的輕繩一端連接活塞，另一端固定，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。開(kāi)始?xì)怏w攝氏溫度為t，通過(guò)氣缸內(nèi)電熱絲緩慢升高氣體溫度，升溫過(guò)程封閉氣體的圖像如圖乙所示，已知斜面傾角為30°，重力加速度為g，大氣壓強(qiáng)為，氣缸和活塞均絕熱且不漏氣，氣缸（含電熱絲）質(zhì)量為M、活塞面積為S、質(zhì)量為m，所有接觸面均光滑。則（）A．封閉氣體壓強(qiáng)恒為B．在此過(guò)程中，封閉氣體增加的內(nèi)能等于吸收熱量C．封閉氣體的體積為2V時(shí)，其攝氏溫度為2tD．剪斷輕繩瞬間，氣缸的加速度大小為二、多選題5．如圖所示的連通器A、B管內(nèi)封有空氣，C管敞口豎直向上，K為閥門。開(kāi)始時(shí)A、B、C內(nèi)水銀面等高，B管中封閉氣體長(zhǎng)度大于A管中封閉氣體長(zhǎng)度，A、B、C管橫截面積依次減小。若在C管中沿管壁注入少許水銀，三管液面上升高度分別為hA、hB、hC。若不注入水銀而是打開(kāi)K，使水銀流出少許（A、B、C管中水銀面不會(huì)降到管口下方），三管液面下降高度分別為hA'、hB'、hC'。假設(shè)以上過(guò)程中氣體溫度不變，以下說(shuō)法正確的是（）A． B． C． D．6．（2023·山西·一模）高壓鍋是一種常見(jiàn)的鍋具，是通過(guò)增大氣壓來(lái)提升液體沸點(diǎn)，達(dá)到快速烹煮食物。如圖為某燃?xì)鈮毫﹀伡捌浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，廚師將食材放進(jìn)鍋內(nèi)后蓋上密封鍋蓋，并將壓力閥套在出氣孔上開(kāi)始加熱烹煮。當(dāng)加熱至鍋內(nèi)壓強(qiáng)為1.27atm時(shí)，壓力閥剛要被頂起而發(fā)出嘶響聲；繼續(xù)加熱，當(dāng)鍋內(nèi)溫度為117°C時(shí)達(dá)到沸點(diǎn)，停止加熱。已知加熱前鍋內(nèi)溫度為27°C，壓強(qiáng)為1atm，壓力閥套在出氣孔上的橫截面積為，g取10。忽略加熱過(guò)程水蒸氣和食材（包括水）導(dǎo)致的氣體體積變化，氣體可視為理想氣體。則（）A．壓力閥的質(zhì)量約為0.1kgB．壓力閥剛要被頂起時(shí)鍋內(nèi)溫度為108°CC．停止加熱時(shí)放出氣體的質(zhì)量為加熱前鍋內(nèi)氣體質(zhì)量的D．停止加熱時(shí)鍋內(nèi)氣體的質(zhì)量為加熱前鍋內(nèi)氣體質(zhì)量的7．（2023·廣東·模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，某種自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)水時(shí)，與洗衣缸相連的細(xì)管中會(huì)封閉一定質(zhì)量的空氣（視為理想氣體），設(shè)溫度不變，洗衣缸內(nèi)水位升高，則下列各個(gè)描述細(xì)管中被封閉的空氣狀態(tài)變化的圖像中與上述過(guò)程相符合的是（）A． B．C． D．三、解答題8．（2023·河北·高考真題）如圖，某實(shí)驗(yàn)小組為測(cè)量一個(gè)葫蘆的容積，在葫蘆開(kāi)口處豎直插入一根兩端開(kāi)口、內(nèi)部橫截面積為的均勻透明長(zhǎng)塑料管，密封好接口，用氮?dú)馀趴諆?nèi)部氣體，并用一小段水柱封閉氮?dú)狻Ｍ饨鐪囟葹闀r(shí)，氣柱長(zhǎng)度為；當(dāng)外界溫度緩慢升高到時(shí)，氣柱長(zhǎng)度變?yōu)?。已知外界大氣壓恒為，水柱長(zhǎng)度不計(jì)。（