知識點十六 熱學-2021年高考物理分類題庫

知識點十六熱學1.(2021·全國乙卷·T33（1）)如圖,一定量的理想氣體從狀態(tài)a(p0、V0、T0)經熱力學過程ab、bc、ca后又回到狀態(tài)a。對于ab、bc、ca三個過程,下列說法正確的是（）

A.ab過程中,氣體始終吸熱B.ca過程中,氣體始終放熱C.ca過程中,氣體對外界做功D.bc過程中,氣體的溫度先降低后升高E.bc過程中,氣體的溫度先升高后降低【解析】選A、B、E。理想氣體經歷ab過程,體積不變,則W=0。根據(jù)pVT=C可知體積不變,壓強增大,則溫度升高,內能增大,由ΔU=Q+W可知,氣體一直吸熱,故選項A正確;理想氣體經歷ca過程為等壓壓縮,則外界對氣體做功W>0,根據(jù)pVT=C可知溫度降低,即內能減少ΔU<0,由ΔU=Q+W可知,Q<0,即氣體放熱,故選項B正確,C錯誤;根據(jù)2.(2021·湖南選擇考·T15（1）)如圖,兩端開口、下端連通的導熱汽缸,用兩個輕質絕熱活塞(截面積分別為S1和S2)封閉一定質量的理想氣體,活塞與汽缸壁間無摩擦。在左端活塞上緩慢加細沙,活塞從A下降h高度到B位置時,活塞上細沙的總質量為m。在此過程中,用外力F作用在右端活塞上,使活塞位置始終不變。整個過程環(huán)境溫度和大氣壓強p0保持不變,系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài),重力加速度為g。下列說法正確的是（）

A.整個過程,外力F做功大于0,小于mghB.整個過程,理想氣體的分子平均動能保持不變C.整個過程,理想氣體的內能增大D.整個過程,理想氣體向外界釋放的熱量小于(p0S1h+mgh)E.左端活塞到達B位置時,外力F等于mg【解析】選B、D、E。由于右端活塞位置始終不變,故F做功為0,A錯誤;整個過程中,環(huán)境溫度保持不變,故導熱汽缸內氣體的溫度也保持不變,理想氣體的內能以及分子平均動能都與溫度有關,現(xiàn)溫度保持不變,因此分子平均動能和內能都保持不變,B正確,C錯誤;由熱力學第一定律可知,放出的熱量等于外界對系統(tǒng)所做的功。一部分是大氣壓力做功,一部分來自細沙對活塞所做的功,由于細沙質量是緩慢增加到m的,故在活塞下落過程中細沙的平均重力應小于mg,故這部分功小于mgh,故D正確;左端活塞到達B位置時,汽缸內部壓強應等于左端活塞上表面壓強p=p0+mgS1,而右邊活塞上表面壓強p'=p0+FS3.(2021·山東等級考·T2)如圖所示,密封的礦泉水瓶中,距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中,小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶,小瓶下沉到底部;松開后,小瓶緩慢上浮,上浮過程中,小瓶內氣體 ()A.內能減少B.對外界做正功C.增加的內能大于吸收的熱量D.增加的內能等于吸收的熱量【解析】選B。由于越接近礦泉水瓶口,水的溫度越高,因此小瓶上浮的過程中,小瓶內溫度升高,內能增加,A錯誤;在小瓶上升的過程中,小瓶內氣體的溫度逐漸升高,壓強逐漸減小,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pVT=C,氣體體積膨脹,對外界做正功,B正確;由A、B分析可知,小瓶上升時,小瓶內氣體內能增加,氣體對外做功,根據(jù)熱力學第一定律Δ4.(2021·山東等級考·T4)血壓儀由加壓氣囊、臂帶,壓強計等構成,如圖所示。加壓氣囊可將外界空氣充入臂帶,壓強計示數(shù)為臂帶內氣體的壓強高于大氣壓強的數(shù)值,充氣前臂帶內氣體壓強為大氣壓強,體積為V;每次擠壓氣囊都能將60cm3的外界空氣充入臂帶中,經5次充氣后,臂帶內氣體體積變?yōu)?V,壓強計示數(shù)為150mmHg。已知大氣壓強等于750mmHg,氣體溫度不變。忽略細管和壓強計內的氣體體積。則V等于 ()A.30cm3 B.40cm3 C.50cm3 D.60cm3【解析】選D。根據(jù)玻意耳定律可知p0V+5p0V0=p1×5V,已知p0=750mmHg,V0=60cm3,p1=750mmHg+150mmHg=900mmHg,代入數(shù)據(jù)整理得V=60cm3,故D正確,A、B、C錯誤。5.(2021·全國甲卷·T33（1）)如圖,一定量的理想氣體經歷的兩個不同過程,分別由體積-溫度(V-t)圖上的兩條直線Ⅰ和Ⅱ表示,V1和V2分別為兩直線與縱軸交點的縱坐標;t0為它們的延長線與橫軸交點的橫坐標,t0=-273.15℃;a為直線Ⅰ上的一點。由圖可知,氣體在狀態(tài)a和b的壓強之比papb=;氣體在狀態(tài)b和c的壓強之比pb【解析】由T=t+273.5K,將圖像縱坐標左移273.15即可,得到Ⅰ、Ⅱ均為等壓線。故papb=1,由pVT=C,得到VT=Cp=k,kbkc答案:1V6.(2021·河北選擇考·T15(1))兩個內壁光滑、完全相同的絕熱汽缸A、B,汽缸內用輕質絕熱活塞封閉完全相同的理想氣體,如圖1所示?，F(xiàn)向活塞上表面緩慢倒入細沙,若A中細沙的質量大于B中細沙的質量,重新平衡后,汽缸A內氣體的內能(選填“大于”“小于”或“等于”)汽缸B內氣體的內能。圖2為重新平衡后A、B汽缸中氣體分子速率分布圖像,其中曲線(填圖像中曲線標號)表示汽缸B中氣體分子的速率分布規(guī)律。

【解析】A中細沙的質量大于B中細沙的質量,重新平衡后,汽缸A的活塞下降的距離更大,外界對汽缸A內氣體做的功更多,又因為汽缸絕熱,所以汽缸A內氣體的內能大于汽缸B內氣體的內能;重新平衡后汽缸B中氣體的溫度較低,曲線①表示汽缸B中氣體分子的速率分布規(guī)律。答案:大于①7.(2021·廣東選擇考·T15（1）)在高空飛行的客機上某乘客喝完一瓶礦泉水后,把瓶蓋擰緊。下飛機后發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶變癟了,機場地面溫度與高空客艙內溫度相同。由此可判斷,高空客艙內的氣體壓強(選填“大于”“小于”或“等于”)機場地面大氣壓強;從高空客艙到機場地面,礦泉水瓶內氣體的分子平均動能(選填“變大”“變小”或“不變”)。

【解析】機場地面溫度與高空客艙溫度相同,由題意知瓶內氣體體積變小,以瓶內氣體為研究對象,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pVT答案:小于不變8.(2021·全國甲卷·T33（1）)(10分)如圖,一汽缸中由活塞封閉有一定量的理想氣體,中間的隔板將氣體分為A、B兩部分;初始時,A、B的體積均為V,壓強均等于大氣壓p0。隔板上裝有壓力傳感器和控制裝置,當隔板兩邊壓強差超過0.5p0時隔板就會滑動,否則隔板停止運動。氣體溫度始終保持不變。向右緩慢推動活塞,使B的體積減小為V2(1)求A的體積和B的壓強;(2)再使活塞向左緩慢回到初始位置,求此時A的體積和B的壓強。【解析】(1)對B氣體,p0V=pBV2,得到pB=2ppA-pB=0.5p0,得到pA=2.5p0p0V=pAVA,VA=0.4V(2)活塞回到初始位置時,對氣體A有,p0V=pA'VA'對氣體B有,p0V=pB'(2V-VA')由題意知,pB'-pA'=0.5p0得到VA'=(5-1)V,pB'=3+54答案:(1)0.42p0(2)(5-1)V3+549.(2021·全國乙卷·T33（2）)如圖,一玻璃裝置放在水平桌面上,豎直玻璃管A、B、C粗細均勻,A、B兩管的上端封閉,C管上端開口,三管的下端在同一水平面內且相互連通。A、B兩管的長度分別為l1=13.5cm,l2=32cm。將水銀從C管緩慢注入,直至B、C兩管內水銀柱的高度差h=5cm。已知外界大氣壓為p0=75cmHg。求A、B兩管內水銀柱的高度差?！窘馕觥吭OA、B管的橫截面積分別為S1、S2,對B管中的氣體,水銀柱還未上升產生高度差時,初態(tài)為壓強p1B=p0,體積為V1B=l2S2,末態(tài)壓強為p2B,設水銀柱離下端同一水平面的高度為h2,體積為V2B=(l2-h2)S2,由水銀柱的平衡條件有p2B=p0+ρghB管氣體發(fā)生等溫壓縮,有p1BV1B=p2BV2B聯(lián)立解得h2=2cm對A管中的氣體,初態(tài)為壓強p1A=p0,體積為V1A=l1S1,末態(tài)壓強為p2A,設水銀柱離下端同一水平面的高度為h1,則氣體體積為V2A=(l1-h1)S1,由水銀柱的平衡條件有p2A=p0+ρg(h+h2-h1)A管氣體發(fā)生等溫壓縮,有p1AV1A=p2AV2A聯(lián)立可得2h12-191h解得h1=1cm或h1=1892cm>l1則兩水銀柱的高度差為Δh=h2-h1=1cm答案:1cm10.(2021·河北選擇考·T15(2))某雙層玻璃保溫杯夾層中有少量空氣,溫度為27℃時,壓強為3.0×103Pa。(1)當夾層中空氣的溫度升至37℃時,求夾層中空氣的壓強;(2)當保溫杯外層出現(xiàn)裂隙后,靜置足夠長時間,求夾層中增加的空氣質量與原有空氣質量的比值,設環(huán)境溫度為27℃,大氣壓強為1.0×105Pa。【解析】(1)由題意可知夾層中的氣體發(fā)生等容變化,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知p1T代入數(shù)據(jù)解得p2=3.1×103Pa(2)當保溫杯外層出現(xiàn)裂隙后,靜置足夠長時間,則夾層壓強和大氣壓強相等,設夾層體積為V,以靜置后的所有氣體為研究對象有p0V=p1V1解得V1=1003則增加空氣的體積為ΔV=V1-V=973所以增加的空氣質量與原有空氣質量之比為Δmm=ΔVV答案:(1)3.1×103Pa(2)9711.(2021·湖南選擇考·T15（2）)小贊同學設計了一個用電子天平測量環(huán)境溫度的實驗裝置,如圖所示。導熱汽缸開口向上并固定在桌面上,用質量m1=600g、截面積S=20cm2的活塞封閉一定質量的理想氣體,活塞與汽缸壁間無摩擦。一個輕質直桿中心置于固定支點A上,左端用不可伸長的細繩豎直懸掛活塞,右端用相同細繩豎直懸掛一個質量m2=1200g的鐵塊,并將鐵塊放置到電子天平上。當電子天平示數(shù)為600.0g時,測得環(huán)境溫度T1=300K。設外界大氣壓強P0=1.0×105Pa,取重力加速度g=10m/s2。(1)當電子天平示數(shù)為400.0g時,環(huán)境溫度T2為多少?(2)該裝置可測量的最高環(huán)境溫度Tmax為多少?【解析】(1)當電子天平示數(shù)為600.0g時,細繩對鐵塊拉力為Δmg=(m2-m示)g=m1g又因為鐵塊和活塞對細繩的拉力相等,則汽缸內氣體壓強等于大氣壓強p1=p0 ①當電子天平示數(shù)為400.0g時,設此時汽缸內氣體壓強為p2,對m1受力分析有(m2-400g-m1)g=(p0-p2)S ②由題意可知,汽缸內氣體體積不變,則壓強與溫度成正比:p1T1=聯(lián)立①②③式解得T2=297K(2)環(huán)境溫度越高,汽缸內氣體壓強越大,活塞對細繩的拉力越小,則電子天平示數(shù)越大,由于細繩對鐵塊的拉力最大為0,即電子天平的示數(shù)恰好為1200g時,此時對應的環(huán)境溫度為裝置可以測量的最高環(huán)境溫度。設此時汽缸內氣體壓強為p3,對m1受力分析有(p3-p0)S=m1g ④又由汽缸內氣體體積不變,則壓強與溫度成正比p1T1=聯(lián)立①④⑤式解得Tmax=309K答案:(1)297K(2)309K12.(2021·廣東選擇考·T15（2）)為方便抽取密封藥瓶里的藥液,護士一般先用注射器注入少量氣體到藥瓶里后再抽取藥液,如圖所示。某種藥瓶的容積為0.9mL,內裝有0.5mL的藥液,瓶內氣體壓強為1.0×105Pa。護士把注射器內橫截面積為0.3