2021年新高考物理模拟题分项汇编（第五期）17 热学（解析版）

专题17热学

1.（2021•湖南娄底市高三零模）下列说法正确的是（）

A.气体的内能包括气体分子的重力势能

B.同种物质不可能以晶体和非品体两种不同的形态出现

C.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡。那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡

D.知道阿伏伽德罗常数、气体的摩尔质量和密度，可以估算出该气体中分子间的平均距离

E.土壤里有很多毛细管，若要防止把地下的水分沿着它们引到地表，可将地面的土壤锄松

【答案】CDE

【解析】A.气体的内能等于气体内所有气体分子的动能和分子势能之和，但不包括气体分子的重力势能，

故A错误；B.同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，如煤炭与金刚石，故B错误；C.如果

两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡。那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，故C正

确；D.由气体的摩尔质量和气体的密度，可估算出摩尔体积，再根据阿伏伽德罗常数，可以估算出单个理

想气体分子所占的平均体积，进而估算出理想气体分子间的平均距离，故D正确；E.将地面的土壤锄松。

破坏了毛细管，可以减小土地下的水分蒸发，故E正确。故选CDE。

2.（2021♦广东高三模拟）以下说法正确的是（）

A.太空中水滴成球形，是液体表面张力作用的结果

B.大颗粒的盐磨成了细盐，就变成了非晶体

C.液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向异性

D.晶体熔化时吸收热量，分子平均动能一定增大

E.液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力

【答案】ACE

【解析】AE.液体表面具有收缩的趋势，即液体表面表现为张力，是液体表面分子间距离大于液体内部分

子间的距离，液面分子间表现为引力，太空中水滴成球形，是液体表面张力作用的结果，AE正确；B.大

颗粒的盐磨成了细盐，还是晶体，B错误；C.液晶是一种特殊的物态，它既具有液体的流动性，又具有光

学各向异性，C正确；D.晶体融化时吸收热量，但温度不变，所以分子平均动能不变，D错误。故选ACE。

3.（2021.湖南怀化市高三一模）某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作.该循环由两个绝热过程和

两个等容过程组成，如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体o

p

A.在状态a和c时的内能可能相等

B.在“一过程中，外界对其做的功全部用于增加内能

C.6-c过程中增加的内能大于d-a过程中减少的内能

D.d-a过程单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少

E.在一次循环过程中吸收的热量等于放出的热量

【答案】BCD

【解析】A.从。到d为绝热膨胀，有Q=0,W<0,根据热力学第一定律，可知△〃<（）,温度降低；

从d到a,体积不变，由查理定律C=K,可知压强减小，则温度降低，则状态。的温度高于状态“态温度，

T

根据一定质量的理想气体内能由温度决定，所以状态。的内能小丁状态c的内能，A错误；

B.在a—b过程中为绝热压缩，外界对气体做功W>0,Q=0，根据热力学第一定律，可知

AU=W,即外界对其做的功全部用于增加内能，B正确；CE.从b-c过程系统从外界吸收热量，从c—d

系统对外做功，从d-a系统放出热量，从a-b外界对系统做功，根据p-V图像“面积”即为气体做功大小，

可知c到4过程气体做功，图像中JcTdia围成的图形的面积为气体对外做的功，整个过程气体能内能

变为零，则AW=A。，即％-。放=4卬>。，即在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量，贝ijb-c

过程中增加的内能大于d-a过程中减少的内能，E错误C正确；D.d-a过程，气体体积不变，外界对气

体不做功，而气体压强减小，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少，D正确。故选BCD。

4.（2021•天津河东区高三一模）新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图所示。闭合阀门K,

向下压压杆A可向瓶内储气室充气，多次充气后按下按柄8打开阀门K,消毒液会自动经导管从喷嘴处喷

出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度保持不变，则下列说法正确的是（）

A.充气过程中，储气室内气体分子数增多且分子运动剧烈程度增加

B.充气过程中，储气室内气体分子平均动能不变

C.充气过程中，储气室内气体内能不变

D.喷液过程中，储气室内气体吸收热量对外界做功

【答案】BD

【解析】A.充气过程中，由于温度不变，所以储气室内气体分子数增多且分子运动剧烈程度不变，A错误;

B.充气过程中，由于温度不变，所以储气室内气体分子平均动能不变，B正确；C.充气过程中，温度不

变，但储气室内气体分子数增多，所以储气室内气体内能增大，C错误；D.喷液过程中，温度不变，内能

不变，但由于气体膨胀，气体对外做功，所以要吸收热量，D正确。故选BD。

5.（2021•广东高三模拟）下列说法正确的是（）

A.布朗运动就是分子的无规则运动

B.布朗运动说明分子做无规则运动

C.温度是分子热运动平均动能的标志

D.温度是分子热运动平均速率的标志

E.分子力表现为引力时，分子间距离减小，分子势能也一定减小

【答案】BCE

【解析】A.布朗运动是固体小颗粒的无规则运动，所以A错误；B.布朗运动的实质是分子的无规则碰撞

引起的，则布朗运动能说明分子做无规则运动，所以B正确；CD.温度是分子热运动平均动能的标志，所

以C正确；D错误；E.分子力表现为引力时，分子间距离减小，分子势能也一定减小，所以E正确；

故选BCE。

6.（2021.广东高三模拟）下列说法中正确的是。

A.盛有气体的容器做加速运动时，容器中气体的内能必定会随之增大

B.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性，由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行

C.气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度这两个因素有关

D.一定质量的100℃的水吸收热量后变成100℃的水蒸气，其吸收的热量大于增加的内能

E.当分子间的引力与斥力相等时分子势能最大

【答案】BCD

【解析】A.容器中气体的内能与温度和体积有关，与物体的宏观速度大小无关，故A错误；B.热力学第

二定律表明，自然界中进行的一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，可以判断物理过程能否自发进

行，故B正确；C.气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子的密集程度都有关，故C正确；D.-

定质量的100℃的水吸收热量后变成100℃的水蒸气，对外做功，根据热力学第一定律可知则吸收的热量大

于增加的内能，故D正确；E.当分子间表现为引力时，增大距离需要克服引力做功，分子势能增大；当

分子间表现为斥力时，减小距离需要克服斥力做功，分子势能增大，所以当分子间的引力与斥力大小相等

时分子间势能最小，故E错误。故选BCD。

7.（2021•北京东城区高三一模）对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（）

A.气体温度升高，每一个气体分子的动能都增大

B.气体温度升高，气体内能一定增大

C.若压缩气体做功，气体分子的无规则运动一定更剧烈

D.若气体膨胀对外做功100J,则内能一定减少100J

【答案】B

【解析】A.气体温度升高，绝大多数气体分子的动能都增大，但个别分子的动能也可能减小，A错误；

B.理想气体不考虑分子势能，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，气体内能一定增大，B正确；

C.压缩气体做功，若存在对外放热，由热力学第一定律可知，气体的内能可能减小，温度可能降低，故无

规则运动不一定更剧烈，C错误；D.若气体膨胀对外做功100J,内能不一定减少100J,还跟吸、放热多少

有关，D错误。故选B。

8.（2021•山东高三模拟）如图所示为一定质量理想气体状态变化的pY图像。图中8A的延长线过（-273,

0）点，CB平行于，轴，则下列说法正确的是（）

,p/alm

A

-273O“七

A.气体由状态4变为状态B,外界对气体做功

B.气体由状态C变为状态A,气体吸收热量

C.气体在状态B时的分子数密度比在状态C时的大

D.气体在状态B时的分子数密度比在状态4时的大

【答案】B

【解析】A.根据题意可知从状态A到状态B气体做等容变化，气体吸热，外界不对气体做功，故A错误;

B.从状态C变为状态A时，气体温度不变，内能不变，压强减小，体积增大，气体对外界做功，气体从

外界吸收热量，故B正确；CD.从状态8到状态C气体做等压变化，温度降低，体积减小，所以状态B

的分子数密度比状态C时的分子数密度小，状态A、B气体的体积相等，分子数密度相同，故C、D错误。

故选B。

9.（2021•北京丰台区高三一模）两个分子间的作用力的合力f与分子间距离，•的关系如图所示，假定两个

分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0,下列说法正确的是（）

A.在，•由无限远到趋近于0的过程中，F先变小后变大

B.在r由无限远到趋近于0的过程中，F先做正功后做负功

C.在「由无限远到趋近于0的过程中，分子势能先增大后减小再增大

D.在，=n）处分子势能为零

【答案】B

【解析】A.由图可知，在r由无限远到趋近于0的过程中，尸先变大后变小，再变大，A错误；

B.在r由无限远到趋近于。的过程中，「先是引力，故做正功，后变为斥力，故做负功，B正确；

C.在r由无限远到趋近于。的过程中，由于分子力先做正功后做负功，故分子势能先减小后增大，C错误;

D.在『小处分子势能最小，由于规定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0,故此处的分子势能

不为零，D错误。故选B。

10.（2021•天津高三一模）为做好新冠肺炎疫情防控，学校用如图所示的压缩式喷雾器对教室走廊等场所进

行消杀工作。给储液罐打足气，打开开关就可以让药液喷撒出来。若罐内气体温度保持不变，随着药液的

不断喷出，则罐内气体（）

1内能不断减小压强不断减小外界对气体做功气体对外放热

A.B.C.D.

【答案】B

【解析】A.由于罐内气体温度保持不变，故内能保持不变，A错误；B.随着药液的不断喷出，气体的体

积增大，由理想气体状态方程可知，压强不断减小，B正确；CD.气体的体积增大，气体对外做功，由热

力学第一定律可知，气体吸收热量，CD错误。故选B。

11.（2021•天津高三模拟）如图所示为模拟气体压强产生机理的演示实验。操作步骤如下：①把一颗豆粒从

距秤盘20cm处松手让它落到秤盘上，观察指针摆动的情况；②再把100颗左右的豆粒从相同高度均匀连

续地倒在秤盘上，观察指针摆动的情况；③使这些豆粒从更高的位置均匀连续倒在秤盘上，观察指针摆动

的情况。下列说法正确的是（）

A.步骤①和②模拟的是气体压强与气体分子平均动能的关系

B.步骤②和③模拟的是气体压强与分子密集程度的关系

C.步骤②和③模拟的是大量气体分子分布所服从的统计规律

D.步骤①和②模拟的是大量气体分子频繁碰撞器壁产生压力的持续性

【答案】D

【解析】步骤①和②都从相同的高度下落，不同的是豆粒的个数，故它模拟的气体压强与分子密集程度的

关系，也说明大量的豆粒连续地作用在盘子上能产生持续的作用力；而步骤②和③的豆粒个数相同，让它

们从不同的高度落下，豆粒撞击的速率不同，所以它们模拟的是分子的速率与气体压强的关系，或者说是

气体的分子平均动能与气体压强的关系；故选D。

12.（2021•重庆高三二模）一定质量的理想气体，状态由“变到6,再由b变到c,其压强和体积的关系如

题图甲所示，根据P-：图象，下列说法正确的是。

A.由“变到从温度升高，放热B.由。变到从温度降低，放热

C.由人变到c,温度不变，放热D.由b变到c,温度不变，吸热

【答案】C

【解析】AB.由a变到从气体发生等容变化，压强p增大，根据查理定律器=。可知，气体温度升高，

则内能增大，再根据热力学第一定律AU=Q+W可知，因气体不做功，内能增大，则气体吸热，故AB错

误；CD.由6变到c,由题图可知，气体发生等温变化，温度不变，内能不变，体积减小，则外界对气体

做功，根据热力学第一定律AU=Q+W可知，气体放热，故C正确，D错误。故选C。

13.（2021•广东高三模拟）在新冠肺炎防疫期间，特别是进入冬季时，进口冷链物品和公共场所需要及时消

毒。如图所示为某种型号的背负式手压消毒喷雾器，其贮液筒的总容积为吊=14L,每次都装入％=12L的

药液，然后再用密封盖将贮液筒密封，与贮液筒相连的活塞式打气筒通过单向阀门每次能压入玲=400cm3、

p（）=latm的空气，外界大气压也为Po=latm。试求：

（i）若整个打气过程中气体的温度保持不变，筒内药液未喷出，要使贮液筒中空气的压强达到。=4atm,

打气筒应打压几次；

（ii）若外界大气的温度为4=27℃,贮液筒是用绝热材料制成的，在某次装入药液后将贮液筒密封，打

气筒连续打压%=29次后，打开喷嘴喷雾，筒内药液恰好全部喷完（不考虑喷管内药液体积、高度及药液

的导热性），则最后贮液筒内气体的温度是多少。C。（T=273+r,结果保留三位有效数字）

直:二二二二

【答案】（i）15次；（ii）35.8℃

【解析】（i）根据题意和玻意耳定律得+%-%）=〃（%-%）

解得〃=15次

（ii）由题意可知17；=（273+27）K=300K；4=（273+%）

初、末两个状态的压强相同，根据题意和盖-吕萨克定律有

〃。匕+匕一匕_乂

工T2

解得J=35.8℃

14.（2021•重庆高三二模）如题图乙所示，竖直放置的U形玻璃管左端封闭，右端开口，两管水银面等高,

左管封闭的理想气体气柱长8cm,大气压强po=75cmHg.现给左管封闭气体缓慢加热，使封闭气柱长度变

为8.5cm,求：

（1）加热后封闭气体的压强p；

（2）保持加热后的温度不变，为使封闭气柱长度变回8cm,从右端再次注入的水银柱长度

【答案】（1）76cmHg；（2）5.75cm

【解析】（1）根据题意可知加热后，左右两管水银面高度差为1cm,封闭气体的压强

p=76cmHg

（2）封闭气体发生等温变化，初态

p=76cmHg

Vl=S/7）

末态

V2=Sh2

P2=?

根据玻耳定律。2=凸匕

pV

解得Pi=~T7~}=80.75cmHg

左右两管水银面高度差变为/=80.75-75=5.75cm

15.（2021•济南市历城第二中学高三模拟）一端封闭导热的U型管中用水银封闭一定质量的理想气体，U

型管两端连线与直管垂直，当U型口向上、直管竖直放置时，管中两水银面等高，如图（a）,此时封闭气

体柱长度为4），两侧管中轴距离为4大气压强为外,室内温度不变，压强以“cmHg”为单位，长度单位为

“cm"。回答下面问题：

（1）若将U型管在管平面内缓慢逆时针转过90°成图（b）,或顺时针缓慢转过90°成图（c）,求（b）（c）

两图中封闭气体柱长度之比六

（2）若U型管从图（c）继续顺时针缓慢转动，当左侧管中水银恰好与管口相齐时两侧管中水银面连线恰

好在竖直方向上如图（d）,已知d=22.5cm,%=15cm。求大气压强处。

Pa-d

【答案】(1)-----7;(2)75cmHg

Po+d

【解析】(1)封闭气体做等温变化，对(a)f(b),有

卬oS=3+d)3①

对(a)—(c),有

P0l0S=(p0-d}l2S®

解得L/=UPL—d7③

l2Po+d

(2)从(a).(d),有Pol°S=(Po—h)lS④

其中/=2/（）、h=\Jd2+/2-解得Po=75cmHg

16.（2021.广东高三模拟）如图所示，导热的圆柱形汽缸固定在水平桌面上，横截面积为S、质量为网的

活塞封闭着一定质量的气体（可视为理想气体），活塞与汽缸间无摩擦且不漏气.总质量为〃?2的祛码盘（含

祛码）通过左侧竖直的细绳与活塞相连.当环境温度为7时，活塞离缸底的高度为力.现使活塞离缸底的高

度为"，求:

（1）当活塞再次平衡时，环境温度是多少？

（2）保持（1）中的环境温度不变，在祛码盘中添加质量为△，〃的祛码时，活塞返回到高度为〃处，求大气

【答案】⑴”⑵（吗+3△加一町）g

3S

【解析】（1）由题可知，初始时温度为八=7

体积为Vi=/i5

变化后温度为72,体积为匕=寸

根据盖吕萨克定律，有寸=黄

解得

2hS

（2）设大气压强为Po,初始时体积匕=——

3

活塞受力平衡，有/”招+《5-£5-加28=。

初始时压强为P,=4+生彳运

变化后体积V3=HS

末状态活塞受力平衡，有肛g+R）s-AS+♦根）g=0

仍g—施+，〃2）g

解得A=4+

根据玻意耳定律，有鸟％=6匕

（根2+3.根一叫）8

解得庶=

17.（2021•辽宁朝阳市高三一模）2019年12月以来，新型冠状病毒疫情给世界经济带来很大影响。勤消毒

是一个很关键的防疫措施。如图所示是某种防疫消毒用的喷雾消毒桶及其原理图。消毒桶的总容积为10L,

装入7L的药液后再用密封盖将消毒桶密封，与贮液筒相连的活塞式打气筒每次能压入250cm3的latm的空

气，设整个过程温度保持不变，求：

（1）要使消毒桶中空气的压强达到5atm,打气筒应打压几次？

（2）在贮气筒中空气的压强达到5atm时，打开喷嘴使其喷雾，直到内、外气体压强相等时不再向外喷消

毒液，消毒筒内是否还剩消毒液？如果剩下的话，还剩下多少体积的消毒液？如果剩不下了，喷出去的气

体质量占原来喷消毒液前消毒桶内气体质量的多少？

【答案】（1）48；（2）剩不下，喷出去的气体占喷出前气体质量的！

3

【解析】（1）设需打〃次，贮气筒内压强变为5atm,由玻意耳定律

8化+”△〃）=〃2K

3

其中Pi=latm,p2=5atm,=10L-7L=3L,AV=250cm=0.25L

将己知量代入上式得〃=48（次）

（2）停止喷雾时，桶内气体压强变为latm,此时贮液筒内气体体积为匕

由玻意耳定律得。2匕=月匕

即5atmx3L=latmxV2

解得匕=15L

大于了消毒桶的总容积10L,故消毒桶里不能剩下消毒液了。喷出去的气体体积

AV=15L-10L=5L

AV

则彳

3

18.（2021•山东青岛市高三一模）如图，绝热气缸。与导热气缸6、c均固定于地面，由刚性杆连接着的两

个绝热活塞均可在气缸内无摩擦滑动。开始时“、6两个气缸内装有体积相等、温度均为n的理想气体，真

空气缸c的容积与此时〃、人两个气缸中的气体体积相等，通过阀门与气缸匕相连。现将阀门打开，稳定后,

“中气体压强为原来的0.6倍，环境温度保持不变。

（1）求稳定后气缸a中气体的温度;

（2）请用热力学第一定律解释上述过程气缸。中气体温度变化的原因。

【答案】（1）7=0.87；；（2）见解析

【解析】（1）阀门打开，稳定后，a中气体压强为原来的0.6倍，此时8中的压强变为原来的0.6倍，设图

示状态中a、b、c,的体积为Vo,气缸b体积减少了匕以氏c•为整体，由于温度不变

poK=O.6po（2K-V）

解得v=g%

在阀门打开至稳定过程，对气缸a有旦%=0.6〃。（%+丫）

TaT

可得7=0.87；

（2）“中气体膨胀对外做功，绝热过程6=0,根据热力学第一定律，理想气体内能减少，温度降低。

19.（2021•辽宁抚顺市高三一模）在如图甲所示，粗细均匀的L形细玻璃管AOB,OA、OB两部分长度

均为20cm,OA部分水平、右端开口，管内充满水银，08部分竖直、上端封闭一定质量的理想气体。现

将玻璃管在竖直平面内绕。点逆时针方向缓慢旋转53。，如图乙所示，此时被封闭的气柱长度为以缓慢加

热管内封闭气体至温度T,使管内水银恰好不能溢出管口。已知大气压强为75cmHg,室温为27℃。求：

（sin53°=0.8,cos53°=0.6,J12369。111，结果保留三位有效数字）

（1）气柱长度x；

（2）温度。

【解析】（1）转动过程，温度不变，设玻璃管的横截面积为S;

Pi=75cmHg,k=20cm

p2=75+[x.sin53。—（20-x）cos53。]=（63+1.4x）cmHg

L、—x

山玻意耳定律得〃=p24s

解得气体长度x=17.1cm

（2）加热管内封闭气体至温度T时，

“3=（75+20sin53°）cmHg=91cmHg

与初状态比较，为等容变化，有彳=牛

解得T=364K

20.（2021•北京西城区高三一模）在研究物理学问题时，为了更好地揭示和理解物理现象背后的规律，我们

需要对研究对象进行一定的概括和抽象，抓住主要矛盾、忽略次要因素，建构物理模型。谐振子模型是物

理学中在研究振动问题时所涉及的一个重要模型。

（1）如图1所示，在光滑水平面上两个物块A与B由弹簧连接（弹簧与A、B不分开）构成一个谐振子。

初始时弹簧被压缩，同时释放A、B,此后A的々图像如图2所示（规定向右为正方向）。已知机A=01kg,

〃?B=0.2kg,弹簧质量不计。

a.在图2中画出B物块的收图像；

b.求初始时弹簧的弹性势能％。

（2）双原子分子中两原子在其平衡位置附近振动时，这一系统可近似看作谐振子，其运动规律与（1）的

情境相似。已知，两原子之间的势能反随距离r变化的规律如图4所示，在尸m点附近EP随r变化的规律

可近似写作《=耳。+(&-4)2,式中Epo和/均为常量。假设原子A固定不动，原子B振动的范围为

r0-a<r<rn+a,其中a远小于孙请画出原子B在上述区间振动过程中受力随距离r变化的图线，并求

出振动过程中这个双原子系统的动能的最大值。

图1图2

AB

®------------------0

Or0

图3

1,2

Eki=鼻奶一

【解析】(1)a.如答图2所示

答图2

b.由图像可知，当以=-2m/s时弹簧恢复到原长，根据动量守恒定律0=①人%+〃%程

可得，此时/=lm/s

一,1,1

根据机械能守恒定律E=—fnv~+-mv~=0.3J

P2八八2口"

(2)原子B振动过程中受力随距离变化的图线如答图3所示

由题意可知，原子B处于『尸a处时，系统的动能为最大值，设为反“系统的势能为最小值，为

k

Epi=Epo+&(4_/)-2=后用

原子B处于力处时，系统的动能为0,系统的势能为最大值，为

k,y1,2

EP2=Epo+;g_%)-=后血+彳如一

根据能量守恒定律可得Ep|+£k,=£^+0

1,

解得£=-ka2

kl2

21.(2021•山东枣庄市高三二模)近年来，科学家发现，距离地球12.5光年的位置有一颗类地行星——带

加登C星。它的地表有辽阔的湖面，不过湖里不是液态的水，而是液态二氧化碳。假设该液态二氧化碳的

密度为1.2xl()3kg/n?,湖面下方2.0m的压强为5.0xl()6pa、下方5.0m处的压强为7.7xl()6pa。求:

(1)该行星表面的重力加速度心的大小;

（2）假设在该行星表面有一个开口向下、竖直静止放置的导热良好的均匀气缸，气缸深为4aoem。其中

活塞横截面积为2.5cm2，活塞质量可忽略不计.当活塞下面悬挂一个质量为400.0g的重物时，活塞恰好位

于气缸口处；取下重物，将气缸缓慢旋转到竖直开口向上，然后把相同的重物放在活塞上，待稳定后，活

塞到气缸口的距离是多少.假设行星表面处的气温不变。（结果保留三位有效数字）

【答案】（1）750m/s2；（2）21.8cm

【解析】（1）湖面下方2.0m的压强为Pi=P0+Qg禽

下方5.0m处的压强为P2=Po+Pg'H

6

代入数据解得g,=75（）m/s2po=3.2xlOPa

（2）气缸开口向下时，有

p'=p一吗=3.2x1（）6_400x10-3/50=2.ox1（）6pa

1°S2,5XW4

=^5=40.0-5

气缸开口向下时，有

p,"0+些=3.2x106+幽生字2=4.4x103

2°S2,5xlO-4

V2=l%S

根据玻意耳定律可得=Py,

解得％=18.2cm

则活塞到气缸口的距离40-18.2=21.8cm。

22.（2021.福建高三二模）气压式升降椅内的气缸填充了氮气，气缸上下运动支配椅子升降。如图乙所示为

其简易结构示意图，圆柱形气缸与椅面固定连接，总质量为m=5kg。横截面积为S=10cm?的柱状气动

杆与底座固定连接。可自由移动的气缸与气动杆之间封闭一定质量氮气（视为理想气体），稳定后测得封闭

气体柱长度为L=21cm。设气缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力。已知大气压强为为=lx1。'Pa,

环境温度不变，重力加速度为g=10m/s2。求：

（1）初始状态封闭气体的压强;

(2)若把质量为"=30kg的重物放在椅面上，稳定后椅面下降的高度。

【答案】⑴1.5xl()5pa：⑵14cm

【解析】(1)对气缸与椅面整体受力分析如图

由受力平衡有

、W

''mg

ptS=p0S+mg

得Pi=1.5xl05Pa

(2)重物放上后，设气缸内气体压强为小，对气缸、椅面与重物整体受力分析如图

“P2，S

“〃7g

、'Mg

由受力平衡有PQS=pQS+（m+M）g

5

得p2=5xlOPa

对气缸内气体分析，导热性能良好，室温不变气缸内气体温度不变

初状态2=L5xIO,paV^LS

末状态P2=5x10+2匕=//S

对气缸内气体由玻意耳定律

py,=p2V2

p、LS=p2L'S

得L=7cm

可知气体体积变小，长度较小即为高度下降//=L-工

〃=14cm

23.（2021.湖南邵阳市高三一模）如图所示，粗细均匀的U形玻璃管，左侧管开口向上，右侧管口封闭，

两管口上端齐平，管内用水银封闭了一段气体，右管中封闭气柱高/n=10cm,左右液面高度差△〃=4cm,右

管中水银柱的长度大于6cm,设大气压等于76cmHg,环境温度为27℃

（1）若对封闭气体缓慢降温，使左管中水银与右管中水银液面对齐，求气体最终的温度：

（2）若对封闭气体缓慢升温，使左管中水银刚好不溢出管口，求气体最终的温度。

【答案】（1）228K（或者-45℃）；（2）552K（或者279℃）

【解析】（I）开始时，封闭气体压强为pi=po+4cmHg=80cmHg

设封闭气体降低至温度为4时，左、右两管中水银液面上端对齐，这时右管中气柱高为比=8cm,此时封闭

气体的压强p2=po=76cmHg

pJtS

根据理想气体状态方程有~~=

解得乃=228K

（2）设封闭气体升至温度为小时，左管中水银刚好不溢出管口，封闭气体的压强为"=po+16cmHg=92cmHg,

p.ltS

这时右管中气柱高为〃3=16cm,根据理想气体状态方程有△士=当"

A13

解得八=552K

24.（2021•河北高三一模）如图，某材料制备系统由供气瓶、反应室、加热器和真空泵等设备组成。供气

瓶的容积为20L,储存的气体压强为3.0x105pa，反应室的容积为10L。制备材料前，反应室处于真空状

态，关闭所有阀门。制备材料时，先打开阀门1，供气瓶向反应室缓慢供气，当反应室气压达到1.0x102Pa

时，关闭阀门1;对反应室内气体缓慢加热，使其从室温25℃升到200℃,进行材料合成。实验结束后，

待反应室温度降至室温，将其抽至真空状态。环境温度恒定，忽略材料体积，气体不参与反应。

（1）加热后，求反应室内气体的压强（结果保留3位有效数字）。

（2）当供气瓶剩余气体压强降到1.5x105Pa时，需更换新的供气瓶，供气瓶最多能给反应室充气多少次？

【答案】（l）158Pa；（2）3000次

【解析】⑴根据查理定律得票=祟

4/2

T,

解得。2=市0=158Pa

（2）设可以供n次，则根据玻意耳定律得Po%=叩M+pV0、

解得〃=3000次

25.（2021・广东高三模拟）如图所示，长为31cm内径均匀的细玻璃管开口向上竖直放置，管内水银柱的上

端正好与管口齐平，封闭气体的长度为10cm,温度为27℃,外界大气压强po=75cmHg。若把玻璃管在竖直

平面内缓慢转至开口竖直向下，求：

（1）这时留在管内的水银柱的长度/；

（2）缓慢转回到开口竖直向上，且外界温度降为-28℃时，需要加入多长水银柱，才使水银柱的上端恰好重

新与管口齐平。

【答案】(1)2=15cm；(2)/o=8cm

【解析】(1)初态时气体压强为

〃尸〃()+21cmHg

Vi=10S

开口向下稳定时压强为P2=po-/

体积为

V2=(31-/)S

乃=300K

由玻意耳定律pWl=P2V2

解得/=15cm

(2)设加入/o长水银柱，则

23=(75+15+/o)cmHg

V3=(31-15-/O)S=16S

根据理想气体状态方程

〃2匕_〃3匕

工一耳

解得4)=8cm

26.(2021•广东高三模拟)如图所示，一端封闭、粗细均匀的U形细管，管道水平部分长为L、竖直部分长

1.5L,管内有一段长度为L的水银柱封闭一段气柱。U形管静止不动时水银柱恰好在管道的水平部分，当U

形管绕开口臂的轴线匀速转动时，处于U形管水平部分的水银柱的长度为人o设水银的密度为。

2

(kg//),大气压强是p“(Pa)。求:

(1)U形管转动的角速度。为多大？(不考虑气体温度的变化)

（2）不断增大角速度0,能否使水银柱全部进入封闭端竖直管内？（只要回答“能”或"否”即可）

【答案】（1）Z3（鱼+皿）；（2）否

p

【解析】（2）设U形管横截面积为S,管道转动时被封气体的压强为心由玻意耳定律可得

PO，15LS=p-LS

解得p=1.5po

取水平部分的水银分析，有

11,3

PS+-pgLS-p0S=-pLSco--L

联立解得。丁产浮

（2）全部进入竖直管内，水银柱不能平衡，水银柱上面的压强比大气压大，再加上水银柱的重力，大气压

不能把水银柱压上去，所以回答否。

27.（2021・湖南娄底市高三零模）如图所示，开向下的汽缸内封闭有一定质量的气体，缸体质量为相。活塞

横截面积为S。活塞与直立在地面上的粗弹簧接触，活塞和缸体悬在空中，活塞与汽缸无摩擦且不漏气，活

塞离缸体底部的距离为小活塞与缸体的导热性能良好，大气压强为p,环境温度为1，重力加速度为g。

现使环境温度缓慢升高。使缸体上升;〃的高度、此过程气体吸收的热量为Q。求：

（1）环境温度升高了多少：

（2）此过程气体的内能增量为多少。

【答案】（1）—7J）；（2）Q——+p（）S）h

6

—h7,CS

【解析】（1）温度升高过程气体发生的是等压变化，则竺=5_