知识点十六 热学-2023年高考物理分类题库

知识点十六热学1.(2023·江苏选择考·T3)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 ()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【解析】选B。根据pVT=C,可得p=CVT,则从A到B为等容线,即从A到B气体体积不变,则气体分子的数密度不变,选项A错误;从A到B气体的温度升高,则气体分子的平均动能变大,则选项B正确;从A到B气体的压强变大,气体分子的平均速率变大,则单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力变大,选项C错误;气体分子的数密度不变,从A到B气体分子的平均速率变大,则单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数变大,选项2.(2023·江苏选择考·T9)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 ()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【解析】选B。因为该实验是要探究气体等温变化的规律;实验中要缓慢推动或拉动活塞,目的是尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变;为了方便读取封闭气体的体积,不需要在橡胶套处接另一注射器。3.(2023·辽宁选择考·T5)“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 ()【解析】选B。根据pVT=C,可得p=CVT,从a状态到b状态,气体压强不变,温度升高,则体积变大;从b状态到c状态,气体压强减小,温度降低,因c点与原点连线的斜率小于b点与原点连线的斜率,则c状态的体积大于b状态体积。故选4.(多选)(2023·山东等级考·T9)一定质量的理想气体,初始温度为300K,压强为1×105Pa。经等容过程,该气体吸收400J的热量后温度上升100K;若经等压过程,需要吸收600J的热量才能使气体温度上升100K。下列说法正确的是 ()A.初始状态下,气体的体积为6LB.等压过程中,气体对外做功400JC.等压过程中,气体体积增加了原体积的1D.两个过程中,气体的内能增加量都为400J【解析】选A、D。令理想气体的初始状态的压强、体积和温度分别为p1=p0,V1=V0,T1=300K,等容过程为状态二p2=?,V2=V1=V0,T2=400K,等压过程为状态三p3=p0,V3=?,T3=400K,由理想气体状态方程可得p1V1T1整理解得p2=43p0,V3=43V0,则等压过程中,体积增加了原来的13,故C错误;等容过程中气体做功为零,由热力学第一定律ΔU=W+Q,两个过程的初末温度相同,即内能变化相同,因此内能增加都为400J,故D正确;等压过程内能增加了400J,吸收热量为600J,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,W=400J-600J=-200J,则气体对外做功为200J,即做功的大小为W=p0(43V0-V0)=200J,代入数据解得V0=6×10-3m3=6L,故A5.(多选)(2023·浙江6月选考·T14)下列说法正确的是 ()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【解析】选B、D。根据热力学第二定律得,热量不能自发地从低温物体传到高温物体,故A错误;液体的表面张力方向总是跟液面相切,故B正确;在不同的惯性参考系中,物理规律的形式是相同的,故C错误;根据多普勒效应的原理可知,当波源与观察者相互接近时,观察者接收到波的频率增大;反之,观察者接收到波的频率减小,故D正确。6.(多选)(2023·新课标全国卷·T21)如图,一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上,用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分,活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长,三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热,停止加热并达到稳定后 ()A.h中的气体内能增加B.f与g中的气体温度相等C.f与h中的气体温度相等D.f与h中的气体压强相等【解题指南】解答本题注意以下三点:(1)通过电阻丝对f中的气体缓慢加热,f中气体压强增大;(2)f、g之间活塞为绝热活塞;(3)由于活塞与汽缸壁间没有摩擦,f与h中的气体压强相等。【解析】选A、D。当电阻丝对f中的气体缓慢加热时,f中的气体内能增大,温度升高,根据理想气体状态方程可知,f中的气体压强增大,会缓慢推动左边活塞,可知h的体积也被压缩,压强变大,对活塞受力分析,根据平衡条件可知,弹簧弹力变大,则弹簧被压缩。与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用,缓慢向右推动右边活塞。故活塞对h中的气体做正功,且是绝热过程,由热力学第一定律可知,h中的气体内能增加,A正确;未加热前,三部分中气体的温度、体积、压强均相等,当系统稳定时,活塞受力平衡,可知弹簧处于压缩状态。对左边活塞分析pfS=F弹+pgS,则pf>pg,分别对f、g内的气体分析,根据理想气体状态方程有p0V0T0=pfVfTf,p0V0T0=pgVgTg,由题意可知,因弹簧被压缩,则Vf>Vg,联立可得Tf>Tg,B错误;在达到稳定过程中h中的气体体积变小,压强变大,f中的气体体积变大。由于稳定时弹簧保持平衡状态,故稳定时f、h中的气体压强相等,根据理想气体状态方程,对h中的气体分析可知p0V0T0=phV7.(2023·全国乙卷·T33(1))对于一定量的理想气体,经过下列过程,其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是。A.等温增压后再等温膨胀B.等压膨胀后再等温压缩C.等容减压后再等压膨胀D.等容增压后再等压压缩E.等容增压后再等温膨胀【解析】选A、C、D。对于一定质量的理想气体,内能由温度决定,故等温增压和等温膨胀过程温度均保持不变,内能不变,故A正确;根据理想气体状态方程pVT=C8.(2023·全国甲卷·T33（1）)在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体,发生下列缓慢变化过程,气体一定与外界有热量交换的过程是。

A.气体的体积不变,温度升高B.气体的体积减小,温度降低C.气体的体积减小,温度升高D.气体的体积增大,温度不变E.气体的体积增大,温度降低【解析】选ABD。气体的温度升高则气体的内能升高,体积不变则气体对外做功为零,由热力学第一定律ΔU=W+Q,可知气体吸收热量,A正确;气体的温度降低则气体的内能降低,体积减小则外界对气体做功,由热力学第一定律ΔU=W+Q,可知气体对外放热,B正确;气体的温度升高则气体的内能升高,体积减小则外界对气体做功,由热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q可能等于零,即没有热量交换过程,C错误;气体的温度不变则气体的内能不变,体积增大则气体对外界做功,由热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q>0,即气体吸收热量,D正确;气体的温度降低则气体的内能降低,体积增大则气体对外界做功,由热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q可能等于零,即没有热量交换过程,E错误。9.(2023·山东等级考·T13)利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上,注射器内封闭一定质量的空气,下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘,托盘中放入砝码,待气体状态稳定后,记录气体压强p和体积V(等于注射器示数V0与塑料管容积ΔV之和)。逐次增加砝码质量,采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。回答以下问题:(1)在实验误差允许范围内,图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线,说明在等温情况下,一定质量的气体。

A.p与V成正比B.p与1V(2)若气体被压缩到V=10.0mL,由图乙可读出封闭气体压强为Pa(保留3位有效数字)。

(3)某组同学进行实验时,一同学在记录数据时漏掉了ΔV,则在计算pV乘积时,他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而(选填“增大”或“减小”)。

【解题提示】(1)由图像进行分析,明确压强p和体积V之间的关系;(2)由题设条件先求出1V(3)明确误差情况,掌握实验原理分析求解即可。【解析】(1)由图乙可知,压强p和体积的倒数1V(2)气体被压缩到10.0mL时,体积的倒数1V=110.0mL-1=100.0×10-3mL-1,由图乙可知,压强p=2.04×10(3)由于在测量中ΔV是保持不变的,设测量出的注射器示数为V0,则准确的表示应为p(V0+ΔV),他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值为pΔV,所以随着压强的增大,ΔV不变,故pΔV增大。答案:(1)B(2)2.04×105(3)增大10.(2023·湖北选择考·T13)如图所示,竖直放置在水平桌面上的左右两汽缸粗细均匀,内壁光滑,横截面积分别为S、2S,由体积可忽略的细管在底部连通。两汽缸中各有一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭,左侧汽缸底部与活塞用轻质细弹簧相连。初始时,两汽缸内封闭气柱的高度均为H,弹簧长度恰好为原长。现往右侧活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子,直至右侧活塞下降13H,左侧活塞上升12H。已知大气压强为p0,重力加速度大小为g,汽缸足够长,汽缸内气体温度始终不变,(1)最终汽缸内气体的压强;(2)弹簧的劲度系数和添加的沙子质量。【解析】(1)对左右汽缸内所封的气体,初态压强p1=p0体积V1=SH+2SH=3SH末态压强p2,体积V2=S·32H+23H·2S=176SH根据玻意耳定律可得p1V1=p解得p2=1817p(2)对右侧活塞受力分析可知mg+p0·2S=p2·2S解得m=2对左侧活塞受力分析可知p0S+k·12H=p2解得k=2答案:(1)1817p0(2)2p11.(2023·全国乙卷·T33(2))如图,竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为20cm的A、B两段细管组成,A管的内径是B管的2倍,B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开,水银柱在两管中的长度均为10cm。现将玻璃管倒置使A管在上方,平衡后,A管内的空气柱长度改变1cm。求B管在上方时,玻璃管内两部分气体的压强。(气体温度保持不变,以cmHg为压强单位)【解析】设B管在上方时上部分气压为pB,则此时下方气压为pA,此时有pA=pB+20cmHg倒置后A管气体压强变小,即空气柱长度增加1cm,A管中水银柱减小1cm,又由S=πr2,SA=4SB,可知B管水银柱增加4cm,空气柱减小4cm;设此时两管的压强分别为p'A、p'B,所以有p'B=p'A+23cmHg,倒置前后温度不变,根据玻意耳定律对A管有pASALA=p'ASAL'A对B管有pBSBLB=p'BSBL'B其中L'A=10cm+1cm=11cm,LB'=10cm-4cm=6cm联立以上各式解得pA=74.36cmHg,pB=54.36cmHg答案:(1)A、C、D(2)pA=74.36cmHgpB=54.36cmHg12.(2023·浙江6月选考·T18)如图所示,导热良好的固定直立圆筒内用面积S=100cm2、质量m=1kg的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度300K的热源接触,平衡时圆筒内气体处于状态A,其体积VA=600m3。缓慢推动活塞使气体达到状态B,此时体积VB=500m3。固定活塞,升高热源温度,气体达到状态C,此时压强pC=1.4×105Pa。已知从状态A到状态C,气体从外界吸收热量Q=14J;从状态B到状态C,气体内能增加ΔU=25J;大气压p0=1.01×105Pa。(1)气体从状态A到状态B,其分子平均动能(选填“增大”“减小”或“不变”),圆筒内壁单位面积受到的压力(选填“增大”“减小”或“不变”);

(2)求气体在状态C的温度TC;(3)求气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W。【解析】(1)状态A到状态B的过程中,圆筒内气体与热源处于热平衡状态,则圆筒内气体的温度保持不变,其分子平均动能不变;根据一定质量的理想气体状态方程pV=CT可知,因为从状态A到状态B过程,气体的温度不变,体积减小,所以气体的压强增大,所以圆筒内壁单位面积受到的压力增大;(2)从状态A到状态B的过程中,气体的温度保持不变,根据玻意耳定律可得:pAVA=pBVB在A状态时,根据活塞的平衡状态可得:p0S=mg+pAS其中,S=100cm2=0.01m2从状态B到状态C的过程中,气体的体积保持不变,根据查理定律可得:pBTB联立解得:TC=350K(3)因为状态A到状态B过程中气体的温度保持不变,则ΔUAB=0从状态A到状态C的过程中,根据热力学第一定律可得:ΔUAC=Q+WAC因为状态B到状态C过程气体的体积不变,则WAC=W根据题意可得:ΔUAC=ΔU联立解得:W=11J答案:(1)不变增大(2)350K(3)11J13.(2023·全国甲卷·T33（2）)一高压舱内气体的压强为1.2个大气压,温度为17℃,密度为1.46kg/m3。①升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变,求气体温度升至27℃时舱内气体的密度