知识点十六 热学-2021年高考物理分类题库

知识点十六热学1.(2021·全国乙卷·T33（1）)如图,一定量的理想气体从状态a(p0、V0、T0)经热力学过程ab、bc、ca后又回到状态a。对于ab、bc、ca三个过程,下列说法正确的是（）

A.ab过程中,气体始终吸热B.ca过程中,气体始终放热C.ca过程中,气体对外界做功D.bc过程中,气体的温度先降低后升高E.bc过程中,气体的温度先升高后降低【解析】选A、B、E。理想气体经历ab过程,体积不变,则W=0。根据pVT=C可知体积不变,压强增大,则温度升高,内能增大,由ΔU=Q+W可知,气体一直吸热,故选项A正确;理想气体经历ca过程为等压压缩,则外界对气体做功W>0,根据pVT=C可知温度降低,即内能减少ΔU<0,由ΔU=Q+W可知,Q<0,即气体放热,故选项B正确,C错误;根据2.(2021·湖南选择考·T15（1）)如图,两端开口、下端连通的导热汽缸,用两个轻质绝热活塞(截面积分别为S1和S2)封闭一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙,活塞从A下降h高度到B位置时,活塞上细沙的总质量为m。在此过程中,用外力F作用在右端活塞上,使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强p0保持不变,系统始终处于平衡状态,重力加速度为g。下列说法正确的是（）

A.整个过程,外力F做功大于0,小于mghB.整个过程,理想气体的分子平均动能保持不变C.整个过程,理想气体的内能增大D.整个过程,理想气体向外界释放的热量小于(p0S1h+mgh)E.左端活塞到达B位置时,外力F等于mg【解析】选B、D、E。由于右端活塞位置始终不变,故F做功为0,A错误;整个过程中,环境温度保持不变,故导热汽缸内气体的温度也保持不变,理想气体的内能以及分子平均动能都与温度有关,现温度保持不变,因此分子平均动能和内能都保持不变,B正确,C错误;由热力学第一定律可知,放出的热量等于外界对系统所做的功。一部分是大气压力做功,一部分来自细沙对活塞所做的功,由于细沙质量是缓慢增加到m的,故在活塞下落过程中细沙的平均重力应小于mg,故这部分功小于mgh,故D正确;左端活塞到达B位置时,汽缸内部压强应等于左端活塞上表面压强p=p0+mgS1,而右边活塞上表面压强p'=p0+FS3.(2021·山东等级考·T2)如图所示,密封的矿泉水瓶中,距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中,小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶,小瓶下沉到底部;松开后,小瓶缓慢上浮,上浮过程中,小瓶内气体 ()A.内能减少B.对外界做正功C.增加的内能大于吸收的热量D.增加的内能等于吸收的热量【解析】选B。由于越接近矿泉水瓶口,水的温度越高,因此小瓶上浮的过程中,小瓶内温度升高,内能增加,A错误;在小瓶上升的过程中,小瓶内气体的温度逐渐升高,压强逐渐减小,根据理想气体状态方程pVT=C,气体体积膨胀,对外界做正功,B正确;由A、B分析可知,小瓶上升时,小瓶内气体内能增加,气体对外做功,根据热力学第一定律Δ4.(2021·山东等级考·T4)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强的数值,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60cm3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150mmHg。已知大气压强等于750mmHg,气体温度不变。忽略细管和压强计内的气体体积。则V等于 ()A.30cm3 B.40cm3 C.50cm3 D.60cm3【解析】选D。根据玻意耳定律可知p0V+5p0V0=p1×5V,已知p0=750mmHg,V0=60cm3,p1=750mmHg+150mmHg=900mmHg,代入数据整理得V=60cm3,故D正确,A、B、C错误。5.(2021·全国甲卷·T33（1）)如图,一定量的理想气体经历的两个不同过程,分别由体积-温度(V-t)图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示,V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标;t0为它们的延长线与横轴交点的横坐标,t0=-273.15℃;a为直线Ⅰ上的一点。由图可知,气体在状态a和b的压强之比papb=;气体在状态b和c的压强之比pb【解析】由T=t+273.5K,将图像纵坐标左移273.15即可,得到Ⅰ、Ⅱ均为等压线。故papb=1,由pVT=C,得到VT=Cp=k,kbkc答案:1V6.(2021·河北选择考·T15(1))两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B,汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体,如图1所示。现向活塞上表面缓慢倒入细沙,若A中细沙的质量大于B中细沙的质量,重新平衡后,汽缸A内气体的内能(选填“大于”“小于”或“等于”)汽缸B内气体的内能。图2为重新平衡后A、B汽缸中气体分子速率分布图像,其中曲线(填图像中曲线标号)表示汽缸B中气体分子的速率分布规律。

【解析】A中细沙的质量大于B中细沙的质量,重新平衡后,汽缸A的活塞下降的距离更大,外界对汽缸A内气体做的功更多,又因为汽缸绝热,所以汽缸A内气体的内能大于汽缸B内气体的内能;重新平衡后汽缸B中气体的温度较低,曲线①表示汽缸B中气体分子的速率分布规律。答案:大于①7.(2021·广东选择考·T15（1）)在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后,把瓶盖拧紧。下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了,机场地面温度与高空客舱内温度相同。由此可判断,高空客舱内的气体压强(选填“大于”“小于”或“等于”)机场地面大气压强;从高空客舱到机场地面,矿泉水瓶内气体的分子平均动能(选填“变大”“变小”或“不变”)。

【解析】机场地面温度与高空客舱温度相同,由题意知瓶内气体体积变小,以瓶内气体为研究对象,根据理想气体状态方程pVT答案:小于不变8.(2021·全国甲卷·T33（1）)(10分)如图,一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体,中间的隔板将气体分为A、B两部分;初始时,A、B的体积均为V,压强均等于大气压p0。隔板上装有压力传感器和控制装置,当隔板两边压强差超过0.5p0时隔板就会滑动,否则隔板停止运动。气体温度始终保持不变。向右缓慢推动活塞,使B的体积减小为V2(1)求A的体积和B的压强;(2)再使活塞向左缓慢回到初始位置,求此时A的体积和B的压强。【解析】(1)对B气体,p0V=pBV2,得到pB=2ppA-pB=0.5p0,得到pA=2.5p0p0V=pAVA,VA=0.4V(2)活塞回到初始位置时,对气体A有,p0V=pA'VA'对气体B有,p0V=pB'(2V-VA')由题意知,pB'-pA'=0.5p0得到VA'=(5-1)V,pB'=3+54答案:(1)0.42p0(2)(5-1)V3+549.(2021·全国乙卷·T33（2）)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l1=13.5cm,l2=32cm。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=5cm。已知外界大气压为p0=75cmHg。求A、B两管内水银柱的高度差。【解析】设A、B管的横截面积分别为S1、S2,对B管中的气体,水银柱还未上升产生高度差时,初态为压强p1B=p0,体积为V1B=l2S2,末态压强为p2B,设水银柱离下端同一水平面的高度为h2,体积为V2B=(l2-h2)S2,由水银柱的平衡条件有p2B=p0+ρghB管气体发生等温压缩,有p1BV1B=p2BV2B联立解得h2=2cm对A管中的气体,初态为压强p1A=p0,体积为V1A=l1S1,末态压强为p2A,设水银柱离下端同一水平面的高度为h1,则气体体积为V2A=(l1-h1)S1,由水银柱的平衡条件有p2A=p0+ρg(h+h2-h1)A管气体发生等温压缩,有p1AV1A=p2AV2A联立可得2h12-191h解得h1=1cm或h1=1892cm>l1则两水银柱的高度差为Δh=h2-h1=1cm答案:1cm10.(2021·河北选择考·T15(2))某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气,温度为27℃时,压强为3.0×103Pa。(1)当夹层中空气的温度升至37℃时,求夹层中空气的压强;(2)当保温杯外层出现裂隙后,静置足够长时间,求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值,设环境温度为27℃,大气压强为1.0×105Pa。【解析】(1)由题意可知夹层中的气体发生等容变化,根据理想气体状态方程可知p1T代入数据解得p2=3.1×103Pa(2)当保温杯外层出现裂隙后,静置足够长时间,则夹层压强和大气压强相等,设夹层体积为V,以静置后的所有气体为研究对象有p0V=p1V1解得V1=1003则增加空气的体积为ΔV=V1-V=973所以增加的空气质量与原有空气质量之比为Δmm=ΔVV答案:(1)3.1×103Pa(2)9711.(2021·湖南选择考·T15（2）)小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置,如图所示。导热汽缸开口向上并固定在桌面上,用质量m1=600g、截面积S=20cm2的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。一个轻质直杆中心置于固定支点A上,左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞,右端用相同细绳竖直悬挂一个质量m2=1200g的铁块,并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为600.0g时,测得环境温度T1=300K。设外界大气压强P0=1.0×105Pa,取重力加速度g=10m/s2。(1)当电子天平示数为400.0g时,环境温度T2为多少?(2)该装置可测量的最高环境温度Tmax为多少?【解析】(1)当电子天平示数为600.0g时,细绳对铁块拉力为Δmg=(m2-m示)g=m1g又因为铁块和活塞对细绳的拉力相等,则汽缸内气体压强等于大气压强p1=p0 ①当电子天平示数为400.0g时,设此时汽缸内气体压强为p2,对m1受力分析有(m2-400g-m1)g=(p0-p2)S ②由题意可知,汽缸内气体体积不变,则压强与温度成正比:p1T1=联立①②③式解得T2=297K(2)环境温度越高,汽缸内气体压强越大,活塞对细绳的拉力越小,则电子天平示数越大,由于细绳对铁块的拉力最大为0,即电子天平的示数恰好为1200g时,此时对应的环境温度为装置可以测量的最高环境温度。设此时汽缸内气体压强为p3,对m1受力分析有(p3-p0)S=m1g ④又由汽缸内气体体积不变,则压强与温度成正比p1T1=联立①④⑤式解得Tmax=309K答案:(1)297K(2)309K12.(2021·广东选择考·T15（2）)为方便抽取密封药瓶里的药液,护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液,如图所示。某种药瓶的容积为0.9mL,内装有0.5mL的药液,瓶内气体压强为1.0×105Pa。护士把注射器内横截面积为0.3