2024年新教材高考物理第二轮专题
专题分层突破练14 热学
A组基础巩固练
1.(多选)(2023全国乙卷改编)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.等容增压后再等温膨胀
2.(多选)(2023湖南湘潭第二中学模拟)如图所示,F表示两分子间的作用力,Ep表示分子间的势能,图中两条图线分别表示分子间作用力和分子势能随分子间距离变化的规律,图中r1是分子势能为0时对应的距离,r2是分子间作用力为0时对应的距离,r3是分子间作用力随分子间距离变化的图像最低点对应的距离,r4是分子间作用力及分子势能均可视为0的足够远的某一距离。下列说法正确的是( )
A.r2对应着分子势能的最小值
B.从r1到r3,Ep先增大后减小
C.从r1到r3,F一直减小
D.从r2到r4,F先增大后减小,Ep不断增大
3.(2023江苏卷)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
4.(2023山东淄博统考一模)一种消杀喷药装置如图所示,内部装有2 L药液,上部密封压强为1×105 Pa的空气0.5 L,保持阀门关闭,再充入1×105 Pa的空气0.1 L。假设在所有过程中空气可看作理想气体,且温度不变,外部大气压强为1×105 Pa,下列说法正确的是( )
A.充气后,密封气体压强变为1.1×105 Pa
B.充气后,密封气体的分子平均动能增加
C.打开阀门后,密封气体对外界做正功
D.打开阀门后,密封气体向外界放热
5.(2023辽宁卷)“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( )
6.(2022海南卷改编)足够长的玻璃管水平放置,用长19 cm的水银封闭一段长为25 cm的空气柱,大气压强相当于76 cm汞柱产生的压强,环境温度为300 K,将玻璃管缓慢顺时针旋转到竖直。
(1)空气柱长度变为多少 空气柱是吸热还是放热
(2)当气体温度变为360 K时,空气柱长度是多少
B组素能提升练
7.(多选)(2023全国新课标卷)如图所示,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
8.(多选)(2023山东卷)一定质量的理想气体,初始温度为300 K,压强为1×105 Pa。经等容过程,该气体吸收400 J的热量后温度上升100 K;若经等压过程,需要吸收600 J的热量才能使气体温度上升100 K。下列说法正确的是( )
A.初始状态下,气体的体积为6 L
B.等压过程中,气体对外做功400 J
C.等压过程中,气体体积增加了原体积的
D.两个过程中,气体的内能增加量都为400 J
9.(2022全国甲卷)如图所示,容积均为V0、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中:两汽缸的底部通过细管连通,A汽缸的顶部通过开口C与外界相通;汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分,其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为V0和V0。环境压强保持不变, 不计活塞的质量和体积,忽略摩擦。
(1)将环境温度缓慢升高,求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度。
(2)将环境温度缓慢改变至2T0,然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体,求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后,B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。
10.(2023山东济宁高三一模)如图甲所示,两端开口的导热汽缸水平固定,A、B是厚度不计的两轻活塞,可在汽缸内无摩擦滑动,两轻活塞用一轻杆相连,缸内封闭有理想气体。A、B静止时,缸内两部分气柱的长度分别为L和;现用轻质细线将活塞B与重物C连接在一起,如图乙所示。已知活塞A、B面积S1、S2的关系为S1=2S2=2S,大气压强为p0,重力加速度为g,重物C质量为m=,环境温度保持不变。当两活塞再次静止时,求:
(1)汽缸内气体的压强;
(2)活塞移动的距离x。
11.(2022山东卷)某些鱼类通过调节体内鱼鳔的体积实现浮沉。如图所示,鱼鳔结构可简化为通过阀门相连的A、B两个密闭气室,A室壁厚,可认为体积恒定,B室壁薄,体积可变;两室内气体视为理想气体,可通过阀门进行交换。质量为m鱼的鱼静止在水面下H处,B室内气体体积为V,质量为m;设B室内气体压强与鱼体外压强相等,鱼体积的变化与B室气体体积的变化相等,鱼的质量不变,鱼鳔内气体温度不变,水的密度为ρ,重力加速度为g,大气压强为p0。
(1)鱼通过增加B室体积获得大小为a的加速度,求需从A室充入B室的气体质量Δm。
(2)求鱼静止于水面下H1处时,B室内气体质量m1。
专题分层突破练14 热学
1.AC 某种定量理想气体的内能只与温度有关。前后内能相等,即前后温度不变。选项A中,两个等温过程,温度一直未变,选项A正确。等压膨胀过程温度升高,而等温压缩温度不变,选项B错误。等容减压降温,等压膨胀升温,有可能前后温度不变,选项C正确。等容增压升温,而等温膨胀温度不变,选项D错误。
2.AD 根据图像可知,分子间距离小于r2时,F表现为斥力,距离越小,F越大;分子间距离大于r2时,F表现为引力,随着距离增大,F先增大后减小;分子间距离从0开始增大的过程,F为斥力时做正功,F为引力时做负功,故分子间距离等于r2时,Ep最小,从r1到r3,Ep先减小后增大,从r1到r3,F先减小后增大,从r2到r4,F先增大后减小, Ep不断增大,A、D正确,B、C错误。
3.B 气体发生等容变化,故气体分子的数密度不变,选项A错误;气体温度升高,故气体分子的平均动能增大,选项B正确;气体压强增大,故单位时间内气体分子对单位面积的作用力增大,选项C错误;由于气体分子的平均动能增大,气体体积不变,故单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数增大,选项D错误。
4.C 把充入的气体和原气体作为整体,气体做等温变化,根据玻意耳定律可得p0(V1+V2)=p1V1,解得p1=1.2×105 Pa,A错误;温度是平均动能的标志,温度不变,所以分子的平均动能不变,B错误;充气后密封气体压强变为1.2×105 Pa,大于大气压强,所以打开阀门后,气体膨胀,对外界做功,C正确;打开阀门后,密封气体对外做功,温度不变,内能不变,则气体从外界吸热,D错误。
5.B 从a到b气体发生等压变化,温度升高,气体体积增大,选项C、D错误;从b到c气体压强减小,p-T图线的斜率减小,故气体体积增大,选项A错误,选项B正确。
6.答案 (1)20 cm 放热
(2)24 cm
解析 (1)以封闭气体为研究对象,气体做等温变化,设玻璃管横截面积为S,玻璃管水平时
p1=0.76 mρ汞g、V1=0.25 mS
玻璃管竖起来后
p2=(0.19+0.76) mρ汞g=0.95 mρ汞g、V2=LS
根据p1V1=p2V2
解得L=20 cm
气体体积减小,外界对气体做功,但其温度不变,内能不变,根据热力学第一定律可知气体向外放热。
(2)空气柱长度为20 cm,由等压变化得
其中T1=300 K、V2=20 cmS、V3=L'S
解得L'=24 cm。
7.AD 对f中的气体加热,f中的气体温度升高,压强增大,活塞向右移动,对活塞和弹簧整体进行研究,h中的气体压强也增大,h中的气体体积减小,弹簧被压缩,g中的气体体积减小,压强增大。因活塞对h中的气体做正功,故h中的气体内能增加,选项A正确;f中的气体压强大于g中的气体压强,f中的气体体积大于g中的气体体积,根据=C可得,f中的气体温度高于g中的气体温度,选项B错误;f和h中的气体压强相同,但f中的气体体积大于h中的气体体积,根据盖-吕萨克定律可得,f中的气体温度高于h中的气体温度,选项C错误,选项D正确。
8.AD 理想气体的内能只和温度有关,等容过程ΔU=400 J,故两个过程内能增加量都为400 J,选项D正确;等压过程Q=600 J,根据ΔU=W+Q,可得W=-200 J,选项B错误;等压过程中,-W=pΔV,解得ΔV=2×10-3 m3=2 L,根据,ΔV=V0,解得V0=6 L,选项A正确、C错误。
9.答案 (1)T0 (2)p0
解析 本题考查气体实验定律、理想气体状态方程,意在考查分析综合能力。
(1)环境温度升高,汽缸内气体发生等压变化
对Ⅳ部分气体由盖-吕萨克定律得
解得T=T0。
(2)研究Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部分气体,初始温度T0,初始压强p0,体积为V1=V0,环境温度升高到2T0后,A汽缸中的活塞到达汽缸底部时,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部分气体的体积为V2=V0,压强为p
由理想气体状态方程得
解得p=p0。
10.答案 (1)p0 (2)
解析 (1)两活塞再次静止时,对整体有
p0S1+p2S2+mg=p2S1+p0S2
解得p2=p0。
(2)两活塞开始静止时,对整体有
p0S1+p1S2=p1S1+p0S2
开始静止时封闭气体的体积为
V1=LS1+S2=LS
再次静止时封闭气体的体积为
V2=(L-x)S1+S2=S
由玻意耳定律得
p1V1=p2V2
解得x=。
11.答案 (1) (2)m
解析 (1)B室气体的密度ρ=
解得ΔV=V
根据牛顿第二定律得ρgΔV=m鱼a
解得Δm=。
(2)根据玻意耳定律得
(p0+ρgH)V=(p0+ρgH1)V1
解得V1=V
此时B室内气体密度为,鱼想要静止,需从A室充入B室气体,使B室气体体积恢复为V,有
解得m1=m。
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