新教材適用2024版高考物理二輪總復(fù)習(xí)第1部分核心主干復(fù)習(xí)專題專題6熱學(xué)原子物理第15講熱學(xué)

第一部分專題六第15講A組·基礎(chǔ)練1.(多選)(2023·新課標(biāo)卷)如圖所示，一封閉著理想氣體的絕熱汽缸置于水平地面上，用輕彈簧連接的兩絕熱活塞將汽缸分為f、g、h三部分，活塞與汽缸壁間沒有摩擦。初始時彈簧處于原長，三部分中氣體的溫度、體積、壓強均相等?，F(xiàn)通過電阻絲對f中的氣體緩慢加熱，停止加熱并達(dá)到穩(wěn)定后(AD)A．h中的氣體內(nèi)能增加B．f與g中的氣體溫度相等C．f與h中的氣體溫度相等D．f與h中的氣體壓強相等【解析】對f中的氣體加熱，f中的氣體溫度升高，壓強增大，活塞向右移動，對活塞和彈簧整體進行研究，h中的氣體壓強也增大，h中的氣體體積減小，彈簧被壓縮，g中的氣體體積減小，壓強增大。因活塞對h中的氣體做正功，故h中的氣體內(nèi)能增加，選項A正確；f中的氣體壓強大于g中的氣體壓強，f中的氣體體積大于g中的氣體體積，根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可得，f中的氣體溫度高于g中的氣體溫度，選項B錯誤；f和h中的氣體壓強相同，但f中的氣體體積大于h中的氣體體積，根據(jù)蓋－呂薩克定律可得，f中的氣體溫度高于h中的氣體溫度，選項C錯誤，選項D正確。2.(2023·山東齊魯名校三模)某室內(nèi)游泳館的游泳池里的水溫保持恒定，有一氣泡從池底緩慢上升(氣泡內(nèi)空氣質(zhì)量、溫度保持不變，可視為理想氣體)，則在此過程中(D)A．氣泡不斷膨脹對外做功，內(nèi)能減少B．氣泡內(nèi)分子間距離逐漸增大，分子平均動能減小C．氣泡內(nèi)氣體從外界吸收能量，且吸收的熱量小于氣體對外界做的功D．單位時間內(nèi)撞擊氣泡內(nèi)壁單位面積上的分子數(shù)目減少【解析】依題意，可知氣泡從池底緩慢上升過程中，氣體溫度不變，壓強減小，則氣體內(nèi)能不變，體積增大，氣體對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，氣泡內(nèi)氣體從外界吸收能量，且吸收的熱量等于氣體對外界做的功，故A、C錯誤；由于氣泡內(nèi)氣體溫度不變，則氣泡內(nèi)分子平均動能不變，故B錯誤；由于氣泡在上升過程中溫度不變，則氣體分子的平均動能不變，但氣體的壓強減小，根據(jù)壓強的微觀解釋，可知則單位時間內(nèi)撞擊氣泡內(nèi)壁單位面積上的分子數(shù)目將減少，故D正確。3.(2023·江蘇高考卷)在“探究氣體等溫變化的規(guī)律”的實驗中，實驗裝置如圖所示。利用注射器選取一段空氣柱為研究對象。下列改變空氣柱體積的操作正確的是(B)A．把柱塞快速地向下壓B．把柱塞緩慢地向上拉C．在橡膠套處接另一注射器，快速推動該注射器柱塞D．在橡膠套處接另一注射器，緩慢推動該注射器柱塞【解析】把柱塞快速地向下壓，外界對氣體做功，氣體和外界沒有熱量交換，氣體的內(nèi)能增加，溫度升高，不是等溫變化，選項A錯誤；把柱塞緩慢地向上拉，氣體溫度總和大氣溫度相同，發(fā)生等溫變化，選項B正確；在橡膠套處接另一注射器，推動注射器時，原注射器內(nèi)氣體的質(zhì)量變化，選項C、D錯誤。4.(2023·江蘇八市三模)當(dāng)籃球氣不足時常用打氣筒和氣針給籃球充氣，把氣針安裝在打氣筒的氣嘴上，把氣針慢慢地插入籃球氣孔，然后壓縮打氣筒將空氣壓入籃球內(nèi)，如圖所示。在一次緩慢壓縮打氣筒的充氣過程中，設(shè)此次充氣過程中籃球的體積不變，氣體溫度不變，打氣筒內(nèi)的氣體全部壓入籃球內(nèi)，沒有向外界漏氣，氣體可視為理想氣體，對于此次充氣前打氣筒內(nèi)的氣體和籃球內(nèi)原來的氣體，下列說法正確的是(C)A．此過程中氣體的內(nèi)能增大B．此過程中每個氣體分子的動能均不變C．此過程中氣體向外界放出熱量D．此過程中氣體分子單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的次數(shù)減少【解析】打氣筒內(nèi)的氣體全部壓入籃球內(nèi)，沒有向外界漏氣，氣體質(zhì)量不變，緩慢壓縮打氣筒氣體溫度不變，則氣體內(nèi)能不變，A錯誤；溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度不變，則分子的平均動能不變，但不是每個分子的動能都不變，B錯誤；充氣前氣體在打氣筒和籃球內(nèi)，充氣后氣體全部在籃球內(nèi)，籃球的體積不變，則氣體的體積減小，則此過程中外界對氣體做功，即W>0，氣體溫度不變，則內(nèi)能不變，即ΔU＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，則Q<0即氣體向外界放出熱量，C正確；壓縮過程中氣體溫度不變，根據(jù)玻意耳定律可知氣體的壓強增大，此過程中氣體的溫度不變，即分子熱運動的激烈程度不變，但壓強增大，則氣體分子單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的次數(shù)增加，D錯誤。故選C。5.(2023·江蘇淮安三統(tǒng))一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖所示的ab、bc、cd、da四個過程，其中ba的延長線通過坐標(biāo)原點，氣體a、b、c、d四個狀態(tài)的壓強與溫度的關(guān)系如圖所示，則(D)A．氣體在bc過程中體積的變化量等于da過程中體積的變化量B．氣體在ab過程中內(nèi)能的增加量小于cd過程中內(nèi)能的減少量C．氣體在ab過程中吸收的熱量等于cd過程中放出的熱量D．氣體在ab過程中吸收的熱量小于cd過程中放出的熱量【解析】氣體在bc過程是等溫壓縮，壓強增大到b態(tài)的1.5倍，則體積變?yōu)閎態(tài)的eq\f(2,3)；da過程是等溫膨脹，壓強變?yōu)閐態(tài)壓強的eq\f(1,2)，則體積變?yōu)閐態(tài)體積的2倍；因ab兩態(tài)體積相等，設(shè)為V，則c態(tài)體積eq\f(2,3)V，d態(tài)體積eq\f(1,2)V，氣體在bc過程中體積的變化量小于da過程中體積的變化量，選項A錯誤；氣體在ab過程中溫度變化量等于cd過程中溫度變化量，則氣體在ab過程中內(nèi)能的增加量等于cd過程中內(nèi)能的減少量，選項B錯誤；由以上分析可知，氣體在ab過程中體積不變，則Wab＝0，氣體在cd過程中體積減小，則Wcd>0，則氣體在ab過程中吸收的熱量Qab＝ΔUab，cd過程中放出的熱量Qcd＝ΔUcd＋Wcd，其中ΔUab＝ΔUcd，氣體在ab過程中吸收的熱量小于cd過程中放出的熱量，選項C錯誤，D正確。6.(2023·江蘇南京三模)一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了如圖所示的A→B→C→D→A循環(huán)過程。下列說法正確的是(D)A．A→B→C過程中，氣體壓強先增加后不變B．C→D→A過程中，單位體積內(nèi)分子數(shù)先不變后增加C．整個循環(huán)過程中，氣體對外界做的功大于外界對氣體做的功D．整個循環(huán)過程中，氣體對外界放熱，內(nèi)能不變【解析】A→B的過程中，氣體溫度不變，體積增大到原來的2倍，由玻意爾定律可知，氣體壓強將減小到A狀態(tài)時的二分之一；B→C的過程中，氣體的體積不變，溫度升高到原來的4倍，由查理定律可知，氣體的壓強將增大到B狀態(tài)時的4倍；即氣體壓強先減小后增大，故A錯誤；C→D→A過程中，氣體的體積先減小后不變，所以單位體積內(nèi)分子數(shù)先增加后不變，故B錯誤；A→B的過程中，氣體等溫膨脹，內(nèi)能不變，但對外做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU1＝Q1＋W1可知，氣體從外界吸收了熱量；B→C的過程中，氣體體積不變，溫度升高，內(nèi)能增加，氣體和外界沒有相互做功，由ΔU2＝Q2＋W2可知，氣體從外界吸收了熱量；C→D過程中，氣體體積減小，溫度降低，內(nèi)能減小，由圖可知eq\f(V,T)是定值，則由eq\f(pCVC,TC)＝eq\f(pDVD,TD)＝C可知，氣體經(jīng)歷了等壓壓縮，外界對氣體做了功，由ΔU3＝Q3＋W3，可知，氣體向外界釋放了熱量；D→A過程中，氣體經(jīng)歷了等容降溫，內(nèi)能減小，壓強減小，氣體與外界沒有相互做功，由ΔU4＝Q4＋W4可知，氣體向外界釋放了熱量。綜上所述，氣體與外界相互做功發(fā)生在A→B和C→D過程中，其中A→B是一個降壓過程，C→D是一個等壓過程，由D→A過程可知，A→B過程中壓強的最大值pA小于C→D過程中的壓強，兩個過程中氣體的體積變化量相等，所以A→B過程中氣體對外界做的功小于C→D過程中外界對氣體做的功，故C錯誤；由上面的分析可知，整個循環(huán)過程中，外界對氣體做的功大于氣體對外界做的功，氣體的溫度、體積最終回到了開始狀態(tài)，內(nèi)能變化量為零，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知氣體對外界放了熱，故D正確。B組·綜合練7.(2023·四川綿陽三診)自由潛水是指不攜帶氣瓶，只通過自身調(diào)節(jié)腹式呼吸屏氣盡量往深潛的運動。2018年，“中國自由潛水第一人”王奧林將中國自由潛水記錄刷新到水下110m。若標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p0相當(dāng)于深為h0＝10m的水柱產(chǎn)生的壓強，且標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下人體肺部氣體的體積為V0，肺部氣體溫度等于人體內(nèi)溫度，視為不變，g取10m/s2。求：(1)水下110m時，肺部氣體的體積V1；(2)在上升過程中，在最大深度處通過吸入嘴里的空氣將肺部氣體體積恢復(fù)至0.5V0，返回時為了避免到達(dá)水面后出現(xiàn)肺部過度擴張，即肺部氣體體積不超過2V0，需要在安全深度40m時將多余氣體吐出，則吐出壓縮空氣的最小體積V?！敬鸢浮?1)eq\f(1,12)V0(2)0.8V0【解析】(1)人體肺部氣體初狀態(tài)壓強p1＝p0，體積V1＝V0，人下潛到最大深度時氣體的體積V2，設(shè)氣體壓強為p2，設(shè)下潛的最大深度為h2，則p2＝p0＋eq\f(h2,h0)p0解得p2＝12p0氣體溫度不變，由玻意耳定律得p1V1＝p2V2解得V2＝eq\f(1,12)V0。(2)在安全深度h3＝40m處時p3＝p0＋eq\f(h3,h0)p0解得p2＝5p0在最大深度時肺部氣體壓強p2＝12p0，肺部氣體體積為0.5V0，返回到安全深度時，肺部壓強為p3，體積為V3，氣體溫度不變則p3V3＝p2V2解得V2＝1.2V0人回到水面時肺部氣體的壓強p4＝p0，體積V4＝2V0，氣體溫度不變，由玻意耳定律得p3V′3＝p4V4解得V′3＝0.4V0在安全深度處空氣的最小體積ΔV＝V3－V′3＝1.2V0－0.4V0＝0.8V0。8.(2023·全國乙卷)如圖所示，豎直放置的封閉玻璃管由管徑不同、長度均為20cm的A、B兩段細(xì)管組成，A管的截面積是B管的2倍，B管在上方。管內(nèi)空氣被一段水銀柱隔開。水銀柱在兩管中的長度均為10cm?，F(xiàn)將玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管內(nèi)的空氣柱長度改變1cm。求B管在上方時，玻璃管內(nèi)兩部分氣體的壓強相當(dāng)于多少厘米高度的水銀柱的壓強。(氣體溫度保持不變)【答案】135cm115cm【解析】A中封閉氣體倒置前后的長度為lA＝10cm，lA′＝11cm由等溫過程的玻意耳定律得pAlA＝pA′lA′B中封閉氣體倒置前后的長度為lB＝10cm，lB′＝lB－eq\f(2SΔlA,S)＝8cm由玻意耳定律得pBlB＝pB′lB′對倒置前水銀受力分析得pA－pB＝ρ水銀g(40cm－lA－lB)對倒置后水銀受力分析得pB′－pA′＝ρ水銀g(40cm－lA′－lB′)聯(lián)立解得，pA相當(dāng)于135cm高度的水銀柱的壓強，pB相當(dāng)于115cm高度的水銀柱的壓強。9.(2023·四川成都三診)一U形玻璃管豎直放置，左端開口，右端封閉，左端上部有一光滑的輕活塞。初始時，管內(nèi)汞柱及空氣柱長度如圖所示。用力向下緩慢推活塞，直至管內(nèi)兩邊汞柱高度相等時為止，求此時右側(cè)管內(nèi)氣體的壓強和活塞向下移動的距離。已知玻璃管的橫截面積處處相同；在活塞向下移動的過程中，沒有發(fā)生氣體泄漏；大氣壓強p0＝75.0cmHg，環(huán)境溫度不變。(保留三位有效數(shù)字)【答案】144cmHg9.42cm【解析】設(shè)初始時，右管中空氣柱的壓強為p1，長度為l1；左管中空氣柱的壓強為p2＝p0，長度為l2?；钊幌峦苃后，右管中空氣柱的壓強為p1′，長度為l1′；左管中空氣柱的壓強為p2′，長度為l2′。以cmHg為壓強單位。由題給條件得p1＝p0＋(20.0－5.00)cmHg＝90cmHgl1＝20.0cml1′＝(20.0－eq\f(20.0－5.00,2))cm＝12.5cm由玻意耳定律得p1l1S＝p1′l1′S解得p1′＝144cmHg依題意p2′＝p1′l2′＝4.00cm＋eq\f(20.0－5.00,2)cm－h(huán)＝11.5cm－h(huán)由玻意耳定律得p2l2S＝p2′l2′S解得h≈9.42cm。10.(2023·全國甲卷)一高壓艙內(nèi)氣體的壓強為1.2個大氣壓，溫度為17℃，密度為1.46kg/m3。(1)升高氣體溫度并釋放出艙內(nèi)部分氣體以保持壓強不變，求氣體溫度升至27℃時氣體的密度；(2)保持溫度27℃不變，再釋放出艙內(nèi)部分氣體使艙內(nèi)壓強降至1.0個大氣壓，求艙內(nèi)氣體的密度?！敬鸢浮?1)1