第十五章　熱學(xué)-2014-2023十年高考物理真題分類匯編彩繪課件

第十五章

熱學(xué)考點(diǎn)2014~2018年2019年2020年2021年2022年2023年合計(jì)全國卷地方卷全國卷地方卷全國卷地方卷全國卷地方卷全國卷地方卷全國卷地方卷全國卷地方卷116.微觀量的估算

布朗運(yùn)動與分子熱運(yùn)動16010001000018117.分子力、分子勢能及物體的內(nèi)能31021102010047118.固體

液體的性質(zhì)22000100000023119.氣體實(shí)驗(yàn)定律

理想氣體狀態(tài)方程8320321403211613120.力熱綜合——活塞汽缸模型601100142100106121.熱力學(xué)定律與能量守恒定律12101003021047122.熱力學(xué)圖像問題6512032224011117123.熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用00001100021023124.實(shí)驗(yàn):用油膜法估測油酸分子的大小

研究氣體壓強(qiáng)和體積的關(guān)系等00100000000111命題分析與備考建議1.命題熱度:本章屬于選擇性熱點(diǎn)內(nèi)容,10年來,從命題頻次上看,全國卷10年51考,地方卷65考。2.考查方向:高考命題對本章的考查方向比較廣泛、每個知識點(diǎn)都有可能涉及到,重點(diǎn)是氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用。3.明智備考:復(fù)習(xí)本章時,要全面復(fù)習(xí),尤其對下列內(nèi)容重點(diǎn)掌握:①分子動理論、固體液體的性質(zhì);②布朗運(yùn)動及其實(shí)質(zhì);③熱力學(xué)定律和氣體狀態(tài)變化的圖像問題;④以汽缸、U型管、直管、L型管以及生活生產(chǎn)中的器皿為背景,應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程的問題;⑤應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程解決問題時特別注意分析氣體的三個狀態(tài)參量(p、V、T)。第1節(jié)

分子動理論

內(nèi)能考點(diǎn)116微觀量的估算

布朗運(yùn)動與分子熱運(yùn)動1.(2021·北京,4,3分,難度★)比較45℃的熱水和100℃的水蒸氣,下列說法正確的是(

B

)A.熱水分子的平均動能比水蒸氣的大B.熱水的內(nèi)能比相同質(zhì)量的水蒸氣的小C.熱水分子的速率都比水蒸氣的小D.熱水分子的熱運(yùn)動比水蒸氣的劇烈解析本題考查對溫度、物體的內(nèi)能理解。因?yàn)闇囟仁欠肿悠骄鶆幽艿臉?biāo)志,溫度升高,分子的平均動能增大,故水蒸汽的平均動能大,A項(xiàng)錯誤;內(nèi)能與物質(zhì)的量、溫度、體積有關(guān),熱水變成水蒸氣,溫度升高,體積增大,吸收熱量,故相同質(zhì)量的熱水和水蒸氣比較,熱水的內(nèi)能比相同質(zhì)量的水蒸氣的小,B項(xiàng)正確;溫度越高,分子熱運(yùn)動的平均速率越大,45℃的熱水中的分子平均速率比100℃的水蒸氣中的分子平均速率小,由于分子運(yùn)動是無規(guī)則的,并不是每個分子的速率都小,C項(xiàng)錯誤;溫度越高,分子熱運(yùn)動越劇烈,D項(xiàng)錯誤。

2.(2019·江蘇,15,4分,難度★)(多選)在沒有外界影響的情況下,密閉容器內(nèi)的理想氣體靜置足夠長時間后,該氣體(

CD

)A.分子的無規(guī)則運(yùn)動停息下來B.每個分子的速度大小均相等C.分子的平均動能保持不變D.分子的密集程度保持不變解析分子的無規(guī)則運(yùn)動為分子的熱運(yùn)動,由分子動理論可知,分子熱運(yùn)動不可能停止,故A錯誤;密閉容器內(nèi)的理想氣體,溫度不變,所以分子平均動能不變,但并不是每個分子的動能都相等,故B錯誤,C正確;由于沒有外界影響且容器密閉,所以分子的密集程度不變,故D正確。3.(2017·海南,15,4分,難度★)(多選)關(guān)于布朗運(yùn)動,下列說法正確的是

(

ABE

)A.布朗運(yùn)動是液體中懸浮微粒的無規(guī)則運(yùn)動B.液體溫度越高,液體中懸浮微粒的布朗運(yùn)動越劇烈C.在液體中的懸浮顆粒只要大于某一尺寸,都會發(fā)生布朗運(yùn)動D.液體中懸浮微粒的布朗運(yùn)動是液體分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動E.液體中懸浮微粒的布朗運(yùn)動是液體分子對它的撞擊作用不平衡所引起的解析布朗運(yùn)動是液體中懸浮微粒的無規(guī)則運(yùn)動,選項(xiàng)A正確;液體溫度越高,液體中懸浮微粒的布朗運(yùn)動越劇烈,選項(xiàng)B正確;懸浮顆粒越大,慣性越大,碰撞時受到?jīng)_力越平衡,所以大顆粒不做布朗運(yùn)動,故C錯誤;布朗運(yùn)動是懸浮在液體中顆粒的無規(guī)則運(yùn)動,不是液體分子的無規(guī)則運(yùn)動,故D錯誤;布朗運(yùn)動是由液體分子從各個方向?qū)腋☆w粒撞擊作用的不平衡引起的,故E正確。故選ABE。4.(2017·北京,13,6分,難度★)以下關(guān)于熱運(yùn)動的說法正確的是

(

C

)A.水流速度越大,水分子的熱運(yùn)動越劇烈B.水凝結(jié)成冰后,水分子的熱運(yùn)動停止C.水的溫度越高,水分子的熱運(yùn)動越劇烈D.水的溫度升高,每一個水分子的運(yùn)動速率都會增大解析水分子熱運(yùn)動的劇烈程度與溫度有關(guān),與水流速度無關(guān),故A項(xiàng)錯誤。水分子的熱運(yùn)動永不停息,故B項(xiàng)錯誤。溫度越高,水分子熱運(yùn)動越劇烈,故C項(xiàng)正確。水溫度升高,水分子平均速率增大,不是每一個分子速率都增大,故D項(xiàng)錯誤。5.(2016·北京,20,6分,難度★)霧霾天氣是對大氣中各種懸浮顆粒物含量超標(biāo)的籠統(tǒng)表述,是特定氣候條件與人類活動相互作用的結(jié)果。霧霾中,各種懸浮顆粒物形狀不規(guī)則,但可視為密度相同、直徑不同的球體,并用PM10、PM2.5分別表示球體直徑小于或等于10μm、2.5μm的顆粒物(PM是顆粒物的英文縮寫)。某科研機(jī)構(gòu)對北京地區(qū)的檢測結(jié)果表明,在靜穩(wěn)的霧霾天氣中,近地面高度百米的范圍內(nèi),PM10的濃度隨高度的增加略有減小,大于PM10的大懸浮顆粒物的濃度隨高度的增加明顯減小,且兩種濃度分布基本不隨時間變化。據(jù)此材料,以下敘述正確的是(

C

)A.PM10表示直徑小于或等于1.0×10-6m的懸浮顆粒物B.PM10受到的空氣分子作用力的合力始終大于其所受到的重力C.PM10和大懸浮顆粒物都在做布朗運(yùn)動D.PM2.5的濃度隨高度的增加逐漸增大解析PM10表示直徑小于或等于1.0×10-5m的懸浮顆粒物,A錯誤;來自各個方向的空氣分子對PM10的撞擊不平衡,使PM10做布朗運(yùn)動,是不規(guī)則的運(yùn)動,故加速度大小和方向不斷變化,所以合力可以大于、小于或等于其重力的大小,故B錯誤,C正確。根據(jù)題干可推測,PM2.5的濃度應(yīng)隨高度增加而減小,故D錯誤。6.(2015·全國2,33(1),5分,難度★)(多選)關(guān)于擴(kuò)散現(xiàn)象,下列說法正確的是

(

ACD

)A.溫度越高,擴(kuò)散進(jìn)行得越快B.擴(kuò)散現(xiàn)象是不同物質(zhì)間的一種化學(xué)反應(yīng)C.擴(kuò)散現(xiàn)象是由物質(zhì)分子無規(guī)則運(yùn)動產(chǎn)生的D.擴(kuò)散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生E.液體中的擴(kuò)散現(xiàn)象是由于液體的對流形成的解析擴(kuò)散現(xiàn)象是固體、液體或氣體分子永不停息做無規(guī)則運(yùn)動所致,其劇烈程度與溫度有關(guān),擴(kuò)散現(xiàn)象不是化學(xué)反應(yīng),A、C、D項(xiàng)正確而B、E項(xiàng)錯誤。7.(2015·山東,37(1),4分,難度★)(多選)墨滴入水,擴(kuò)而散之,徐徐混勻。關(guān)于該現(xiàn)象的分析正確的是

(

BC

)A.混合均勻主要是由于碳粒受重力作用B.混合均勻的過程中,水分子和碳粒都做無規(guī)則運(yùn)動C.使用碳粒更小的墨汁,混合均勻的過程進(jìn)行得更迅速D.墨汁的擴(kuò)散運(yùn)動是由于碳粒和水分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的解析混合均勻是由于水分子不停地做無規(guī)則運(yùn)動撞擊小碳粒,使得碳粒也做無規(guī)則運(yùn)動,即布朗運(yùn)動,布朗運(yùn)動的劇烈程度與顆粒大小和溫度有關(guān),碳粒更小的墨汁,布朗運(yùn)動會越明顯,則混合均勻的過程越迅速,B、C項(xiàng)正確。8.(2017·江蘇,12A(2),4分,難度★)圖甲和圖乙是某同學(xué)從資料中查到的兩張記錄水中炭粒運(yùn)動位置連線的圖片,記錄炭粒位置的時間間隔均為30s,兩方格紙每格表示的長度相同。比較兩張圖片可知:若水溫相同,

(填“甲”或“乙”)中炭粒的顆粒較大;若炭粒大小相同,

(填“甲”或“乙”)中水分子的熱運(yùn)動較劇烈。

答案甲

乙解析影響布朗運(yùn)動的因素有兩個,分別是顆粒大小和溫度。溫度相同時,顆粒越大,布朗運(yùn)動越不明顯,相同時間內(nèi)位置變化越小。顆粒大小相同時,溫度越高,布朗運(yùn)動越明顯,相同時間內(nèi)位置變化越大。10.(2017·江蘇,12A(3),4分,難度★)科學(xué)家可以運(yùn)用無規(guī)則運(yùn)動的規(guī)律來研究生物蛋白分子。資料顯示,某種蛋白的摩爾質(zhì)量為66kg/mol,其分子可視為半徑為3×10-9m的球,已知阿伏加德羅常數(shù)為6.0×1023mol-1。請估算該蛋白的密度。(計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)考點(diǎn)117分子力、分子勢能及物體的內(nèi)能1.(2022·河北,15(1),4分,難度★★)如圖,絕熱密閉容器中裝有一定質(zhì)量的某種理想氣體和一個充有同種氣體的氣球。容器內(nèi)溫度處處相同。氣球內(nèi)部壓強(qiáng)大于外部壓強(qiáng)。氣球慢慢漏氣后,容器中氣球外部氣體的壓強(qiáng)將

(填“增大”“減小”或“不變”);溫度將

(填“升高”“降低”或“不變”)。

答案增大

升高解析假設(shè)氣球內(nèi)部氣體和氣球外部氣體的溫度不變,當(dāng)氣球內(nèi)部的氣體緩慢釋放到氣球外部,氣球內(nèi)部氣體壓強(qiáng)大于外部氣體壓強(qiáng),根據(jù)玻意耳定律pV=C可知?dú)馇騼?nèi)的氣體釋放到外部時體積增大,相當(dāng)于容器的體積增大;而容器的體積無法改變,所以將假設(shè)擴(kuò)大體積的容器絕熱壓縮到原來容器的體積即可,氣體絕熱壓縮,與外界無熱交換,即Q=0,外界對氣體做功,即W>0,根據(jù)絕熱情況下的熱力學(xué)第一定律ΔU=W可知?dú)怏w內(nèi)能增加,溫度T升高;氣體溫度T升高,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程=可知?dú)怏w壓強(qiáng)p增大。2.(2021·河北,15(1),4分,難度★)兩個內(nèi)壁光滑、完全相同的絕熱汽缸A、B,汽缸內(nèi)用輕質(zhì)絕熱活塞封閉完全相同的理想氣體,如圖1所示。現(xiàn)向活塞上表面緩慢倒入細(xì)沙,若A中細(xì)沙的質(zhì)量大于B中細(xì)沙的質(zhì)量,重新平衡后,汽缸A內(nèi)氣體的內(nèi)能

(選填“大于”“小于”或“等于”)汽缸B內(nèi)氣體的內(nèi)能。圖2為重新平衡后A、B汽缸中氣體分子速率分布圖像,其中曲線

(填圖像中曲線標(biāo)號)表示汽缸B中氣體分子的速率分布規(guī)律。

答案大于①解析由熱力學(xué)第一定律,汽缸A上放的沙子多,外界對氣體做功多,內(nèi)能增加得多,所以汽缸A內(nèi)氣體的內(nèi)能大于汽缸B內(nèi)氣體的內(nèi)能;因汽缸B內(nèi)氣體內(nèi)能小,溫度低,根據(jù)分子速率分布特點(diǎn)可知曲線①代表汽缸B中氣體分子的速率分布規(guī)律。3.(2021·廣東,15(1),6分,難度★)在高空飛行的客機(jī)上某乘客喝完一瓶礦泉水后,把瓶蓋擰緊。下飛機(jī)后發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶變癟了,機(jī)場地面溫度與高空客艙內(nèi)溫度相同。由此可判斷,高空客艙內(nèi)的氣體壓強(qiáng)

(選填“大于”“小于”或“等于”)機(jī)場地面大氣壓強(qiáng);從高空客艙到機(jī)場地面,礦泉水瓶內(nèi)氣體的分子平均動能

(選填“變大”“變小”或“不變”)。

答案小于不變解析溫度相等,礦泉水瓶變癟了,說明體積變小了,根據(jù)pV=常數(shù),是因?yàn)楦呖湛团摎怏w壓強(qiáng)小于機(jī)場地面大氣壓強(qiáng);因?yàn)闇囟认嗤?礦泉水瓶內(nèi)氣體的分子平均動能不變。4.(2020·全國1,33(1),5分,難度★)分子間作用力F與分子間距r的關(guān)系如圖所示,r=r1時,F=0。分子間勢能由r決定,規(guī)定兩分子相距無窮遠(yuǎn)時分子間的勢能為零。若一分子固定于原點(diǎn)O,另一分子從距O點(diǎn)很遠(yuǎn)處向O點(diǎn)運(yùn)動,在兩分子間距減小到r2的過程中,勢能

(選填“減小”“不變”或“增大”);在間距由r2減小到r1的過程中,勢能

(選填“減小”“不變”或“增大”);在間距等于r1處,勢能

(選填“大于”“等于”或“小于”)零。

答案減小

減小

小于解析根據(jù)分子力做功和分子勢能變化的關(guān)系分析。兩分子相距無窮遠(yuǎn)時分子間的勢能為零,在兩分子間距減小到r1的過程中,分子力是引力,分子力做正功,分子勢能一直減小,在間距等于r1時,分子勢能小于零。5.(2020·北京,10,3分,難度★)分子力F隨分子間距離r的變化如圖所示。將兩分子從相距r=r2處釋放,僅考慮這兩個分子間的作用,下列說法正確的是 (D)A.從r=r2到r=r0分子間引力、斥力都在減小B.從r=r2到r=r1分子力的大小先減小后增大C.從r=r2到r=r0分子勢能先減小后增大D.從r=r2到r=r1分子動能先增大后減小解析從r=r2到r=r0分子間引力、斥力都在增大,但斥力增大得更快,故A錯誤;由圖可知,在r=r0時分子力為零,故從r=r2到r=r1分子力的大小先增大后減小再增大,故B錯誤;在r=r0時分子勢能最小,故從r=r2到r=r0分子勢能一直減小,故C錯誤;從r=r2到r=r1分子勢能先減小后增大,故分子動能先增大后減小,故D正確。答案P288

6.(2019·北京,15,6分,難度★)下列說法正確的是(

A

)A.溫度標(biāo)志著物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動的劇烈程度B.內(nèi)能是物體中所有分子熱運(yùn)動所具有的動能的總和C.氣體壓強(qiáng)僅與氣體分子的平均動能有關(guān)D.氣體膨脹對外做功且溫度降低,分子的平均動能可能不變解析溫度這個物理量從宏觀來看是物體冷熱程度的表現(xiàn),從微觀上看是分子平均動能的表現(xiàn),即反應(yīng)了分子熱運(yùn)動的劇烈程度,選項(xiàng)A正確;內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子動能和勢能之和,選項(xiàng)B錯誤;氣體壓強(qiáng)與溫度和體積均有關(guān),而分子的平均動能僅由溫度決定,選項(xiàng)C錯誤;溫度是分子平均動能的標(biāo)志,氣體溫度降低,分子的平均動能一定減小,選項(xiàng)D錯誤。7.(2018·全國2,33(1),5分,難度★)(多選)對于實(shí)際的氣體,下列說法正確的是

BDE

。(填正確答案標(biāo)號。選對1個得2分,選對2個得4分,選對3個得5分,每選錯1個扣3分,最低得分為0分)

A.氣體的內(nèi)能包括氣體分子的重力勢能B.氣體的內(nèi)能包括氣體分子之間相互作用的勢能C.氣體的內(nèi)能包括氣體整體運(yùn)動的動能D.氣體的體積變化時,其內(nèi)能可能不變E.氣體的內(nèi)能包括氣體分子熱運(yùn)動的動能解析氣體的內(nèi)能是指所有氣體分子熱運(yùn)動的動能和相互作用的勢能之和,不包括分子的重力勢能和氣體整體運(yùn)動的動能,選項(xiàng)A、C錯誤,B、E正確;氣體體積變化時,其分子勢能可能增加、可能減小,而分子的動能可能增加、可能減小,其內(nèi)能可能不變,選項(xiàng)D正確。8.(2018·北京,14,6分,難度★)關(guān)于分子動理論,下列說法正確的是(

C

)A.氣體擴(kuò)散的快慢與溫度無關(guān)B.布朗運(yùn)動是液體分子的無規(guī)則運(yùn)動C.分子間同時存在著引力和斥力D.分子間的引力總是隨分子間距增大而增大解析氣體擴(kuò)散的快慢與溫度有關(guān),溫度越高,擴(kuò)散越快,A錯誤;布朗運(yùn)動是懸浮在液體(或氣體)中的固體顆粒的運(yùn)動,而不是液體分子的運(yùn)動,B錯誤;分子間同時存在著引力和斥力,C正確;在分子力作用范圍內(nèi),分子間的引力隨著分子間距的增大而減小,當(dāng)超出分子力作用范圍時,分子間的引力為零,不再變化,D錯誤。9.(2017·全國1,33(1),5分,難度★)(多選)氧氣分子在0℃和100℃溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示。下列說法正確的是(

ABC

)A.圖中兩條曲線下面積相等B.圖中虛線對應(yīng)于氧氣分子平均動能較小的情形C.圖中實(shí)線對應(yīng)于氧氣分子在100℃時的情形D.圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目E.與0℃時相比,100℃時氧氣分子速率出現(xiàn)在0~400m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大解析由歸一化知圖中兩條曲線下的面積相等均為1,A正確。虛線對應(yīng)的氧氣分子速率較小的占的比例大,故平均動能較小,B正確。實(shí)線對應(yīng)的氧氣分子速率較大的占的比例大,故熱運(yùn)動劇烈,為100

℃的情形,C項(xiàng)正確。曲線只給出了各速率區(qū)間分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比,沒有給出分子數(shù)目,故D項(xiàng)錯誤。100

℃時分子速率出現(xiàn)在0~400

m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較小,E項(xiàng)錯誤。10.(2016·全國3,33(1),5分,難度★)(多選)關(guān)于氣體的內(nèi)能,下列說法正確的是(

CDE

)A.質(zhì)量和溫度都相同的氣體,內(nèi)能一定相同B.氣體溫度不變,整體運(yùn)動速度越大,其內(nèi)能越大C.氣體被壓縮時,內(nèi)能可能不變D.一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)E.一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中,內(nèi)能一定增加解析氣體的內(nèi)能在宏觀上由物質(zhì)的量、溫度和體積決定,質(zhì)量相同的氣體,物質(zhì)的量不一定相同,選項(xiàng)A錯誤;若是理想氣體,不考慮分子勢能,其內(nèi)能由物質(zhì)的量和溫度共同來決定;若是一定質(zhì)量的理想氣體,其內(nèi)能僅由溫度來決定,選項(xiàng)D正確;由

=C(C為常數(shù))知,一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中,溫度一定升高,內(nèi)能一定增加,選項(xiàng)E正確;氣體整體運(yùn)動的速度對應(yīng)氣體的宏觀動能,屬于機(jī)械能,選項(xiàng)B錯誤;改變內(nèi)能有兩種方式:做功和熱傳遞。氣體被壓縮時,外界對氣體做功,但氣體吸、放熱情況不知,氣體內(nèi)能可能升高、不變或降低,故選項(xiàng)C正確。11.(2019·江蘇,13A(2),4分,難度★)由于水的表面張力,荷葉上的小水滴總是球形的。在小水滴表面層中,水分子之間的相互作用總體上表現(xiàn)為

(選填“引力”或“斥力”)。分子勢能Ep和分子間距離r的關(guān)系圖像如圖所示,能總體上反映小水滴表面層中水分子Ep的是圖中

(選填“A”“B”或“C”)的位置。

答案引力

C解析由于在小水滴表面層中,水分子間的距離大于r0,所以水分子之間的相互作用總體上表現(xiàn)為引力,由于當(dāng)分子間距離為r0時,分子間作用力為0,分子勢能最小即圖中的B點(diǎn),由于表面層中分子間距大于r0,所以能總體反映小水滴表面層中水分子勢能的是C位置?？键c(diǎn)118固體液體的性質(zhì)1.(2016·江蘇,12A(1),4分,難度★)(多選)在高原地區(qū)燒水需要使用高壓鍋。水燒開后,鍋內(nèi)水面上方充滿飽和汽。停止加熱,高壓鍋在密封狀態(tài)下緩慢冷卻。在冷卻過程中,鍋內(nèi)水蒸氣的變化情況為(

AC

)A.壓強(qiáng)變小

B.壓強(qiáng)不變C.一直是飽和汽 D.變?yōu)槲达柡推馕鲆蚓徛鋮s,故液體和上方的氣體在冷卻過程中任一時刻仍處于動態(tài)平衡狀態(tài),所以水蒸氣一直是飽和汽,C正確,D錯誤;冷卻過程溫度降低,單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)減少且分子無規(guī)則熱運(yùn)動速率減慢,所以氣體壓強(qiáng)減小,A正確,B錯誤。第2節(jié)

固體液體氣體2.(2015·全國1,33(1),5分,難度★)(多選)下列說法正確的是(

BCD

)A.將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒是非晶體B.固體可以分為晶體和非晶體兩類,有些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì)C.由同種元素構(gòu)成的固體,可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體D.在合適的條件下,某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫wE.在熔化過程中,晶體要吸收熱量,但溫度保持不變,內(nèi)能也保持不變解析晶體敲碎后,得到的小顆粒仍為晶體,選項(xiàng)A錯誤;某些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì),選項(xiàng)B正確;同種元素構(gòu)成的固體,可形成不同的晶體,比如金剛石和石墨,選項(xiàng)C正確;在合適條件下,某些晶體和非晶體可相互轉(zhuǎn)變,選項(xiàng)D正確;晶體在熔化過程中,溫度不變,內(nèi)能增加,選項(xiàng)E錯誤。3.(2014·全國2,33(1),5分,難度★)(多選)下列說法正確的是(

BCE

)A.懸浮在水中的花粉的布朗運(yùn)動反映了花粉分子的熱運(yùn)動B.空中的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結(jié)果C.彩色液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性的特點(diǎn)D.高原地區(qū)水的沸點(diǎn)較低,這是高原地區(qū)溫度較低的緣故E.干濕泡濕度計(jì)的濕泡顯示的溫度低于干泡顯示的溫度,這是濕泡外紗布中的水蒸發(fā)吸熱的結(jié)果解析布朗運(yùn)動反映的是液體分子的熱運(yùn)動,選項(xiàng)A錯誤;表面張力使得小雨滴呈球形,選項(xiàng)B正確;液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性的特點(diǎn),液晶顯示器正是利用的這個特點(diǎn),選項(xiàng)C正確;高原地區(qū)的大氣壓小,導(dǎo)致水的沸點(diǎn)低,選項(xiàng)D錯誤;濕泡外紗布中的水蒸發(fā)吸熱,導(dǎo)致溫度降低,選項(xiàng)E正確。4.(2020·江蘇,13A(1)(2),8分,難度★)(1)玻璃的出現(xiàn)和使用在人類生活里已有四千多年的歷史,它是一種非晶體。下列關(guān)于玻璃的說法正確的有

。

A.沒有固定的熔點(diǎn)

B.天然具有規(guī)則的幾何形狀C.沿不同方向的導(dǎo)熱性能相同

D.分子在空間上周期性排列(2)一瓶酒精用了一些后,把瓶蓋擰緊,不久瓶內(nèi)液面上方形成了酒精的飽和汽,此時

(選填“有”或“沒有”)酒精分子從液面飛出。當(dāng)溫度升高時,瓶中酒精飽和汽的密度

(選填“增大”“減小”或“不變”)。

答案(1)AC

(2)有

增大解析(1)玻璃是非晶體,沒有固定熔點(diǎn),分子在空間排列上沒有周期性規(guī)律,天然具有不規(guī)則的幾何形狀,選項(xiàng)A正確,B、D錯誤;非晶體的物理性質(zhì)是各向同性的,沿不同方向?qū)嵝韵嗤?選項(xiàng)C正確。(2)達(dá)到飽和汽壓后,分子運(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡,仍然有酒精分子從液面飛出;飽和汽壓與溫度有關(guān),溫度升高,飽和汽壓變大,飽和汽密度增大。5.(2018·江蘇,12A,12分,難度★★)(1)如圖甲所示,一支溫度計(jì)的玻璃泡外包著紗布,紗布的下端浸在水中。紗布中的水在蒸發(fā)時帶走熱量,使溫度計(jì)示數(shù)低于周圍空氣溫度。當(dāng)空氣溫度不變,若一段時間后發(fā)現(xiàn)該溫度計(jì)示數(shù)減小,則

A

。

A.空氣的相對濕度減小B.空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)增大C.空氣中水的飽和氣壓減小D.空氣中水的飽和氣壓增大甲

(2)一定量的氧氣貯存在密封容器中,在T1和T2溫度下其分子速率分布的情況見下表。則T1

大于

(填“大于”“小于”或“等于”)T2。若約10%的氧氣從容器中泄漏,泄漏前后容器內(nèi)溫度均為T1,則在泄漏后的容器中,速率處于400~500m/s區(qū)間的氧氣分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比

等于

(填“大于”“小于”或“等于”)18.6%。

(3)如圖乙所示,一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)A時壓強(qiáng)為2.0×105Pa,經(jīng)歷A→B→C→A的過程,整個過程中對外界放出61.4J熱量。求該氣體在A→B過程中對外界所做的功。答案(3)138.6J解析(1)溫度計(jì)示數(shù)減小,說明紗布中的水蒸發(fā)變快,空氣的相對濕度減小,故A正確,B、C、D錯誤。(2)由表中數(shù)據(jù)可知,T1溫度時,分子的平均速率比T2溫度時要大,所以T1溫度較高,泄漏前后氧氣溫度不變,所以各速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比不會改變。(3)整個過程中,外界對氣體做功W=WAB+WCA,且WCA=pA(VC-VA)由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,得WAB=-(Q+WCA)代入數(shù)據(jù)得WAB=-138.6

J,即氣體對外界做的功為138.6

J。1.(2021·山東,4,3分,難度★★)血壓儀由加壓氣囊、臂帶、壓強(qiáng)計(jì)等構(gòu)成,如圖所示。加壓氣囊可將外界空氣充入臂帶,壓強(qiáng)計(jì)示數(shù)為臂帶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)高于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值。充氣前臂帶內(nèi)氣體壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng),體積為V;每次擠壓氣囊都能將60cm3的外界空氣充入臂帶中,經(jīng)5次充氣后,臂帶內(nèi)氣體體積變?yōu)?V,壓強(qiáng)計(jì)示數(shù)為150mmHg。已知大氣壓強(qiáng)等于750nmHg,氣體溫度不變。忽略細(xì)管和壓強(qiáng)計(jì)內(nèi)的氣體體積。則V等于(

D

)A.30cm3 B.40cm3C.50cm3 D.60cm3解析

根據(jù)玻意耳定律可知p0V+5p0V0=p1×5V,已知p0=750mmHg,V0=60cm3,p1=750mmHg+150mmHg=900mmHg,代入數(shù)據(jù)整理得V=60cm3,D項(xiàng)正確?？键c(diǎn)119氣體實(shí)驗(yàn)定律理想氣體狀態(tài)方程2.(2016·上海,12,4分,難度★★)如圖,粗細(xì)均勻的玻璃管A和B由一橡皮管連接,一定質(zhì)量的空氣被水銀柱封閉在A管內(nèi),初始時兩管水銀面等高,B管上方與大氣相通。若固定A管,將B管沿豎直方向緩慢下移一小段距離H,A管內(nèi)的水銀面高度相應(yīng)變化h,則(

B

)解析A管內(nèi)封閉氣體是等溫變化,將B管降低H,剛開始A管的水銀面要比B管高出H,但由于水銀重力作用,A管的水銀面逐漸降低h,從而達(dá)到平衡,B管水銀面降低了H-h;由于A管內(nèi)氣體壓強(qiáng)的作用,最后平衡時,A管的水銀面一定高于B管,則有H-h>h,故h<,故B項(xiàng)正確。3.(2014·全國,16,6分,難度★)(多選)對于一定量的稀薄氣體,下列說法正確的是(

BD

)A.壓強(qiáng)變大時,分子熱運(yùn)動必然變得劇烈B.保持壓強(qiáng)不變時,分子熱運(yùn)動可能變得劇烈C.壓強(qiáng)變大時,分子間的平均距離必然變小D.壓強(qiáng)變小時,分子間的平均距離可能變小解析溫度是氣體分子熱運(yùn)動劇烈程度的標(biāo)志,對一定量的氣體,只說明壓強(qiáng)變大時,溫度不一定升高,A項(xiàng)錯誤;保持壓強(qiáng)不變,氣體的溫度和體積可以同時增大,分子熱運(yùn)動變得劇烈,B項(xiàng)正確;同理只說明氣體的壓強(qiáng)變大時,氣體體積不一定變小,即分子間平均距離不一定變小,C項(xiàng)錯誤;氣體壓強(qiáng)變小時,氣體體積可能減小,即分子間平均距離可能變小,D項(xiàng)正確。4.(2021·廣東,15(1),6分,難度★★)在高空飛行的客機(jī)上某乘客喝完一瓶礦泉水后,把瓶蓋擰緊。下飛機(jī)后發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶變癟了,機(jī)場地面溫度與高空客艙內(nèi)溫度相同。由此可判斷,高空客艙內(nèi)的氣體壓強(qiáng)

(選填“大于”“小于”或“等于”)機(jī)場地面大氣壓強(qiáng);從高空客艙到機(jī)場地面,礦泉水瓶內(nèi)氣體的分子平均動能

(選填“變大”“變小”或“不變”)。

答案小于

不變

解析溫度相等,礦泉水瓶變癟了,說明體積變小了,根據(jù)pV=常數(shù),是因?yàn)楦呖湛团摎怏w壓強(qiáng)小于機(jī)場地面大氣壓強(qiáng);因?yàn)闇囟认嗤?礦泉水瓶內(nèi)氣體的分子平均動能不變。5.(2023·全國甲,33(2),10分,難度★★)一高壓艙內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為1.2個大氣壓,溫度為17℃,密度為1.46kg/m3。(ⅰ)升高氣體溫度并釋放出艙內(nèi)部分氣體以保持壓強(qiáng)不變,求氣體溫度升至27℃時氣體的密度;(ⅱ)保持溫度27℃不變,再釋放出艙內(nèi)部分氣體使艙內(nèi)壓強(qiáng)降至1.0個大氣壓,求艙內(nèi)氣體的密度。答案(ⅰ)1.41kg/m3

(ⅱ)1.18kg/m36.(2023·全國乙,33(2),10分,難度★★)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管的內(nèi)徑是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。現(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(qiáng)相當(dāng)于多少厘米高度的水銀柱的壓強(qiáng)。(氣體溫度保持不變)答案(2)A部分相當(dāng)于135cm,B部分相當(dāng)于115cm解析(2)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-=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(qiáng),pB相當(dāng)于115cm高度的水銀柱的壓強(qiáng)。7.(2023·湖南,13,10分,難度★★★)汽車剎車助力裝置能有效為駕駛員踩剎車省力。如圖所示,剎車助力裝置可簡化為助力氣室和抽氣氣室等部分構(gòu)成,連桿AB與助力活塞固定為一體,駕駛員踩剎車時,在連桿AB上施加水平力推動液壓泵實(shí)現(xiàn)剎車。助力氣室與抽氣氣室用細(xì)管連接,通過抽氣降低助力氣室壓強(qiáng),利用大氣壓與助力氣室的壓強(qiáng)差實(shí)現(xiàn)剎車助力。每次抽氣時,K1打開,K2閉合,抽氣活塞在外力作用下從抽氣氣室最下端向上運(yùn)動,助力氣室中的氣體充滿抽氣氣室,達(dá)到兩氣室壓強(qiáng)相等;然后,K1閉合,K2打開,抽氣活塞向下運(yùn)動,抽氣氣室中的全部氣體從K2排出,完成一次抽氣過程。已知助力氣室容積為V0,初始壓強(qiáng)等于外部大氣壓強(qiáng)p0,助力活塞橫截面積為S,抽氣氣室的容積為V1。假設(shè)抽氣過程中,助力活塞保持不動,氣體可視為理想氣體,溫度保持不變。(1)求第1次抽氣之后助力氣室內(nèi)的壓強(qiáng)p1。(2)第n次抽氣后,求該剎車助力裝置為駕駛員省力的大小ΔF。8.(2022·山東,15,7分,難度★★★)某些魚類通過調(diào)節(jié)體內(nèi)魚鰾的體積實(shí)現(xiàn)浮沉。如圖所示,魚鰾結(jié)構(gòu)可簡化為通過閥門相連的A、B兩個密閉氣室,A室壁厚,可認(rèn)為體積恒定,B室壁薄,體積可變;兩室內(nèi)氣體視為理想氣體,可通過閥門進(jìn)行交換。質(zhì)量為m魚的魚靜止在水面下H處,B室內(nèi)氣體體積為V,質(zhì)量為m;設(shè)B室內(nèi)氣體壓強(qiáng)與魚體外壓強(qiáng)相等,魚體積的變化與B室氣體體積的變化相等,魚的質(zhì)量不變,魚鰾內(nèi)氣體溫度不變,水的密度為ρ,重力加速度為g,大氣壓強(qiáng)為p0。(1)魚通過增加B室體積獲得大小為a的加速度,求需從A室充入B室的氣體質(zhì)量Δm。(2)求魚靜止于水面下H1處時,B室內(nèi)氣體質(zhì)量m1。9.(2022·廣東,15(2),6分,難度★★)玻璃瓶可作為測量水深的簡易裝置。如圖所示,潛水員在水面上將80mL水裝入容積為380mL的玻璃瓶中,擰緊瓶蓋后帶入水底,倒置瓶身,打開瓶蓋,讓水進(jìn)入瓶中,穩(wěn)定后測得瓶內(nèi)水的體積為230mL。將瓶內(nèi)氣體視為理想氣體,全程氣體不泄漏且溫度不變。大氣壓強(qiáng)p0取1.0×105Pa,重力加速度g取10m/s2,水的密度ρ取1.0×103kg/m3。求水底的壓強(qiáng)p和水的深度h。答案2.0×105Pa

10m10.(2022·重慶,15(2),8分,難度★★★)某同學(xué)探究一封閉氣缸內(nèi)理想氣體的狀態(tài)變化特性,得到壓強(qiáng)p隨溫度t的變化如圖所示。已知圖線Ⅰ描述的是體積為V1的等容過程,當(dāng)溫度為t1時氣體的壓強(qiáng)為p1;圖線Ⅱ描述的是壓強(qiáng)為p2的等壓過程。取0℃為273K,求:(1)等容過程中,溫度為0℃時氣體的壓強(qiáng);(2)等壓過程中,溫度為0℃時氣體的體積。11.(2021·全國乙,33(2),10分,難度★★★)如圖所示,一玻璃裝置放在水平桌面上,豎直玻璃管A、B、C粗細(xì)均勻,A、B兩管的上端封閉,C管上端開口,三管的下端在同一水平面內(nèi)且相互連通。A、B兩管的長度分別為l1=13.5cm,l2=32cm。將水銀從C管緩慢注入,直至B、C兩管內(nèi)水銀柱的高度差h=5cm。已知外界大氣壓為p0=75cmHg。求A、B兩管內(nèi)水銀柱的高度差。答案1cm解析以B管中的氣體為研究對象有p0l2=(p0+ρgh)l2'解得l2'=30cmB管中的水銀柱高Δl=l2-l2'=2cm設(shè)AB管中水銀柱的高度差為h'以A管中氣體為研究對象有p0l1=(p0+ρgh+ρgh')[l1-(Δl-h')]解得h'=1cm。12.(2021·河北,15(2),8分,難度★★★)某雙層玻璃保溫杯夾層中有少量空氣,溫度為27℃時,壓強(qiáng)為3.0×103Pa。(i)當(dāng)夾層中空氣的溫度升至37℃,求此時夾層中空氣的壓強(qiáng);(ii)當(dāng)保溫杯外層出現(xiàn)裂隙,靜置足夠長時間,求夾層中增加的空氣質(zhì)量與原有空氣質(zhì)量的比例,設(shè)環(huán)境溫度為27℃,大氣壓強(qiáng)為1.0×105Pa.答案(i)3.1×103Pa(ii)97∶3解析(i)體積不變,由查理定律得=p1=3×103PaT1=(273+27)K=300KT2=(273+37)K=310K代入數(shù)據(jù)得p2=3.1×103Pa(ii)又到常溫時:p3=1×105Pa由玻意耳定律得p1V0=p3V3代入數(shù)據(jù)得V3=V0則夾層中增加的空氣體積ΔV=V0-V3=

V0即Δm∶m0=97∶313.(2021·廣東,15(2),6分,難度★★★)為方便抽取密封藥瓶里的藥液,護(hù)士一般先用注射器注入少量氣體到藥瓶里后再抽取藥液,如圖所示。某種藥瓶的容積為0.9mL,內(nèi)裝有0.5mL的藥液,瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)為1.0×105Pa。護(hù)士把注射器內(nèi)橫截面積為0.3cm2、長度為0.4cm、壓強(qiáng)為1.0×105Pa的氣體注入藥瓶,若瓶內(nèi)外溫度相同且保持不變,氣體視為理想氣體,求此時藥瓶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)。答案1.3×105Pa解析根據(jù)題意p1=1.0×105PaV1=0.9mL-0.5mL+0.3×0.4mL=0.52mLV2=0.9mL-0.5mL=0.4mL根據(jù)玻意耳定律p1V1=p2V2解得p2=1.3×105Pa15.(2020·全國2,33(2),10分,難度★★★)潛水鐘是一種水下救生設(shè)備,它是一個底部開口、上部封閉的容器,外形與鐘相似。潛水鐘在水下時其內(nèi)部上方空間里存有空氣,以滿足潛水員水下避險的需要。為計(jì)算方便,將潛水鐘簡化為截面積為S、高度為h、開口向下的圓筒;工作母船將潛水鐘由水面上方開口向下吊放至深度為H的水下,如圖所示。已知水的密度為ρ,重力加速度大小為g,大氣壓強(qiáng)為p0,H?h,忽略溫度的變化和水密度隨深度的變化。(ⅰ)求進(jìn)入圓筒內(nèi)水的高度l。(ⅱ)保持H不變,壓入空氣使筒內(nèi)的水全部排出,求壓入的空氣在其壓強(qiáng)為p0時的體積。16.(2020·全國3,33(2),10分,難度★★★)如圖所示,兩側(cè)粗細(xì)均勻、橫截面積相等、高度均為H=18cm的U型管,左管上端封閉,右管上端開口。右管中有高h(yuǎn)0=4cm的水銀柱,水銀柱上表面離管口的距離l=12cm。管底水平段的體積可忽略。環(huán)境溫度為T1=283K,大氣壓強(qiáng)p0相當(dāng)于76cm水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)。(ⅰ)現(xiàn)從右側(cè)端口緩慢注入水銀(與原水銀柱之間無氣隙),恰好使水銀柱下端到達(dá)右管底部。此時水銀柱的高度為多少?(ⅱ)再將左管中密封氣體緩慢加熱,使水銀柱上表面恰與右管口平齊,此時密封氣體的溫度為多少?答案(ⅰ)12.9cm

(ⅱ)363K

涉及玻璃管內(nèi)液柱移動的問題,需要特別注意:

(1)兩邊玻璃管的橫截面積是否相同;

(2)兩邊液面同時移動。兩邊液面上升或下降的距離根據(jù)液體總體積不變求得,一邊液面上升的體積等于另一邊液面下降的體積(兩邊橫截面積相同時,上升高度與下降高度相同),分析液面高度差的變化時,一定要同時關(guān)注兩個液面,切不可只考慮一個液面的變化而忽略另一液面的變化。

本題容易犯的錯誤是僅考慮到兩液面高度的變化量大小相同,而沒有考慮到兩液面一邊是升高的另一邊是下降的,沒有緊扣液體體積不變這個關(guān)鍵點(diǎn)。

18.(2020·海南,16,8分,難度★★★)如圖,圓柱形導(dǎo)熱汽缸長L0=60cm,缸內(nèi)用活塞(質(zhì)量和厚度均不計(jì))密閉了一定質(zhì)量的理想氣體,缸底裝有一個觸發(fā)器D,當(dāng)缸內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到p=1.5×105Pa時,D被觸發(fā),不計(jì)活塞與缸壁的摩擦。初始時,活塞位于缸口處,環(huán)境溫度t0=27℃,壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa。(1)若環(huán)境溫度不變,緩慢向下推活塞,求D剛好被觸發(fā)時,活塞到缸底的距離;(2)若活塞固定在缸口位置,緩慢升高環(huán)境溫度,求D剛好被觸發(fā)時的環(huán)境溫度。答案(1)40cm(2)177℃19.(2019·全國1,33(2),10分,難度★★)熱等靜壓設(shè)備廣泛應(yīng)用于材料加工中。該設(shè)備工作時,先在室溫下把惰性氣體用壓縮機(jī)壓入到一個預(yù)抽真空的爐腔中,然后爐腔升溫,利用高溫高氣壓環(huán)境對放入爐腔中的材料加工處理,改善其性能。一臺熱等靜壓設(shè)備的爐腔中某次放入固體材料后剩余的容積為0.13m3,爐腔抽真空后,在室溫下用壓縮機(jī)將10瓶氬氣壓入到爐腔中。已知每瓶氬氣的容積為3.2×10-2m3,使用前瓶中氣體壓強(qiáng)為1.5×107Pa,使用后瓶中剩余氣體壓強(qiáng)為2.0×106Pa;室溫溫度為27℃。氬氣可視為理想氣體。(1)求壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強(qiáng);(2)將壓入氬氣后的爐腔加熱到1227℃,求此時爐腔中氣體的壓強(qiáng)。答案(1)3.2×107

Pa

(2)1.6×108

Pa解析(1)設(shè)初始時每瓶氣體的體積為V0,壓強(qiáng)為p0;使用后氣瓶中剩余氣體的壓強(qiáng)為p1。假設(shè)體積為V0、壓強(qiáng)為p0的氣體壓強(qiáng)變?yōu)閜1時,其體積膨脹為V1。由玻意耳定律

p0V0=p1V1

①被壓入進(jìn)爐腔的氣體在室溫和p1條件下的體積為V1'=V1-V0②設(shè)10瓶氣體壓入完成后爐腔中氣體的壓強(qiáng)為p2,體積為V2。由玻意耳定律p2V2=10p1V1'③聯(lián)立①②③式并代入題給數(shù)據(jù)得p2=3.2×107

Pa④聯(lián)立④⑤式并代入題給數(shù)據(jù)得p3=1.6×108

Pa⑥20.(2019·全國3,33(2),10分,難度★★★)如圖,一粗細(xì)均勻的細(xì)管開口向上豎直放置,管內(nèi)有一段高度為2.0cm的水銀柱,水銀柱下密封了一定量的理想氣體,水銀柱上表面到管口的距離為2.0cm。若將細(xì)管倒置,水銀柱下表面恰好位于管口處,且無水銀滴落,管內(nèi)氣體溫度與環(huán)境溫度相同。已知大氣壓強(qiáng)為76cmHg,環(huán)境溫度為296K。(1)求細(xì)管的長度;(2)若在倒置前,緩慢加熱管內(nèi)被密封的氣體,直到水銀柱的上表面恰好與管口平齊為止,求此時密封氣體的溫度。答案(1)41cm

(2)312K解析(ⅰ)設(shè)細(xì)管的長度為L,橫截面的面積為S,水銀柱高度為h;初始時,設(shè)水銀柱上表面到管口的距離為h1,被密封氣體的體積為V,壓強(qiáng)為p;細(xì)管倒置時,氣體體積為V1,壓強(qiáng)為p1。由玻意耳定律有pV=p1V1

①由力的平衡條件有p=p0+ρgh

②p1=p0-ρgh

③式中,ρ、g分別為水銀的密度和重力加速度的大小,p0為大氣壓強(qiáng)。由題意有V=S(L-h1-h)

④V1=S(L-h)

⑤由①②③④⑤式和題給數(shù)據(jù)得L=41

cm

⑥(ⅱ)設(shè)氣體被加熱前后的溫度分別為T0和T,由蓋-呂薩克定律有由④⑤⑥⑦式和題給數(shù)據(jù)得T=312

K。

⑧21.(2018·全國3,33(2),10分,難度★★★)在兩端封閉、粗細(xì)均勻的U形細(xì)玻璃管內(nèi)有一段水銀柱,水銀柱的兩端各封閉有一段空氣。當(dāng)U形管兩端豎直朝上時,左、右兩邊空氣柱的長度分別為l1=18.0cm和l2=12.0cm,左邊氣體的壓強(qiáng)為12.0cmHg?，F(xiàn)將U形管緩慢平放在水平桌面上,沒有氣體從管的一邊通過水銀逸入另一邊。求U形管平放時兩邊空氣柱的長度。在整個過程中,氣體溫度不變。答案22.5cm

7.5cm解析設(shè)U形管兩端豎直朝上時,左、右兩邊氣體的壓強(qiáng)分別為p1和p2。U形管水平放置時,兩邊氣體壓強(qiáng)相等,設(shè)為p,此時原左、右兩邊氣柱長度分別變?yōu)閘1'和l2'。由力的平衡條件有p1=p2+ρg(l1-l2)①式中ρ為水銀密度,g為重力加速度大小。由玻意耳定律有p1l1=pl1'②p2l2=pl2'③兩邊氣柱長度的變化量大小相等l1'-l1=l2-l2'④由①②③④式和題給條件得l1'=22.5

cm⑤l2'=7.5

cm⑥22.(2018·海南,15(2),8分,難度★★)一儲存氮?dú)獾娜萜鞅灰唤^熱輕活塞分隔成兩個氣室A和B,活塞可無摩擦地滑動。開始時用銷釘固定活塞,A中氣體體積為2.5×10-4m3,溫度為27℃,壓強(qiáng)為6.0×104Pa;B中氣體體積為4.0×10-4m3,溫度為-17℃,壓強(qiáng)為2.0×104Pa?，F(xiàn)將A中氣體的溫度降至-17℃,然后拔掉銷釘,并保持A、B中氣體溫度不變,求穩(wěn)定后A和B中氣體的壓強(qiáng)。答案3.2×104Pa解析A氣體的溫度由27

℃降至-17

℃,由查理定律得拔掉銷釘后,A、B中氣體的壓強(qiáng)相同,根據(jù)玻意耳定律,對A氣體有pA'VA=pVA'②對B氣體有pBVB=pVB'③由已知條件得VA'+VB'=2.5×10-4

m3+4.0×10-4

m3④聯(lián)立以上各式得p=3.27×104

Pa23.(2017·全國2,33(2),10分,難度★★★)一熱氣球體積為V,內(nèi)部充有溫度為Ta的熱空氣,氣球外冷空氣的溫度為Tb。已知空氣在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、溫度T0時的密度為ρ0,該氣球內(nèi)、外的氣壓始終都為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,重力加速度大小為g。(1)求該熱氣球所受浮力的大小;(2)求該熱氣球內(nèi)空氣所受的重力;(3)設(shè)充氣前熱氣球的質(zhì)量為m0,求充氣后它還能托起的最大質(zhì)量。24.(2017·全國3,33(2),10分,難度★★★)一種測量稀薄氣體壓強(qiáng)的儀器如圖(a)所示,玻璃泡M的上端和下端分別連通兩豎直玻璃細(xì)管K1和K2。K1長為l,頂端封閉,K2上端與待測氣體連通;M下端經(jīng)橡皮軟管與充有水銀的容器R連通。開始測量時,M與K2相通;逐漸提升R,直到K2中水銀面與K1頂端等高,此時水銀已進(jìn)入K1,且K1中水銀面比頂端低h,如圖(b)所示。設(shè)測量過程中溫度、與K2相通的待測氣體的壓強(qiáng)均保持不變。已知K1和K2的內(nèi)徑均為d,M的容積為V0,水銀的密度為ρ,重力加速度大小為g。求:圖(a)圖(b)(1)待測氣體的壓強(qiáng);(2)該儀器能夠測量的最大壓強(qiáng)。解析(1)水銀面上升至M的下端使玻璃泡中氣體恰好被封住,設(shè)此時被封閉的氣體的體積為V,壓強(qiáng)等于待測氣體的壓強(qiáng)p。提升R,直到K2中水銀面與K1頂端等高時,K1中水銀面比頂端低h;設(shè)此時封閉氣體的壓強(qiáng)為p1,體積為V1,則由力學(xué)平衡條件得p1=p+ρgh③整個過程為等溫過程,由玻意耳定律得pV=p1V1④聯(lián)立①②③④式得

利用氣體實(shí)驗(yàn)定律及氣體狀態(tài)方程解決問題的基本思路25.(2017·海南,16,8分,難度★★★)一粗細(xì)均勻的U形管ABCD的A端封閉,D端與大氣相通。用水銀將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在U形管的AB一側(cè),并將兩端向下豎直放置,如圖所示。此時AB側(cè)的氣體柱長度l1=25cm。管中AB、CD兩側(cè)的水銀面高度差h1=5cm?，F(xiàn)將U形管緩慢旋轉(zhuǎn)180°,使A、D兩端在上,在轉(zhuǎn)動過程中沒有水銀漏出。已知大氣壓強(qiáng)p0=76cmHg。求旋轉(zhuǎn)后,AB、CD兩側(cè)的水銀面高度差。答案1cm26.(2016·全國3,33(2),10分,難度★★★)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(qiáng)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(qiáng)p0=75.0cmHg。環(huán)境溫度不變。答案144cmHg

9.42cm解析設(shè)初始時,右管中空氣柱的壓強(qiáng)為p1,長度為l1;左管中空氣柱的壓強(qiáng)為p2=p0,長度為l2?；钊幌峦苃后,右管中空氣柱的壓強(qiáng)為p1',長度為l1';左管中空氣柱的壓強(qiáng)為p2',長度為l2'。以cmHg為壓強(qiáng)單位。由題給條件得p1=p0+(20.0-5.00)

cmHg①由玻意耳定律得p1l1=p1'l1'③聯(lián)立①②③式和題給條件得p1'=144

cmHg④依題意p2'=p1'⑤由玻意耳定律得p2l2=p2'l2'⑦聯(lián)立④⑤⑥⑦式和題給條件得h=9.42

cm⑧27.(2016·全國1,33(2),10分,難度★★★)在水下氣泡內(nèi)空氣的壓強(qiáng)大于氣泡表面外側(cè)水的壓強(qiáng),兩壓強(qiáng)差Δp與氣泡半徑r之間的關(guān)系為

,其中σ=0.070N/m?，F(xiàn)讓水下10m處一半徑為0.50cm的氣泡緩慢上升。已知大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa,水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度大小g取10m/s2。(1)求在水下10m處氣泡內(nèi)外的壓強(qiáng)差;(2)忽略水溫隨水深的變化,在氣泡上升到十分接近水面時,求氣泡的半徑與其原來半徑之比的近似值。答案(1)28Pa

(2)1.3解析(1)當(dāng)氣泡在水下h=10

m處時,設(shè)其半徑為r1,氣泡內(nèi)外壓強(qiáng)差為Δp1,則代入題給數(shù)據(jù)得Δp1=28

Pa②(2)設(shè)氣泡在水下10

m處時,氣泡內(nèi)空氣的壓強(qiáng)為p1,氣泡體積為V1;氣泡到達(dá)水面附近時,氣泡內(nèi)空氣的壓強(qiáng)為p2,內(nèi)外壓強(qiáng)差為Δp2,其體積為V2,半徑為r2。氣泡上升過程中溫度不變,根據(jù)玻意耳定律有p1V1=p2V2③由力學(xué)平衡條件有p1=p0+ρgh+Δp1④p2=p0+Δp2⑤28.(2016·全國2,33(2),10分,難度★★★)一氧氣瓶的容積為0.08m3,開始時瓶中氧氣的壓強(qiáng)為20個大氣壓。某實(shí)驗(yàn)室每天消耗1個大氣壓的氧氣0.36m3。當(dāng)氧氣瓶中的壓強(qiáng)降低到2個大氣壓時,需重新充氣。若氧氣的溫度保持不變,求這瓶氧氣重新充氣前可供該實(shí)驗(yàn)室使用多少天。答案4天解析設(shè)氧氣開始時的壓強(qiáng)為p1,體積為V1,壓強(qiáng)變?yōu)閜2(2個大氣壓)時,體積為V2。根據(jù)玻意耳定律得p1V1=p2V2①重新充氣前,用去的氧氣在p2壓強(qiáng)下的體積為V3=V2-V1②設(shè)用去的氧氣在p0(1個大氣壓)壓強(qiáng)下的體積為V0,則有p2V3=p0V0③設(shè)實(shí)驗(yàn)室每天用去的氧氣在p0下的體積為ΔV,則氧氣可用的天數(shù)為N=V0ΔV④聯(lián)立①②③④式,并代入數(shù)據(jù)得N=4天⑤29.(2015·全國2,33(2),10分,難度★★★)如圖,一粗細(xì)均勻的U形管豎直放置,A側(cè)上端封閉,B側(cè)上端與大氣相通,下端開口處開關(guān)K關(guān)閉;A側(cè)空氣柱的長度為l=10.0cm,B側(cè)水銀面比A側(cè)的高

h=3.0cm。現(xiàn)將開關(guān)K打開,從U形管中放出部分水銀,當(dāng)兩側(cè)水銀面的高度差為h1=10.0cm時將開關(guān)K關(guān)閉。已知大氣壓強(qiáng)p0=75.0cmHg。(1)求放出部分水銀后A側(cè)空氣柱的長度;(2)此后再向B側(cè)注入水銀,使A、B兩側(cè)的水銀面達(dá)到同一高度,求注入的水銀在管內(nèi)的長度。答案(1)12.0cm

(2)13.2cm解析(1)以cmHg為壓強(qiáng)單位。設(shè)A側(cè)空氣柱長度

l=10.0

cm時的壓強(qiáng)為p;當(dāng)兩側(cè)水銀面的高度差為h1=10.0

cm

時,空氣柱的長度為l1,壓強(qiáng)為p1。由玻意耳定律得pl=p1l1①由力學(xué)平衡條件得p=p0+h②打開開關(guān)K放出水銀的過程中,B側(cè)水銀面處的壓強(qiáng)始終為p0,而A側(cè)水銀面處的壓強(qiáng)隨空氣柱長度的增加逐漸減小,B、A兩側(cè)水銀面的高度差也隨之減小,直至B側(cè)水銀面低于A側(cè)水銀面h為止。由力學(xué)平衡條件有p1=p0-h③聯(lián)立①②③式,并代入題給數(shù)據(jù)得l1=12.0

cm④(2)當(dāng)A、B兩側(cè)的水銀面達(dá)到同一高度時,設(shè)A側(cè)空氣柱的長度為l2,壓強(qiáng)為p2。由玻意耳定律得pl=p2l2⑤由力學(xué)平衡條件有p2=p0⑥聯(lián)立②⑤⑥式,并代入題給數(shù)據(jù)得l2=10.4

cm⑦設(shè)注入的水銀在管內(nèi)的長度Δh,依題意得Δh=2(l1-l2)+h1⑧聯(lián)立④⑦⑧式,并代入題給數(shù)據(jù)得Δh=13.2

cm⑨考點(diǎn)120力熱綜合——活塞汽缸類模型1.(2022·全國甲,33(2),10分,難度★★)如圖所示,容積均為V0、缸壁可導(dǎo)熱的A、B兩汽缸放置在壓強(qiáng)為p0、溫度為T0的環(huán)境中:兩汽缸的底部通過細(xì)管連通,A汽缸的頂部通過開口C與外界相通;汽缸內(nèi)的兩活塞將缸內(nèi)氣體分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分,其中第Ⅱ、Ⅲ部分的體積分別為V0和V0。環(huán)境壓強(qiáng)保持不變,不計(jì)活塞的質(zhì)量和體積,忽略摩擦。(1)將環(huán)境溫度緩慢升高,求B汽缸中的活塞剛到達(dá)汽缸底部時的溫度。(2)將環(huán)境溫度緩慢改變至2T0,然后用氣泵從開口C向汽缸內(nèi)緩慢注入氣體,求A汽缸中的活塞到達(dá)汽缸底部后,B汽缸內(nèi)第Ⅳ部分氣體的壓強(qiáng)。2.(2022·全國乙,33(2),10分,難度★★)如圖所示,一豎直放置的汽缸由兩個粗細(xì)不同的圓柱形筒組成,汽缸中活塞Ⅰ和活塞Ⅱ之間封閉有一定量的理想氣體,兩活塞用一輕質(zhì)彈簧連接,汽缸連接處有小卡銷,活塞Ⅱ不能通過連接處?；钊?、Ⅱ的質(zhì)量分別為2m、m,面積分別為2S、S,彈簧原長為l。初始時系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),此時彈簧的伸長量為0.1l,活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸連接處的距離相等,兩活塞間氣體的溫度為T0。已知活塞外大氣壓強(qiáng)為p0,忽略活塞與缸壁間的摩擦,汽缸無漏氣,不計(jì)彈簧的體積。(1)求彈簧的勁度系數(shù)。(2)緩慢加熱兩活塞間的氣體,求當(dāng)活塞Ⅱ剛運(yùn)動到汽缸連接處時,活塞間氣體的壓強(qiáng)和溫度。3.(2022·河北,15(2),8分,難度★★★)水平放置的氣體阻尼器模型截面如圖所示,汽缸中間有一固定隔板,將汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的某種理想氣體分為兩部分,“H”型連桿活塞的剛性連桿從隔板中央圓孔穿過,連桿與隔板之間密封良好。設(shè)汽缸內(nèi)、外壓強(qiáng)均為大氣壓強(qiáng)p0?；钊娣e為S,隔板兩側(cè)氣體體積均為SL0,各接觸面光滑。連桿的截面積忽略不計(jì)?，F(xiàn)將整個裝置緩慢旋轉(zhuǎn)至豎直方向,穩(wěn)定后,上部氣體的體積為原來的,設(shè)整個過程溫度保持不變,求:(1)此時上、下部分氣體的壓強(qiáng);(2)“H”型連桿活塞的質(zhì)量(重力加速度大小為g)。4.(2021·全國甲,33(2),10分,難度★★★)如圖,一汽缸中由活塞封閉有一定量的理想氣體,中間的隔板將氣體分為A、B兩部分;初始時,A、B的體積均為V,壓強(qiáng)均等于大氣壓p0。隔板上裝有壓力傳感器和控制裝置,當(dāng)隔板兩邊壓強(qiáng)差超過0.5p0時隔板就會滑動,否則隔板停止運(yùn)動。氣體溫度始終保持不變。向右緩慢推動活塞,使B的體積減小為。(1)求A的體積和B的壓強(qiáng);(2)再使活塞向左緩慢回到初始位置,求此時A的體積和B的壓強(qiáng)。答案(ⅰ)0.4V2p0(ⅱ)解析(ⅰ)對于B中的氣體,根據(jù)玻意耳定律解得pB=2p0對于A中的氣體,根據(jù)玻意耳定律p0V=pAVA又pA=pB+0.5p0=2.5p0解得VA=0.4V(ⅱ)使活塞向左緩慢回到初始位置,對于B中的氣體,根據(jù)玻意耳定律對于A中的氣體,根據(jù)玻意耳定律2.5p0×0.4V=pA2VA2又VA2+VB2=2V,pB2-pA2=0.5p0聯(lián)立求得5.(2021·湖南,15(2),8分,難度★★★)小贊同學(xué)設(shè)計(jì)了一個用電子天平測量環(huán)境溫度的實(shí)驗(yàn)裝置,如圖所示。導(dǎo)熱汽缸開口向上并固定在桌面上,用質(zhì)量m1=600g、截面積S=20cm2的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體,活塞與汽缸壁間無摩擦。一輕質(zhì)直桿中心置于固定支點(diǎn)A上,左端用不可伸長的細(xì)繩豎直懸掛活塞,右端用相同細(xì)繩豎直懸掛一個質(zhì)量m2=1200g的鐵塊,并將鐵塊放置到電子天平上。當(dāng)電子天平示數(shù)為600.0g時,測得環(huán)境溫度T1=300K。設(shè)外界大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa,重力加速度g取10m/s2。(1)當(dāng)電子天平示數(shù)為400.0g時,環(huán)境溫度T2為多少?(2)該裝置可測量的最高環(huán)境溫度Tmax為多少?答案(ⅰ)297K(ⅱ)309K解析(ⅰ)對鐵塊受力分析,根據(jù)平衡條件有FT=m2g-m0g,m0為天平示數(shù)左側(cè)理想氣體初狀態(tài):

,T1=300K末狀態(tài):

T2待求。根據(jù)等容變化,得聯(lián)立解得T2=297K。(ⅱ)當(dāng)環(huán)境溫度為Tmax時,天平讀數(shù)為1200g,此時FT=0根據(jù)等容變化,得聯(lián)立解得Tmax=309K。6.(2021·江蘇,13,8分,難度★★★)如圖所示,一定質(zhì)量理想氣體被活塞封閉在汽缸中,活塞的面積為S,與汽缸底部相距L,汽缸和活塞絕熱性能良好,氣體的壓強(qiáng)、溫度與外界大氣相同,分別為p0和t0?，F(xiàn)接通電熱絲加熱氣體,一段時間后斷開,活塞緩慢向右移動距離L后停止,活塞與汽缸間的滑動摩擦為f,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,整個過程中氣體吸收的熱量為Q,求該過程中(1)內(nèi)能的增加量ΔU;(2)最終溫度T。7.(2021·湖北,14,9分,難度★★★)質(zhì)量為m的薄壁導(dǎo)熱柱形汽缸,內(nèi)壁光滑,用橫截面積為S的活塞封閉一定量的理想氣體。在下述所有過程中,汽缸不漏氣且與活塞不脫離。當(dāng)汽缸如圖(a)豎直倒立靜置時。缸內(nèi)氣體體積為V1,溫度為T1。已知重力加速度大小為g,大氣壓強(qiáng)為p0。(1)將汽缸如圖(b)豎直懸掛,缸內(nèi)氣體溫度仍為T1,求此時缸內(nèi)氣體體積V2;(2)如圖(c)所示,將汽缸水平放置,穩(wěn)定后對氣缸緩慢加熱,當(dāng)缸內(nèi)氣體體積為V3時,求此時缸內(nèi)氣體的溫度。（a）（b）（c）（a）（b）9.(2019·全國2,33(2),10分,難度★★★)如圖,一容器由橫截面積分別為2S和S的兩個汽缸連通而成,容器平放在水平地面上,汽缸內(nèi)壁光滑。整個容器被通過剛性桿連接的兩活塞分隔成三部分,分別充有氫氣、空氣和氮?dú)?。平衡時,氮?dú)獾膲簭?qiáng)和體積分別為p0和V0,氫氣的體積為2V0,空氣的壓強(qiáng)為p?，F(xiàn)緩慢地將中部的空氣全部抽出,抽氣過程中氫氣和氮?dú)獾臏囟缺３植蛔?活塞沒有到達(dá)兩汽缸的連接處,求(1)抽氣前氫氣的壓強(qiáng);(2)抽氣后氫氣的壓強(qiáng)和體積。

1.汽缸類問題的幾種常見模型(1)氣體系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。需要綜合應(yīng)用氣體定律和物體的平衡條件解題(熱點(diǎn))。(2)氣體系統(tǒng)處于宏觀非平衡狀態(tài)。需綜合應(yīng)用氣體定律和牛頓第二定律解題(冷點(diǎn))。(3)兩個或多個汽缸封閉著幾部分氣體,并且汽缸之間相互關(guān)聯(lián)的問題,解答時應(yīng)分別研究各部分氣體,找出它們各自遵循的規(guī)律,并寫出相應(yīng)的方程,還要寫出各部分氣體之間壓強(qiáng)或體積的關(guān)系式,最后聯(lián)立求解(熱點(diǎn))。

2.氣體問題中汽缸活塞類模型的處理思路(1)弄清題意,確定研究對象。一般地說,研究對象分為兩類:一類是熱學(xué)研究對象(一定質(zhì)量的理想氣體);另一類是力學(xué)研究