2024年高考物理真題和模擬題分類匯編專題14熱學

-1-專題14熱學【真題匯編】1、（2024·山東卷·T5）如圖所示，內壁光滑的絕熱氣缸內用絕熱活塞封閉肯定質量的志向氣體，初始時氣缸開口向上放置，活塞處于靜止狀態(tài)，將氣缸緩慢轉動過程中，缸內氣體（）A.內能增加，外界對氣體做正功B.內能減小，全部分子熱運動速率都減小C.溫度降低，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例削減D.溫度上升，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加【答案】C【解析】初始時氣缸開口向上，活塞處于平衡狀態(tài)，氣缸內外氣體對活塞的壓力差與活塞的重力平衡，則有氣缸在緩慢轉動的過程中，氣缸內外氣體對活塞的壓力差大于重力沿氣缸壁的分力，故氣缸內氣體緩慢的將活塞往外推，最終氣缸水平，缸內氣壓等于大氣壓。AB．氣缸、活塞都是絕熱的，故缸內氣體與外界沒有發(fā)生熱傳遞，氣缸內氣體壓強作用將活塞往外推，氣體對外做功，依據(jù)熱力學第肯定律得：氣體內能減小，故缸內志向氣體的溫度降低，分子熱運動的平均速率減小，并不是全部分子熱運動的速率都減小，AB錯誤；CD．氣體內能減小，缸內志向氣體的溫度降低，分子熱運動的平均速率減小，故速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)的比例減小，C正確，D錯誤。故選C。2、（2024·全國乙卷·T33（1））肯定量的志向氣體從狀態(tài)a經狀態(tài)b變更狀態(tài)c，其過程如圖上的兩條線段所示，則氣體在（）A.狀態(tài)a處壓強大于狀態(tài)c處的壓強B.由a變更到b的過程中，氣體對外做功C.由b變更到c的過程中，氣體的壓強不變D.由a變更到b的過程中，氣體從外界吸熱E.由a變更到b的過程中，從外界汲取的熱量等于其增加的內能【答案】ABD【解析】AC．依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程可知即圖像的斜率為，故有故A正確，C錯誤；B．志向氣體由a變更到b的過程中，因體積增大，則氣體對外做功，故B正確；DE．志向氣體由a變更到b的過程中，溫度上升，則內能增大，由熱力學第肯定律有而，，則有可得，即氣體從外界吸熱，且從外界汲取的熱量大于其增加的內能，故D正確，E錯誤；故選ABD。3、（2024·全國甲卷·T33（1））肯定量的志向氣體從狀態(tài)a變更到狀態(tài)b，其過程如圖上從a到b的線段所示。在此過程中（）A.氣體始終對外做功B.氣體的內能始終增加C.氣體始終從外界吸熱D.氣體汲取的熱量等于其對外做的功E.氣體汲取的熱量等于其內能的增加量【答案】BCE【解析】A．因從a到bp—T圖像過原點，由可知從a到b氣體的體積不變，則從a到b氣體不對外做功，選項A錯誤；B．因從a到b氣體溫度上升，可知氣體內能增加，選項B正確；CDE．因W=0，?U>0，依據(jù)熱力學第肯定律?U=W+Q可知，氣體始終從外界吸熱，且氣體汲取的熱量等于內能增加量，選項CE正確，D錯誤。故選BCE。4、（2024·湖南卷·T15（1））利用“渦流效應”可實現(xiàn)冷熱氣體的分別。如圖，一冷熱氣體分別裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分別擋板和冷熱兩端管等構成。高壓氮氣由噴嘴切向流入渦流室中，然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉前進，分子熱運動速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位，而分子熱運動速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位。氣流到達分別擋板處時，中心部位氣流與分別擋板碰撞后反向，從A端流出，邊緣部位氣流從B端流出。下列說法正確的是（）A.A端為冷端，B端為熱端B.A端流出的氣體分子熱運動平均速率肯定小于B端流出的C.A端流出的氣體內能肯定大于B端流出的D.該裝置氣體進出過程滿意能量守恒定律，但違反了熱力學其次定律E.該裝置氣體進出的過程既滿意能量守恒定律，也滿意熱力學其次定律【答案】ABE【解析】A.依題意，中心部位為熱運動速率較低的氣體，與擋板相作用后反彈，從A端流出，而邊緣部份熱運動速率較高的氣體從B端流出；同種氣體分子平均熱運動速率較大、其對應的溫度也就較高，所以A端為冷端、B端為熱端，故A正確；B．依題意，A端流出的氣體分子熱運動速率較小，B端流出的氣體分子熱運動速率較大，所以從A端流出的氣體分子熱運動平均速度小于從B端流出的，故B正確；C．A端流出的氣體分子熱運動速率較小，B端流出的氣體分子熱運動速率較大，則從A端流出的氣體分子平均動能小于從B端流出的氣體分子平均動能，內能的多少還與分子數(shù)有關；依題意，不能得出從A端流出的氣體內能肯定大于從B端流出的氣體內能，故C錯誤；DE．該裝置將冷熱不均氣體的進行分別，噴嘴處有高壓，即通過外界做功而實現(xiàn)的，并非是自發(fā)進行的，沒有違反熱力學其次定律；溫度較低的從A端出、較高的從B端出，也符合能量守恒定律，故D錯誤，E正確。故選ABE。5、（2024·湖北·T3）肯定質量的志向氣體由狀態(tài)a變?yōu)闋顟B(tài)c，其過程如p—V圖中a→c直線段所示，狀態(tài)b對應當線段的中點。下列說法正確的是（）A.a→b是等溫過程B.a→b過程中氣體吸熱C.a→c過程中狀態(tài)b的溫度最低D.a→c過程中外界對氣體做正功【答案】B【解析】AB．依據(jù)志向氣體的狀態(tài)方程可知a→b氣體溫度上升，內能增加，且體積增大氣體對外界做功，則W<0，由熱力學第肯定律U=W+Q可知a→b過程中氣體吸熱，A錯誤、B正確；C．依據(jù)志向氣體的狀態(tài)方程可知，p—V圖像的坐標值的乘積反映溫度，a狀態(tài)和c狀態(tài)的坐標值的乘積相等，而中間狀態(tài)的坐標值乘積更大，a→c過程的溫度先上升后降低，且狀態(tài)b的溫度最高，C錯誤；D．a→c過程氣體體積增大，外界對氣體做負功，D錯誤。故選B。6、【2024·河北·T15(1)】如圖，絕熱密閉容器中裝有肯定質量的某種志向氣體和一個充有同種氣體的氣球。容器內溫度到處相同。氣球內部壓強大于外部壓強。氣球漸漸漏氣后，容器中氣球外部氣體的壓強將______（填“增大”“減小”或“不變”）；溫度將______（填“上升”“降低”或“不變”）?！敬鸢浮竣?增大②.上升【解析】假設氣球內部氣體和氣球外部氣體的溫度不變，當氣球內部的氣體緩慢釋放到氣球外部，氣球內部氣體壓強大于外部氣體壓強，依據(jù)玻意爾定律可知氣球內的氣體釋放到外部時體積增大，相當于容器的體積增大；而容器的體積無法變更，所以將假設擴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，外界對氣體做功，即，依據(jù)絕熱狀況下的熱力學第肯定律可知氣體內能增加，溫度上升；氣體溫度上升，依據(jù)志向氣體試驗定律可知氣體壓強增大。7、【2024·河北·T15(2)】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，將汽缸內肯定質量的某種志向氣體分為兩部分，“H”型連桿活塞的剛性連桿從隔板中心圓孔穿過，連桿與隔板之間密封良好。設汽缸內、外壓強均為大氣壓強?；钊娣e為S，隔板兩側氣體體積均為，各接觸面光滑。連桿的截面積忽視不計?，F(xiàn)將整個裝置緩慢旋轉至豎直方向，穩(wěn)定后，上部氣體的體積為原來的，設整個過程溫度保持不變，求：（1）此時上、下部分氣體的壓強；（2）“H”型連桿活塞的質量（重力加速度大小為g）。

【答案】（1），；（2）【解析】（1）旋轉前后，上部分氣體發(fā)生等溫變更，依據(jù)玻意爾定律可知解得旋轉后上部分氣體壓強為旋轉前后，下部分氣體發(fā)生等溫變更，下部分氣體體積增大為，則解得旋轉后下部分氣體壓強為（2）對“H”型連桿活塞整體受力分析，活塞的重力豎直向下，上部分氣體對活塞的作用力豎直向上，下部分氣體對活塞的作用力豎直向下，大氣壓力上下部分抵消，依據(jù)平衡條件可知解得活塞的質量為8、（2024·湖南卷·T15（2））如圖，小贊同學設計了一個液體拉力測量儀。一個容積的導熱汽缸下接一圓管，用質量、橫截面積的活塞封閉肯定質量的志向氣體，活塞與圓管壁間摩擦不計?；钊露擞幂p質細繩懸掛一質量的U形金屬絲，活塞剛好處于A位置。將金屬絲部分浸入待測液體中，緩慢升起汽缸，使金屬絲從液體中拉出，活塞在圓管中的最低位置為B。已知A、B間距離，外界大氣壓強，重力加速度取，環(huán)境溫度保持不變，求：（1）活塞處于A位置時，汽缸中氣體壓強；（2）活塞處于B位置時，液體對金屬絲拉力F的大小。【答案】（1）；（2）【解析】（1）將活塞與金屬絲視為一整體，因平衡則有代入數(shù)據(jù)解得（2）當活塞在B位置時，汽缸內壓強為p2，則有代入數(shù)據(jù)解得將活塞與金屬絲視為一整體，因平衡則有聯(lián)立解得9、（2024·廣東卷·T15（1））利用空調將熱量從溫度較低的室內傳遞到溫度較高的室外環(huán)境，這個過程__________（選填“是”或“不是”）自發(fā)過程。該過程空調消耗了電能，空調排放到室外環(huán)境的熱量__________（選填“大于”“等于”或“小于”）從室內汲取的熱量。【答案】①.不是②.大于【解析】[1]空調將熱量從溫度低的室內傳遞到溫度較高的室外，這個過程要消耗電能，不是自發(fā)的過程；[2]由于空調的壓縮機做功，使得空調排放到室外環(huán)境的熱量大于從室內汲取的熱量。10、（2024·廣東卷·T15（2））玻璃瓶可作為測量水深的簡易裝置。如圖所示，潛水員在水面上將水裝入容積為的玻璃瓶中，擰緊瓶蓋后帶入水底，倒置瓶身，打開瓶蓋，讓水進入瓶中，穩(wěn)定后測得瓶內水的體積為。將瓶內氣體視為志向氣體，全程氣體不泄漏且溫度不變。大氣壓強取，重力加速度g取，水的密度取。求水底的壓強p和水的深度h。【答案】；10m【解析】對瓶中所封的氣體，由玻意耳定律可知即解得依據(jù)解得h=10m11、（2024·全國甲卷·T33（2））如圖，容積均為、缸壁可導熱的A、B兩汽缸放置在壓強為、溫度為的環(huán)境中；兩汽缸的底部通過細管連通，A汽缸的頂部通過開口C與外界相通：汽缸內的兩活塞將缸內氣體分成I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第II、Ⅲ部分的體積分別為和、環(huán)境壓強保持不變，不計活塞的質量和體積，忽視摩擦。（1）將環(huán)境溫度緩慢上升，求B汽缸中的活塞剛到達汽缸底部時的溫度；（2）將環(huán)境溫度緩慢變更至，然后用氣泵從開口C向汽缸內緩慢注入氣體，求A汽缸中的活塞到達汽缸底部后，B汽缸內第Ⅳ部分氣體的壓強。

【答案】（1）；（2）【解析】（1）因兩活塞的質量不計，則當環(huán)境溫度上升時，Ⅳ內的氣體壓強總等于大氣壓強，則該氣體進行等壓變更，則當B中的活塞剛到達汽缸底部時，由蓋呂薩克定律可得解得（2）設當A中的活塞到達汽缸底部時Ⅲ中氣體的壓強為p，則此時Ⅳ內的氣體壓強也等于p，設此時Ⅳ內的氣體的體積為V，則Ⅱ、Ⅲ兩部分氣體被壓縮的體積為V0-V，則對氣體Ⅳ對Ⅱ、Ⅲ兩部分氣體聯(lián)立解得12、（2024·全國乙卷·T33（2））如圖，一豎直放置的汽缸由兩個粗細不同的圓柱形筒組成，汽缸中活塞Ⅰ和活塞Ⅱ之間封閉有肯定量的志向氣體，兩活塞用一輕質彈簧連接，汽缸連接處有小卡銷，活塞Ⅱ不能通過連接處?；钊?、Ⅱ的質量分別為、m，面積分別為、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，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。已知活塞外大氣壓強為，忽視活塞與缸壁間的摩擦，汽缸無漏氣，不計彈簧的體積。（1）求彈簧的勁度系數(shù)；（2）緩慢加熱兩活塞間的氣體，求當活塞Ⅱ剛運動到汽缸連接處時，活塞間氣體的壓強和溫度?！敬鸢浮浚?）；（2），【解析】（1）設封閉氣體的壓強為，對兩活塞和彈簧的整體受力分析，由平衡條件有解得對活塞Ⅰ由平衡條件有解得彈簧的勁度系數(shù)為（2）緩慢加熱兩活塞間的氣體使得活塞Ⅱ剛運動到汽缸連接處時，對兩活塞和彈簧的整體由平衡條件可知，氣體的壓強不變依舊為即封閉氣體發(fā)生等壓過程，初末狀態(tài)的體積分別為，由氣體的壓強不變，則彈簧的彈力也不變，故有有等壓方程可知解得13、（2024·山東卷·T15）某些魚類通過調整體內魚鰾的體積實現(xiàn)浮沉。如圖所示，魚鰾結構可簡化為通過閥門相連的A、B兩個密閉氣室，A室壁厚、可認為體積恒定，B室壁簿，體積可變；兩室內氣體視為志向氣體，可通過閥門進行交換。質量為M的魚靜止在水面下H處。B室內氣體體積為V，質量為m；設B室內氣體壓強與魚體外壓強相等、魚體積的變更與B室氣體體積的變更相等，魚的質量不變，魚鰾內氣體溫度不變。水的密度為ρ，重力加速度為g。大氣壓強為p0，求：（1）魚通過增加B室體積獲得大小為a的加速度、需從A室充入B室的氣體質量m；（2）魚靜止于水面下H1處時，B室內氣體質量m1?！敬鸢浮浚?）；（2）【解析】（1）由題知起先時魚靜止在H處，設此時魚的體積為V0，有Mg=ρgV0且此時B室內氣體體積為V，質量為m，則m=ρ氣V魚通過增加B室體積獲得大小為a的加速度，則有ρg(V0+V)-Mg=Ma聯(lián)立解得需從A室充入B室的氣體質量（2）由題知起先時魚靜止在H處時，B室內氣體體積為V，質量為m，且此時B室內的壓強為p1=ρgH+p0魚靜止于水面下H1處時，有p2=ρgH1+p0由于魚鰾內氣體溫度不變，依據(jù)玻意耳定律有p1V=p2V2解得則此時B室內氣體質量【突破練習】1.（2024·北京市海淀區(qū)高三下學期一模）陸游在詩作《村居山喜》中寫到“花氣襲人知驟暖，鵲聲穿樹喜新晴”。從物理視角分析詩詞中“花氣襲人”的主要緣由是（）A.氣體分子之間存在著空隙 B.氣體分子在永不停息地做無規(guī)則運動C.氣體分子之間存在著相互作用力 D.氣體分子組成的系統(tǒng)具有分子勢能【答案】B【解析】從物理視角分析詩詞中“花氣襲人”的主要緣由是氣體分子在永不停息地做無規(guī)則運動，故B正確，ACD錯誤。故選B。2.（2024·江蘇七市高三下學期二模）石墨烯是從石墨中分別出的新材料，其中碳原子緊密結合成單層六邊形晶格結構，如圖所示，則（）A.石墨是非晶體B.石墨研磨成的細粉末就是石墨烯C.單層石墨烯的厚度約3μmD.碳原子在六邊形頂點旁邊不停地振動【答案】D【解析】A．石墨是晶體，故A錯誤；B．石墨烯是石墨中提取出來的新材料，故B錯誤；C．單層石墨烯厚度約為原子尺寸，故C錯誤；D．依據(jù)分子動理論可知，固體分子在平衡點不停的振動，故D正確。故選D。3.（2024·山東濟南市高三下學期一模）下列說法正確的是（）A.太空飛船中的小水珠呈球形，是液體表面張力作用的結果B.自然水晶在熔化過程中分子平均動能變大C.地面旁邊的一個氫氣球在快速上升過程中，隨著外界壓強減小，球內氣體的體積增大，溫度降低D.液晶材料像液體一樣具有流淌性，但不具備晶體各向異性的特征【答案】AC【解析】A．太空飛船中的小水珠呈球形，是液體表面張力作用的結果，A正確；B．自然水晶在熔化過程中溫度不變，分子平均動能不變，B錯誤；C．地面旁邊的一個氫氣球在快速上升過程中，來不及與外界進行熱交換，隨著外界壓強減小，球內氣體的體積增大，氣體對外做功，依據(jù)熱力學第肯定律，氣體的內能減小，溫度降低，C正確；D．液晶材料像液體一樣具有流淌性，具備晶體各向異性的特征，D錯誤。故選AC。4.（2024·湖南岳陽市高三下學期二模）下列說法正確的是（）A.熱傳遞的自然過程是大量分子從無序程度小的狀態(tài)向無序程度大的狀態(tài)轉化的過程B.掃地時，在陽光照耀下，看到塵埃飄舞，這是塵埃在做布朗運動C.物理性質表現(xiàn)為各向同性的固體不肯定是非晶體D.飽和汽壓只跟汽體的自身性質與溫度有關E.液晶具有光學各向異性，所以液晶是晶體【答案】ACD【解析】A．分子的熱運動是大量分子的無規(guī)則運動，系統(tǒng)的一個宏觀過程包含著大量的微觀狀態(tài)，這是一個無序的運動，熱運動的結果只能使分子熱運動更加無序，而不是變成有序，熱傳遞的自然過程從微觀上講就是大量分子從無序程度小的運動狀態(tài)向無序程度大的運動狀態(tài)轉化的過程，A正確；B．布朗運動是懸浮在液體或氣體中的微粒所做的永不停息的無規(guī)則運動，這種微粒一般是很小的，用肉眼看不見，而塵埃的顆粒較大，是在空氣氣流作用下的宏觀運動，B錯誤；C．物理性質表現(xiàn)為各向同性的固體不肯定是非晶體，可能是多晶體，C正確；D．飽和蒸汽壓是物質的一個重要性質，它只跟汽體的自身性質與溫度有關，D正確；E．液晶具有光學各向異性，但是液晶不是晶體，E錯誤。故選ACD。5.（2024·廣東江門市高三下學期一模）某登山運動員在攀登一座超過8000m的山峰的過程中，在接近山頂時他袒露在手腕上的防水手表的表盤玻璃突然爆裂了，而手表沒有受到任何撞擊。該手表出廠時給出的參數(shù)為：27℃時表內氣體壓強為Pa（常溫下的海平面的大氣壓強值），當內外壓強差超過Pa時表盤玻璃將爆裂。當時登山運動員攜帶的溫度計的讀數(shù)是℃，未爆裂前手表內心體體積的變更可忽視不計，請通過計算推斷手表的表盤玻璃是向外爆裂還是向內爆裂及當時外界的大氣壓強值是多少？【答案】向外爆裂，【解析】以表內氣體為探討對象，初狀態(tài)的壓強為Pa，溫度為K，某狀態(tài)的壓強為，溫度為K依據(jù)查理定律，有解得Pa假如手表的表盤玻璃是向內爆裂的，則外界的大氣壓強為大于山腳下的大氣壓強（即常溫下的大氣壓強），這明顯是不行能的，所以可推斷手表的表盤玻璃是向外爆裂的。當時外界的大氣壓強為?6.（2024·廣東廣州市高三下學期一模）如圖是容積為的氣壓式澆花噴水壺，現(xiàn)向噴水壺內裝入肯定質量的水，通過打氣使壺內氣壓達到，澆花時打開噴嘴開關就有水霧噴出，當壺內氣壓降為，壺內的水剛好全部噴出，己知水的密度為，細管和噴嘴的容積可忽視，求裝入壺內水的質量。

【答案】0.98kg【解析】設水壺體積為V，裝入壺內水的質量為m，則噴水前打入的空氣體積依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程解得7.（2024·四川成都市高三下學期二模）肯定質量志向氣體的壓強體積（p-V）圖像如圖所示，其中a到b為等溫過程，b到c為等壓過程，c到a為等容過程。已知氣體狀態(tài)b的溫度Tb=297K、壓強pb=1×105Pa、體積Vb=24L，狀態(tài)a的壓強pa=3×105Pa。（1）求氣體狀態(tài)a的體積V以及狀態(tài)c的溫度T；（2）若b到c過程中氣體內能變更了2×104J，求該過程氣體放出的熱量Q?！敬鸢浮浚?）；；（2）【解析】（1）a到b為等溫過程，由波意爾定律有將代入方程解得b到c為等壓過程，由蓋—呂薩克定律有將代入方程解得（2）對b到c為等壓壓縮過程，外界對氣體做功為代入數(shù)據(jù)解得由于溫度降低，該過程中氣體內能減小，故由熱力學第肯定律有解得8.（2024·福建漳州市高三下學期二模）2024年12月26日，航天員身著我國