高考物理二轮复习分类训练专题14 热学（含解析）

专题14 热学

【真题汇编】

1、(2022·山东卷·T5)如图所示，内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时气缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将气缸缓慢转动过程中，缸内气体(    )

A. 内能增加，外界对气体做正功

B. 内能减小，所有分子热运动速率都减小

C. 温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少

D. 温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加

【答案】C

【解析】

初始时气缸开口向上，活塞处于平衡状态，气缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则有

气缸在缓慢转动的过程中，气缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿气缸壁的分力，故气缸内气体缓慢的将活塞往外推，最后气缸水平，缸内气压等于大气压。

AB．气缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，气缸内气体压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一定律得：气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，AB错误；

CD．气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，故速率大的分子数占总分子数的比例减小，C正确，D错误。

故选C。

 2、(2022·全国乙卷·T33(1))一定量的理想气体从状态a经状态b变化状态c，其过程如图上的两条线段所示，则气体在(　　)

A. 状态a处压强大于状态c处的压强

B. 由a变化到b的过程中，气体对外做功

C. 由b变化到c的过程中，气体的压强不变

D. 由a变化到b的过程中，气体从外界吸热

E. 由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能

【答案】ABD

【解析】

AC．根据理想气体状态方程可知

即图像的斜率为，故有

故A正确，C错误；

B．理想气体由a变化到b的过程中，因体积增大，则气体对外做功，故B正确；

DE．理想气体由a变化到b的过程中，温度升高，则内能增大，由热力学第一定律有

而，，则有

可得

，

即气体从外界吸热，且从外界吸收的热量大于其增加的内能，故D正确，E错误；

故选ABD。

3、(2022·全国甲卷·T33(1))一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如图上从a到b的线段所示。在此过程中(　　)

A. 气体一直对外做功

B. 气体的内能一直增加

C. 气体一直从外界吸热

D. 气体吸收的热量等于其对外做的功

E. 气体吸收的热量等于其内能的增加量

【答案】BCE

【解析】

A．因从a到bp—T图像过原点，由可知从a到b气体的体积不变，则从a到b气体不对外做功，选项A错误；

B．因从a到b气体温度升高，可知气体内能增加，选项B正确；

CDE．因W=0，∆U>0，根据热力学第一定律

∆U=W+Q

可知，气体一直从外界吸热，且气体吸收的热量等于内能增加量，选项CE正确，D错误。

故选BCE。

 4、(2022·湖南卷·T15(1))利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是(　　)

A. A端为冷端，B端为热端

B. A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的

C. A端流出的气体内能一定大于B端流出的

D. 该装置气体进出过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律

E. 该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律

【答案】ABE

【解析】

A. 依题意，中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板相作用后反弹，从A端流出，而边缘部份热运动速率较高的气体从B端流出；同种气体分子平均热运动速率较大、其对应的温度也就较高，所以A端为冷端、B端为热端，故A正确；

B．依题意，A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，所以从A端流出的气体分子热运动平均速度小于从B端流出的，故B正确；

C．A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，则从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关；依题意，不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，故C错误；

DE．该装置将冷热不均气体的进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非是自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的从A端出、较高的从B端出，也符合能量守恒定律，故D错误，E正确。

故选ABE。

5、(2022·湖北·T3)一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p—V图中a→c直线段所示，状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是(   )

A. a→b是等温过程

B. a→b过程中气体吸热

C. a→c过程中状态b的温度最低

D. a→c过程中外界对气体做正功

【答案】B

【解析】

AB．根据理想气体的状态方程

可知a→b气体温度升高，内能增加，且体积增大气体对外界做功，则W < 0，由热力学第一定律

U = W + Q

可知a→b过程中气体吸热，A错误、B正确；

C．根据理想气体的状态方程

可知，p—V图像的坐标值的乘积反映温度，a状态和c状态的坐标值的乘积相等，而中间状态的坐标值乘积更大，a→c过程的温度先升高后降低，且状态b的温度最高，C错误；

D．a→c过程气体体积增大，外界对气体做负功，D错误。

故选B。

6、【2022·河北·T15(1) 】如图，绝热密闭容器中装有一定质量的某种理想气体和一个充有同种气体的气球。容器内温度处处相同。气球内部压强大于外部压强。气球慢慢漏气后，容器中气球外部气体的压强将______(填“增大”“减小”或“不变”)；温度将______(填“升高”“降低”或“不变”)。

【答案】    ①. 增大    ②. 升高

【解析】

假设气球内部气体和气球外部气体的温度不变，当气球内部的气体缓慢释放到气球外部，气球内部气体压强大于外部气体压强，根据玻意尔定律可知气球内的气体释放到外部时体积增大，相当于容器的体积增大；而容器的体积无法改变，所以将假设扩大体积的容器绝热压缩到原来容器的体积即可，气体绝热压缩，与外界无热交换，即，外界对气体做功，即，根据绝热情况下的热力学第一定律可知气体内能增加，温度升高；

气体温度升高，根据理想气体实验定律可知气体压强增大。

7、【2022·河北·T15(2) 】水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分，“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强。活塞面积为S，隔板两侧气体体积均为，各接触面光滑。连杆的截面积忽略不计。现将整个装置缓慢旋转至竖直方向，稳定后，上部气体的体积为原来的，设整个过程温度保持不变，求：

(1)此时上、下部分气体的压强；

(2)“H”型连杆活塞的质量(重力加速度大小为g)。

【答案】(1)，；(2)

【解析】

(1)旋转前后，上部分气体发生等温变化，根据玻意尔定律可知

解得旋转后上部分气体压强为

旋转前后，下部分气体发生等温变化，下部分气体体积增大为，则

解得旋转后下部分气体压强为

(2)对“H”型连杆活塞整体受力分析，活塞的重力竖直向下，上部分气体对活塞的作用力竖直向上，下部分气体对活塞的作用力竖直向下，大气压力上下部分抵消，根据平衡条件可知

解得活塞的质量为

8、(2022·湖南卷·T15(2))如图，小赞同学设计了一个液体拉力测量仪。一个容积的导热汽缸下接一圆管，用质量、横截面积的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与圆管壁间摩擦不计。活塞下端用轻质细绳悬挂一质量的U形金属丝，活塞刚好处于A位置。将金属丝部分浸入待测液体中，缓慢升起汽缸，使金属丝从液体中拉出，活塞在圆管中的最低位置为B。已知A、B间距离，外界大气压强，重力加速度取，环境温度保持不变，求：

(1)活塞处于A位置时，汽缸中气体压强；

(2)活塞处于B位置时，液体对金属丝拉力F的大小。

【答案】(1)；(2)

【解析】

(1)将活塞与金属丝视为一整体，因平衡则有

代入数据解得

(2)当活塞在B位置时，汽缸内压强为p2，则有

代入数据解得

将活塞与金属丝视为一整体，因平衡则有

联立解得

9、(2022·广东卷·T15(1))利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过程__________(选填“是”或“不是”)自发过程。该过程空调消耗了电能，空调排放到室外环境的热量__________(选填“大于”“等于”或“小于”)从室内吸收的热量。

【答案】    ①. 不是    ②. 大于

【解析】

[1]空调将热量从温度低的室内传递到温度较高的室外，这个过程要消耗电能，不是自发的过程；

[2]由于空调的压缩机做功，使得空调排放到室外环境的热量大于从室内吸收的热量。

10、(2022·广东卷·T15(2))玻璃瓶可作为测量水深的简易装置。如图所示，潜水员在水面上将水装入容积为的玻璃瓶中，拧紧瓶盖后带入水底，倒置瓶身，打开瓶盖，让水进入瓶中，稳定后测得瓶内水的体积为。将瓶内气体视为理想气体，全程气体不泄漏且温度不变。大气压强取，重力加速度g取，水的密度取。求水底的压强p和水的深度h。

【答案】；10m

【解析】

对瓶中所封的气体，由玻意耳定律可知

即

解得

根据

解得

h=10m

11、(2022·全国甲卷·T33(2))如图，容积均为、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为、温度为的环境中；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部分的体积分别为和、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，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。

【答案】(1)；(2)

【解析】

(1)因两活塞的质量不计，则当环境温度升高时，Ⅳ内的气体压强总等于大气压强，则该气体进行等压变化，则当B中的活塞刚到达汽缸底部时，由盖吕萨克定律可得

解得

(2)设当A中的活塞到达汽缸底部时Ⅲ中气体的压强为p，则此时Ⅳ内的气体压强也等于p，设此时Ⅳ内的气体的体积为V，则Ⅱ、Ⅲ两部分气体被压缩的体积为V0-V，则对气体Ⅳ

对Ⅱ、Ⅲ两部分气体

联立解得

12、(2022·全国乙卷·T33(2))如图，一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成，汽缸中活塞Ⅰ和活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体，两活塞用一轻质弹簧连接，汽缸连接处有小卡销，活塞Ⅱ不能通过连接处。活塞Ⅰ、Ⅱ的质量分别为、m，面积分别为、S，弹簧原长为l。初始时系统处于平衡状态，此时弹簧的伸长量为，活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸连接处的距离相等，两活塞间气体的温度为。已知活塞外大气压强为，忽略活塞与缸壁间的摩擦，汽缸无漏气，不计弹簧的体积。

(1)求弹簧的劲度系数；

(2)缓慢加热两活塞间的气体，求当活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，活塞间气体的压强和温度。

【答案】(1)；(2)，

【解析】

(1)设封闭气体的压强为，对两活塞和弹簧的整体受力分析，由平衡条件有

解得

对活塞Ⅰ由平衡条件有

解得弹簧的劲度系数为

(2)缓慢加热两活塞间的气体使得活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，对两活塞和弹簧的整体由平衡条件可知，气体的压强不变依然为

即封闭气体发生等压过程，初末状态的体积分别为

，

由气体的压强不变，则弹簧的弹力也不变，故有

有等压方程可知

解得

13、(2022·山东卷·T15)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室壁簿，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，求：

(1)鱼通过增加B室体积获得大小为a的加速度、需从A室充入B室的气体质量m；

(2)鱼静止于水面下H1处时，B室内气体质量m1。

【答案】(1)；(2)

【解析】

(1)由题知开始时鱼静止在H处，设此时鱼的体积为V0，有

Mg = ρgV0

且此时B室内气体体积为V，质量为m，则

m = ρ气V

鱼通过增加B室体积获得大小为a的加速度，则有

ρg(V0 + V) - Mg = Ma

联立解得需从A室充入B室的气体质量

(2)由题知开始时鱼静止在H处时，B室内气体体积为V，质量为m，且此时B室内的压强为

p1= ρgH + p0

鱼静止于水面下H1处时，有

p2= ρgH1 + p0

由于鱼鳔内气体温度不变，根据玻意耳定律有

p1V = p2V2

解得

则此时B室内气体质量

【突破练习】

1.(2022·北京市海淀区高三下学期一模)陆游在诗作《村居山喜》中写到“花气袭人知骤暖，鹊声穿树喜新晴”。从物理视角分析诗词中“花气袭人”的主要原因是(　　)

A. 气体分子之间存在着空隙 B. 气体分子在永不停息地做无规则运动

C. 气体分子之间存在着相互作用力 D. 气体分子组成的系统具有分子势能

【答案】B

【解析】

从物理视角分析诗词中“花气袭人”的主要原因是气体分子在永不停息地做无规则运动，故B正确，ACD错误。

故选B。

2.(2022·江苏七市高三下学期二模)石墨烯是从石墨中分离出的新材料，其中碳原子紧密结合成单层六边形晶格结构，如图所示，则(　　)

A. 石墨是非晶体

B. 石墨研磨成的细粉末就是石墨烯

C. 单层石墨烯的厚度约3μm

D. 碳原子在六边形顶点附近不停地振动

【答案】D

【解析】

A．石墨是晶体，故A错误；

B．石墨烯是石墨中提取出来的新材料，故B错误；

C．单层石墨烯厚度约为原子尺寸，故C错误；

D．根据分子动理论可知，固体分子在平衡点不停的振动，故D正确。

故选D。

3.(2022·山东济南市高三下学期一模)下列说法正确的是(　　)

A. 太空飞船中的小水珠呈球形，是液体表面张力作用的结果

B. 天然水晶在熔化过程中分子平均动能变大

C. 地面附近的一个氢气球在快速上升过程中，随着外界压强减小，球内气体的体积增大，温度降低

D. 液晶材料像液体一样具有流动性，但不具备晶体各向异性的特征

【答案】AC

【解析】

A．太空飞船中的小水珠呈球形，是液体表面张力作用的结果，A正确；

B．天然水晶在熔化过程中温度不变，分子平均动能不变，B错误；

C．地面附近的一个氢气球在快速上升过程中，来不及与外界进行热交换，随着外界压强减小，球内气体的体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律，气体的内能减小，温度降低，C正确；

D．液晶材料像液体一样具有流动性，具备晶体各向异性的特征，D错误。

故选AC。

4.(2022·湖南岳阳市高三下学期二模)下列说法正确的是(   )

A. 热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的状态向无序程度大的状态转化的过程

B. 扫地时，在阳光照射下，看到尘埃飞舞，这是尘埃在做布朗运动

C. 物理性质表现为各向同性的固体不一定是非晶体

D. 饱和汽压只跟汽体的自身性质与温度有关

E. 液晶具有光学各向异性，所以液晶是晶体

【答案】ACD

【解析】

A．分子的热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变成有序，热传递的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，A正确；

B．布朗运动是悬浮在液体或气体中的微粒所做的永不停息的无规则运动，这种微粒一般是很小的，用肉眼看不见，而尘埃的颗粒较大，是在空气气流作用下的宏观运动，B错误；

C．物理性质表现为各向同性的固体不一定是非晶体，可能是多晶体，C正确；

D．饱和蒸汽压是物质的一个重要性质，它只跟汽体的自身性质与温度有关，D正确；

E．液晶具有光学各向异性，但是液晶不是晶体，E错误。

故选ACD。

5.(2022·广东江门市高三下学期一模)某登山运动员在攀登一座超过8000m的山峰的过程中，在接近山顶时他裸露在手腕上的防水手表的表盘玻璃突然爆裂了，而手表没有受到任何撞击。该手表出厂时给出的参数为：27℃时表内气体压强为Pa(常温下的海平面的大气压强值)，当内外压强差超过Pa时表盘玻璃将爆裂。当时登山运动员携带的温度计的读数是℃，未爆裂前手表内心体体积的变化可忽略不计，请通过计算判断手表的表盘玻璃是向外爆裂还是向内爆裂及当时外界的大气压强值是多少？

【答案】向外爆裂，

【解析】

以表内气体为研究对象，初状态的压强为Pa，温度为K，某状态的压强为，温度为K

根据查理定律，有

解得

Pa

如果手表的表盘玻璃是向内爆裂的，则外界的大气压强为

大于山脚下的大气压强(即常温下的大气压强)，这显然是不可能的，所以可判断手表的表盘玻璃是向外爆裂的。

当时外界的大气压强为

‍

6.(2022·广东广州市高三下学期一模)如图是容积为的气压式浇花喷水壶，现向喷水壶内装入一定质量的水，通过打气使壶内气压达到，浇花时打开喷嘴开关就有水雾喷出，当壶内气压降为，壶内的水刚好全部喷出，己知水的密度为，细管和喷嘴的容积可忽略，求装入壶内水的质量。

【答案】0.98kg

【解析】

设水壶体积为V，装入壶内水的质量为m，则喷水前打入的空气体积

根据理想气体状态方程

解得

7.(2022·四川成都市高三下学期二模) 一定质量理想气体的压强体积(p-V)图像如图所示，其中a到b为等温过程，b到c为等压过程，c到a为等容过程。已知气体状态b的温度Tb=297K、压强pb=1×105Pa、体积Vb=24L，状态a的压强pa=3×105Pa。

(1)求气体状态a的体积V以及状态c的温度T；

(2)若b到c过程中气体内能改变了2×104J，求该过程气体放出的热量Q。

【答案】(1)；；(2)

【解析】

(1)a到b为等温过程，由波意尔定律有

将

代入方程解得

b到c为等压过程，由盖—吕萨克定律有

将

代入方程解得

(2)对b到c为等压压缩过程，外界对气体做功为

代入数据解得

由于温度降低，该过程中气体内能减小，故

由热力学第一定律有

解得

8.(2022·福建漳州市高三下学期二模)2021年12月26日，航天员身着我国新一代“飞天”舱外航天服成功出舱。太空舱专门做了一个“气闸舱”，其原理图如图所示，相通的舱A、B间装有阀门K，舱A中充满理想气体，舱B内为真空，系统与外界没有热交换。打开阀门K后，A中的气体进入B中，在此过程中气体内能___________(选填“变大”、“变小”或“不变”)，单位时间单位面积内气体分子撞击舱壁的次数___________(选填“增多”、“减少”或“不变”)。

【答案】    ①. 不变    ②. 减少

【解析】

[1]气体自由膨胀，没有对外做功，同时没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体内能不变。

[2]根据

可知，当T不变、V增大时，p减小，故气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数将减少。

9.(2022·福建厦门市高三下学期二模)如图甲所示，一开口向上的导热气缸内封闭了一定质量的理想气体，气体体积为V、压强为1.5p0，活塞可无摩擦滑动且不漏气，气缸外大气压强为p0，环境温度不变。现将气缸倒立挂起稳定后如图乙所示，该过程中气体__________(选填“吸热”或“放热”)，气体体积变为___________。

【答案】    ① 吸热    ②. 3V

【解析】

[1][2]汽缸开口向上时，则

汽缸开口向下时，则

则由玻意耳定律可得

解得

V′=3V

气体体积变大，对外做功，即W<0，温度不变，则内能不变，∆U=0，根据

∆U=W+Q

可知Q>0，气体吸热。

10.(2022·福建省龙岩市高三下学期一模)在p－V图中，一定质量的理想气体沿实线从状态A变化到状态B，再变化到状态C，则从状态A到状态B气体的温度___________(选填“升高”或“降低”)，从状态A到状态C气体从外界吸收热量___________J。

【答案】    ①. 降低    ②. 400

【解析】

[1]从状态A到状态B气体的体积不变，压强减小，根据

可知，温度降低；

[2]从状态A到状态C气体的pV乘积不变，则温度不变，内能不变，气体对外做功

则气体从外界吸收热量

Q=W=400J