2023年五省（云南、安徽、黑龙江、山西、吉林）高三物理模拟卷汇编：热学解答题（解析版）

这是一份2023年五省（云南、安徽、黑龙江、山西、吉林）高三物理模拟卷汇编：热学解答题（解析版），共21页。试卷主要包含了解答题等内容，欢迎下载使用。
一、解答题
1．（2023·云南·统考一模）如图所示，一端封闭、粗细均匀的U形玻璃管开口向上竖直放置，用水银将一段气体封闭在管中。当温度为T时，被封闭的气柱长，两边水银柱高度差，已知大气压强。求：
（1）此时被封闭的气柱的压强p；
（2）现向开口端缓慢注入水银，设气体温度保持不变，再次稳定后封闭气柱长度变为，此时两边水银柱的高度差。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）封闭气柱的压强为
（2）因为气体发生等温变化，设玻璃管横截面积为S，此时两边水银柱的高度差为，根据玻意耳定律得
解得
同时有
解得
即此时两边水银柱的高度差为
2．（2023·云南·校联考一模）如图所示，长直均匀玻璃管A上端封闭，长直均匀玻璃管B上端开口且足够长，A、B两管粗细相同。两管下端用橡皮管连接起来，A管上端被一段水银柱封闭了一段长为的空气柱，左右两水银面高度差为，已知外界大气压为，温度为。热力学温度与摄氏温度的关系为，空气可视为理想气体。现在向上缓慢移动B管，使A管中气柱长度变为5cm，求：
（1）上述操作中B管向上移动的高度是多少；
（2）A管中气柱长度变为后，保持B管不动而升高气体温度，为使A管中气柱长度恢复到，则温度应升高到多少。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）根据题意可知，气体做等温变化，初状态
末状态
根据玻意耳定律
代入数据得
上述操作中B管应向上移动
（2）根据题意可知，若使A管中气柱长度恢复到，末状态的压强
由查理定律
代入数据得
3．（2023·云南·统考一模）某升降椅简化结构如图所示，座椅和圆柱形导热汽缸固定在一起，与粗细均匀的圆柱形支架密封住长度为的理想气体．质量为的人坐到座椅上并双脚悬空，座椅下降一段距离后稳定．已知座椅和汽缸总质量为，圆柱形支架的横截面积为，座椅下降过程中汽缸内气体无泄漏，汽缸下端不会触碰到支架底座．若不计汽缸与支架间的摩擦力，大气压强恒为，环境温度不变，取重力加速度．求：
（1）人未坐上座椅时，汽缸内气体的压强大小；
（2）人坐上座椅到稳定，座椅下降的距离．
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）人未坐上座椅时，座椅受力平衡可得
解得
（2）人坐上座椅稳定后，人和座椅受力平衡可得
设人坐上座椅稳定后，汽缸内气体长度为h．根据气体的玻意耳定律可得
座椅下降的距离
解得
4．（2023·云南·统考二模）某简易温度报警装置的示意图如图所示，其原理是：导热性能良好的竖直细管中用水银封闭了一定质量的空气（视为理想气体），当温度升高时，水银柱上升，使电路导通，蜂鸣器发出报警声。27℃时，空气柱长度L1=20cm，水银柱上表面与导线下端的距离L2=5cm，水银柱高度h=2cm，用该温度报警装置测量沸腾的某种液体时恰好报警，该液体沸点与大气压强的关系如下表。
（1）求当地的大气压强p0；
（2）若取出1cm水银柱，求该装置报警时的热力学温度T3。（结果保留三位有效数字）
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）以细管内密封的空气柱为研究对象，设其横截面积为S。温度升高时，管内气体做等压变化，有
其中
，，
解得
即待测液体的温度102℃，对照表可知此处的气压
（2）以cmHg为压强单位，取出x=1cm水银柱，有
其中
，
解得
5．（2023·云南丽江·华坪县第一中学校考一模）把上端A封闭，下端B开口的玻璃管插入水中，放掉部分空气后放手，玻璃管可以竖直地浮在水中（如图所示）．设玻璃管的质量m=40g，横截面积S=2cm2，玻璃管露出水面以上部分的长度b=2cm，大气压强p0=105Pa，水的密度，玻璃管厚度和管内空气质量不计，g取10m/s2．
①求玻璃管内空气柱的长度；
②用手拿住玻璃缓慢地竖直压入水中，若水足够深，则当管的A端在水面下超过某一深度H时，放手后玻璃管不再浮起，求H．
【答案】(1)；(2)H=1.02m
【详解】①玻璃管漂浮时，浮力与重力平衡．设管内外水面高度差为h，则，根据阿基米德原理有
得
故玻璃管内空气柱长度
②管全部没入水中一定深度H后，浮力与重力再次平衡，同样根据阿基米德原理，可知空气柱的长度为
对封闭气体，根据玻意耳定律得
代入数字解得
．
6．（2023·安徽·统考二模）如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在内壁光滑的气缸中，汽缸和活塞绝热性能良好，活塞与汽缸底部之间用原长为l、劲度系数为的轻质弹簧连接。初始时，弹簧处于原长状态，密闭气体的温度为。现接通电热丝加热气体，使活塞缓慢向上移动l的距离（弹簧始终在弹性限度内）。已知活塞的质量为m，横截面积为S，外界大气压为，重力加速度为g，弹簧和电热丝的体积很小可忽略不计。求：
（1）初始时封闭气体的压强；
（2）最终封闭气体的温度。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）设初始时封闭气体的压强为p1，对活塞根据平衡条件有
解得
（2）设最终封闭气体的压强为p2，对活塞根据平衡条件有
解得
设最终封闭气体的温度为T1，根据理想气体状态方程有
解得
7．（2023·安徽·统考二模）压燃式四冲程柴油发动机具有动力大、油耗小、低排放等特点，被广泛应用于大型机车及各种汽车中，最早是由德国工程师R·狄塞尔于1892年设计，因此，其发动机工作过程也被称为“狄塞尔循环”，如图所示为理想的狄塞尔循环图像，其中为绝热压缩过程，为等压吸热过程，为绝热膨胀过程，为等容放热过程。现假定某汽缸中封闭一定质量的理想气体，进行“狄塞尔循环”，在初始状态a时，气体的体积、压强、温度均为已知量，经过狄塞尔循环，由，气体在状态b时的体积、温度，气体在状态c时的体积。试求：
（1）气体在b状态时的压强和c状态的温度。
（2）若过程中外界对气体做功为，过程中气体吸热为Q，过程中气体对外界做功为，求被封闭气体在从状态过程中其内能变化量。
【答案】（1），9；（2）
【详解】（1）根据
得
根据
得
（2）过程中外界对气体做功为；过程中气体吸热为Q，气体对外界做功
过程中气体对外界做功为；则被封闭气体在从状态过程中其内能变化量
8．（2023·安徽滁州·校考二模）消毒是防止新冠肺炎传播的重要环节，肩背式手动消毒喷雾器原理如图所示，储液桶上端进气孔用细软管与带有单向阀门K1的打气筒相连，下端出水口用细软管与带阀门K2的喷头相连．已知储液桶容积V=16.0L，打气筒每打一次能将L的外界空气压入储液桶内．现向储液桶内注入L的消毒液，拧紧桶盖和喷头开关K2，设大气压强atm、喷雾器内外温度均为t=27℃，打气过程中温度保持不变。
（1）未打气时，储液桶内气体在标准状态下（气体压强atm、温度t0=0℃）的体积是多少？
（2）某次打气时，将打气筒里的气体全部充入储液桶，需对气体做W=40J的功，则喷雾器内的空气吸热还是放热？吸收或放出多少热量？
（3）某次消毒时，打气筒连续打气使储液桶内的气体压强增加到atm，停止打气．打开阀门K2，喷雾消毒后气体压强又降至atm，上述过程温度不变。求打气筒打气的次数n和储液桶内剩余消毒液的体积V3。
【答案】（1）；（2）放热，放出40J热量；（3）1.0L
【详解】（1）未打气时，在时储液桶内气体的体积为
气体压强不变，当温度变为时，根据盖吕萨克定律

其中
，
解得储液桶内气体在标准状态下的体积
（2）因为打气过程中温度保持不变，则气体内能不变，，根据热力学第一定律
，
所以
即喷雾器内的空气放热，放出40J热量；
（3）某次连续打气过程中，因为温度不变，根据玻意耳定律
解得
喷雾消毒后气体压强又降至，因为温度不变，根据玻意耳定律
解得此时储液桶中剩余气体体积为
则此时剩余消毒液的体积为
9．（2023·黑龙江哈尔滨·哈尔滨市第六中学校校考一模）细长玻璃管用长h为6.9 cm的水银柱封闭一定质量的空气。当玻璃管开口向下竖直放置时，空气柱长度L1为33 cm；当玻璃管水平放置时，空气柱长度L2为30 cm。求玻璃管开口向上竖直放置时空气柱的长度。设玻璃管粗细均匀，环境温度不变。
【答案】
【详解】以玻璃管中封闭的空气为研究对象，它经历等温变化，设水银的密度为ρ，玻璃管的横截面积为S，大气压为p0（相当于76cm水银柱产生的压强）。
开口向下时有
，
水平放置时有
，
开口向上时有
，
由玻意耳定律，有
代入数据，解得
10．（2023·黑龙江哈尔滨·哈尔滨三中校考二模）某班级用于流感消毒的喷壶如图所示。壶的容积为，内装的次氯酸消毒液，均在壶的圆柱体部分，其横截面积。闭合阀门K，缓慢向下压压杆A，每次可向瓶内储气室充入的的空气。空气视为理想气体，充气和喷液过程中温度保持不变，忽略导管内液体的体积。次氯酸消毒液密度，外界大气压强，重力加速度大小取。求：
（1）按压压杆5次后，储气室内压强多少？
（2）要一次喷洒消毒液后，储气室内气体压强为，需要按压压杆多少次？
【答案】（1）；（2）10次
【详解】（1）设
每次可向瓶内储气室充入气体体积
由玻意尔定律
①
可得
②
（2）要喷洒消毒液，设需要按压压杆n次，由玻意尔定律
③
得
11．（2023·黑龙江哈尔滨·哈尔滨市第一二二中学校校考二模）为了较精确地测量特殊容器的容积和检测密封性，工业上常用充气法。工厂为测量某空香水瓶的容积，将该瓶与一带活塞的汽缸相连，汽缸和香水瓶内气体压强均为p0，汽缸内封闭气体体积为V0，推动活塞将汽缸内所有气体缓慢推入瓶中，测得此时瓶中气体压强为p，香水瓶导热性良好，环境温度保持不变。
（1）求香水瓶容积V；
（2）设在测定时间内，漏气质量小于原密封气体质量的1%视为合格。将该空香水瓶封装并静置较长一段时间，现使瓶内气体温度从℃升高到℃，测得其压强由p变为1.14p，请通过计算分析判断该瓶密封性能是否合格。
【答案】（1）；（2）不合格
【详解】（1）缓慢变化过程中，由玻意耳定律可得
解得
（2）设温度由变化为后，压强由p变为，体积变为，
根据气体状态方程有
解得
故漏气量占比为，故该香水瓶瓶盖密封性不合格。
12．（2023·黑龙江大庆·铁人中学校考二模）土卫六是太阳系中唯一拥有稳定大气的卫星，某同学尝试利用一导热性能良好的长方体容器测量土卫六表面的重力加速度。如图所示，将容器竖直放置在地面上，并封闭一定质量的理想气体，用一可自由移动的活塞将气体分成、两部分，活塞与容器无摩擦且不漏气，横截面积为S，该处附近的温度恒为27℃，稳定后部分气体的压强为，体积为，部分气体的体积为；将该容器倒过来，让部分气体在上方，此时部分气体的体积变为。若把容器移至土卫六表面处并竖直放置，部分气体在上方且体积变为，该处的温度恒为-198℃，地球表面的重力加速度为，求：
（1）活塞的质量；
（2）土卫六上容器放置处的重力加速度。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）设A部分气体在下方时，压强为，则对A部分气体由玻意耳定律得
解得
对活塞受力分析，则A部分气体在上方时，满足
A部分气体在下方时，满足
对B部分气体由玻意耳定律得
解得
（2）由题意知
对A部分气体由理想气体状态方程得
对B部分气体由理想气体状态方程得
且由平衡条件得
解得
13．（2023·山西朔州·怀仁市第一中学校校考二模）如图甲所示，圆柱形汽缸和活塞是由导热材料制成的，当下面气体的压强是上面气体压强的2倍时，两部分气体的高度均为h。现在活塞A上缓慢的放置一物块M，最终稳定时活塞A下降了，如图乙所示，若外界温度和大气压强均保持不变，活塞A、B与汽缸无摩擦，A的质量忽略不计，B的质量为m，求：
（1）放在活塞A上物块的质量是活塞B质量的多少倍；
（2）活塞在汽缸内移动的过程中，气体吸热还是放热，并说明理由。
【答案】（1）；（2）放热，见解析
【详解】（1）设大气压强为，汽缸的横截面积为S，活塞A上放物体前，上端气体的压强为，下端气体的压强为，在活塞A上放物体以后，上端的气体的压强为，高度为，下端气体的压强为，高度为。由题意，对活塞A
对活塞B
求得
对上端的气体，根据玻意耳定律
对下端的气体，根据玻意耳定律
又
联立解得
（2）活塞在汽缸内移动的过程中，气体温度相同，内能相同，由于体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律
可知，气体均要放出热量。
14．（2023·山西·一模）一定质量的理想气体经历了的过程，其状态变化的图像如图所示，各个状态参量已在图中标出，已知气体在状态变化过程中的最低温度为，则：
（1）气体在状态变化过程中的最高温度为多大？
（2）经历的全过程，气体需要吸热还是放热？热量为多少？
【答案】（1）；（2）吸热，
【详解】（1）根据题意可知，从的过程，设状态对应的温度分别为，结合图中的状态参量，根据理想气体状态方程，有
解得
因为温度增大，温度降低，温度先增大后减小，且由图像中温度越高，等温线离原点越远可知，过程的最高温度小于，所以最低温度
最高温度为
（2）根据题意可知，图中图线所围三角形的面积为气体对外界所做的功为
全过程气体内能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，吸收的热量
即
15．（2023·山西·统考模拟预测）如图所示，高为、截面积的绝热汽缸开口向上放在水平面上，标准状况（温度℃、压强）下，用绝热活塞和导热性能良好的活塞将汽缸内的气体分成甲、乙两部分，活塞用劲度系数为的轻弹簧拴接在汽缸底部，系统平衡时活塞位于汽缸的正中央且弹簧的形变量为零，活塞刚好位于汽缸的顶部；现将一质量为的物体放在活塞上，活塞下降，如果用一加热装置对气体乙缓慢加热使活塞回到汽缸顶部，此时气体乙的温度为多少摄氏度？（活塞的质量以及一切摩擦均可忽略不计，外界环境的温度和大气压恒定，重力加速度取，结果保留整数）
【答案】
【详解】对于气体甲，初态
，
末态
，
根据玻意耳定律有解得
若使活塞返回到汽缸顶部，气体乙末状态时气柱长为，此时弹簧要伸长，对活塞有
解得
，
对气体乙，初态
，，
根据理想气体状态方程有解得
则
16．（2023·吉林通化·梅河口市第五中学校考二模）如图所示，竖直固定的大圆筒由上面的细圆筒和下面的粗圆筒两部分组成，粗圆筒的内径是细筒内径的4倍，细圆筒足够长。粗圆筒中放有A、B两个活塞，活塞A的重力及与筒壁间的摩擦忽略不计。活塞A的上方装有水银，活塞A、B间封有一定质量的空气（可视为理想气体）。初始时，用外力向上托住活塞B使之处于平衡状态，水银上表面与粗筒上端相平，空气柱长，水银深。现使活塞B缓慢上移，直至有一半质量的水银被推入细圆筒中。假设在整个过程中空气柱的温度不变，大气压强p。相当于的水银柱产生的压强，求：
（1）细圆筒中水银柱的高度；
（2）封闭气体的压强；
（3）活塞B上移的距离。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）设粗圆筒的截面积为S1，细圆筒的截面积为S2。由于粗圆筒的内径是细圆筒内径的4倍，所以有
水银总体积
一半水银上升到细圆筒中，设细圆筒中水银柱的高度为h。因为水银体积不变，所以有
解得
（2）此时封闭气体的压强
（3）初态封闭气体的压强
初态封闭气体的体积
设初态到末态活塞B上移的距离为x，则末态气体体积
由玻意耳定律有
解得
沸点
98℃
99℃
100℃
101℃
102℃
压强