2025版高考物理一轮总复习考点突破训练题第15章热学第38讲热力学定律与能量守恒定律考点4热力学定律与气体实验定律的综合

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[解析] (1)当汽缸水平放置时，p0＝1.0×105 Pa，V0＝L1S，
T0＝(273＋27)K＝300 K。
当汽缸口朝上，活塞上表面刚好与汽缸口相平时，对活塞受力分析如图所示，
根据平衡条件有p1S＝p0S＋mg
V1＝(L1＋L2)S
由理想气体状态方程得eq \f(p0L1S,T0)＝eq \f(p1L1＋L2S,T1)
解得T1＝450 K(或177 ℃)。
(2)当汽缸口向上稳定后，未加热时，由玻意耳定律得p0L1S＝p1LS
加热后，气体做等压变化，气体对外界做功
则W＝－p1(L1＋L2－L)S
根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q
解得ΔU＝295 J。
[答案] (1)450 K(或177 ℃) (2)295 J
【跟踪训练】
某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S＝100 cm2、质量m＝1 kg的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA＝300 K、活塞与容器底的距离h0＝30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d＝3 cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度Tc＝363 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU＝158 J。取大气压p0＝0.99×105 Pa，求气体：
(1)在状态B的温度；
(2)在状态C的压强；
(3)由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。
[答案] (1)330 K (2)1.1×105 Pa (3)188 J
[解析] (1)根据题意可知，气体由状态A变化到状态B的过程中，封闭气体的压强不变，则有eq \f(VA,TA)＝eq \f(VB,TB)
解得TB＝eq \f(VB,VA)TA＝330 K。
(2)从状态A到状态B的过程中，活塞缓慢上升，则pBS＝p0S＋mg
解得pB＝1×105 Pa
根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，气体的体积不变，则有eq \f(pB,TB)＝eq \f(pC,TC)
解得pC＝eq \f(TC,TB)pB＝1.1×105 Pa。
(3)根据题意可知，从状态A到状态C的过程中气体对外做功为W0＝pBSΔh＝30 J
由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q
解得Q＝ΔU－(－W0)＝188 J。