专题03 热学版块大题综合-2024年高考物理二轮复习大题必刷满分冲刺 （新高考山东专用）

这是一份专题03 热学版块大题综合-2024年高考物理二轮复习大题必刷满分冲刺 （新高考山东专用），文件包含专题03热学版块大题综合-冲刺双一流之大题必刷备战2024年高考物理冲刺双一流之大题必刷满分冲刺新高考山东专用原卷版docx、专题03热学版块大题综合-冲刺双一流之大题必刷备战2024年高考物理冲刺双一流之大题必刷满分冲刺新高考山东专用解析版山东docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共36页， 欢迎下载使用。
一、以核心和主干知识为重点。构建知识结构体系，确定每一个专题的内容，在教学中突出知识的内在联系与综合。
二、注重情景与过程的理解与分析。善于构建物理模型，明确题目考查的目的，恰当运用所学知识解决问题：情景是考查物理知识的载体。
三、加强能力的提升与解题技巧的归纳总结。学生能力的提升要通过对知识的不同角度、不同层面的训练来实现。
四、精选训练题目，使训练具有实效性、针对性。
五、把握高考热点、重点和难点。
充分研究近5年全国和各省市考题的结构特点，把握命题的趋势和方向，确定本轮复习的热点与重点，使本轮复习更具有针对性、方向性。对重点题型要强化训练，举一反三、触类旁通，注重解题技巧的提炼，充分提高学生的应试能力。
专题03 热学版块大题综合�山东
一、解答题
1．（2023·山东·高三专题练习）单级水火箭可以简化为如图（a）所示的下方开口的容器。容器中气体体积，压强，下方水的深度。单向气阀（不计质量）是一个只能朝一个方向通入气体的装置，它外部为橡胶材质，将其紧紧塞在容器口位置可将水堵住还能向容器内进行充气。单向气阀与容器口摩擦力的最大值。现用打气筒通过单向气阀向容器内一次次的充入压强，的气体。当容器内的气体压强到达一定值时单向气阀和容器中的水被一起喷出，水火箭可以获得一定的速度发射。已知重力加速度，容器口的横截面积，水的密度。假设容器中的气体为理想气体，充气和喷水时忽略温度的变化。
（1）求水火箭刚好喷水时容器内气体压强p；
（2）求水火箭刚好喷水时的充气次数；
（3）水火箭喷水过程中，容器内气体的图像如图（b）所示，试估算容器内气体从状态a到状态b从外部吸收的热量。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）对单向气阀受力分析
解得
带入数据得
（2）气体做等温变化，有
解得充气次数
（3）由图像可知，外界对气体做功
（小格数在205—210个均算正确）
由热力学第一定律
所以气体吸收热量
（参考范围：820J～840J）
2．（2023·山东潍坊·统考模拟预测）肺活量是常用来衡量人体心肺功能的重要指标。肺活量是指在标准大气压下人一次尽力吸气后，再尽力呼出的气体体积总量。某同学在学习气体实验定律后，设计了一个吹气球实验来粗测自己肺活量。首先他测量了自己的体温为37℃．环境温度为27℃，然后该同学尽最大努力吸气，通过气球口尽力向气球内吹气，吹气后的气球可近似看成球形，过一段时间稳定后测得气球的直径，气球稳定的过程中，气球向外界散失了2.8J的热量。已知气球橡胶薄膜产生的附加压强，其中为薄膜的等效表面张力系数，R为气球充气后的半径。如下图为该气球的等效表面张力系数随气球半径R的变化曲线。吹气前气球内部的空气可忽略不计，空气可看作理想气体，大气压强，。求：
（1）该同学通过查阅资料得知理想气体内能大致可以用公式来计算，气球稳定的过程中外界对气球做了多少功？
（2）该同学的肺活量为多少毫升？
【答案】（1）-2.2J；（2）
【详解】（1）由
得
（2）由图象可知气球半径时，气球橡胶薄膜的等效表面张力系数
吹气后稳定时气球内气体的压强
解得
设该同学的肺活量为，气球体积为由理想气体状态方程
解得
3．（2023·山东济宁·济宁市育才中学校考模拟预测）下图是一种汽车空气减震器的模型，其主要构造是导热性良好的气缸和活塞，活塞面积为，活塞通过连杆与车轮轴连接。将装有减震装置的轮子模拟静止在斜坡上的汽车，固定在倾角为的斜面上，连杆与斜面垂直，初始时气缸内密闭理想气体的体积为，压强为，环境温度为，气缸与活塞间的摩擦忽略不计，大气压强始终为。现于气缸顶部固定一个物体A，稳定时气缸内气体体积缩小了，该过程气体温度保持不变。重力加速度取。则
（1）放上A物体待其稳定后，气缸对气体做功，判断该过程气缸内气体是吸热还是放热？热量的大小为多少？
（2）求气缸和物体A的总质量M；
（3）由于环境温度变化，气缸内气体体积逐渐恢复到。求体积恢复后的环境温度。

【答案】（1）放热，25J；（2）30kg；（3）310K
【详解】（1）放上A物体待其稳定的过程气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知
气缸的体积减小，气缸对气体做正功，可知气缸内气体放热，放出的热量等于气缸对气体所做的正功，则有
Q=25J
（2）放上A物体待其稳定后气体的体积
由玻意耳定律可得
解得
由气缸受力平衡可有
解得
M=30kg
（3）由盖−吕萨克定律可得
解得
T2=310K
4．（2023·山东·高三专题练习）压力锅是一种常见的厨房锅具，其工作原理是通过增大锅内的气压来提升液体沸点，以达到高温烹煮食物的目的。如图为某压力锅的结构简图，压力阀相当于质量稍大、壁较厚的金属杯，其内径稍大于排气孔的外径。使用时锁紧密封锅盖，并将压力阀扣在锅盖上的排气孔上，然后开始加热烹煮，当锅内气体压强增大到一定程度时，压力阀被顶起，排气孔向外排出气体。某次使用时首先放入食材（包括一定体积的水），加热前锅内温度为27℃，压强与外界大气压强均为。已知该压力锅的压力阀的质量为，排气孔内部的横截面积为，不计压力阀和排气孔外壁间的摩擦，打开锅盖前锅内气体视为理想气体，气体的总量及体积均认为不变，重力加速度。
（1）加热过程锅内气体温度最高可达到多少摄氏度？
（2）食物煮熟后取走压力阀泄压，泄压前、后锅内气体保持第（1）问中的温度不变，求泄压前、后锅内气体密度的比值。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）选锅内气体为研究对象，初状态
末状态对限压阀受力分析可得
又由查理定律得
锅内温度最高可达到
（2）泄压前、后
解得
5．（2023·山东·高三专题练习）某位游客自驾游西藏，海拔到达4000m时，大气压强为，环境温度为7°C，该游客出现了高原反应，即刻取出一种便携式加压舱使用，该加压舱主要由舱体、气源箱组成。已知加压舱刚取出时是折叠状态，只打开进气口，气源箱将周围环境中的大气以350L/min的气流量输入到舱体中，充气达到压强的工作状态后，进气口和出气口都打开，维持舱内空气新鲜，且气压不变，温度维持在27°C，病人在舱内的高压环境中吸氧，实现治疗目的。如图所示，充气后的加压舱舱体可视为长2.1m、底面积0.88的圆柱体，舱内外气体均可视为理想气体。
（1）求舱体充气到工作状态的时间；
（2）该游客在舱内治疗一段时间后情况好转，他改设气压、温度27°C的新模式加压舱会自动调节进出口气流量。已知此时外部的环境温度下降为-3°C，加压舱进气流量为30L/min，舱内环境在10min内达到新模式，求这段时间放出气体质量与进入气体质量之比。

【答案】（1）44min；（2）
【详解】（1）将体积为V0，压强，温度的大气注入舱体；末态压强，体积
温度T1=300K，根据理想气体状态方程
已知气流量Q=350L/min，所以充气时间为
解得
t＝44min
（2）注入气体的体积
温度，根据理想气体状态方程有
排出舱体的气体体积
根据理想气体状态方程有
放出气体质量与进入气体质量之比等于体积之比，则有
6．（2023·山东·高三专题练习）2023年3月30日，我国“神舟十五号”飞行乘组圆满完成了第三次太空行走任务。航天员出舱活动前要在气闸舱内穿上特制的航天服，航天服内密封一定质量的气体（视为理想气体），开始时密封气体的体积为，压强为，温度为。为方便打开舱门，需将气闸舱内气压适当降低，当气闸舱内气压降低到目标值时，航天服内气体体积变为，温度变为。忽略航天员呼吸造成的影响，取。
（1）求气闸舱内气压降低到目标值时航天服内气体的压强；
（2）将气闸舱内气压降低到目标值后航天员感觉到航天服内气压偏高，于是他将航天服内一部分气体缓慢放出，使航天服内气压降到，此时航天服内气体体积变为，求放出的气体与航天服内部留存气体的质量比。（设放出气体过程中气体温度始终保持不变）
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）选航天服内气体为研究对象，初态，，，末态，，由理想气体状态方程得
解得
（2）气体缓慢放出的过程中温度不变，设放出的气体体积为，由玻意耳定律得
解得
故放出的气体与放气后内部留存气体的质量比为
7．（2023·山东·校联考模拟预测）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：B汽缸的顶部有一阀门K，初始处于关闭状态,两个活塞将两个气缸分成I、II、III、IV四个部分，其中II、III部分体积分别为和、环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦。用气象从开口C向的缸内缓慢注气体，封闭开口C，再将环境温度缓慢升高至2，A汽缸中的活塞刚好到达汽缸底部。求：
（1）A汽缸第Ⅰ部分原有气体与注入气体的质量比；
（2）打开阀门K，稳定时B汽缸中活塞的位置。
【答案】（1）5：2；（2）稳定时B汽缸中活塞刚好到达顶部
【详解】（1）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，则对气体Ⅳ
对Ⅱ、Ⅲ两部分气体
联立解得
此时Ⅰ内的气体压强也等于p，设此时Ⅰ内原有气体的体积为，则对气体Ⅰ，有
解得
可知打入的气体此时的体积为
故A汽缸第Ⅰ部分原有气体与注入气体的质量比5:2。
（2）由第一问方程可求得打开阀门前，Ⅳ的气体体积，Ⅱ、Ⅲ部分气体体积为
对Ⅱ、Ⅲ部分气体，有
解得
故稳定时B汽缸中活塞刚好到达顶部。
8．（2023·山东·模拟预测）如图所示为一款便携式鼻吸氧气呼吸器的产品参数。罐体导热性能良好，罐体内氧气可视为理想气体，当罐体内、外无气压差时便不能喷出氧气。根据该产品参数的信息，忽略气体喷出时温度的变化，求该款氧气呼吸器在大气压强为0.1MPa，温度为33℃的环境下，以最大流量持续出气的使用时长是多少秒？
【答案】
【详解】初状态有
，，
末状态有
，
设末状态体积为，则由理想气体的状态方程有
代入数据解得
则可知喷出的氧气
由此可知以最大流量持续出气的使用时长是
9．（2023春·山东·高三统考学业考试）如图甲所示，一缸壁导热的汽缸水平放置，用活塞封闭一定量的理想气体，活塞与汽缸底部用一原长为l、劲度系数为k的轻质弹簧连接，当环境温度为时，弹簧恰处于自然状态。现缓慢将汽缸转动到开口向上竖直放置，如图乙所示，此时活塞距汽缸底部的距离为。已知外界大气压强为，活塞面积为S，忽略活塞与汽缸壁间的摩擦。求：
（1）活塞质量；
（2）若环境温度缓慢升高，则当弹簧恢复原长时，缸内气体的压强和温度。

【答案】（1）；（2），
【详解】（1）由题意，设竖直放置后缸内气体压强为，根据波义耳定律可得
解得
竖直放置后，对活塞，由力平衡法可得
解得
（2）当弹簧恢复原长时，设缸内气体的压强为，温度为，对活塞由力平衡法可得
解得
由理想气体状态方程可得
解得
10．（2023·山东·高三专题练习）啤酒加工过程中，将标准状况下的气体通过密闭装置压入啤酒中，并将啤酒瓶严密封装，封装过程无气体泄漏。在该啤酒瓶中，下方为溶有的啤酒，上方为纯气体。在，溶于啤酒中的的质量为，上方气体状态的质量为，压强为。当温度升高到某温度时，啤酒中溶解的的质量有所减少，变为，瓶中气体的压强上升到。已知：，啤酒的体积不因溶入而变化，且不考虑容器体积和啤酒体积随温度的变化。又知对同种气体，在体积不变的情况下与m成正比，的摩尔质量，标准状态下气体的摩尔体积，绝对零度为。求：
（1）在时，酒瓶内上方气体状态的质量；
（2）升温后啤酒上方气体的摄氏温度t（结果保留三位有效数字）。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）根据题意可知，充入啤酒中气体的总质量为
4℃时瓶内上方气体质量为
其中
解得
（2）根据题意可知
解得
时对瓶内上方气体有
温度升高为时，对瓶内上方气体有
其中
解得
即
11．（2023·山东·高三专题练习）如图是泡茶常用的茶杯，某次茶艺展示中往杯中倒入适量热水，水温为，盖上杯盖，杯内气体与茶水温度始终相同。已知室温为27°C，杯盖的质量，杯身与茶水的总质量为，杯盖的面积约为，大气压强，忽略汽化、液化现象，杯中气体可视为理想气体，重力加速度，求：
（1）若杯盖和杯身间气密性很好，请估算向上提杯盖恰好带起整个杯身时的水温；
（2）实际的杯盖和杯身间有间隙，当水温降到室温时，从外界进入茶杯的气体质量与原有气体质量的比值。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）杯中气体做等容变化
末态对茶杯和茶水受力分析如图
列平衡方程
解得
所以此时水温为
（2）杯中气体降为室温过程中，全部气体都做等压变化，对于全部气体
解得进入杯中的空气在室温下体积为
所以杯中原有气体在室温下体积为
所以外界进入茶杯的气体质量与原有气体质量的比值
12．（2023·山东·高三专题练习）汽车胎压是指汽车轮胎内部的气压，是汽车行车安全及动力性能一个重要指标。如图所示，是一辆家用轿车在一次出行过程中仪表盘上显示的两次胎压值，其中图（a）表示刚出发时的显示值，图（b）表示到达目的地时的显示值，出发前胎内温度与环境温度相同。（可近似等于1个标准大气压，车胎内气体可视为理想气体且忽略体积变化）轿车仪表盘胎压实时监测
（1）此次出行过程中轿车的左前轮胎内气体温度升高了多少摄氏度；
（2）如果出发时就使轮胎气压恢复到正常胎压，需要充入一定量的同种气体，求左前轮胎内充入气体质量和该车胎内原有气体质量之比（忽略充气过程中轮胎体积和温度的变化）。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）设标准大气压为，依题意，刚发出时，左前胎内气体的温度
气压
到达目的地时，左前胎内气体的温度设为，气压
由得
解得
左前轮胎内气体温度升高
（2）设左前轮胎体积为V，依题意，正常胎压
设打气并恢复到正常胎压时车胎内原有气体在压强为时的总体积为。由得
则
所以
13．（2023·山东·高三专题练习）图1是很多机械结构中都会用到的气弹簧装置．其简化模型如图2所示，装有氮气的封闭气缸竖直固定在水平地面上，一光滑活塞将气缸分成A、B两部分，活塞上有一个透气的小孔将气缸中两部分气体连通在一起，活塞上固定一个圈柱形的连杆．已知活塞与连杆的总质量为m，活塞横截面积为S，连杆横截面积为．初始时刻活塞停在气缸内某处，此时A部分气体高，B部分气体高．已知大气压强为，重力加速度为g，气体可看作理想气体，汽缸与连杆之间无摩擦且密封良好，气体温度始终保持不变．
（1）求初始时刻缸内气体压强；
（2）若对连杆施加向下的压力，使得活塞缓慢向下移动距离，求此时缸内气体压强．

【答案】（1）；（2）
【详解】（1）对活塞与连杆整体
解得
（2）气体初态
气体末态
根据玻意耳定律
联立解得
14．（2023·山东·高三专题练习）舱外航天服有一定的伸缩性，能封闭一定的气体，提供人体生存的气压。2021年11月8日，王亚平身穿我国自主研发的舱外航天服“走出”太空舱，成为我国第一位在太空“漫步”的女性。王亚平先在节点舱（出舱前的气闸舱）穿上舱外航天服，若航天服内密闭气体的体积为，压强，温度。然后把节点舱的气压不断降低，到能打开舱门时，航天服内气体体积膨胀到，温度为，压强为（未知）。为便于舱外活动，宇航员出舱前将一部分气体缓慢放出，使航天服内的气体体积仍变为，气压降到，假设释放气体过程中温度不变。求：
（1）压强；
（2）航天服需要放出的气体与原来航天服内气体的质量之比。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）由题意可知，密闭航天服内气体初、末状态温度分别为
根据理想气体状态方程有
解得
（2）设航天服需要放出的气体在压强为状态下的体积为，根据玻意耳定律有
解得
则放出的气体与原来气体的质量之比为
15．（2023·山东·模拟预测）如图所示，平直木板与水平地面上的铰链相连，一段水银柱把一定质量的气体封闭在玻璃管内，把玻璃管固定在木板上，在竖直平面内缓慢的转动木板，木板与水平地面之间的夹角为，可得气体的压强p与之间的关系图像如图乙所示，当时，气体的压强是大气压强的2倍，时气体的长度为，温度为T，。
（1）求图像横轴的截距（用负数来表示）以及大气压强；（用a、b来表示）
（2）若时气体温度为1.2T，则气体的长度为多少？（用L来表示）
【答案】（1）-1，；（2）
【详解】（1）设大气压强为，当时，气体的压强是大气压强的2倍，则玻璃管竖直放置时，水银柱对应压强为，当木板与水平地面之间的夹角为，气体的压强为
即关系图像的函数关系式为
设图像横轴的截距为c．则有
解得
由乙图可得图像的斜率为
由
可得
综合解得
（2）整理可得的函数关系式为
当时，温度为T，气体的压强为
体积为
当时，温度为1.2T，气体的压强为
设气体的长度为x，则体积为
由理想气体状态方程可得
综合解得
16．（2023·山东·高三专题练习）如图所示为某打气装置示意图。其中A是容积为V的需要充气的容器，B是内壁光滑的气筒，容积也为V，左端用可移动的活塞密封，活塞横截面积为S，右端通过单向进气阀n与A连通（当B内气体压强大于A内气体压强时，n打开，反之关闭），B底部通过单向进气阀m与外界连通（当B内气体压强小于外界大气压时，m打开，反之关闭）。活塞缓慢左移从外界抽取气体，抽气结束时活塞位于气筒B的最左侧；给活塞施加水平向右的推力，让活塞缓慢向右移动，当外力无法推动活塞时结束打气过程。已知外界大气压强为p0，初始时A内充满压强为p0的气体，容器A、B导热良好，给活塞水平推力的最大值为6.5p0S，忽略容器间连接处的气体体积，环境温度保持不变。求：
（1）第一次打气结束时，A内气体的压强；
（2）第七次打气结束时，B内活塞右侧气体的体积。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）根据题意，由玻意耳定律有
解得
（2）设打气次后，无法推动活塞，则满足
解得
即打气六次后便无法完全将气体压进容器A，设第七次打气结束时B内活塞右侧气体的体积为，则满足
解得
17．（2023·山东·高三专题练习）一个气缸固定在倾角θ=30°的斜面上，内部横截面积S=20cm2，底端装有阀门A。用质量m=1kg的活塞B和不计质量的活塞C，封闭I、II两部分空气，初始时AB、BC之间的距离均为L=10cm。向下压活塞C，使其缓慢移动d=2cm，要保持B静止不动，需通过阀门A向里充入空气，求所充入空气的质量与AB之间原有空气质量之比。封闭的空气可视为理想气体，活塞与气缸间的摩擦忽略不计，且不漏气，整个过程温度不变，外界大气压强p0=1×105Pa，重力加速度g=10m/s2.。
【答案】
【详解】对II，由玻意耳定律可得
开始时对活塞B则有
移动后对活塞B则有
设充入空气体积为V，则有
则有充入空气的质量与AB之间原有空气质量之比
代入数据解得
18．（2023·山东·模拟预测）如图所示为一款便携式鼻吸氧气呼吸器的产品参数。罐体导热性能良好，罐体内氧气可视为理想气体，当罐体内、外无气压差时便不能喷出氧气。根据该产品参数的信息，忽略气体喷出时温度的变化，求该款氧气呼吸器在大气压强为0.1MPa，温度为33℃的环境下，以最大流量持续出气的使用时长是多少秒？

【答案】150s
【详解】由产品参数的信息可知，初态时
不能喷出氧气时，即末态有
由理想气体状态方程
解得
所以喷出的氧气为
持续出气的使用时长
19．（2023·山东·模拟预测）已知大气压强为76cmHg。装置如图所示，圆柱形气缸内的活塞把气缸分隔成A，B两部分，A为真空，用细管将B与U形管相连，细管与U形管内气体体积可忽略不计，气体可视为理想气体。开始时，U形管中左边水银面比右边高6cm，气缸中气体温度为27℃。
（1）将活塞移到气缸左端，保持气体温度不变，稳定后U形管中左边水银面比右边高62cm。求开始时气缸中A、B两部分体积之比；
（2）再将活塞从左端缓缓向右推动，并在推动过程中随时调节气缸B内气体的温度，使气体压强随活塞移动的距离均匀增大，且最后当活塞回到原处时气体的压强和温度都恢复到最初的状态，求此过程中气体的最高温度；
【答案】（1）4：1；（2）540K
【详解】（1）设汽缸A和B部分的体积分别为VA和VB，对缸内气体分析，初始状态，气体的压强为
末态压强为
根据玻意耳定律，有
（2）设汽缸的总长度为L，横截面积为S，活塞初始位置离汽缸左端的距离为
气体压强随活塞移动的距离均匀增大，设比例系数为k，则活塞向右移动距离为x时，气体的压强为
此时气体的体积
当气体恢复到原来状态时压强
对封闭气体，由理想气体状态方程得
解得
当
时，气体有最高温度
20．（2023·山东·模拟预测）一个体积为的简易潜水艇模型如图所示。当储水舱里的气体体积为，压强为时，潜水艇有浸没在海水中。当地大气压强为，海水的密度为，假设各深度处海水温度相同，潜水艇在吸入或排出海水过程中，海水深度对潜水艇的压强变化忽略不计。
（1）当潜水艇用空气压缩泵缓慢排出储水舱上方的部分气体时，可以吸入一定量的海水，使潜艇恰好全部浸没在海水里并处于静止状态。此时，储水舱上方气体的压强为，求储水舱剩余气体的质量与与原有气体的质量之比；
（2）当潜水艇静止潜在深度处时（潜水艇全部浸入海水后，储水舱内气体的变化忽略不计），用空气压缩泵向储水舱注入一定量的压强为的气体后，打开阀门排出部分海水使潜水艇向上浮。要使舱内的海水排出的体积为，求打开阀门前，储水舱内气体的压强。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）潜水艇有浸没在海水中时，根据平衡条件有
潜水艇全部浸没在海水中静止时，根据平衡条件有
解得
根据理想气体状态方程可知储水舱剩余气体的质量与与原有气体的质量之比为
（2）根据玻意耳定律可得
解得
产品名称
便携式鼻吸氧气呼吸器
组成部分
产品由呼吸罐体、连接阀、吸入罩、防护帽和氧气等部分
主要性能
氧气纯度≥99.6%
氧气压力
0.8MPa（15℃）
型号
SFK-3
产品规格
1000mL
最大流量
50mL/s
适用范围
主要适用于缺氧人群吸氧使用