16.11热学中STSE问题（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理

这是一份16.11热学中STSE问题（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理，共21页。试卷主要包含了11讲 热学中的STSE问题，一高压舱内气体的压强为1，97，5×103mL等内容，欢迎下载使用。

第16.11讲 热学中的STSE问题
【知识点精讲】
热学知识与自然、生产和社会生活、科技联系紧密，高考联系实际对热学相关知识考查是命题热点。
【方法归纳】
【最新高考题精练】
1.（2）（2023高考全国甲卷）（10分）一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17℃，密度为1.46kg/m3。
（i）升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27℃时舱内气体的密度；
（ii）保持温度27℃不变，再释放舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求舱内气体的密度。
【参考答案】（i）1.41kg/m3。（ii）1.175kg/m3
【命题意图】本题考查气体实验定律、密度及其相关知识点。
【解题思路】（i）将整个气体作为研究对象，设高压舱的容积为V，温度升高到27℃时同压强气体的体积为V2，T1=（273+17）K=290K，T2=（273+27）K=300K，
由盖吕萨克定律，=，
温度为17℃时气体密度ρ1=m/V，
温度为27℃时气体密度ρ2=m/V2，
联立解得：ρ2==1.41kg/m3。
（ii）保持温度27℃不变，由玻意耳定律，p1V2= p2V3，
压强为p1=1.2atm时气体密度ρ2=m/V2，
压强为p2=1.0atm时气体密度ρ3=m/V3，更多课件 教案 视频 等优质滋源请 家 威杏 MXSJ663 联立解得ρ3==1.175kg/m3。
2. （2023高考海南卷）某饮料瓶内密封一定质量理想气体，时，压强
（1）时，气压是多大？
（2）保持温度不变，挤压气体，使之压强与（1）时相同时，气体体积为原来的多少倍？

【参考答案】（1）；（2）0.97
【名师解析】
（1）瓶内气体的始末状态的热力学温度分别为
，
温度变化过程中体积不变，故由查理定律有
解得
（2）保持温度不变，挤压气体，等温变化过程，由玻意耳定律有
解得
3. （2023高考湖南卷）汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成，连杆与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆上施加水平力推动液压泵实现刹车．助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力．每次抽气时，打开，闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，闭合，打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从排出，完成一次抽气过程．已知助力气室容积为，初始压强等于外部大气压强，助力活塞横截面积为，抽气气室的容积为．假设抽气过程中，助力活塞保持不动，气体可视为理想气体，温度保持不变．

（1）求第1次抽气之后助力气室内的压强；
（2）第次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小．
【参考答案】（1）；（2）
【名师解析】（1）第1次抽气后，由玻意耳定律，
解得：；
（2）第2次抽气后，由玻意耳定律，
解得：；
······
第次抽气后，由玻意耳定律，
解得：；
第次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小=（p0-pn）S=
4.（2023广东卷）在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的图像，气泡内气体先从压强为、体积为、温度为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，然后从状态绝热收缩到体积为、压强为、温度为的状态到过程中外界对气体做功为．已知和．求：
（1）的表达式；
（2）的表达式；
（3）到过程，气泡内气体的内能变化了多少？
【名师解析】（1）气体从压强为、体积为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，由玻意耳定律，p0V0= pB·5V0，解得：pB= 0.2p0。
（2）从状态B到状态C，由理想气体状态方程，=
解得：TC=1.9T0。
（3）由热力学第一定律，△U=W。
5. （2022高考河北）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：
（i）此时上、下部分气体的压强；
（ii）“H”型连杆活塞的质量（重力加速度大小为g）。
【参考答案】（1），；（2）
【命题意图】本题考查气体实验定律及其相关知识点。
【名师解析】
（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
6. （2022山东物理）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。
【参考答案】（1）；（2）
【命题意图】本题考查气体实验定律和牛顿运动定律。
【名师解析】
（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
7（2021重庆高考）（8分）定高气球是种气象气球，充气完成后，其容积变化可以忽略。现有容积为V1的某气罐装有温度为T1、压强为p1的氦气，将该气罐与未充气的某定高气球连通充气。当充气完成后达到平衡状态后，气罐和球内的温度均为T1，压强均为kp1，k为常数。然后将气球密封并释放升空至某预定高度，气球内气体视为理想气体，假设全过程无漏气。
①求密封时定高气球内气体的体积；
②若在该预定高度球内气体重新达到平衡状态时的温度为T2，求此时气体的压强。
【参考答案】①V1. ②
【名师解析】①设密封时定高气球内气体体积为V，由玻意耳定律，
p1V1=kp1（V1+V）
解得 V=V1.
②由查理定律，=，
解得p=
【最新模拟题精练】
1 .（2023山东烟台三模） 如图所示是小明同学所使用的一款能够显示水温的智能水杯，水杯的容积为480mL，盖上杯盖后可以将一定质量的空气密封在杯内。上课前该同学向保温杯中注入水温为的饮用水240mL，并盖紧杯盖。课间休息时，水温变成，这时小明打开杯盖喝掉一半的水，再盖上杯盖。设封入杯内的空气的温度很快跟杯内水温相同，忽略水蒸汽产生的压强以及对杯内空气体积影响，杯内气体可视为理想气体，大气压强为。则下列说法中正确的是（ ）

A. 水温变成，打开杯盖前气体的压强约为
B. 水温变成，打开杯盖前气体的压强约为
C. 前后两次盖上杯盖，保温杯内封入空气质量之比为
D. 前后两次盖上杯盖，保温杯内封入空气质量之比为
【参考答案】AC
【名师解析】
以杯内空气研究对象，初态
末态
根据等容变化
代入数据解得
故A正确，B错误；
CD．喝水前后可认为温度不变，喝水前水杯内空气的压强，体积V=240mL，喝水后水杯内空气的压强，体积V2=360mL，把喝水前空气体积折算成一个大气压下的体积V1，根据玻意耳定律有
p2V=p0V1
喝水前后保温杯内空气质量比
解得
故C正确，D错误。
2. （2023山东潍坊三模）. 如图所示，桶装水的容积为，为取水方便，在上面安装一个取水器。某次取水前桶内气体压强为，剩余水的体积为，水面距出水口的高度为。取水器每按压一次，向桶内打入压强为、体积为的空气。已知水桶的横截面积为，水的密度为，大气压强为，重力加速度为，取水过程中气体温度保持不变，则（ ）

A. 取水器至少按压1次，水才能从出水口流出
B. 取水器至少按压3次，水才能从出水口流出
C. 若要压出水，至少需按压16次
D. 若要压出水，至少需按压17次
【参考答案】D
【名师解析】
设取水器下压n次后，桶中的水才能从出水口流出。以原来桶中空气和打入的空气为研究对象，设开始时压强为，体积为，则
，
设桶中空气和打入的空气后来的体积，压强为，则
由玻意耳定律得
要使桶中水能从出水口流出，则有
联立各式解得
所以取水器至少按压2次后，桶中水才能从出水口流出。AB错误；
C D．水桶高度
装满水时，水面距离出水口高度
再压出4升水后桶内液面与出水口高度差为
则有
解得
由于外界温度保持不变，根据玻意耳定律有
其中
，，
解得
可知，若要再压出4升水，至少需按压17次。C错误，D正确。
。
3.(2023湖北天门考前冲刺) 如图所示为一超重报警装置示意图，高为L、横截面积为S、质量为m、导热性能良好的薄壁容器竖直倒置悬挂，容器内有一厚度不计、质量为m的活塞，稳定时正好封闭一段长度为的理想气柱。活塞可通过轻绳连接受监测重物，当活塞下降至位于离容器底部位置的预警传感器处时，系统可发出超重预警。已知初始时环境热力学温度为，大气压强为，重力加速度为g，不计摩擦阻力。
（1）求轻绳未连重物时封闭气体的压强；
（2）求刚好触发超重预警时所挂重物的质量M；
（3）在（2）条件下，若外界温度缓慢降低1%，气体内能减少，求气体向外界放出的热量Q。

【参考答案】（1）；（2）；（3）
【名师解析】
（1）轻绳未连重物时对活塞受力分析得
解得
（2）刚好触发超重预警时，对活塞受力分析得
由玻意耳定律得
解得
（3）由盖-吕萨克定律得
其中
解得
则
此过程外界对气体做的功为
由热力学第一定律有
可知
4．（9分）（2023武汉武昌区5月质检）
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？
【名师解析】
由理想气体状态方程，=
解得：V2=8.5×103mL
喷出的氧气 △V=V2-V1=7.5×103mL
由△V=Qt解得 t=150s
5.（10分(2023河北临考信息卷)为了方便监控高温锅炉外壁的温度变化，在紧贴锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的汽缸，汽缸内的气体温度可视为与锅炉外壁温度相等。汽缸开口竖直向上，用可自由滑动且质量为的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为。当汽缸内温度为27°C时，活塞与汽缸底间距为L，活塞上部距活塞L处有一用轻绳悬挂的重物A．当绳上拉力为零时，警报器会报警。已知缸外大气压强，活塞与器壁之间的摩擦可忽略，重力加速度g取10，摄氏温标与热力学温标的关系是K，求：
（1）当活塞刚刚碰到重物时，汽缸内气体的温度为多少摄氏度？
（2）若悬挂的重物质量，则汽缸内气体的温度要升高到多少摄氏度时警报器才会报警？
【参考答案】：（1）227°C （2）727°C
【名师解析】：（1）活塞在上升到刚刚碰到重物时，气体等压变化，根据盖一吕萨克定律有
（2分）
其中（1分）
V2=SL+23L（1分）
T1=27+273K=300K代入解得，则t2=227∘C（1分）
（2）当活塞上升使绳上拉力刚好为零时，此时汽缸内压强为，根据平衡条件有
p'S=p0S+m+Mg（1分）
从刚刚碰到重物到拉力刚好为零时，气体等容变化，根据查理定律有
pT2=p'T'（2分）
开始时有（1分）
联立解得T'=1000K，则t'=727∘C（1分）
6. （2023安徽江淮十校5月联考） 压力锅（也称高压锅）是二种常见的厨房锅具，其工作原理是通过增大气压来提升液体沸点，以达到加快烹煮食物效率的目的。如图为某燃气压力锅的结构简图，某厨师将食材放进锅内后合上密封锅盖，并将压力阀套于出气孔后开始加热烹煮。当锅内气体压强增大到一定程度时，气体就把压力阀顶起来，这时水蒸气就从排气孔向外排出。已知锅内的总容积为V0，食材占锅内总容积的，加热前锅内温度为T0，大气压强为p0= 1.0 × 105Pa。忽略加热过程水蒸气和食材（包括水）导致的气体体积变化，气体可视为理想气体，g取10m/s2。
（1）若T0= 293K，压力阀的质量为0.024kg，要使锅内温度达到393K，求排气孔的面积的最小值（保留一位有效数字）；
（2）高压锅内气体温度达到1.25T0后保持不变，打开出气孔稳定后，求高压锅内气体密度与打开前的比值。
【参考答案】（1）7 × 10-6m2；（2）
【名师解析】
（1）选锅内气体为研究对象，则有，初状态
T1= 293K，p1= 1.0 × 105Pa
末状态
T2= 393K
由查理定律得
代入数据有
p2= 1.34 × 105Pa
对限压阀受力分析可得
mg = p2S－p1S
联立解得
S = 7 × 10-6m2
（2）打开阀门前气体下强为p1′，体积为V1，气体密度ρ1，气体升温过程，由查理定律
,
、打开密封阀稳定后，气体压强等于大气压强为p0，气体密度为ρ2，此过程为等温变化，根据玻意耳定律可得 p1′V1= p0V2 ρ1V1= ρ2V2
解得
7. （2023长沙二模） 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，表中所示的是某柴油机的部分参数。柴油发动机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，现假定某气缸中封闭一定质量的理想气体，进行“狄塞尔循环”，在初始状态时，气体的体积、压强、温度为已知量，经过狄塞尔循环，由，气体在状态时的体积、气体在状态时的体积。试求：
（1）“压缩比”就是指发动机混合气体被压缩的程度，用压缩前的气体体积与压缩后的气体体积之比。过程，“压缩比”为15：1。气体在状态时柴油恰好自燃，求状态的压强。
（2）若过程中外界对气体做功为，过程中气体吸热为，过程中气体对外界做功为，求过程中气体对外界做功，并求出过程中封闭气体内能变化量。
【参考答案】（1）；（2）
【名师解析】
（1）过程，在初始状态时，气体的体积、压强、温度，“压缩比”为15：1，柴油自然点327℃，根据理想气体状态方程，可得
解得
（2）过程中外界对气体做功为，过程中气体吸热为Q，则气体对外界做功
过程中气体对外界做功为，由热力学第一定律，可知被封闭气体在从状态过程中其内能变化量
8. （2023湖北高考冲刺模拟） 由于夏日暴晒，一个容积为V0的氧气罐（认为容积不变）气体温度为47℃，仪表显示内部封闭气体压强为20p0（p0为1个标准大气压），现采取降温和缓慢放气两种措施同时进行，使罐内气体温度降为27℃，压强降为10p0，求氧气罐内剩余气体的质量与原来总质量的比值。
【参考答案】
【名师解析】
假设将放出的气体先收集起来，并保持压强、温度与氧气罐内相同，以全部气体为研究对象，初状态压强，温度，体积为V0 ；末状态压强，温度，体积为V2；由理想气体的状态方程有
解得
则剩余气体与原来气体质量比为
9. （2023长春三模） 气压式升降椅通过气缸上下运动来调节椅子升降，其简易结构如图甲所示，圆柱形气缸与椅面固定连接，柱状气缸杆与底座固定连接。可上下移动的气缸与气缸杆之间封闭一定质量的理想气体，设气缸气密性、导热性良好，忽略摩擦力。气体的压强和体积倒数的关系如图乙所示，升降椅无人坐时，气体的状态为A。某人缓慢坐在座椅上直到双脚离开地面，气体达到稳定状态B。然后打开空调调节室内温度，经过一段时间室内温度缓慢变化到设定温度，稳定后气体状态为C。最后人缓慢离开椅面，气体最终达到另一个稳定状态D。已知气缸的横截面积为S，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（ ）
A. 人的质量可表示为
B. 气体在状态A的温度高于状态D的温度
C. 气体从状态A到状态D，气体向外放出的热量大于外界对气体做的功
D. 气体在状态C比在状态A时单位时间内碰撞单位面积容器壁的分子数少
【参考答案】：BC
【名师解析】．升降椅无人坐时，气体的状态为A。某人缓慢坐在座椅上直到双脚离开地面，气体达到稳定状态B，根据
得，故A错误；
根据
图像与原点连线的斜率代表温度的大小，所以气体在状态A的温度高于状态D的温度，故B正确；
气体从状态A到状态D，体积减小，温度降低，外界对气体做功，气体内能减小，根据热力学第一定律，气体向外放出热量大于外界对气体做的功，故C正确；
状态C体积小，温度低，分子平均动能小，但是压强高，根据压强微观解释可知，在状态C比在状态A时单位时间内碰撞单位面积容器壁的分子数多，故D错误。
10. （2023河北张家口宣化一中二模） 农村常用来喷洒农药的压缩喷雾器结构如图所示，A的容积为7.5L，装入药液后，药液上方体积为1.5L，关闭阀门K，用打气筒B每次打进105Pa的空气250cm3。求：
（1）要使药液上方气体的压强为4×105Pa，打气筒活塞应打几次？
（2）当A中有4×105Pa的空气后，打开阀门K可喷洒药液，直到不能喷射时，喷射器剩余体积为多少的药液？
【参考答案】（1）18；（2）1.5L
【名师解析】
（1）以V总、V分别表示A的总容积和打气前药液上方的体积，p0表示打气前A容器内、外的气体压强，V0表示每次打入压强为p0的空气的体积，p1表示打n次后A容器内的气体压强。以A中原有空气和n次打入A中的全部气体作为研究对象，由玻意耳定律，可得
则有
（2）打开阀门K，直到药液不能喷洒，忽略喷管中药液产生的压强，则此时A容器内的气体压强应等于外界大气压强，以A容器内的气体作为研究对象，由玻意耳定律可得
所以药液不能喷洒时A容器内的气体体积
从而A容器内剩余药液的体积为
11. （2023辽宁省辽西联考）2021年11月7日，神舟十三号航天员翟志刚、王亚平先后从天和核心舱节点舱成功出舱执行任务，出舱时他们身着我国新一代“飞天”舱外航天服。舱外航天服内密封了一定质量的理想气体，用来提供适合人体生存的气压。航天服密闭气体的体积约为V1=4L，压强p1=1.0×105Pa，温度t1=27℃，航天员身着航天服，出舱前先从核心舱进入节点舱，然后封闭所有内部舱门，对节点舱泄压，直到节点舱压强和外面压强相等时才能打开舱门。
（1）节点舱气压降低到能打开舱门时，密闭航天服内气体体积膨胀到V2=6L，温度变为t2=－3℃，求此时航天服内气体压强p2；
（2）为便于舱外活动，当密闭航天服内气体温度变为t2=－3℃时，宇航员把航天服内的一部分气体缓慢放出，使气压降到p3=5.0×l04Pa。假设释放气体过程中温度不变，体积变为V3=4L，求航天服需要放出的气体与原来气体的质量之比。
【参考答案】（1）；（2）
【名师解析】
（1）对航天服内的密闭气体，初态温度为
末态温度为
由理想气体方程
此时航天服内气体压强为
（2）设航天服需要放出的气体在压强为p3状态下的体积为 ，根据玻意耳定律
得
则放出的气体与原来气体的质量之比为
12.（2023江苏南京市中华中学一模） 礼花喷射器通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷出，营造气氛。喷出礼花彩条的过程中，罐内气体（ ）
A. 内能减少
B. 分子热运动加剧
C. 由于来不及发生热传递，故温度保持不变
D. 礼花喷射器宜在高温干燥环境保存
【参考答案】A
【名师解析】
气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀
气体对外做功，热力学第一定律的表达式为
可知气体内能减少，温度降低，温度是分子平均动能的标志，则分子热运动减弱，故A正确，BC错误；
礼花喷射器在高温干燥环境保存，会导致气罐内压强过高，冲破气阀，产生危险，故D错误。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
额定功率
额定转速
压缩比
柴油自燃点