备战2025年高考二轮复习物理（广东版）专题分层突破练14 热学（Word版附解析）

这是一份备战2025年高考二轮复习物理（广东版）专题分层突破练14 热学（Word版附解析），共8页。试卷主要包含了玻璃瓶可作为测量水深的简易装置等内容，欢迎下载使用。

基础巩固
1.(2024广东佛山二模)如图是一种儿童玩具“吡叭筒”,由竹筒和木棍组成,在竹筒的前后两端分别装上“叭子”(树果子或打湿的小纸团)。叭子密封竹筒里面的空气,迅速推动木棍,前端的叭子便会从筒口射出。则迅速推动木棍过程中(叭子尚未射出),竹筒中被密封的气体( )
A.压强增大
B.温度不变
C.内能不变
D.每个分子的动能都增加
答案 A
解析 迅速推动木棍过程中,竹筒中被密封的气体体积减小,则压强增大,外界对气体做正功,W>0,由于该过程气体与外界无热交换,则Q=0,根据热力学第一定律可知,ΔU>0,气体内能增加,温度升高,分子平均动能增加,但不是每个分子的动能都增加,故选A。
2.(2024山东淄博一模)图甲、乙是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片,记录炭粒位置的时间间隔均为30 s,两方格纸每格表示的长度相同。比较两张图片可知( )
A.图中连线是炭粒的运动径迹
B.炭粒的位置变化是分子间斥力作用的结果
C.若水温相同,甲中炭粒的颗粒较大
D.若炭粒大小相同,甲中水分子的热运动较剧烈
答案 C
解析 图中连线不是炭粒的运动径迹,A错误;炭粒的位置变化是水分子的撞击不平衡产生的结果,B错误;若水温相同,较大炭粒的布朗运动的剧烈程度较弱,炭粒在30 s始、末时刻所在位置连线的距离较短,故甲中炭粒的颗粒较大,C正确;若炭粒大小相同,温度越高分子的热运动越剧烈,做布朗运动的炭粒运动也越剧烈,故乙中水分子的热运动较剧烈,D错误。
3.恒温鱼缸中,鱼吐出的气泡在缓慢上升,能反映气泡上升过程压强p、体积V和温度T变化的图像是( )
答案 A
解析 由于是恒温鱼缸,可知气体温度T保持不变,气泡上升过程气体压强p逐渐减小,根据玻意耳定律pV=C,可得p=C·1V,可知气体体积V逐渐增大,p与体积的倒数1V成正比。故选A。
4.(多选)(2024广东惠州一模)压缩空气储能系统能将压缩空气产生的热能储存起来,发电时让压缩的空气推动发电机工作,这种方式能提升压缩空气储能系统的效率,若该系统始终与外界绝热,空气可视为理想气体。对于上述过程的理解正确的是( )
A.压缩空气过程中,组成空气的气体分子平均动能不变
B.压缩空气过程中,空气温度升高,内能增大
C.该方式能够将压缩空气储能的效率提升到100%
D.压缩的空气在推动发电机工作的过程中,空气对外做功,压强减小
答案 BD
解析 压缩空气过程中,外界对气体做正功,系统与外界绝热,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,气体内能增大,温度升高,组成空气的气体分子平均动能增大,故A错误,B正确;由热力学第二定律可知,压缩空气储能的效率不能提升到100%,故C错误;压缩的空气在推动发电机工作的过程中,气体膨胀,体积变大,对外做功,系统与外界绝热,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,气体内能减小,温度降低,由pVT=C可知压强减小,故D正确。
5.(2023江苏卷)如图所示,密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中( )
A.气体分子的数密度增大
B.气体分子的平均动能增大
C.单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D.单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
答案 B
解析 气体发生等容变化,故气体分子的数密度不变,选项A错误;气体温度升高,故气体分子的平均动能增大,选项B正确;气体压强增大,故单位时间内气体分子对单位面积的作用力增大,选项C错误;由于气体分子的平均动能增大,气体体积不变,故单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数增大,选项D错误。
6.(多选)(2024新课标卷)如图所示,一定量理想气体的循环由下面4个过程组成:1→2为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量),2→3为等压过程,3→4为绝热过程,4→1为等容过程。上述4个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是( )
A.1→2过程中,气体内能增加
B.2→3过程中,气体向外放热
C.3→4过程中,气体内能不变
D.4→1过程中,气体向外放热
答案 AD
解析 本题考查热学图像问题。1→2过程中,气体绝热压缩,外界对气体做功,内能增加,选项A正确。2→3过程中,气体等压膨胀,对外做功,温度升高,根据热力学第一定律可知,气体吸热,选项B错误。3→4过程中,气体绝热膨胀,内能减小,选项C错误。4→1过程中,气体体积不变,压强减小,温度降低,内能减小,根据热力学第一定律可知,气体放热,选项D正确。
7.(10分)(2024安徽卷)某人驾驶汽车从北京到哈尔滨,在哈尔滨发现汽车的某个轮胎内气体的压强有所下降(假设轮胎内气体的体积不变,且没有漏气,可视为理想气体)。于是在哈尔滨给该轮胎充入压强与大气压相同的空气,使其内部气体的压强恢复到出发时的压强(假设充气过程中,轮胎内气体的温度与环境温度相同,且保持不变)。已知该轮胎内气体的体积V0=30 L,从北京出发时,该轮胎内气体的温度t1=-3 ℃,压强p1=2.7×105 Pa。哈尔滨的环境温度t2=-23 ℃,大气压强p0取1.0×105 Pa。求:
(1)在哈尔滨时,充气前该轮胎内气体的压强。
(2)充进该轮胎的空气体积。
答案 (1)2.5×105 Pa
(2)6 L
解析 (1)由查理定律可知p1T1=p2T2
其中p1=2.7×105 Pa,T1=(273-3) K=270 K,T2=(273-23) K=250 K
代入数据解得,在哈尔滨时,充气前该轮胎内气体的压强为p2=2.5×105 Pa。
(2)由玻意耳定律可知p2V0+p0V=p1V0
代入数据解得,充进该轮胎的空气体积为V=6 L。
8.(12分)(2022广东卷)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80 mL水装入容积为380 mL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230 mL。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p0取1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,水的密度ρ取1.0×103 kg/m3。求水底的压强p和水的深度h。
答案 2.0×105 Pa 10 m
解析 对瓶中所封的气体,由玻意耳定律可知p0V0=pV
解得p=p0V0V=1.0×105 Pa×380cm3-80cm3380cm3-230cm3=2.0×105 Pa
根据p=p0+ρgh
解得h=10 m。
综合提升
9.(多选)(2024河北卷)如图所示,水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左、右两部分,左侧封闭一定质量的理想气体,右侧为真空,活塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度,弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间,后因活塞密封不严发生缓慢移动,活塞重新静止后( )
A.弹簧恢复至自然长度
B.活塞两侧气体质量相等
C.与初始时相比,汽缸内气体的内能增加
D.与初始时相比,活塞左侧单位体积内气体分子数减少
答案 ACD
解析 开始弹簧处于压缩状态,因活塞密封不严,可知左侧气体向右侧漏出,左侧气体压强变小,右侧出现气体,对活塞有向左的压力,最终左、右两侧气体压强相等,且弹簧恢复原长,故A正确;活塞初始时静止在汽缸正中间,但由于活塞向左移动,左侧气体体积小于右侧气体体积,因此左侧气体质量小于右侧气体质量,故B错误;由于密闭的汽缸绝热,与外界没有能量交换,但弹簧弹性势能减少了,可知气体的内能增加,故C正确;初始时气体在左侧,最终气体充满整个汽缸,则初始左侧单位体积内气体分子数应该是最终左侧的两倍,故D正确。
10.(多选)(2023山东卷)一定质量的理想气体,初始温度为300 K,压强为1×105 Pa。经等容过程,该气体吸收400 J的热量后温度上升100 K;若经等压过程,需要吸收600 J的热量才能使气体温度上升100 K。下列说法正确的是( )
A.初始状态下,气体的体积为6 L
B.等压过程中,气体对外做功400 J
C.等压过程中,气体体积增加了原体积的14
D.两个过程中,气体的内能增加量都为400 J
答案 AD
解析 理想气体的内能只和温度有关,等容过程ΔU=400 J,故两个过程内能增加量都为400 J,选项D正确;等压过程Q=600 J,根据ΔU=W+Q,可得W=-200 J,选项B错误;等压过程中,-W=pΔV,解得ΔV=2×10-3 m3=2 L,根据V0T0=ΔVΔT,ΔV=13V0,解得V0=6 L,选项A正确,C错误。
11.(2024广东开学考试)肺活量是指在标准大气压p0下,人最大吸气后尽力呼气时呼出气体的体积,是衡量心肺功能的重要指标。如图为某同学自行设计的肺活量测量装置,体积为V0的空腔通过细管分别与吹气口和外部玻璃管密封连接,忽略细管和玻璃管的体积,玻璃管内装有密度为ρ的液体用来封闭气体。测量肺活量时,被测者尽力吸足空气,通过吹气口将肺部的空气尽力吹入空腔中,若此时玻璃管两侧的液面高度差为h,大气压强为p0保持不变,重力加速度为g,忽略气体温度的变化,则人的肺活量为( )
A.ρgh+2p0p0V0B.ρgh+p0p0V0
C.ρghp0V0D.ρgh-p0p0V0
答案 C
解析 设人的肺活量为V,将空腔中的气体和人肺部的气体一起研究,初状态p1=p0,V1=V0+V,末状态V2=V0,根据压强关系有p2=p0+ρgh,根据玻意耳定律有p1V1=p2V2,联立解得V=ρghp0V0,故选C。
12.(12分)(2023浙江1月选考)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过程中从外界吸收的热量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VATA=VBTB
解得TB=VBVATA=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pBTB=pCTC
解得pC=TCTBpB=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
W=pBSd=30 J
由热力学第一定律有
ΔU=-W+Q
解得Q=ΔU+W=188 J。
13.(12分)(2024湖南卷)一个充有空气的薄壁气球,气球内气体压强为p、体积为V。气球内空气可视为理想气体。
(1)若将气球内气体等温膨胀至大气压强p0,求此时气体的体积V0(用p0、p和V表示);
(2)小赞同学想测量该气球内气体体积V的大小,但身边仅有一个电子天平。将气球置于电子天平上,示数为m=8.66×10-3 kg(此时须考虑空气浮力对该示数的影响)。小赞同学查阅资料发现,此时气球内气体压强p和体积V还满足:(p-p0)(V-VB0)=C,其中p0=1.0×105 Pa为大气压强,VB0=0.5×10-3 m3为气球无张力时的最大容积,C=18 J为常数。已知该气球自身质量为m0=8.40×10-3 kg,外界空气密度为ρ0=1.3 kg/m3,求气球内气体体积V的大小。
答案 (1)pVp0 (2)5×10-3 m3
解析 本题考查气体实验定律。
(1)根据玻意耳定律有pV=p0V0
解得V0=pVp0。
(2)设气球内气体质量为m气,则m气=ρV
根据阿基米德原理,气球受到的浮力为ρ0gV
对气球进行受力分析如图所示
根据气球的受力分析有mg+ρ0gV=m气g+m0g
第(1)问中,气体等温变化时,气体质量不变,有m气=ρV=ρ0V0
又因为pV=p0V0可得pρ=p0ρ0
结合题中p和V满足的关系为(p-p0)(V-VB0)=C
解得V=5×10-3 m3。