2020高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題十二 熱學(xué)對對練（含解析）

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1、熱學(xué) 2020年高考必備 2015年 2016年 2017年 2018年 2019年 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 考點(diǎn)一 分子動理論　內(nèi)能　固體、液體 33(1) 33(1) 33(1) 33(1) 33(1) 33(1) 考點(diǎn)二 氣體　熱力學(xué)定律 33(2) 33(2) 33(1) (2) 33(1) (2) 33(1) (2) 33(2) 33(1) (2) 33(1) (2) 33(1) (2) 33(2)

2、33(1) (2) 33(1) (2) 33(1) (2) 33(2) 考點(diǎn)一　分子動理論　內(nèi)能　固體、液體 命題角度1分子動理論　內(nèi)能　固體、液體　 高考真題體驗(yàn)·對方向 1.〔2018全國Ⅱ·33(1)〕對于實(shí)際的氣體,下列說法正確的是　　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.氣體的內(nèi)能包括氣體分子的重力勢能 B.氣體的內(nèi)能包括氣體分子之間相互作用的勢能 C.氣體的內(nèi)能包括氣體整體運(yùn)動的動能 D.氣體的體積變化時,其內(nèi)能可能不變 E.氣體的內(nèi)能包括氣體分子熱運(yùn)動的動能 答案BDE 解析氣體的內(nèi)能是指所有氣體分子熱運(yùn)動的動能和相互作用的勢能之和,不包括分子

3、的重力勢能和氣體整體運(yùn)動的動能,選項(xiàng)A、C錯誤,B、E正確;氣體體積變化時,其分子勢能可能增加、可能減小,而分子的動能可能增加、可能減小,其內(nèi)能可能不變,選項(xiàng)D正確. 2.〔2015全國Ⅰ·33(1)〕下列說法正確的是　　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒是非晶體 B.固體可以分為晶體和非晶體兩類,有些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì) C.由同種元素構(gòu)成的固體,可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體 D.在合適的條件下,某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫w E.在熔化過程中,晶體要吸收熱量,但溫度保持不變,內(nèi)能也保持不變 答案BC

4、D 解析晶體敲碎后,得到的小顆粒仍為晶體,選項(xiàng)A錯誤;某些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì),選項(xiàng)B正確;同種元素構(gòu)成的固體,可形成不同的晶體,比如金剛石和石墨,選項(xiàng)C正確;在合適條件下,某些晶體和非晶體可相互轉(zhuǎn)變,選項(xiàng)D正確;晶體在熔化過程中,溫度不變,內(nèi)能增加,選項(xiàng)E錯誤. 3.〔2015全國Ⅱ·33(1)〕關(guān)于擴(kuò)散現(xiàn)象,下列說法正確的是　　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.溫度越高,擴(kuò)散進(jìn)行得越快 B.擴(kuò)散現(xiàn)象是不同物質(zhì)間的一種化學(xué)反應(yīng) C.擴(kuò)散現(xiàn)象是由物質(zhì)分子無規(guī)則運(yùn)動產(chǎn)生的 D.擴(kuò)散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生 E.液體中的擴(kuò)散現(xiàn)象是由于液體的對流形成的 答案ACD

5、 解析擴(kuò)散現(xiàn)象是固體、液體或氣體分子永不停息做無規(guī)則運(yùn)動所致,其劇烈程度與溫度有關(guān),擴(kuò)散現(xiàn)象不是化學(xué)反應(yīng),A、C、D項(xiàng)正確而B、E項(xiàng)錯誤. 1.分子勢能、分子力與分子間距離的關(guān)系 2.把握定量估算方法 (1)微觀量的估算應(yīng)利用阿伏加德羅常數(shù)的橋梁作用,依據(jù)分子數(shù)N與摩爾數(shù)n之間的關(guān)系N=nNA,并結(jié)合密度公式進(jìn)行分析計(jì)算. (2)注意建立正方體分子模型或球體分子模型. (3)對液體、固體物質(zhì)可忽略分子之間的間隙;對氣體物質(zhì),分子之間的距離遠(yuǎn)大于分子的大小,氣體的摩爾體積與阿伏加德羅常數(shù)的比值不等于氣體分子的體積,僅表示一個氣體分子平均占據(jù)的空間大小. 典題演練提能·刷高

6、分 1.(2019山東濰坊二模)關(guān)于固體、液體的性質(zhì),下列說法正確的是　　　　(填正確答案的標(biāo)號).? A.非晶體不可能轉(zhuǎn)化為晶體 B.單晶體有確定的熔點(diǎn),多晶體沒有確定的熔點(diǎn) C.彩色液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)各向異性的特點(diǎn) D.玻璃管的裂口放在火焰上燒熔,其尖端變鈍,這是由于液體表面張力的作用 E.唐詩《觀荷葉露珠》中有“霏微曉露成珠顆”,詩中荷葉和露水表現(xiàn)為不浸潤 答案CDE 解析有的非晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為晶體,則A錯誤;單晶體和多晶體都有確定的熔點(diǎn),選項(xiàng)B錯誤;彩色液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)各向異性的特點(diǎn),選項(xiàng)C正確;玻璃管的裂口放在火焰上燒熔,其尖端變鈍,這是由

7、于液體表面張力的作用,選項(xiàng)D正確;唐詩《觀荷葉露珠》中有“霏微曉露成珠顆”,詩中荷葉和露水表現(xiàn)為不浸潤,選項(xiàng)E正確. 2.(多選)(2019重慶模擬)關(guān)于固體和液體,下列說法正確的是　　　　(填正確答案的標(biāo)號).? A.晶體一定有確定的熔點(diǎn) B.晶體一定有確定的幾何形狀 C.有些非晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為晶體 D.所有物質(zhì)都具有液晶態(tài) E.在液體表面任意畫一條線,線兩側(cè)的液體間的作用力是引力 答案ACE 解析晶體有確定的熔點(diǎn),故A正確;單晶體有一定幾何形狀,多晶體沒有確定的幾何形狀,故B錯誤;晶體和非晶體區(qū)別在于內(nèi)部分子排列,有些通過外界干預(yù)可以相互轉(zhuǎn)化,如把晶體硫加熱熔化(

8、溫度超過300 ℃)再倒進(jìn)冷水中,會變成柔軟的非晶硫,再過一段時間又會轉(zhuǎn)化為晶體硫,故C正確;并不是所有物質(zhì)都具有液晶態(tài),故D錯誤;液體表面層分子距離大于液體內(nèi)部分子距離,在液體表面任意畫一條線,線兩側(cè)的液體間的作用力是引力,故E正確.故選ACE. 3.下列說法正確的是　　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.熱量能夠自發(fā)地從內(nèi)能多的物體傳遞到內(nèi)能少的物體 B.同一時刻,教室內(nèi)空氣中氮?dú)夂脱鯕獾姆肿悠骄鶆幽苁窍嗤? C.當(dāng)水中兩個水分子間的分子力為零時,它們具有的分子勢能一定最小 D.液體表面層分子間距離小于液體內(nèi)部分子間距離,所以液體表面存在表面張力 E.在合適的條件下,某些晶體可以轉(zhuǎn)

9、化為非晶體,某些非晶體也可以轉(zhuǎn)化為晶體 答案BCE 解析熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體,選項(xiàng)A錯誤;同一時刻,教室內(nèi)空氣中氮?dú)夂脱鯕庖驗(yàn)闇囟认嗤?則分子平均動能是相同的,選項(xiàng)B正確;當(dāng)水中兩個水分子間的分子力為零時,它們具有的分子勢能一定最小,選項(xiàng)C正確;液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離,所以液體表面存在表面張力,選項(xiàng)D錯誤;在合適的條件下,某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫w,例如天然石英是晶體,熔融過的石英卻是非晶體.把晶體硫加熱熔化(溫度超過300 ℃)再倒進(jìn)冷水中,會變成柔軟的非晶硫,再過一段時間又會轉(zhuǎn)化為晶體硫,故E正確.故選BCE. 4.下列

10、說法正確的是　　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.荷葉上面的小水珠呈球形的主要原因是有液體表面張力 B.晶體凝固時放出熱量,但分子平均動能不變 C.氣體如果失去容器的約束就會散開,這是因?yàn)闅怏w分子之間存在斥力的緣故 D.一定質(zhì)量的理想氣體分別經(jīng)等容過程和等壓過程,溫度均由T1升高到T2,則等容過程比等壓過程吸收的熱量少 E.一個絕熱容器中盛有氣體,假設(shè)把氣體中分子速率很大的,如大于vm的分子全部取走,則氣體的溫度會下降,此后氣體中不存在速率大于vm的分子 答案ABD 解析表面張力有使液體的表面積最小化的趨勢,故荷葉上面的小水珠呈球形的主要原因是有液體表面張力,A正確;晶體凝固時溫度

11、不變,所以分子平均動能不變,B正確;氣體如果失去容器的約束就會散開,這是因?yàn)榉肿釉谧鰺o規(guī)則運(yùn)動的原因,C錯誤;一定質(zhì)量的理想氣體分別經(jīng)等容過程和等壓過程,溫度均由T1升高到T2,內(nèi)能增量ΔU相同,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,等容過程Q=ΔU,等壓過程吸收的熱量Q=ΔU-W,而等壓過程氣體對外做功W<0,所以等容過程比等壓過程吸收的熱量少,D正確;取走vm的分子后,由于碰撞等原因,仍然會出現(xiàn)速率大于vm的分子,E錯誤. 5.下列說法正確的是　　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.零攝氏度的物體的內(nèi)能為零 B.氣體如果失去了容器的約束會散開,這是因?yàn)闅怏w分子熱運(yùn)動的結(jié)果 C.溫度相同的氧氣和臭氧氣體,

12、分子平均動能相同 D.理想氣體,分子之間的引力、斥力依然同時存在,且分子力表現(xiàn)為斥力 E.浸潤現(xiàn)象是分子間作用力引起的 答案BCE 解析一切物體都有內(nèi)能,故A錯;氣體如果失去了容器的約束會散開,這是因?yàn)闅怏w分子熱運(yùn)動的結(jié)果,故B正確;溫度是平均動能的標(biāo)志,所以溫度相同的氧氣和臭氧氣體,分子平均動能相同,故C正確;理想氣體忽略分子間作用力,分子力為零,故D錯誤;浸潤現(xiàn)象是分子間作用力引起的,與分子力有關(guān),故E正確. 6.關(guān)于熱現(xiàn)象,下列說法正確的是　　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.兩個鄰近的分子之間同時存在著引力和斥力,引力和斥力都隨著分子間的距離的增大而減小 B.液晶像液體一樣

13、具有流動性,其光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似,具有各向同性 C.處于失重狀態(tài)的宇宙飛船中,由于消除了重力的影響,一大滴水銀的表面將收縮為球面,水銀滴成為球形 D.液面上部的蒸汽達(dá)到飽和時,就沒有液體分子從液面飛出,所以從宏觀上來看液體不再蒸發(fā) E.熱量可以自發(fā)地從高溫物體向低溫物體傳遞,但要從低溫物體向高溫物體傳遞,必須有第三者的介入 答案ACE 解析兩個鄰近的分子之間同時存在著引力和斥力,引力和斥力都隨著分子間的距離的增大而減小,選項(xiàng)A正確;液晶像液體一樣具有流動性,其光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似,具有各向異性,選項(xiàng)B錯誤;處于失重狀態(tài)的宇宙飛船中,由于消除了重力的影響,一大滴水銀的表面將收縮為

14、球面,水銀滴成為球形,選項(xiàng)C正確;液面上部的蒸汽達(dá)到飽和時,液體分子從液面飛出,同時有分子進(jìn)入液體中,從宏觀上看,液體不再蒸發(fā),故D錯誤;熱量可以自發(fā)地從高溫物體向低溫物體傳遞,但要從低溫物體向高溫物體傳遞,必須有第三者的介入,選項(xiàng)E正確.故選ACE. 7.下列說法中正確的是　　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.溫度、壓力、電磁作用可以改變液晶的光學(xué)性質(zhì) B.大顆粒的鹽磨成了細(xì)鹽,就變成了非晶體 C.空氣的相對濕度定義為空氣中所含水蒸氣壓強(qiáng)與同溫度水的飽和蒸汽壓的比值 D.分子質(zhì)量不同的兩種氣體,溫度相同時其分子的平均動能相同 E.理論上,第二類永動機(jī)并不違背能量守恒定律,所以隨著人

15、類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,第二類永動機(jī)是有可能研制成功的 答案ACD 解析溫度、壓力、電磁作用可以改變液晶的光學(xué)性質(zhì),選項(xiàng)A正確;大顆粒的鹽磨成了細(xì)鹽,不改變晶體的結(jié)構(gòu),故還是晶體,選項(xiàng)B錯誤;空氣的絕對濕度是指大氣中水蒸氣的實(shí)際壓強(qiáng);空氣的相對濕度定義為空氣中所含水蒸氣壓強(qiáng)與同溫度水的飽和蒸汽壓的比值,選項(xiàng)C正確;溫度是分子平均動能的標(biāo)志,故分子質(zhì)量不同的兩種氣體,溫度相同時其分子的平均動能相同,選項(xiàng)D正確;第二類永動機(jī)并不違背能量守恒定律,但是違背熱力學(xué)第二定律,所以隨著人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,第二類永動機(jī)也不可能研制成功,選項(xiàng)E錯誤.故選ACD. 命題角度2用油膜法估測分子的大小　 高考真題

16、體驗(yàn)·對方向 　〔2019全國Ⅲ·33(1)〕用油膜法估算分子大小的實(shí)驗(yàn)中,首先需將純油酸稀釋成一定濃度的油酸酒精溶液,稀釋的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.實(shí)驗(yàn)中為了測量出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積,可以　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　.? 為得到油酸分子的直徑,還需測量的物理量是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　.? 答案使油酸在淺盤的水面上容易形成一塊單分子層油膜　把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,測出1 mL油酸酒精溶液的滴數(shù),得到一滴溶液中純油酸的體積　單分子層油膜的面積 解析稀釋后,油酸在淺

17、盤的水面上更容易形成一塊單分子層油膜.把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,測出1 mL油酸酒精溶液的滴數(shù)n,得到一滴油酸酒精溶液的體積1mLn,之后根據(jù)濃度求出一滴溶液中純油酸的體積.根據(jù)公式d=VS可知,還需要測單分子層油膜的面積S. 典題演練提能·刷高分 1.(2019河北石家莊模擬)在“用油膜法估測分子大小”的實(shí)驗(yàn)中,已知油酸的摩爾質(zhì)量M=0.3 kg·mol-1,密度ρ=0.9×103 kg·m-3,則油酸的分子直徑約為　　　　　 m.將2 cm3的油酸溶于酒精,制成400 cm3的油酸酒精溶液,已知2 cm3溶液有100滴,則1滴油酸酒精溶液滴到水面上,隨著酒精溶于水,油酸在水

18、面上形成的最大面積約為　　　　　 m2.(取NA=6×1023 mol-1,結(jié)果保留一位有效數(shù)字)? 答案1×10-9　0.1 解析油酸的摩爾體積Vmol=Mρ,一個油酸分子的體積V=VmolNA,已知V=43πD23,油酸的分子直徑D=36MπρNA,代入數(shù)值解得D≈1×10-9 m,1滴油酸酒精溶液中含有的油酸體積V1=2400×2100 cm3=1×10-10 m3,最大面積S=V1D,解得S=0.1 m2. 2.(2019北京東城二模)已知銅的摩爾質(zhì)量為M,銅的密度為ρ,阿伏加德羅常數(shù)為NA,下列說法正確的是(　　) A.1個銅原子的質(zhì)量為NAM B.1個銅原子的質(zhì)量為MNA

19、 C.1個銅原子所占的體積為MNAρ D.1個銅原子所占的體積為ρMNA 答案B 解析一個銅原子的質(zhì)量為MNA,故A錯,B正確;一個銅原子所占的體積為MρNA,故CD錯.故選B. 3.物體是由大量分子組成的,分子非常微小,在“用油膜法估測分子大小”的實(shí)驗(yàn)中,利用許多不溶性的長鏈脂肪酸在適當(dāng)溶劑的幫助下能在水面上鋪開,會形成厚度為一個分子的表面膜的特性,將微觀量的測量轉(zhuǎn)化為宏觀量的測量. (1)實(shí)驗(yàn)中,如果油酸酒精溶液體積濃度為b,N滴油酸酒精溶液的總體積為V,如果1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積為S,則估算油酸分子直徑大小的表達(dá)式為d=　　　　.? (2)實(shí)驗(yàn)中,把玻璃板蓋

20、在淺盤上描出油酸膜的輪廓,如圖所示,圖中正方形小方格的邊長為1 cm,則油酸膜的面積是　　　　 cm2.? 答案VbNS　60 解析一滴油酸酒精溶液中油酸的體積為VbN,所以分子直徑d=VbNS.根據(jù)大于半格的算1格,小于半格的舍去,總共60格,即60 cm2. 考點(diǎn)二　氣體　熱力學(xué)定律 命題角度1熱力學(xué)定律　 高考真題體驗(yàn)·對方向 1.〔2019全國Ⅰ·33(1)〕某容器中的空氣被光滑活塞封住,容器和活塞絕熱性能良好.空氣可視為理想氣體.初始時容器中空氣的溫度與外界相同,壓強(qiáng)大于外界壓強(qiáng).現(xiàn)使活塞緩慢移動,直至容器中的空氣壓強(qiáng)與外界壓強(qiáng)相同.此時,容器中空氣的溫度　　　　

21、　(填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度,容器中空氣的密度　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度.? 答案低于　大于 解析根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,容器中的空氣無熱傳遞、做負(fù)功,內(nèi)能必減少,容器中空氣的溫度降低,低于外界溫度. 壓強(qiáng)取決于分子密集程度與溫度,同樣的壓強(qiáng),溫度低的空氣,分子密集程度大,密度大. 2.〔2018全國Ⅰ·33(1)〕如圖,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷過程①、②、③、④到達(dá)狀態(tài)e,對此氣體,下列說法正確的是　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.過程①中氣體的壓強(qiáng)逐漸減小 B.過程②中氣體對外界做正功 C.過程④中氣體從外界吸收了熱量

22、 D.狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等 E.狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小 答案BDE 解析過程①是等容變化,溫度升高,壓強(qiáng)增大,故A項(xiàng)錯誤;過程②中,體積增大,氣體對外做功,故B項(xiàng)正確;過程④是等容變化,溫度降低,放出熱量,故C項(xiàng)錯誤;過程③是等溫變化,溫度不變,故狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等,故D項(xiàng)正確;E項(xiàng),由理想氣體方程可知pVT為定值,狀態(tài)d相對于狀態(tài)b,V和T均增大,故p應(yīng)減小,故E項(xiàng)正確. 3.〔2018全國Ⅲ·33(1)〕 如圖,一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,其過程如p-V圖中從a到b的直線所示.在此過程中　　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.氣體溫度一直降低 B.氣體內(nèi)能

23、一直增加 C.氣體一直對外做功 D.氣體一直從外界吸熱 E.氣體吸收的熱量一直全部用于對外做功 答案BCD 解析根據(jù)理想氣體方程pVT=C,氣體的壓強(qiáng)和體積都增加,所以氣體溫度升高,內(nèi)能增加,A錯、B對;氣體的體積增大,氣體對外做功,C對;根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,其中ΔU>0,W<0,所以Q>0,從外界吸收熱量,D對;氣體吸收的熱量,一部分對外做功,另一部分增加了氣體的內(nèi)能,E錯. 4. 〔2017全國Ⅱ·33(1)〕如圖,用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分,隔板左側(cè)充有理想氣體,隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空.現(xiàn)將隔板抽開,氣體會自發(fā)擴(kuò)散至整個汽缸.待氣體達(dá)到穩(wěn)定后,緩慢推

24、壓活塞,將氣體壓回到原來的體積.假設(shè)整個系統(tǒng)不漏氣.下列說法正確的是　　　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同 B.氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大 C.在自發(fā)擴(kuò)散過程中,氣體對外界做功 D.氣體在被壓縮的過程中,外界對氣體做功 E.氣體在被壓縮的過程中,氣體分子的平均動能不變 答案ABD 解析由于隔板右側(cè)是真空,隔板抽開后,氣體自發(fā)擴(kuò)散至整個汽缸,并不做功也沒有熱量交換,所以自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同,故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)C錯誤;氣體被壓縮過程中,外界對氣體做功,沒有熱量交換,根據(jù)ΔU=W+Q,氣體的內(nèi)能增大,故選項(xiàng)B、D正確;氣體被壓縮過程中,溫度升高,分子平均動能增

25、大,故選項(xiàng)E錯誤. 5. 〔2017全國Ⅲ·33(1)〕如圖,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā),經(jīng)過等容過程ab到達(dá)狀態(tài)b,再經(jīng)過等溫過程bc到達(dá)狀態(tài)c,最后經(jīng)等壓過程ca回到狀態(tài)a.下列說法正確的是　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.在過程ab中氣體的內(nèi)能增加 B.在過程ca中外界對氣體做功 C.在過程ab中氣體對外界做功 D.在過程bc中氣體從外界吸收熱量 E.在過程ca中氣體從外界吸收熱量 答案ABD 解析在過程ab中,氣體體積不變,壓強(qiáng)變大,根據(jù)pVT=C知,氣體溫度升高,則內(nèi)能增加,A正確;在過程ca中,氣體體積減小,外界對氣體做功,B正確;在過程ab中,氣體體積不

26、變,氣體不對外做功,外界也不對氣體做功,C錯;在過程bc中,氣體進(jìn)行的是等溫變化,ΔU=0,氣體體積變大,對外做功,W<0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,故Q>0氣體從外界吸收熱量,D正確;根據(jù)pVT=C知,在過程ca中,氣體溫度降低,則ΔU<0,而外界對氣體做功,W>0,故一定有Q<0,氣體放熱,E錯. 1.應(yīng)用熱力學(xué)第一定律應(yīng)注意的問題 (1)熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(nèi)能的過程是等效的,而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系. (2)對公式ΔU=Q+W符號的規(guī)定 符號 W Q ΔU + 外界對物體做功 物體吸收熱量 內(nèi)能

27、增加 - 物體對外界做功 物體放出熱量 內(nèi)能減少 (3)三種特殊情況 ①若過程是絕熱的,則Q=0,W=ΔU,外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量. ②若過程中不做功,即W=0,則Q=ΔU,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量. ③若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即ΔU=0,則W+Q=0或W=-Q.外界對物體做的功等于物體放出的熱量. 特別提醒:對理想氣體,ΔU僅由溫度決定,W僅由體積決定,絕熱情況下,Q=0. 2.熱力學(xué)第二定律的理解應(yīng)用 高溫 物體低溫 物體 功熱量 氣體體 積V1氣體體積 V2(較大) 不同氣體 A和B混合氣 體A、B 典題演練提

28、能·刷高分 1.(2019山西二模)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷ab、be、cd、de四個過程到達(dá)狀態(tài)e,其中ba的延長線經(jīng)過原點(diǎn),bc連線與橫軸平行,de連線與縱軸平行.下列說法正確的是　　　　.(填正確答案的標(biāo)號)? A.ab過程中氣體從外界吸熱 B.bc過程中氣體內(nèi)能不變 C.cd過程中氣體從外界吸熱 D.de過程中外界對氣體做功 E.狀態(tài)a的氣體體積比狀態(tài)d的氣體體積小 答案ACE 解析由理想氣體狀態(tài)方程:pVT=C,圖線斜率代表體積的倒數(shù),ab過程中圖線斜率不變,故氣體的體積不變,不做功,又溫度升高,內(nèi)能增大,由W+Q=ΔU,故A正確;bc過程為

29、等壓過程,熱力學(xué)溫度升高,氣體體積增大,內(nèi)能增大,故B錯誤;cd過程pT減小,則氣體體積增大,氣體對外做功,氣體溫度升高內(nèi)能增大,由熱力學(xué)第一定律W+Q=ΔU可知,Q為正值,即氣體要從外界吸熱,故C正確;de段為等溫過程,壓強(qiáng)降低,氣體體積增大,對外做功,D錯誤;由于圖線斜率代表體積的倒數(shù),由圖可知,Oa的斜率大于Od的斜率,則狀態(tài)a的體積小于狀態(tài)d的體積,故E正確. 2.(多選)(2019江西南昌模擬)下列敘述和熱力學(xué)定律相關(guān),其中正確的是(　　) A.第一類永動機(jī)不可能制成,是因?yàn)檫`背了能量守恒定律 B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界,違背了熱力學(xué)第二定律 C.能

30、量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性 D.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功,且不產(chǎn)生其他影響 答案AC 解析第一類永動機(jī)不消耗能量卻源源不斷對外做功,違背了能量守恒定律,所以不可能制成,A正確;電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界,是壓縮機(jī)做功的結(jié)果,不違背熱力學(xué)第二定律,B錯誤;能量耗散說明宏觀熱現(xiàn)象的發(fā)生具有方向性,C正確;物體從單一熱源吸收熱量可以全部用于做功,但一定引起其他影響,D錯誤. 3. 如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,再由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C,最后由狀態(tài)C變化到狀態(tài)A.氣體完成這個循環(huán),內(nèi)能的變化ΔU=　　　

31、　,對外做功W=　　　　,氣體從外界吸收的熱量Q=　　　　.(用圖中已知量表示)? 答案0　12p0V0　12p0V0 解析氣體完成一個循環(huán)過程,溫度的變化量為零,則內(nèi)能的變化ΔU=0;對外做功等于圖中三角形ABC的面積,即W=12p0V0;根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體吸熱Q=W=12p0V0. 4.(1)關(guān)于下列實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象的說法,正確的是　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.圖甲說明薄板是非晶體 B.圖乙說明氣體速率分布隨溫度變化且T1>T2 C.圖丙說明氣體壓強(qiáng)的大小既與分子動能有關(guān)也與分子的密集程度有關(guān) D.圖丁說明水黽受到了浮力作用 (2)氙氣燈在亮度、耗能及壽命上都比

32、傳統(tǒng)燈有優(yōu)越性,已知某轎車的氙氣燈泡的容積為V,其內(nèi)部氙氣的密度為ρ,氙氣摩爾質(zhì)量為M,阿伏加德羅常數(shù)為NA.則燈泡中氙氣分子的總個數(shù)為　　　,燈泡點(diǎn)亮后其內(nèi)部壓強(qiáng)將　　　　(選填“增大”“減小”或“不變”).? (3)如圖為一定質(zhì)量的理想氣體的體積V隨熱力學(xué)溫度T的變化關(guān)系圖象.由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中氣體吸收熱量Q1=220 J,氣體在狀態(tài)A的壓強(qiáng)為p0=1.0×105 Pa.求: ①氣體在狀態(tài)B時的溫度T2; ②氣體由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的過程中,氣體向外放出的熱量Q2. 答案(1)C　(2)ρVMNA　增大　(3)①600 K?、?20 J 解析(1)圖甲說明薄板的導(dǎo)熱

33、性能是各向同性,則薄板是非晶體或多晶體.故A項(xiàng)錯誤;圖乙說明氣體速率分布隨溫度變化,T1時速率低的占的比例比T2時多,速率大的占的比例比T2時少,則T1

34、界做功,內(nèi)能增加,據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔUAB=Q1+WAB 又WAB=-p0(V2-V1)=-100 J C狀態(tài)與A狀態(tài)內(nèi)能相等,則ΔUAB=-ΔUBC B到C過程是等容過程WBC=0,據(jù)熱力學(xué)第一定律:ΔUBC=QBC+WBC 解得QBC=-120 J,即氣體由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的過程中,氣體向外放出熱量120 J. 5. 如圖是一定質(zhì)量的理想氣體的p-T圖象,氣體從a→b→c→a完成一次循環(huán),關(guān)于氣體的變化過程,下列說法正確的是　　　(填正確答案標(biāo)號).? A.氣體在a態(tài)的體積Va小于在c態(tài)的體積Vc B.a→b過程氣體的分子數(shù)密度變大 C.b→c過程外界對氣體做的功等

35、于氣體放出的熱量 D.c→a過程氣體壓強(qiáng)增大,從微觀講是由于氣體分子與器壁碰撞的頻繁程度增大引起的 E.若a→b過程氣體吸熱300 J,c→a過程放熱400 J,則c→a過程外界對氣體做功100 J 答案ADE 解析c→a過程氣體壓強(qiáng)增大,溫度降低,根據(jù)pVT=C可知體積減小,故氣體在a態(tài)的體積Va小于在c態(tài)的體積Vc,故A正確;a→b過程是等容變化,氣體的分子數(shù)密度不變,故B錯誤;b→c過程是等溫變化,氣體內(nèi)能不變,ΔU=0,氣體體積增大,氣體對外界做功,W<0,由熱力學(xué)第一定律得:Q=ΔU-W=-W>0,氣體吸收熱量,由以上分析可知,b→c過程氣體對外界做的功等于氣體吸收的熱量,故

36、C錯誤;c→a過程溫度降低,氣體分子的平均動能減小,氣體壓強(qiáng)增大,體積減小,氣體的分子數(shù)密度增大,所以從微觀講壓強(qiáng)增大是由于氣體分子與器壁碰撞的頻繁程度增大引起的,故D正確;由熱力學(xué)第一定律可知,若a→b過程氣體吸熱300 J,c→a過程放熱400 J,則c→a過程外界對氣體做功100 J,故E正確.故選ADE. 命題角度2氣體實(shí)驗(yàn)定律和狀態(tài)方程　 高考真題體驗(yàn)·對方向 1.〔2019全國Ⅰ·33(2)〕熱等靜壓設(shè)備廣泛應(yīng)用于材料加工中.該設(shè)備工作時,先在室溫下把惰性氣體用壓縮機(jī)壓入到一個預(yù)抽真空的爐腔中,然后爐腔升溫,利用高溫高氣壓環(huán)境對放入爐腔中的材料加工處理,改善其性能.一臺熱等靜

37、壓設(shè)備的爐腔中某次放入固體材料后剩余的容積為0.13 m3,爐腔抽真空后,在室溫下用壓縮機(jī)將10瓶氬氣壓入到爐腔中.已知每瓶氬氣的容積為3.2×10-2 m3,使用前瓶中氣體壓強(qiáng)為1.5×107 Pa,使用后瓶中剩余氣體壓強(qiáng)為2.0×106 Pa;室溫溫度為27 ℃.氬氣可視為理想氣體. (1)求壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強(qiáng); (2)將壓入氬氣后的爐腔加熱到1 227 ℃,求此時爐腔中氣體的壓強(qiáng). 答案(1)3.2×107 Pa　(2)1.6×108 Pa 解析(1)設(shè)初始時每瓶氣體的體積為V0,壓強(qiáng)為p0;使用后氣瓶中剩余氣體的壓強(qiáng)為p1.假設(shè)體積為V0、壓強(qiáng)為p0的氣體壓強(qiáng)變

38、為p1時,其體積膨脹為V1.由玻意耳定律p0V0=p1V1① 被壓入爐腔的氣體在室溫和p1條件下的體積為 V1'=V1-V0② 設(shè)10瓶氣體壓入完成后爐腔中氣體的壓強(qiáng)為p2,體積為V2.由玻意耳定律p2V2=10p1V1'③ 聯(lián)立①②③式并代入題給數(shù)據(jù)得p2=3.2×107 Pa④ (2)設(shè)加熱前爐腔的溫度為T0,加熱后爐腔溫度為T1,氣體壓強(qiáng)為p3.由查理定律p3T1=p2T0⑤ 聯(lián)立④⑤式并代入題給數(shù)據(jù)得 p3=1.6×108 Pa⑥ 2.〔2019全國Ⅱ·33(2)〕如圖,一容器由橫截面積分別為2S和S的兩個汽缸連通而成,容器平放在水平地面上,汽缸內(nèi)壁光滑.整個容器被通過

39、剛性桿連接的兩活塞分隔成三部分,分別充有氫氣、空氣和氮?dú)?平衡時,氮?dú)獾膲簭?qiáng)和體積分別為p0和V0,氫氣的體積為2V0,空氣的壓強(qiáng)為p.現(xiàn)緩慢地將中部的空氣全部抽出,抽氣過程中氫氣和氮?dú)獾臏囟缺３植蛔?活塞沒有到達(dá)兩汽缸的連接處,求 (1)抽氣前氫氣的壓強(qiáng); (2)抽氣后氫氣的壓強(qiáng)和體積. 答案(1)12(p0+p)　(2)12p0+14p　4(p0+p)V02p0+p 解析(1)設(shè)抽氣前氫氣的壓強(qiáng)為p10,根據(jù)力的平衡條件得(p10-p)·2S=(p0-p)·S① 得p10=12(p0+p)② (2)設(shè)抽氣后氫氣的壓強(qiáng)和體積分別為p1和V1,氮?dú)獾膲簭?qiáng)和體積分別為p2和V2.

40、 根據(jù)力的平衡條件有p2·S=p1·2S③ 由玻意耳定律得 p1V1=p10·2V0④ p2V2=p0V0⑤ 由于兩活塞用剛性桿連接,故V1-2V0=2(V0-V2)⑥ 聯(lián)立②③④⑤⑥式解得 p1=12p0+14p⑦ V1=4(p0+p)V02p0+p⑧ 3. 〔2019全國Ⅲ·33(2)〕如圖,一粗細(xì)均勻的細(xì)管開口向上豎直放置,管內(nèi)有一段高度為2.0 cm的水銀柱,水銀柱下密封了一定量的理想氣體,水銀柱上表面到管口的距離為2.0 cm.若將細(xì)管倒置,水銀柱下表面恰好位于管口處,且無水銀滴落,管內(nèi)氣體溫度與環(huán)境溫度相同.已知大氣壓強(qiáng)為76 cmHg,環(huán)境溫度為296 K

41、. (1)求細(xì)管的長度; (2)若在倒置前,緩慢加熱管內(nèi)被密封的氣體,直到水銀柱的上表面恰好與管口平齊為止,求此時密封氣體的溫度. 答案(1)41 cm　(2)312 K 解析(1)設(shè)細(xì)管的長度為L,橫截面的面積為S,水銀柱高度為h;初始時,設(shè)水銀柱上表面到管口的距離為h1,被密封氣體的體積為V,壓強(qiáng)為p;細(xì)管倒置時,氣體體積為V1,壓強(qiáng)為p1.由玻意耳定律有pV=p1V1① 由力的平衡條件有 p=p0+ρgh② p1=p0-ρgh③ 式中,ρ、g分別為水銀的密度和重力加速度的大小,p0為大氣壓強(qiáng).由題意有 V=S(L-h1-h)④ V1=S(L-h)⑤ 由①②③④⑤式和

42、題給數(shù)據(jù)得L=41 cm⑥ (2)設(shè)氣體被加熱前后的溫度分別為T0和T,由蓋-呂薩克定律有VT0=V1T⑦ 由④⑤⑥⑦式和題給數(shù)據(jù)得T=312 K.⑧ 4.〔2018全國Ⅰ·33(2)〕 如圖,容積為V的汽缸由導(dǎo)熱材料制成,面積為S的活塞將汽缸分成容積相等的上下兩部分,汽缸上部通過細(xì)管與裝有某種液體的容器相連,細(xì)管上有一閥門K.開始時,K關(guān)閉,汽缸內(nèi)上下兩部分氣體的壓強(qiáng)均為p0.現(xiàn)將K打開,容器內(nèi)的液體緩慢地流入汽缸,當(dāng)流入的液體體積為V8時,將K關(guān)閉,活塞平衡時其下方氣體的體積減小了V6.不計(jì)活塞的質(zhì)量和體積,外界溫度保持不變,重力加速度大小為g.求流入汽缸內(nèi)液體的質(zhì)量. 答案

43、15p0S26g 解析設(shè)活塞再次平衡后,活塞上方氣體的體積為V1,壓強(qiáng)為p1;下方氣體的體積為V2,壓強(qiáng)為p2.在活塞下移的過程中,活塞上下方氣體的溫度保持不變.由玻意耳定律得p0V2=p1V1① p0V2=p2V2② 由已知條件得V1=V2+V6-V8=1324V V2=V2-V6=V3 設(shè)活塞上方液體的質(zhì)量為m,由平衡條件得 p2S=p1S+mg⑤ 聯(lián)立以上各式得m=15p0S26g⑥ 5.〔2018全國Ⅲ·33(2)〕 在兩端封閉、粗細(xì)均勻的U形細(xì)玻璃管內(nèi)有一段水銀柱,水銀柱的兩端各封閉有一段空氣.當(dāng)U形管兩端豎直朝上時,左、右兩邊空氣柱的長度分別為l1=18.0

44、cm和l2=12.0 cm,左邊氣體的壓強(qiáng)為12.0 cmHg.現(xiàn)將U形管緩慢平放在水平桌面上,沒有氣體從管的一邊通過水銀逸入另一邊.求U形管平放時兩邊空氣柱的長度.在整個過程中,氣體溫度不變. 答案22.5 cm　7.5 cm 解析 設(shè)U形管兩端豎直朝上時,左、右兩邊氣體的壓強(qiáng)分別為p1和p2.U形管水平放置時,兩邊氣體壓強(qiáng)相等,設(shè)為p,此時原左、右兩邊氣柱長度分別變?yōu)閘1'和l2'.由力的平衡條件有p1=p2+ρg(l1-l2)① 式中ρ為水銀密度,g為重力加速度大小.由玻意耳定律有 p1l1=pl1'② p2l2=pl2'③ 兩邊氣柱長度的變化量大小相等l1'-l1=l

45、2-l2'④ 由①②③④式和題給條件得l1'=22.5 cm⑤ l2'=7.5 cm⑥ 6. 〔2017全國Ⅰ·33(2)〕如圖,容積均為V的汽缸A、B下端有細(xì)管(容積可忽略)連通,閥門K2位于細(xì)管的中部,A、B的頂部各有一閥門K1、K3;B中有一可自由滑動的活塞(質(zhì)量、體積均可忽略).初始時,三個閥門均打開,活塞在B 的底部;關(guān)閉K2、K3,通過K1給汽缸充氣,使A中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到大氣壓p0的3倍后關(guān)閉K1.已知室溫為27 ℃,汽缸導(dǎo)熱. (1)打開K2,求穩(wěn)定時活塞上方氣體的體積和壓強(qiáng); (2)接著打開K3,求穩(wěn)定時活塞的位置; (3)再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體使其溫度升高20

46、 ℃,求此時活塞下方氣體的壓強(qiáng). 答案(1)V2　2p0　(2)上升到B的頂部　(3)1.6p0 解析(1)設(shè)打開K2后,穩(wěn)定時活塞上方氣體的壓強(qiáng)為p1,體積為V1.依題意,被活塞分開的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過程.由玻意耳定律得p0V=p1V1① (3p0)V=p1(2V-V1)② 聯(lián)立①②式得V1=V2③ p1=2p0④ (2)打開K3后,由④式知,活塞必定上升.設(shè)在活塞下方氣體與A中氣體的體積之和為V2(V2≤2V)時,活塞下方氣體壓強(qiáng)為p2.由玻意耳定律得 (3p0)V=p2V2⑤ 由⑤式得p2=3VV2p0⑥ 由⑥式知,打開K3后活塞上升直到B的頂部為止,此時p2為p2

47、'=32p0. (3)設(shè)加熱后活塞下方氣體的壓強(qiáng)為p3,氣體溫度從T1=300 K升高到T2=320 K的等容過程中,由查理定律得p2'T1=p3T2⑦ 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入⑦式得p3=1.6p0⑧ 7.〔2016全國Ⅲ·33(2)〕一U形玻璃管豎直放置,左端開口,右端封閉,左端上部有一光滑的輕活塞.初始時,管內(nèi)汞柱及空氣柱長度如圖所示.用力向下緩慢推活塞,直至管內(nèi)兩邊汞柱高度相等時為止.求此時右側(cè)管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)和活塞向下移動的距離.已知玻璃管的橫截面積處處相同;在活塞向下移動的過程中,沒有發(fā)生氣體泄漏;大氣壓強(qiáng)p0=75.0 cmHg.環(huán)境溫度不變. 答案144 cmHg　9.42 c

48、m 解析設(shè)初始時,右管中空氣柱的壓強(qiáng)為p1,長度為l1;左管中空氣柱的壓強(qiáng)為p2=p0,長度為l2.活塞被下推h后,右管中空氣柱的壓強(qiáng)為p1',長度為l1';左管中空氣柱的壓強(qiáng)為p2',長度為l2'.以cmHg為壓強(qiáng)單位.由題給條件得 p1=p0+(20.0-5.00) cmHg① l1'=20.0-20.0-5.002 cm② 由玻意耳定律得p1l1=p1'l1'③ 聯(lián)立①②③式和題給條件得p1'=144 cmHg④ 依題意p2'=p1'⑤ l2'=4.00 cm+20.0-5.002 cm-h⑥ 由玻意耳定律得p2l2=p2'l2'⑦ 聯(lián)立④⑤⑥⑦式和題給條件得h=9.4

49、2 cm⑧ 1.應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律或氣體狀態(tài)方程解題的步驟 (1)選對象——根據(jù)題意,選出所研究的某一部分氣體,這部分氣體在狀態(tài)變化過程中,其質(zhì)量必須保持一定. (2)找參量——找出作為研究對象的這部分氣體發(fā)生狀態(tài)變化前后的一組p、V、T數(shù)值或表達(dá)式,壓強(qiáng)的確定往往是關(guān)鍵,常需結(jié)合力學(xué)知識(如力的平衡條件或牛頓運(yùn)動定律)才能寫出表達(dá)式. (3)認(rèn)過程——過程表示兩個狀態(tài)之間的一種變化方式,除題中條件已直接指明外,在許多情況下,往往需要通過對研究對象跟周圍環(huán)境的相互關(guān)系的分析才能確定.認(rèn)清變化過程是正確選用物理規(guī)律的前提. (4)列方程——根據(jù)研究對象狀態(tài)變化的具體方式,選用氣體

50、方程或某一實(shí)驗(yàn)定律,代入具體數(shù)值,最后分析討論所得結(jié)果的合理性及其物理意義. 2.解決多汽缸問題的方法 兩個或多個汽缸封閉著幾部分氣體,并且汽缸之間相互關(guān)聯(lián)的問題,解答時應(yīng)分別研究各部分氣體,找出它們各自遵循的規(guī)律,并寫出相應(yīng)的方程,還要寫出各部分氣體之間壓強(qiáng)或體積的關(guān)系式,最后聯(lián)立求解. 典題演練提能·刷高分 1. (2019吉林三調(diào))如圖所示,豎直放置的U形管左端封閉,右端開口,左管橫截面積為右管橫截面積的2倍,在左管內(nèi)用水銀封閉一段長為l、溫度為T的空氣柱,左右兩管水銀面高度差為h cm,外界大氣壓為h0 cmHg. (1)若向右管中緩慢注入水銀,直至兩管水銀面相平(原右

51、管中水銀沒全部進(jìn)入水平部分),求在右管中注入水銀柱的長度h1(以cm為單位); (2)在兩管水銀面相平后,緩慢升高氣體的溫度至空氣柱的長度為開始時的長度l,求此時空氣柱的溫度T'. 答案(1)3hlh0+h　(2)h02+3hlh0(h0-h)T 解析(1)注入水銀過程封閉氣體等溫變化,初狀態(tài):p1=(h0-h) cmHg,V1=lS, 末狀態(tài):p2=h0 cmHg,V2=l'S 由玻意耳定律:p1V1=p2V2① 在左側(cè)的試管中,液面上升的高度:Δh=l-l' 進(jìn)入左側(cè)試管中的水銀的體積:ΔV=Δh·S 所以注入右側(cè)的水銀的體積: ΔV0=(h+Δh)S2+ΔV=(h+3Δ

52、h)S2 所以在右管中注入水銀柱的長度 h1=ΔV0S2=h+3(l-l')② 聯(lián)立①②得:h1=3hlh0+h (2)空氣柱的長度為開始時的長度l時,左管水銀面下降回到原來的位置,此時右側(cè)的水比左側(cè)高3hlh0 空氣柱的壓強(qiáng): p3=p0+3hlh0 cmHg=h0+3hlh0 cmHg③ 由p1T=p3T'④ 聯(lián)立解得:T'=h02+3hlh0(h0-h)T 2. (2019云南二模)如圖所示,導(dǎo)熱汽缸由半徑不同的兩個圓柱形容器組成,汽缸上部橫截面積為1.5S,深度為0.5L,下部橫截面積為S,深度為L,側(cè)面有閥門C,C處于打開狀態(tài).活塞上表面通過滑輪與一水桶相連.

53、關(guān)閉閥門后向水桶中緩慢加水,使活塞上升到距汽缸上口0.3L處停下.已知:大氣壓強(qiáng)為p0,室溫為T0,重力加速度為g,不計(jì)一切摩擦,忽略水桶質(zhì)量、活塞厚度及活塞質(zhì)量.求: (1)加入水桶中水的質(zhì)量; (2)將水桶中的水取走一半,并對缸中氣體緩慢加熱,當(dāng)活塞再次停于離汽缸上口0.3L處時,氣體的溫度. 答案(1)9p0S26g　(2)2320T0 解析(1)當(dāng)活塞距汽缸上口0.3L時,氣體的體積為:V1=SL+1.5S(0.5L-0.3L) 由等溫變化得:p0SL=p1V1 由受力平衡可得:1.5p0S=1.5p1S+mg 聯(lián)立解得:m=9p0S26g. (2)當(dāng)取走一半水后,由受

54、力平衡可得:1.5p0S=1.5p2S+12mg 由查理定律可得:p1T0=p2T 聯(lián)立解得:T=2320T0. 3.有一只一端開口的L形玻璃管,其豎直管的橫截面積是水平管橫截面積的2倍,水平管長為90 cm,豎直管長為8 cm,在水平管內(nèi)有一段長為10 cm的水銀封閉著一段長為80 cm的空氣柱如圖所示.已知?dú)庵臏囟葹?7 ℃,大氣壓強(qiáng)為75 cmHg,管長遠(yuǎn)大于管的直徑. (1)現(xiàn)對氣體緩慢加熱,當(dāng)溫度上升到多少時,水平管中恰好無水銀柱. (2)保持(1)中的溫度不變,將玻璃管以水平管為軸緩慢旋轉(zhuǎn)180°,使其開口向下.求穩(wěn)定后封閉部分氣體壓強(qiáng). 答案(1)360 K　(

55、2)72 cmHg 解析(1)以封閉氣體為研究對象,設(shè)水平管的橫截面積為S,則p1=75 cmHg,V1=80S cm3,T1=300 K;p2=80 cmHg,V2=90S cm3,T2=? 由理想氣體的狀態(tài)方程得p1V1T1=p2V2T2 解得T2=360 K. (2)玻璃管旋轉(zhuǎn)180°后,設(shè)粗管中的水銀長度為x cm,則細(xì)管中的水銀長度為(10-2x) cm; p3=(75-x) cmHg V3=[90-(10-2x)]S cm3 由玻意耳定律得p2V2=p3V3 則x無解,水銀從粗管逸出. 設(shè)粗管中剩下的水銀長x cm;p3'=(75-x) cmHg,V3=[90+2

56、(8-x)]S cm3 由玻意耳定律p2V2=p3'V3,解得x=3 cm,所以氣體的壓強(qiáng)p3'=72 cmHg. 4.如圖甲所示,U形汽缸固定在水平地面上,用重力不計(jì),面積S=10 cm2的活塞封閉著一定質(zhì)量的氣體,已知汽缸不漏氣,活塞移動過程無摩擦.初始時,外界大氣壓強(qiáng)為p0=1.0×105 Pa,活塞緊壓小擋板.現(xiàn)緩慢升高缸內(nèi)氣體的溫度. (1)請?jiān)谝覉D中作出能反映汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p隨熱力學(xué)溫度T變化的圖象; (2)當(dāng)溫度緩慢升高到t1=27 ℃時,活塞與小擋板間恰好無作用力.現(xiàn)在活塞上加一質(zhì)量為m=5 kg的砝碼,要使加砝碼后的活塞與小擋板間恰好無作用力,則溫度至少要升高到

57、多少攝氏度? 答案(1)如圖 (2)177 ℃ 解析(1)因開始時活塞緊壓小擋板,說明被封閉氣體的壓強(qiáng)要小于大氣壓,在活塞離開擋板之前,氣體的體積不變,做等容變化,p-T圖線是過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線,活塞離開擋板后,做等壓變化,由此可知汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p隨熱力學(xué)溫度T變化的圖象如答案圖所示. (2)對汽缸內(nèi)氣體, 初狀態(tài):T1=300 K,p1=p0=1.0×105 Pa 末狀態(tài):T2=(t+273) K,p2=p0+mgS=1.5×105 Pa 根據(jù)查理定律得p1T1=p2T2　解得t=177 ℃. 5.一粗細(xì)均勻的U形管ABCD的D端封閉,A端與大氣相通.用水銀將一定質(zhì)量的理

58、想氣體封閉在U形管的CD一側(cè),如圖甲所示.環(huán)境溫度T1=300 K時,管中AB、CD兩側(cè)的水銀面高度平齊h1=15 cm,AB、CD管高相同h2=35 cm,BC兩柱心寬度h3=5 cm,現(xiàn)將U形管繞C點(diǎn)順時針緩慢旋轉(zhuǎn)90°后如圖乙所示,此過程沒有水銀漏出.大氣壓強(qiáng)取p0=75 cmHg,U形管的橫截面積S=0.4 cm2. (1)求此時CD側(cè)空氣柱長度l1; (2)若環(huán)境溫度升高至T2時,AB、CD兩側(cè)的水銀面又對齊,求此時溫度T2. 答案(1)18.75 cm　(2)320 K 解析(1)如圖甲、乙對封閉氣體研究,溫度不變T1=300 K 初態(tài)時壓強(qiáng)p1=p0=75 cmHg

59、,體積V1=(h2-h1)S=20S; 水平狀態(tài)時,壓強(qiáng)p1=p0+ph3=80 cmHg, 設(shè)這時CD側(cè)氣柱長度為l1,體積V2=l1S 由玻意耳定律可知p1V1=p2V2,解得l1=18.75 cm. (2)如圖所示,水銀柱面水平差距Δx=2(h2-h1-l1)=2.5 cm

60、為L,內(nèi)部分別有輕質(zhì)薄活塞A、B,活塞密封性良好且可無摩擦左右滑動,汽缸Ⅰ左端開口.外界大氣壓強(qiáng)為p0,汽缸Ⅰ內(nèi)通過A封有壓強(qiáng)為p0的氣體,汽缸Ⅱ內(nèi)通過B封有壓強(qiáng)為2p0的氣體,一細(xì)管連通兩汽缸,初始狀態(tài)A、B均位于汽缸最左端.該裝置放入水下后,通過A向右移動的距離可測定水的深度.已知p0相當(dāng)于10 m高的水產(chǎn)生的壓強(qiáng),不計(jì)水溫變化,被封閉氣體視為理想氣體,求: (1)當(dāng)A向右移動L4時,水的深度h; (2)該深度計(jì)能測量的最大水深hm. 答案(1)3.33 m　(2)20 m 解析(1)當(dāng)A向右移動L4時,設(shè)B不移動 對Ⅰ內(nèi)氣體,由玻意耳定律得p0SL=p134SL 解得p1=4

61、3p0 而此時B中氣體的壓強(qiáng)為2p0>p1,故B不動. 由p1=p0+ρgh 解得水的深度h≈3.33 m. (2)該裝置放入水下后,由于水的壓力,A向右移動,Ⅰ內(nèi)氣體壓強(qiáng)逐漸增大,當(dāng)壓強(qiáng)增大到大于2p0后B開始向右移動,當(dāng)A恰好移動到缸底時所測深度最大,此時原Ⅰ內(nèi)氣體全部進(jìn)入Ⅱ內(nèi),設(shè)B向右移動x距離,兩部分氣體壓強(qiáng)均為p2. 對原Ⅰ內(nèi)氣體,由玻意耳定律得p0SL=p2Sx 對原Ⅱ內(nèi)氣體,由玻意耳定律得2p0SL=p2S(L-x) 又p2=p0+ρghm　聯(lián)立解得hm=20 m. 7.(2019甘肅蘭州模擬)容器內(nèi)裝有1 kg的氧氣,開始時,氧氣壓強(qiáng)為1.0×106 Pa,溫度

62、為57 ℃,因?yàn)槁?經(jīng)過一段時間后,容器內(nèi)氧氣壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?5,溫度降為27 ℃,求漏掉多少千克氧氣? 答案0.34 解析由題意知,氣體質(zhì)量m=1 kg,壓強(qiáng)p1=1.0×106 Pa,溫度T1=(273+57)K=330 K,經(jīng)一段時間后溫度降為T2=(273+27)K=300 K,p2=35p1=35×1×106 Pa=6.0×105 Pa,設(shè)容器的體積為V,以全部氣體為研究對象,由理想氣體狀態(tài)方程得:p1VT1=p2V'T2 代入數(shù)據(jù)解得:V'=p1VT2p2T1=1×106×300V6×105×330=5033V, 所以漏掉的氧氣質(zhì)量為: Δm=ΔVV'×m=50V33-V50V33×1 kg=0.34 kg. - 22 -