2021年新高考物理模擬題分項匯編（第五期）17 熱學(xué)（解析版）

專題17熱學(xué)

1.（2021?湖南婁底市高三零模）下列說法正確的是（）

A.氣體的內(nèi)能包括氣體分子的重力勢能

B.同種物質(zhì)不可能以晶體和非品體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)

C.如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡。那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡

D.知道阿伏伽德羅常數(shù)、氣體的摩爾質(zhì)量和密度，可以估算出該氣體中分子間的平均距離

E.土壤里有很多毛細(xì)管，若要防止把地下的水分沿著它們引到地表，可將地面的土壤鋤松

【答案】CDE

【解析】A.氣體的內(nèi)能等于氣體內(nèi)所有氣體分子的動能和分子勢能之和，但不包括氣體分子的重力勢能，

故A錯誤；B.同種物質(zhì)可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，如煤炭與金剛石，故B錯誤；C.如果

兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡。那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡，故C正

確；D.由氣體的摩爾質(zhì)量和氣體的密度，可估算出摩爾體積，再根據(jù)阿伏伽德羅常數(shù)，可以估算出單個理

想氣體分子所占的平均體積，進而估算出理想氣體分子間的平均距離，故D正確；E.將地面的土壤鋤松。

破壞了毛細(xì)管，可以減小土地下的水分蒸發(fā)，故E正確。故選CDE。

2.（2021?廣東高三模擬）以下說法正確的是（）

A.太空中水滴成球形，是液體表面張力作用的結(jié)果

B.大顆粒的鹽磨成了細(xì)鹽，就變成了非晶體

C.液晶既有液體的流動性，又有光學(xué)性質(zhì)的各向異性

D.晶體熔化時吸收熱量，分子平均動能一定增大

E.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

【答案】ACE

【解析】AE.液體表面具有收縮的趨勢，即液體表面表現(xiàn)為張力，是液體表面分子間距離大于液體內(nèi)部分

子間的距離，液面分子間表現(xiàn)為引力，太空中水滴成球形，是液體表面張力作用的結(jié)果，AE正確；B.大

顆粒的鹽磨成了細(xì)鹽，還是晶體，B錯誤；C.液晶是一種特殊的物態(tài)，它既具有液體的流動性，又具有光

學(xué)各向異性，C正確；D.晶體融化時吸收熱量，但溫度不變，所以分子平均動能不變，D錯誤。故選ACE。

3.（2021.湖南懷化市高三一模）某汽車的四沖程內(nèi)燃機利用奧托循環(huán)進行工作.該循環(huán)由兩個絕熱過程和

兩個等容過程組成，如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體所經(jīng)歷的奧托循環(huán)，則該氣體o

p

A.在狀態(tài)a和c時的內(nèi)能可能相等

B.在“一過程中，外界對其做的功全部用于增加內(nèi)能

C.6-c過程中增加的內(nèi)能大于d-a過程中減少的內(nèi)能

D.d-a過程單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)減少

E.在一次循環(huán)過程中吸收的熱量等于放出的熱量

【答案】BCD

【解析】A.從。到d為絕熱膨脹，有Q=0,W<0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可知△〃<（）,溫度降低；

從d到a,體積不變，由查理定律C=K,可知壓強減小，則溫度降低，則狀態(tài)。的溫度高于狀態(tài)“態(tài)溫度，

T

根據(jù)一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能由溫度決定，所以狀態(tài)。的內(nèi)能小丁狀態(tài)c的內(nèi)能，A錯誤；

B.在a—b過程中為絕熱壓縮，外界對氣體做功W>0,Q=0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可知

AU=W,即外界對其做的功全部用于增加內(nèi)能，B正確；CE.從b-c過程系統(tǒng)從外界吸收熱量，從c—d

系統(tǒng)對外做功，從d-a系統(tǒng)放出熱量，從a-b外界對系統(tǒng)做功，根據(jù)p-V圖像“面積”即為氣體做功大小，

可知c到4過程氣體做功，圖像中JcTdia圍成的圖形的面積為氣體對外做的功，整個過程氣體能內(nèi)能

變?yōu)榱?，則AW=A。，即％-。放=4卬>。，即在一次循環(huán)過程中吸收的熱量大于放出的熱量，貝ijb-c

過程中增加的內(nèi)能大于d-a過程中減少的內(nèi)能，E錯誤C正確；D.d-a過程，氣體體積不變，外界對氣

體不做功，而氣體壓強減小，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)減少，D正確。故選BCD。

4.（2021?天津河?xùn)|區(qū)高三一模）新冠肺炎疫情期間，某班級用于消毒的噴壺示意圖如圖所示。閉合閥門K,

向下壓壓桿A可向瓶內(nèi)儲氣室充氣，多次充氣后按下按柄8打開閥門K,消毒液會自動經(jīng)導(dǎo)管從噴嘴處噴

出。儲氣室內(nèi)氣體可視為理想氣體，充氣和噴液過程中溫度保持不變，則下列說法正確的是（）

A.充氣過程中，儲氣室內(nèi)氣體分子數(shù)增多且分子運動劇烈程度增加

B.充氣過程中，儲氣室內(nèi)氣體分子平均動能不變

C.充氣過程中，儲氣室內(nèi)氣體內(nèi)能不變

D.噴液過程中，儲氣室內(nèi)氣體吸收熱量對外界做功

【答案】BD

【解析】A.充氣過程中，由于溫度不變，所以儲氣室內(nèi)氣體分子數(shù)增多且分子運動劇烈程度不變，A錯誤;

B.充氣過程中，由于溫度不變，所以儲氣室內(nèi)氣體分子平均動能不變，B正確；C.充氣過程中，溫度不

變，但儲氣室內(nèi)氣體分子數(shù)增多，所以儲氣室內(nèi)氣體內(nèi)能增大，C錯誤；D.噴液過程中，溫度不變，內(nèi)能

不變，但由于氣體膨脹，氣體對外做功，所以要吸收熱量，D正確。故選BD。

5.（2021?廣東高三模擬）下列說法正確的是（）

A.布朗運動就是分子的無規(guī)則運動

B.布朗運動說明分子做無規(guī)則運動

C.溫度是分子熱運動平均動能的標(biāo)志

D.溫度是分子熱運動平均速率的標(biāo)志

E.分子力表現(xiàn)為引力時，分子間距離減小，分子勢能也一定減小

【答案】BCE

【解析】A.布朗運動是固體小顆粒的無規(guī)則運動，所以A錯誤；B.布朗運動的實質(zhì)是分子的無規(guī)則碰撞

引起的，則布朗運動能說明分子做無規(guī)則運動，所以B正確；CD.溫度是分子熱運動平均動能的標(biāo)志，所

以C正確；D錯誤；E.分子力表現(xiàn)為引力時，分子間距離減小，分子勢能也一定減小，所以E正確；

故選BCE。

6.（2021.廣東高三模擬）下列說法中正確的是。

A.盛有氣體的容器做加速運動時，容器中氣體的內(nèi)能必定會隨之增大

B.一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，由熱力學(xué)第二定律可以判斷物理過程能否自發(fā)進行

C.氣體壓強的大小跟氣體分子的平均動能、分子的密集程度這兩個因素有關(guān)

D.一定質(zhì)量的100℃的水吸收熱量后變成100℃的水蒸氣，其吸收的熱量大于增加的內(nèi)能

E.當(dāng)分子間的引力與斥力相等時分子勢能最大

【答案】BCD

【解析】A.容器中氣體的內(nèi)能與溫度和體積有關(guān)，與物體的宏觀速度大小無關(guān)，故A錯誤；B.熱力學(xué)第

二定律表明，自然界中進行的一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，可以判斷物理過程能否自發(fā)進

行，故B正確；C.氣體壓強的大小跟氣體分子的平均動能和分子的密集程度都有關(guān)，故C正確；D.-

定質(zhì)量的100℃的水吸收熱量后變成100℃的水蒸氣，對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知則吸收的熱量大

于增加的內(nèi)能，故D正確；E.當(dāng)分子間表現(xiàn)為引力時，增大距離需要克服引力做功，分子勢能增大；當(dāng)

分子間表現(xiàn)為斥力時，減小距離需要克服斥力做功，分子勢能增大，所以當(dāng)分子間的引力與斥力大小相等

時分子間勢能最小，故E錯誤。故選BCD。

7.（2021?北京東城區(qū)高三一模）對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是（）

A.氣體溫度升高，每一個氣體分子的動能都增大

B.氣體溫度升高，氣體內(nèi)能一定增大

C.若壓縮氣體做功，氣體分子的無規(guī)則運動一定更劇烈

D.若氣體膨脹對外做功100J,則內(nèi)能一定減少100J

【答案】B

【解析】A.氣體溫度升高，絕大多數(shù)氣體分子的動能都增大，但個別分子的動能也可能減小，A錯誤；

B.理想氣體不考慮分子勢能，氣體溫度升高，氣體分子的平均動能增大，氣體內(nèi)能一定增大，B正確；

C.壓縮氣體做功，若存在對外放熱，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體的內(nèi)能可能減小，溫度可能降低，故無

規(guī)則運動不一定更劇烈，C錯誤；D.若氣體膨脹對外做功100J,內(nèi)能不一定減少100J,還跟吸、放熱多少

有關(guān)，D錯誤。故選B。

8.（2021?山東高三模擬）如圖所示為一定質(zhì)量理想氣體狀態(tài)變化的pY圖像。圖中8A的延長線過（-273,

0）點，CB平行于，軸，則下列說法正確的是（）

,p/alm

A

-273O“七

A.氣體由狀態(tài)4變?yōu)闋顟B(tài)B,外界對氣體做功

B.氣體由狀態(tài)C變?yōu)闋顟B(tài)A,氣體吸收熱量

C.氣體在狀態(tài)B時的分子數(shù)密度比在狀態(tài)C時的大

D.氣體在狀態(tài)B時的分子數(shù)密度比在狀態(tài)4時的大

【答案】B

【解析】A.根據(jù)題意可知從狀態(tài)A到狀態(tài)B氣體做等容變化，氣體吸熱，外界不對氣體做功，故A錯誤;

B.從狀態(tài)C變?yōu)闋顟B(tài)A時，氣體溫度不變，內(nèi)能不變，壓強減小，體積增大，氣體對外界做功，氣體從

外界吸收熱量，故B正確；CD.從狀態(tài)8到狀態(tài)C氣體做等壓變化，溫度降低，體積減小，所以狀態(tài)B

的分子數(shù)密度比狀態(tài)C時的分子數(shù)密度小，狀態(tài)A、B氣體的體積相等，分子數(shù)密度相同，故C、D錯誤。

故選B。

9.（2021?北京豐臺區(qū)高三一模）兩個分子間的作用力的合力f與分子間距離，?的關(guān)系如圖所示，假定兩個

分子的距離為無窮遠時它們的分子勢能為0,下列說法正確的是（）

A.在，?由無限遠到趨近于0的過程中，F(xiàn)先變小后變大

B.在r由無限遠到趨近于0的過程中，F(xiàn)先做正功后做負(fù)功

C.在「由無限遠到趨近于0的過程中，分子勢能先增大后減小再增大

D.在，=n）處分子勢能為零

【答案】B

【解析】A.由圖可知，在r由無限遠到趨近于0的過程中，尸先變大后變小，再變大，A錯誤；

B.在r由無限遠到趨近于。的過程中，「先是引力，故做正功，后變?yōu)槌饬Γ首鲐?fù)功，B正確；

C.在r由無限遠到趨近于。的過程中，由于分子力先做正功后做負(fù)功，故分子勢能先減小后增大，C錯誤;

D.在『小處分子勢能最小，由于規(guī)定兩個分子的距離為無窮遠時它們的分子勢能為0,故此處的分子勢能

不為零，D錯誤。故選B。

10.（2021?天津高三一模）為做好新冠肺炎疫情防控，學(xué)校用如圖所示的壓縮式噴霧器對教室走廊等場所進

行消殺工作。給儲液罐打足氣，打開開關(guān)就可以讓藥液噴撒出來。若罐內(nèi)氣體溫度保持不變，隨著藥液的

不斷噴出，則罐內(nèi)氣體（）

1內(nèi)能不斷減小壓強不斷減小外界對氣體做功氣體對外放熱

A.B.C.D.

【答案】B

【解析】A.由于罐內(nèi)氣體溫度保持不變，故內(nèi)能保持不變，A錯誤；B.隨著藥液的不斷噴出，氣體的體

積增大，由理想氣體狀態(tài)方程可知，壓強不斷減小，B正確；CD.氣體的體積增大，氣體對外做功，由熱

力學(xué)第一定律可知，氣體吸收熱量，CD錯誤。故選B。

11.（2021?天津高三模擬）如圖所示為模擬氣體壓強產(chǎn)生機理的演示實驗。操作步驟如下：①把一顆豆粒從

距秤盤20cm處松手讓它落到秤盤上，觀察指針擺動的情況；②再把100顆左右的豆粒從相同高度均勻連

續(xù)地倒在秤盤上，觀察指針擺動的情況；③使這些豆粒從更高的位置均勻連續(xù)倒在秤盤上，觀察指針擺動

的情況。下列說法正確的是（）

A.步驟①和②模擬的是氣體壓強與氣體分子平均動能的關(guān)系

B.步驟②和③模擬的是氣體壓強與分子密集程度的關(guān)系

C.步驟②和③模擬的是大量氣體分子分布所服從的統(tǒng)計規(guī)律

D.步驟①和②模擬的是大量氣體分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生壓力的持續(xù)性

【答案】D

【解析】步驟①和②都從相同的高度下落，不同的是豆粒的個數(shù)，故它模擬的氣體壓強與分子密集程度的

關(guān)系，也說明大量的豆粒連續(xù)地作用在盤子上能產(chǎn)生持續(xù)的作用力；而步驟②和③的豆粒個數(shù)相同，讓它

們從不同的高度落下，豆粒撞擊的速率不同，所以它們模擬的是分子的速率與氣體壓強的關(guān)系，或者說是

氣體的分子平均動能與氣體壓強的關(guān)系；故選D。

12.（2021?重慶高三二模）一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)由“變到6,再由b變到c,其壓強和體積的關(guān)系如

題圖甲所示，根據(jù)P-：圖象，下列說法正確的是。

A.由“變到從溫度升高，放熱B.由。變到從溫度降低，放熱

C.由人變到c,溫度不變，放熱D.由b變到c,溫度不變，吸熱

【答案】C

【解析】AB.由a變到從氣體發(fā)生等容變化，壓強p增大，根據(jù)查理定律器=?？芍瑲怏w溫度升高，

則內(nèi)能增大，再根據(jù)熱力學(xué)第一定律AU=Q+W可知，因氣體不做功，內(nèi)能增大，則氣體吸熱，故AB錯

誤；CD.由6變到c,由題圖可知，氣體發(fā)生等溫變化，溫度不變，內(nèi)能不變，體積減小，則外界對氣體

做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律AU=Q+W可知，氣體放熱，故C正確，D錯誤。故選C。

13.（2021?廣東高三模擬）在新冠肺炎防疫期間，特別是進入冬季時，進口冷鏈物品和公共場所需要及時消

毒。如圖所示為某種型號的背負(fù)式手壓消毒噴霧器，其貯液筒的總?cè)莘e為吊=14L,每次都裝入％=12L的

藥液，然后再用密封蓋將貯液筒密封，與貯液筒相連的活塞式打氣筒通過單向閥門每次能壓入玲=400cm3、

p（）=latm的空氣，外界大氣壓也為Po=latm。試求：

（i）若整個打氣過程中氣體的溫度保持不變，筒內(nèi)藥液未噴出，要使貯液筒中空氣的壓強達到。=4atm,

打氣筒應(yīng)打壓幾次；

（ii）若外界大氣的溫度為4=27℃,貯液筒是用絕熱材料制成的，在某次裝入藥液后將貯液筒密封，打

氣筒連續(xù)打壓%=29次后，打開噴嘴噴霧，筒內(nèi)藥液恰好全部噴完（不考慮噴管內(nèi)藥液體積、高度及藥液

的導(dǎo)熱性），則最后貯液筒內(nèi)氣體的溫度是多少。C。（T=273+r,結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

直:二二二二

【答案】（i）15次；（ii）35.8℃

【解析】（i）根據(jù)題意和玻意耳定律得+%-%）=〃（%-%）

解得〃=15次

（ii）由題意可知17；=（273+27）K=300K；4=（273+%）

初、末兩個狀態(tài)的壓強相同，根據(jù)題意和蓋-呂薩克定律有

〃。匕+匕一匕_乂

工T2

解得J=35.8℃

14.（2021?重慶高三二模）如題圖乙所示，豎直放置的U形玻璃管左端封閉，右端開口，兩管水銀面等高,

左管封閉的理想氣體氣柱長8cm,大氣壓強po=75cmHg.現(xiàn)給左管封閉氣體緩慢加熱，使封閉氣柱長度變

為8.5cm,求：

（1）加熱后封閉氣體的壓強p；

（2）保持加熱后的溫度不變，為使封閉氣柱長度變回8cm,從右端再次注入的水銀柱長度

【答案】（1）76cmHg；（2）5.75cm

【解析】（1）根據(jù)題意可知加熱后，左右兩管水銀面高度差為1cm,封閉氣體的壓強

p=76cmHg

（2）封閉氣體發(fā)生等溫變化，初態(tài)

p=76cmHg

Vl=S/7）

末態(tài)

V2=Sh2

P2=?

根據(jù)玻耳定律。2=凸匕

pV

解得Pi=~T7~}=80.75cmHg

左右兩管水銀面高度差變?yōu)?=80.75-75=5.75cm

15.（2021?濟南市歷城第二中學(xué)高三模擬）一端封閉導(dǎo)熱的U型管中用水銀封閉一定質(zhì)量的理想氣體，U

型管兩端連線與直管垂直，當(dāng)U型口向上、直管豎直放置時，管中兩水銀面等高，如圖（a）,此時封閉氣

體柱長度為4），兩側(cè)管中軸距離為4大氣壓強為外,室內(nèi)溫度不變，壓強以“cmHg”為單位，長度單位為

“cm"?；卮鹣旅鎲栴}：

（1）若將U型管在管平面內(nèi)緩慢逆時針轉(zhuǎn)過90°成圖（b）,或順時針緩慢轉(zhuǎn)過90°成圖（c）,求（b）（c）

兩圖中封閉氣體柱長度之比六

（2）若U型管從圖（c）繼續(xù)順時針緩慢轉(zhuǎn)動，當(dāng)左側(cè)管中水銀恰好與管口相齊時兩側(cè)管中水銀面連線恰

好在豎直方向上如圖（d）,已知d=22.5cm,%=15cm。求大氣壓強處。

Pa-d

【答案】(1)-----7;(2)75cmHg

Po+d

【解析】(1)封閉氣體做等溫變化，對(a)f(b),有

卬oS=3+d)3①

對(a)—(c),有

P0l0S=(p0-d}l2S?

解得L/=UPL—d7③

l2Po+d

(2)從(a).(d),有Pol°S=(Po—h)lS④

其中/=2/（）、h=\Jd2+/2-解得Po=75cmHg

16.（2021.廣東高三模擬）如圖所示，導(dǎo)熱的圓柱形汽缸固定在水平桌面上，橫截面積為S、質(zhì)量為網(wǎng)的

活塞封閉著一定質(zhì)量的氣體（可視為理想氣體），活塞與汽缸間無摩擦且不漏氣.總質(zhì)量為〃?2的祛碼盤（含

祛碼）通過左側(cè)豎直的細(xì)繩與活塞相連.當(dāng)環(huán)境溫度為7時，活塞離缸底的高度為力.現(xiàn)使活塞離缸底的高

度為"，求:

（1）當(dāng)活塞再次平衡時，環(huán)境溫度是多少？

（2）保持（1）中的環(huán)境溫度不變，在祛碼盤中添加質(zhì)量為△，〃的祛碼時，活塞返回到高度為〃處，求大氣

【答案】⑴”⑵（嗎+3△加一町）g

3S

【解析】（1）由題可知，初始時溫度為八=7

體積為Vi=/i5

變化后溫度為72,體積為匕=寸

根據(jù)蓋呂薩克定律，有寸=黃

解得

2hS

（2）設(shè)大氣壓強為Po,初始時體積匕=——

3

活塞受力平衡，有/”招+《5-￡5-加28=。

初始時壓強為P,=4+生彳運

變化后體積V3=HS

末狀態(tài)活塞受力平衡，有肛g+R）s-AS+?根）g=0

仍g—施+，〃2）g

解得A=4+

根據(jù)玻意耳定律，有鳥％=6匕

（根2+3.根一叫）8

解得庶=

17.（2021?遼寧朝陽市高三一模）2019年12月以來，新型冠狀病毒疫情給世界經(jīng)濟帶來很大影響。勤消毒

是一個很關(guān)鍵的防疫措施。如圖所示是某種防疫消毒用的噴霧消毒桶及其原理圖。消毒桶的總?cè)莘e為10L,

裝入7L的藥液后再用密封蓋將消毒桶密封，與貯液筒相連的活塞式打氣筒每次能壓入250cm3的latm的空

氣，設(shè)整個過程溫度保持不變，求：

（1）要使消毒桶中空氣的壓強達到5atm,打氣筒應(yīng)打壓幾次？

（2）在貯氣筒中空氣的壓強達到5atm時，打開噴嘴使其噴霧，直到內(nèi)、外氣體壓強相等時不再向外噴消

毒液，消毒筒內(nèi)是否還剩消毒液？如果剩下的話，還剩下多少體積的消毒液？如果剩不下了，噴出去的氣

體質(zhì)量占原來噴消毒液前消毒桶內(nèi)氣體質(zhì)量的多少？

【答案】（1）48；（2）剩不下，噴出去的氣體占噴出前氣體質(zhì)量的！

3

【解析】（1）設(shè)需打〃次，貯氣筒內(nèi)壓強變?yōu)?atm,由玻意耳定律

8化+”△〃）=〃2K

3

其中Pi=latm,p2=5atm,=10L-7L=3L,AV=250cm=0.25L

將己知量代入上式得〃=48（次）

（2）停止噴霧時，桶內(nèi)氣體壓強變?yōu)閘atm,此時貯液筒內(nèi)氣體體積為匕

由玻意耳定律得。2匕=月匕

即5atmx3L=latmxV2

解得匕=15L

大于了消毒桶的總?cè)莘e10L,故消毒桶里不能剩下消毒液了。噴出去的氣體體積

AV=15L-10L=5L

AV

則彳

3

18.（2021?山東青島市高三一模）如圖，絕熱氣缸。與導(dǎo)熱氣缸6、c均固定于地面，由剛性桿連接著的兩

個絕熱活塞均可在氣缸內(nèi)無摩擦滑動。開始時“、6兩個氣缸內(nèi)裝有體積相等、溫度均為n的理想氣體，真

空氣缸c的容積與此時〃、人兩個氣缸中的氣體體積相等，通過閥門與氣缸匕相連。現(xiàn)將閥門打開，穩(wěn)定后,

“中氣體壓強為原來的0.6倍，環(huán)境溫度保持不變。

（1）求穩(wěn)定后氣缸a中氣體的溫度;

（2）請用熱力學(xué)第一定律解釋上述過程氣缸。中氣體溫度變化的原因。

【答案】（1）7=0.87；；（2）見解析

【解析】（1）閥門打開，穩(wěn)定后，a中氣體壓強為原來的0.6倍，此時8中的壓強變?yōu)樵瓉淼?.6倍，設(shè)圖

示狀態(tài)中a、b、c,的體積為Vo,氣缸b體積減少了匕以氏c?為整體，由于溫度不變

poK=O.6po（2K-V）

解得v=g%

在閥門打開至穩(wěn)定過程，對氣缸a有旦%=0.6〃。（%+丫）

TaT

可得7=0.87；

（2）“中氣體膨脹對外做功，絕熱過程6=0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律，理想氣體內(nèi)能減少，溫度降低。

19.（2021?遼寧撫順市高三一模）在如圖甲所示，粗細(xì)均勻的L形細(xì)玻璃管AOB,OA、OB兩部分長度

均為20cm,OA部分水平、右端開口，管內(nèi)充滿水銀，08部分豎直、上端封閉一定質(zhì)量的理想氣體?，F(xiàn)

將玻璃管在豎直平面內(nèi)繞。點逆時針方向緩慢旋轉(zhuǎn)53。，如圖乙所示，此時被封閉的氣柱長度為以緩慢加

熱管內(nèi)封閉氣體至溫度T,使管內(nèi)水銀恰好不能溢出管口。已知大氣壓強為75cmHg,室溫為27℃。求：

（sin53°=0.8,cos53°=0.6,J12369。111，結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

（1）氣柱長度x；

（2）溫度。

【解析】（1）轉(zhuǎn)動過程，溫度不變，設(shè)玻璃管的橫截面積為S;

Pi=75cmHg,k=20cm

p2=75+[x.sin53。—（20-x）cos53。]=（63+1.4x）cmHg

L、—x

山玻意耳定律得〃=p24s

解得氣體長度x=17.1cm

（2）加熱管內(nèi)封閉氣體至溫度T時，

“3=（75+20sin53°）cmHg=91cmHg

與初狀態(tài)比較，為等容變化，有彳=牛

解得T=364K

20.（2021?北京西城區(qū)高三一模）在研究物理學(xué)問題時，為了更好地揭示和理解物理現(xiàn)象背后的規(guī)律，我們

需要對研究對象進行一定的概括和抽象，抓住主要矛盾、忽略次要因素，建構(gòu)物理模型。諧振子模型是物

理學(xué)中在研究振動問題時所涉及的一個重要模型。

（1）如圖1所示，在光滑水平面上兩個物塊A與B由彈簧連接（彈簧與A、B不分開）構(gòu)成一個諧振子。

初始時彈簧被壓縮，同時釋放A、B,此后A的々圖像如圖2所示（規(guī)定向右為正方向）。已知機A=01kg,

〃?B=0.2kg,彈簧質(zhì)量不計。

a.在圖2中畫出B物塊的收圖像；

b.求初始時彈簧的彈性勢能％。

（2）雙原子分子中兩原子在其平衡位置附近振動時，這一系統(tǒng)可近似看作諧振子，其運動規(guī)律與（1）的

情境相似。已知，兩原子之間的勢能反隨距離r變化的規(guī)律如圖4所示，在尸m點附近EP隨r變化的規(guī)律

可近似寫作《=耳。+(&-4)2,式中Epo和/均為常量。假設(shè)原子A固定不動，原子B振動的范圍為

r0-a<r<rn+a,其中a遠小于孫請畫出原子B在上述區(qū)間振動過程中受力隨距離r變化的圖線，并求

出振動過程中這個雙原子系統(tǒng)的動能的最大值。

圖1圖2

AB

?------------------0

Or0

圖3

1,2

Eki=鼻奶一

【解析】(1)a.如答圖2所示

答圖2

b.由圖像可知，當(dāng)以=-2m/s時彈簧恢復(fù)到原長，根據(jù)動量守恒定律0=①人%+〃%程

可得，此時/=lm/s

一,1,1

根據(jù)機械能守恒定律E=—fnv~+-mv~=0.3J

P2八八2口"

(2)原子B振動過程中受力隨距離變化的圖線如答圖3所示

由題意可知，原子B處于『尸a處時，系統(tǒng)的動能為最大值，設(shè)為反“系統(tǒng)的勢能為最小值，為

k

Epi=Epo+&(4_/)-2=后用

原子B處于力處時，系統(tǒng)的動能為0,系統(tǒng)的勢能為最大值，為

k,y1,2

EP2=Epo+;g_%)-=后血+彳如一

根據(jù)能量守恒定律可得Ep|+￡k,=￡^+0

1,

解得￡=-ka2

kl2

21.(2021?山東棗莊市高三二模)近年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，距離地球12.5光年的位置有一顆類地行星——帶

加登C星。它的地表有遼闊的湖面，不過湖里不是液態(tài)的水，而是液態(tài)二氧化碳。假設(shè)該液態(tài)二氧化碳的

密度為1.2xl()3kg/n?,湖面下方2.0m的壓強為5.0xl()6pa、下方5.0m處的壓強為7.7xl()6pa。求:

(1)該行星表面的重力加速度心的大小;

（2）假設(shè)在該行星表面有一個開口向下、豎直靜止放置的導(dǎo)熱良好的均勻氣缸，氣缸深為4aoem。其中

活塞橫截面積為2.5cm2，活塞質(zhì)量可忽略不計.當(dāng)活塞下面懸掛一個質(zhì)量為400.0g的重物時，活塞恰好位

于氣缸口處；取下重物，將氣缸緩慢旋轉(zhuǎn)到豎直開口向上，然后把相同的重物放在活塞上，待穩(wěn)定后，活

塞到氣缸口的距離是多少.假設(shè)行星表面處的氣溫不變。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

【答案】（1）750m/s2；（2）21.8cm

【解析】（1）湖面下方2.0m的壓強為Pi=P0+Qg禽

下方5.0m處的壓強為P2=Po+Pg'H

6

代入數(shù)據(jù)解得g,=75（）m/s2po=3.2xlOPa

（2）氣缸開口向下時，有

p'=p一嗎=3.2x1（）6_400x10-3/50=2.ox1（）6pa

1°S2,5XW4

=^5=40.0-5

氣缸開口向下時，有

p,"0+些=3.2x106+幽生字2=4.4x103

2°S2,5xlO-4

V2=l%S

根據(jù)玻意耳定律可得=Py,

解得％=18.2cm

則活塞到氣缸口的距離40-18.2=21.8cm。

22.（2021.福建高三二模）氣壓式升降椅內(nèi)的氣缸填充了氮氣，氣缸上下運動支配椅子升降。如圖乙所示為

其簡易結(jié)構(gòu)示意圖，圓柱形氣缸與椅面固定連接，總質(zhì)量為m=5kg。橫截面積為S=10cm?的柱狀氣動

桿與底座固定連接?？勺杂梢苿拥臍飧着c氣動桿之間封閉一定質(zhì)量氮氣（視為理想氣體），穩(wěn)定后測得封閉

氣體柱長度為L=21cm。設(shè)氣缸氣密性、導(dǎo)熱性能良好，忽略摩擦力。已知大氣壓強為為=lx1。'Pa,

環(huán)境溫度不變，重力加速度為g=10m/s2。求：

（1）初始狀態(tài)封閉氣體的壓強;

(2)若把質(zhì)量為"=30kg的重物放在椅面上，穩(wěn)定后椅面下降的高度。

【答案】⑴1.5xl()5pa：⑵14cm

【解析】(1)對氣缸與椅面整體受力分析如圖

由受力平衡有

、W

''mg

ptS=p0S+mg

得Pi=1.5xl05Pa

(2)重物放上后，設(shè)氣缸內(nèi)氣體壓強為小，對氣缸、椅面與重物整體受力分析如圖

“P2，S

“〃7g

、'Mg

由受力平衡有PQS=pQS+（m+M）g

5

得p2=5xlOPa

對氣缸內(nèi)氣體分析，導(dǎo)熱性能良好，室溫不變氣缸內(nèi)氣體溫度不變

初狀態(tài)2=L5xIO,paV^LS

末狀態(tài)P2=5x10+2匕=//S

對氣缸內(nèi)氣體由玻意耳定律

py,=p2V2

p、LS=p2L'S

得L=7cm

可知氣體體積變小，長度較小即為高度下降//=L-工

〃=14cm

23.（2021.湖南邵陽市高三一模）如圖所示，粗細(xì)均勻的U形玻璃管，左側(cè)管開口向上，右側(cè)管口封閉，

兩管口上端齊平，管內(nèi)用水銀封閉了一段氣體，右管中封閉氣柱高/n=10cm,左右液面高度差△〃=4cm,右

管中水銀柱的長度大于6cm,設(shè)大氣壓等于76cmHg,環(huán)境溫度為27℃

（1）若對封閉氣體緩慢降溫，使左管中水銀與右管中水銀液面對齊，求氣體最終的溫度：

（2）若對封閉氣體緩慢升溫，使左管中水銀剛好不溢出管口，求氣體最終的溫度。

【答案】（1）228K（或者-45℃）；（2）552K（或者279℃）

【解析】（I）開始時，封閉氣體壓強為pi=po+4cmHg=80cmHg

設(shè)封閉氣體降低至溫度為4時，左、右兩管中水銀液面上端對齊，這時右管中氣柱高為比=8cm,此時封閉

氣體的壓強p2=po=76cmHg

pJtS

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有~~=

解得乃=228K

（2）設(shè)封閉氣體升至溫度為小時，左管中水銀剛好不溢出管口，封閉氣體的壓強為"=po+16cmHg=92cmHg,

p.ltS

這時右管中氣柱高為〃3=16cm,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有△士=當(dāng)"

A13

解得八=552K

24.（2021?河北高三一模）如圖，某材料制備系統(tǒng)由供氣瓶、反應(yīng)室、加熱器和真空泵等設(shè)備組成。供氣

瓶的容積為20L,儲存的氣體壓強為3.0x105pa，反應(yīng)室的容積為10L。制備材料前，反應(yīng)室處于真空狀

態(tài)，關(guān)閉所有閥門。制備材料時，先打開閥門1，供氣瓶向反應(yīng)室緩慢供氣，當(dāng)反應(yīng)室氣壓達到1.0x102Pa

時，關(guān)閉閥門1;對反應(yīng)室內(nèi)氣體緩慢加熱，使其從室溫25℃升到200℃,進行材料合成。實驗結(jié)束后，

待反應(yīng)室溫度降至室溫，將其抽至真空狀態(tài)。環(huán)境溫度恒定，忽略材料體積，氣體不參與反應(yīng)。

（1）加熱后，求反應(yīng)室內(nèi)氣體的壓強（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

（2）當(dāng)供氣瓶剩余氣體壓強降到1.5x105Pa時，需更換新的供氣瓶，供氣瓶最多能給反應(yīng)室充氣多少次？

【答案】（l）158Pa；（2）3000次

【解析】⑴根據(jù)查理定律得票=祟

4/2

T,

解得。2=市0=158Pa

（2）設(shè)可以供n次，則根據(jù)玻意耳定律得Po%=叩M+pV0、

解得〃=3000次

25.（2021?廣東高三模擬）如圖所示，長為31cm內(nèi)徑均勻的細(xì)玻璃管開口向上豎直放置，管內(nèi)水銀柱的上

端正好與管口齊平，封閉氣體的長度為10cm,溫度為27℃,外界大氣壓強po=75cmHg。若把玻璃管在豎直

平面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)至開口豎直向下，求：

（1）這時留在管內(nèi)的水銀柱的長度/；

（2）緩慢轉(zhuǎn)回到開口豎直向上，且外界溫度降為-28℃時，需要加入多長水銀柱，才使水銀柱的上端恰好重

新與管口齊平。

【答案】(1)2=15cm；(2)/o=8cm

【解析】(1)初態(tài)時氣體壓強為

〃尸〃()+21cmHg

Vi=10S

開口向下穩(wěn)定時壓強為P2=po-/

體積為

V2=(31-/)S

乃=300K

由玻意耳定律pWl=P2V2

解得/=15cm

(2)設(shè)加入/o長水銀柱，則

23=(75+15+/o)cmHg

V3=(31-15-/O)S=16S

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程

〃2匕_〃3匕

工一耳

解得4)=8cm

26.(2021?廣東高三模擬)如圖所示，一端封閉、粗細(xì)均勻的U形細(xì)管，管道水平部分長為L、豎直部分長

1.5L,管內(nèi)有一段長度為L的水銀柱封閉一段氣柱。U形管靜止不動時水銀柱恰好在管道的水平部分，當(dāng)U

形管繞開口臂的軸線勻速轉(zhuǎn)動時，處于U形管水平部分的水銀柱的長度為人o設(shè)水銀的密度為。

2

(kg//),大氣壓強是p“(Pa)。求:

(1)U形管轉(zhuǎn)動的角速度。為多大？(不考慮氣體溫度的變化)

（2）不斷增大角速度0,能否使水銀柱全部進入封閉端豎直管內(nèi)？（只要回答“能”或"否”即可）

【答案】（1）Z3（魚+皿）；（2）否

p

【解析】（2）設(shè)U形管橫截面積為S,管道轉(zhuǎn)動時被封氣體的壓強為心由玻意耳定律可得

PO，15LS=p-LS

解得p=1.5po

取水平部分的水銀分析，有

11,3

PS+-pgLS-p0S=-pLSco--L

聯(lián)立解得。丁產(chǎn)浮

（2）全部進入豎直管內(nèi)，水銀柱不能平衡，水銀柱上面的壓強比大氣壓大，再加上水銀柱的重力，大氣壓

不能把水銀柱壓上去，所以回答否。

27.（2021?湖南婁底市高三零模）如圖所示，開向下的汽缸內(nèi)封閉有一定質(zhì)量的氣體，缸體質(zhì)量為相?；钊?/p>

橫截面積為S?；钊c直立在地面上的粗彈簧接觸，活塞和缸體懸在空中，活塞與汽缸無摩擦且不漏氣，活

塞離缸體底部的距離為小活塞與缸體的導(dǎo)熱性能良好，大氣壓強為p,環(huán)境溫度為1，重力加速度為g。

現(xiàn)使環(huán)境溫度緩慢升高。使缸體上升;〃的高度、此過程氣體吸收的熱量為Q。求：

（1）環(huán)境溫度升高了多少：

（2）此過程氣體的內(nèi)能增量為多少。

【答案】（1）—7J）；（2）Q——+p（）S）h

6

—h7,CS

【解析】（1）溫度升高過程氣體發(fā)生的是等壓變化，則竺=5_