專題能力提升練(十四)　熱學(xué)-2025版高考物理二輪復(fù)習(xí)

10專題能力提升練(十四)熱學(xué)(40分鐘60分)【核心鞏固練】1.(6分·多選)下列關(guān)于晶體、非晶體的說法正確的是()A.石英玻璃是非晶體B.蔗糖、食鹽和味精都是晶體C.單晶體有固定的熔點(diǎn),多晶體沒有固定的熔點(diǎn)D.手機(jī)液晶顯示屏利用了液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向同性的特點(diǎn)【解析】選A、B。天然石英是晶體,但石英熔化后凝固形成的石英玻璃是非晶體,故A正確;蔗糖為分子晶體,食鹽和味精為離子晶體,故B正確;單晶體和多晶體均有固定的熔點(diǎn),故C錯(cuò)誤;手機(jī)液晶顯示屏、利用了液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性的特點(diǎn),故D錯(cuò)誤。2.(6分)血壓儀由加壓氣囊、臂帶,壓強(qiáng)計(jì)等構(gòu)成,如圖所示。加壓氣囊可將外界空氣充入臂帶,壓強(qiáng)計(jì)示數(shù)為臂帶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)高于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值,充氣前臂帶內(nèi)氣體壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng),體積為V;每次擠壓氣囊都能將60cm3的外界空氣充入臂帶中,經(jīng)5次充氣后,臂帶內(nèi)氣體體積變?yōu)?V,壓強(qiáng)計(jì)示數(shù)為150mmHg。已知大氣壓強(qiáng)等于750mmHg,氣體溫度不變。忽略細(xì)管和壓強(qiáng)計(jì)內(nèi)的氣體體積。則V等于()A.30cm3 B.40cm3 C.50cm3 D.60cm3【解析】選D。根據(jù)玻意耳定律可知p0V+5p0V0=p1×5V,已知p0=750mmHg,V0=60cm3,p1=750mmHg+150mmHg=900mmHg,代入數(shù)據(jù)整理得V=60cm3,故選D。3.(6分)(2024·保定三模)兩端封閉、粗細(xì)均勻的玻璃管內(nèi),一段水銀柱將內(nèi)部的理想氣體分隔成A、B兩段,當(dāng)玻璃管豎直靜止時(shí),A、B兩段的長度相等,如圖甲所示;僅將玻璃管旋轉(zhuǎn)180°,再次平衡時(shí),A、B兩段的長度之比為1∶2,如圖乙所示。下列說法正確的是()A.圖甲中A、B兩段氣體的壓強(qiáng)的比值為5B.圖甲中A、B兩段氣體的壓強(qiáng)的比值為7C.圖乙中A、B兩段氣體的壓強(qiáng)的比值為10D.圖乙中A、B兩段氣體的壓強(qiáng)的比值為7【解析】選B。設(shè)水銀柱的長度為h0,將玻璃管旋轉(zhuǎn)180°,再次平衡時(shí),設(shè)A的長度為h,則B的長度為2h,旋轉(zhuǎn)前玻璃管豎直靜止時(shí),A、B兩段的長度為?+2?2=1玻璃管豎直靜止時(shí),有pA+ρgh0=pB將玻璃管旋轉(zhuǎn)180°,再次平衡時(shí),有p'B+ρgh0=p'A氣體做等溫變化,則pAS·1.5h=p'AShpBS·1.5h=p'BS·2h聯(lián)立解得pA=73ρgh0,pB=103ρgh0,p'A=72ρgh0,p'B=則pApB=710,4.(6分·多選)(2024·河北選擇考)如圖,水平放置的密閉絕熱汽缸被導(dǎo)熱活塞分成左右兩部分,左側(cè)封閉一定質(zhì)量的理想氣體,右側(cè)為真空,活塞與汽缸右壁中央用一根輕質(zhì)彈簧水平連接。汽缸內(nèi)壁光滑且水平長度大于彈簧自然長度,彈簧的形變始終在彈性限度內(nèi)且體積忽略不計(jì)?；钊跏紩r(shí)靜止在汽缸正中間,后因活塞密封不嚴(yán)發(fā)生緩慢移動(dòng),活塞重新靜止后()A.彈簧恢復(fù)至自然長度B.活塞兩側(cè)氣體質(zhì)量相等C.與初始時(shí)相比,汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加D.與初始時(shí)相比,活塞左側(cè)單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)減少【解析】選A、C、D。選項(xiàng)選項(xiàng)剖析對錯(cuò)A因活塞密封不嚴(yán)發(fā)生緩慢移動(dòng),活塞重新靜止后,左、右兩側(cè)氣體壓強(qiáng)相等,彈簧恢復(fù)原長√B由于活塞向左移動(dòng),左側(cè)氣體體積小于右側(cè)氣體體積,則左側(cè)氣體質(zhì)量小于右側(cè)氣體質(zhì)量×C汽缸絕熱,與外界沒有能量交換,由能量守恒知,彈簧彈性勢能減少了,則氣體內(nèi)能增加√D初始時(shí)氣體在左側(cè),最終氣體充滿整個(gè)汽缸,則初始左側(cè)單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)應(yīng)該是最終左側(cè)的兩倍√【加固訓(xùn)練】(多選)(2023·新課標(biāo)全國卷)如圖,一封閉著理想氣體的絕熱汽缸置于水平地面上,用輕彈簧連接的兩絕熱活塞將汽缸分為f、g、h三部分,活塞與汽缸壁間沒有摩擦。初始時(shí)彈簧處于原長,三部分中氣體的溫度、體積、壓強(qiáng)均相等。現(xiàn)通過電阻絲對f中的氣體緩慢加熱,停止加熱并達(dá)到穩(wěn)定后()A.h中的氣體內(nèi)能增加B.f與g中的氣體溫度相等C.f與h中的氣體溫度相等D.f與h中的氣體壓強(qiáng)相等【解析】選A、D。以兩活塞和彈簧為整體受力分析,如圖甲所示,由平衡條件得pgS+pfS=pgS+phS,則pf=ph,故D正確;通過電阻絲對f中的氣體緩慢加熱后,f中氣體的溫度升高,壓強(qiáng)增大,則左邊活塞會(huì)向右移動(dòng),導(dǎo)致g中彈簧壓縮,則右邊活塞也會(huì)向右移動(dòng),對h中的氣體做正功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,有ΔUh=Wh+Q,又Q=0,Wh>0,則ΔUh>0,h中的氣體內(nèi)能增加,溫度升高,故A正確;因開始時(shí)f、g、h三部分中氣體的溫度、體積、壓強(qiáng)均相等,則根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有pfVfTf=pgVgTg=p?V?T?,又pf=ph,Vf>Vh,則Tf>Th,故C錯(cuò)誤;分析可知升溫后彈簧處于壓縮狀態(tài),對左側(cè)活塞受力分析,如圖乙所示,根據(jù)受力平衡有pgS+F=pfS,則pg<5.(6分)(2024·泰安一摸)氣壓式升降椅通過汽缸上下運(yùn)動(dòng)來支配椅子升降,其簡易結(jié)構(gòu)如圖乙所示,圓柱形汽缸與椅面固定連接,柱狀汽缸桿與底座固定連接?？勺杂梢苿?dòng)的汽缸與汽缸桿之間封閉一定質(zhì)量的理想氣體,設(shè)汽缸氣密性、導(dǎo)熱性能良好,忽略摩擦力。設(shè)氣體的初始狀態(tài)為A,某人坐上椅面后,椅子緩慢下降一段距離達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)B。然后打開空調(diào),一段時(shí)間后,室內(nèi)溫度降低到設(shè)定溫度,穩(wěn)定后氣體狀態(tài)為C(此過程人的雙腳懸空);接著人緩慢離開座椅,直到椅子重新達(dá)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)D,室內(nèi)大氣壓保持不變,則氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)D的過程中,關(guān)于p、V、T的關(guān)系圖像正確的是()【解析】選B。從狀態(tài)A到狀態(tài)B過程中,氣體等溫壓縮,體積減小,壓強(qiáng)增大,溫度不變;從B到C,氣體等壓降溫,溫度降低,體積減小,壓強(qiáng)不變;從C到D過程中,氣體等溫膨脹,體積變大,壓強(qiáng)減小,且D狀態(tài)的壓強(qiáng)恢復(fù)為原A狀態(tài)的壓強(qiáng),故B正確。6.(6分)(2024·山東等級(jí)考)一定質(zhì)量理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程,a→b過程是等壓過程,b→c過程中氣體與外界無熱量交換,c→a過程是等溫過程。下列說法正確的是()A.a→b過程,氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功B.b→c過程,氣體對外做功,內(nèi)能增加C.a→b→c過程,氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功D.a→b過程,氣體從外界吸收的熱量等于c→a過程放出的熱量【解析】選C。【加固訓(xùn)練】(多選)(2024·煙臺(tái)二模)如圖所示為卡諾逆循環(huán)過程(制冷機(jī))的p-V圖像,該循環(huán)由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成,全過程以理想氣體為工作物質(zhì),工作物質(zhì)與低溫?zé)嵩春透邷責(zé)嵩唇粨Q熱量的過程為等溫過程,脫離熱源后的過程為絕熱過程。圖中虛線T1、T2為兩條等溫線。下列說法中正確的是()A.一個(gè)循環(huán)過程中,外界對氣體做的功大于氣體對外界做的功B.a→b過程氣體壓強(qiáng)減小只是單位體積內(nèi)分子數(shù)減少導(dǎo)致的C.a→b過程氣體對外界做的功等于c→d過程外界對氣體做的功D.d→a過程氣體向外界釋放的熱量等于b→c過程從低溫?zé)嵩次盏臒崃俊窘馕觥窟xA、C。由理想氣體狀態(tài)方程的圖形面積表示做功可知,c→d→a外界對氣體做的功大于a→b→c氣體對外界做的功,故一個(gè)循環(huán)過程中,外界對氣體做的功大于氣體對外界做的功,故A正確;如圖所示由理想氣體狀態(tài)方程可得p1V1T1=p2V2T2,由圖像可以看出p1V1>p2V2,所以T1>T2,即a→b過程氣體壓強(qiáng)減小是單位體積內(nèi)分子數(shù)減少和溫度降低導(dǎo)致的,故B錯(cuò)誤;因?yàn)閮蓚€(gè)過程是絕熱過程,a→b過程氣體對外做功,氣體溫度由T1減小到T2,c→d過程外界對氣體做功,氣體溫度由T2增加到T1,由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知,a→b過程氣體對外做的功等于c→d過程外界對氣體做的功,故C正確;等溫過程內(nèi)能變化為零,則由ΔU=W+Q,可知W=Q,由圖像可知,d→a過程外界對氣體做的功大于b→【培優(yōu)創(chuàng)新練】7.(12分)(2024·湖南選擇考)一個(gè)充有空氣的薄壁氣球,氣球內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p、體積為V。氣球內(nèi)空氣可視為理想氣體。(1)若將氣球內(nèi)氣體等溫膨脹至大氣壓強(qiáng)p0,求此時(shí)氣體的體積V0(用p0、p和V表示);(3分)(2)小贊同學(xué)想測量該氣球內(nèi)氣體體積V的大小,但身邊僅有一個(gè)電子天平。將氣球置于電子天平上,示數(shù)為m=8.66×10-3kg(此時(shí)須考慮空氣浮力對該示數(shù)的影響)。小贊同學(xué)查閱資料發(fā)現(xiàn),此時(shí)氣球內(nèi)氣體壓強(qiáng)p和體積V還滿足:(p-p0)(V-VB0)=C,其中p0=1.0×105Pa為大氣壓強(qiáng),VB0=0.5×10-3m3為氣球無張力時(shí)的最大容積,C=18J為常數(shù)。已知該氣球自身質(zhì)量為m0=8.40×10-3kg,外界空氣密度為ρ0=1.3kg/m3,求氣球內(nèi)氣體體積V的大小。(9分)【解題指南】解答本題注意以下兩個(gè)方面:(1)氣球內(nèi)氣體等溫膨脹,可知?dú)怏w做等溫變化,滿足玻意耳定律。(2)將氣球置于電子天平上,顯示出質(zhì)量,可知?dú)馇騼?nèi)氣體處于平衡狀態(tài),利用F合=0求解?！窘馕觥?1)理想氣體做等溫變化,根據(jù)玻意耳定律有pV=p0V0解得V0=pV(2)設(shè)氣球內(nèi)氣體質(zhì)量為m氣,則m氣=ρ0V0對氣球進(jìn)行受力分析如圖所示:根據(jù)氣球的受力分析有mg+ρ0gV=m氣g+m0g結(jié)合題中p和V滿足的關(guān)系為(p-p0)(V-VB0)=C解得V=5×10-3m3答案:(1)pVp0(2)5×10-38.(12分)(2023·河北選擇考)如圖,某實(shí)驗(yàn)小組為測量一個(gè)葫蘆的容積,在葫蘆開口處豎直插入一根兩端開口、內(nèi)部橫截面積為0.1cm2的均勻透明長塑料管,密封好接口,用氮?dú)馀趴諆?nèi)部氣體,并用一小段水柱封閉氮?dú)?。外界溫度?00K時(shí),氣柱長度l為10cm;當(dāng)外界溫度緩慢升高到310K時(shí),氣柱長度變?yōu)?0cm。已知外界大氣壓恒為1.0×105Pa,水柱長度不計(jì)。(1)求溫度變化過程中氮?dú)鈱ν饨缱龅墓?(2分)(2)求葫蘆的容積;(2分)(3)試估算被封閉氮?dú)夥肿拥膫€(gè)數(shù)(保留2位有效數(shù)字)。已知1mol氮?dú)庠?.0×105Pa、273K狀態(tài)下的體積約為22.4L,阿伏伽德羅常數(shù)NA取6.0×1023mol-1。(8分)【解析】(1)由于水柱的長度不計(jì),故封閉氣體的壓強(qiáng)始終等于大氣壓強(qiáng)。設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0,塑料管的橫截面積為S,初、末態(tài)氣柱的長度分別為l1、l2,氣體對外做的功為W。根據(jù)功的定義有W=p0S(l2-l1)解得W=0.4J(2)設(shè)葫蘆的容積為V,封閉氣體的初、末態(tài)溫度分別為T1、T2,體積分別為V1、V2,根據(jù)蓋—呂薩克定律有V1T1=V2T2,V1=V+Sl1,V聯(lián)立以上各式并代入題給數(shù)據(jù)得V=119cm3(3)設(shè)在1.0×105Pa、273K狀態(tài)下,1mol氮?dú)獾捏w積為V0、溫度為T0,封閉氣體的體積為V3,被封閉氮?dú)獾姆肿觽€(gè)數(shù)為n。根據(jù)蓋-呂薩克定律有,V+Sl1T1=V聯(lián)立以上各式并代入題給數(shù)據(jù)得,n=2.9×1021個(gè)答案:(1)0.4J(2)119cm3(3)2.9×1021個(gè)【加固訓(xùn)練】(2024·溫州二模)如圖所示,固定在水平地面開口向上的圓柱形導(dǎo)熱汽缸,用質(zhì)量m=1kg的活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體,活塞可以在汽缸內(nèi)無摩擦移動(dòng)?；钊貌豢缮扉L的輕繩跨過兩個(gè)定滑輪與地面上質(zhì)量M=3kg的物塊連接。初始時(shí),活塞與缸底的距離h0=40cm,缸內(nèi)氣體溫度T1=300K,輕繩恰好處于伸直狀態(tài),且無拉力。已知大氣壓強(qiáng)p0=0.99×105Pa,活塞橫截面積S=100cm2,忽略一切摩擦,重力加速度g=10m/s2?，F(xiàn)使缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降,則:(1)當(dāng)物塊恰好對地面無壓力時(shí),求缸內(nèi)氣體的溫度T2;(2)當(dāng)缸內(nèi)氣體溫度降至T3=261.9K時(shí),求物塊上升高度Δh;(3)已知整個(gè)過程缸內(nèi)氣體內(nèi)能減小12