训练09 热学综合问题-突破2021年高考物理压轴大题专题针对训练

训练08 热学综合问题 1．中国登山队从大本营出发，成功登顶珠穆朗玛峰，并在峰顶精准测量珠峰的高度。已知珠峰大本营海拔高度为5200m，大气压为0.6atm，气温为-3℃，探测员在此给密封的气象探测球缓慢充满氦气，氦气的压强与大气压相等，温度与气温相同，体积为90m3，当探测球缓慢升至海拔8848.86m的峰顶时，氦气的压强为0.3atm，体积为160m3，不计探测球内外的压强差，探测球的导热性良好，氦气视为理想气体。求： ①珠峰峰顶的温度是多少摄氏度？ ②在峰顶，探测球内部启动加热装置，使氦气温度快速升高到-3℃，求此时氦气的体积？ 【答案】①；② 【详解】 ①在大本营时氦气 ，， 在峰顶时氦气 ， 由理想气体状态方程 得 T2=240K ②解法一：加热后，氦气的压强P3=0.3atm，体积设为V3 由玻意耳定律得 解法二：加热后，氦气的温度T3=270K，体积设为V3 由查理定律得 2．如图所示，一粗细均匀的U型的玻璃管竖直放置，左侧竖直管上端封闭，右侧竖直管上端与大气相通且足够长，左侧竖直管中封闭一段长为l1=48cm的空气柱（可视为理想气体），气体的温度为T1=300K，水平管内充满水银，右侧竖直管中水银柱长h1=24cm，如果从右侧竖直管内缓慢注入h=36cm水银柱，注入的水银与原来右侧管内水银之间没有空气，注入过程空气柱的温度保持不变，水银柱长度远远大于玻璃管的直径，大气压强为p0=76cmHg。 （1）求稳定后空气柱的长度l2； （2）如果要使空气柱再恢复到原来的长度48cm，求需要将空气柱的温度变为多少。 【答案】（1）40cm；（2）408K 【详解】 （1）初始状态下气体的压强为 空气柱长度 设玻璃管横截面积为S，气体的体积为 设注入水银后水平管进入左侧竖直管内水银长度为x，则气体的压强为 气体的体积为 注入过程气体温度不变，根据玻意耳定律得 解得 则稳定后空气柱的长度 （2）要使空气柱变为原来长度则气体压强变为 根据查理定律 解得空气柱的温度变为 3．如图所示，上细下粗内壁光滑足够长的玻璃管竖直放置，开口向上，上下管的截面积分别为。粗管中静止着一段长为的水银柱，水银柱上表而到细管下端口的距离cm，水银柱下端封闭了长为=30cm的理想气柱。此时管中气体温度T0=300K，大气压强=75cmHg且恒定不变。现给气体缓慢进行加热，求∶ （1）水银柱恰好全部进入上方细管时气体的温度； （2）当气体温度升高到T=600K时，封闭气体的体积。 【答案】（1）450K；（2）1600cm3 【详解】 （1）气体初态压强 p1=p0+ρgl1=80cmHg 末态压强 p2=p0+ρgl4 其中 l1S1=l4S2 气体满足 联立解得 T1=450K （2）继续升温，气体压强保持不变，有 解得 V=1600cm3 4．如图所示，左端开口、右端封闭且粗细均匀的薄壁U形玻璃细管静止地放置在竖直平面内，玻璃管水平部分的长度为L，竖直部分高度均为2L。初始时左右两侧液面的高度均为，液体密度为ρ。现U形管以左侧管子为轴在水平面内缓慢加速转动，直至有一侧竖直管内的液体刚好全部进入水平管中时保持匀速转动。已知大气压强为p0，重力加速度大小为g，玻璃细管的口径远远小于L。 （1）当U形管加速转动时，左、右两侧液面的高度是如何变化的？ （2）求U形管匀速转动时角速度的大小。 【答案】（1）左侧液面下降，右侧液面上升；（2） 【详解】 （1）转动后，水平玻璃管中的液体需要向左的向心力，封闭气体的压强要变大，故左侧液面下降，右侧液面上升。 （2）U形管匀速转动时，设右端封闭气体的压强为p，以玻璃管水平部分长度为L的液体为研究对象，左右两端的压强差为（右端压强较高） 这部分液体的质量 m=ρSL 可视为全部集中在底管内距离左端处，式中S为玻璃管的横截面积。根据牛顿第二定律有 根据波义尔定律有 联立解得 5．如图所示，是一种测量形状不规则颗粒物实际体积的装置，其中容器A的容积为VA=300cm3，K是连通大气的阀门，水银槽C通过橡皮管与玻璃容器B相通，B的容积VB=120cm3，连通A、B的玻璃管很细，其容积可忽略。下面是测量过程：①打开K，移动C，使B中水银面下降到底部M；②关闭K，缓慢提升C，使B中水银面升到顶端N，量出C的水银面比N高h1=30cm；③打开K，在A中装人待测颗粒，移动C，使B内水银面下降到底部M处；④关闭K，提升C，使B内水银面升到顶端N，量出C中水银面比N高h2=75cm。整个过程中温度不变，求： （1）当时的大气压强； （2）A中待测颗粒的实际体积。 【答案】（1）；（2） 【详解】 (1)以容器，中气体为研究对象 根据玻意耳定律得 解得 (2)设A容器中待测颗粒的实际体积为V，以AB中气体为研究对象 初态时 未态时