专题3.1 理想气体实验定律和热力学定律的综合应用-【鼎力高考】2023年高考物理靶向冲刺强化训练（三大题型+提升模拟）

2023年高考物理靶向冲刺强化训练 （三大题型+提升模拟） 专题3.1 理想气体实验定律和热力学定律的综合应用 1．如图所示，开口向上竖直放置的玻璃管长为5h，质量为m、高为h的水银柱将一段空气柱封在管内，被封空气柱的温度为，水银柱上端到管口的距离为h。现给玻璃管加热，水银柱缓慢上升至管内剩余一半水银，此过程中空气柱的内能增加了，已知水银柱的截面积为S，大气压强为，重力加速度为g，忽略空气柱向外界传递的能量，求： （1）水银柱上升至管口时，空气柱的温度T； （2）水银柱上升过程中，空气柱需要吸收的热量Q。 2．如图所示，密闭的气缸水平放置、固定不动，光滑导热的隔板将气缸分为AB两室，A、B中各封有一定质量的同种气体，气缸总体积为V，室温为27℃，B室气体的体积是A室的2倍，A室左侧连接有一U形管（U形管内气体的体积忽略不计），水银柱高度差为76cm，B室右侧连接一阀门K，可与大气相通，（外界大气压等于76cm汞柱）、现将阀门K打开，当隔板不再移动时，求： （i）B室现有气体与原有气体的密度之比？ （ii）保持阀门K打开，若将气缸内的气体从室温加热到147℃，U形管内两边水银面的高度差是多少？ 3．如图所示，柱形绝热气缸竖直放置，一定质量的理想气体被重力为G、横截面积为S的绝热活塞封闭在气缸内，此时活塞距气缸底部的距离为L0，气缸内气体热力学温度为T0。现通过电热丝缓慢对气缸内气体加热，通过电热丝的电流为I，电热丝电阻为R，加热时间为t，使气体热力学温度升高到2T0。已知大气压强为p0，活塞可沿气缸壁无摩擦滑动，设电热丝产生的热量全部被气体吸收，求气缸内气体热力学温度从T0升高到2T0的过程中： （1）活塞移动的距离x；（2）该气体增加的内能ΔU。 4．一横截面积为S的圆柱形汽缸水平固定，开口向右，底部导热，其他部分绝热。汽缸内的两绝热隔板a、b将汽缸分成I、II两室，隔板可在汽缸内无摩擦地移动。b的右侧与水平弹簧相连，初始时弹簧处于原长，两室内均封闭有体积为、温度为的理想气体。现用电热丝对II室缓慢加热，使b隔板缓慢向右移动。已知大气压强恒为，环境的热力学温度恒为，弹簧的劲度系数为，求： （1）a隔板向左移动的距离； （2）加热后II室内气体的热力学温度T。 5．孔明灯在中国有非常悠久的历史，热气球的原理与其相同。热气球由球囊、吊篮和加热装置3部分构成。如图，某型号热气球的球囊、吊篮和加热装置总质量m=160 kg，球囊容积V0=2000 m3。大气密度为1.2 kg/m3，环境温度恒为16 ℃。在吊篮中装载M=460 kg的物品，点燃喷灯，热气球从地面升空。升空后通过控制喷灯的喷油量操纵气球的升降。热气球运动过程中受到的空气阻力与其速率成正比，即f=kv，其中k=500 kg/s，重力加速度g=10 m/s2，不计大气压强随高度的变化，忽略球囊的厚度、搭载物品的体积及喷油导致的装置总质量变化。当热气球在空中以1.6 m/s的速度匀速上升时，求： （1）球囊内气体的质量； （2）球囊内气体的温度。 6．如图甲为一种新型减振器—氮气减振器，气缸中充入稀有气体后，减振器具有良好的韧性，操作时不容易弹跳，且可以防止减震器在高温高压损坏。它的结构简图如图乙所示。气缸活塞截面大小为50cm2，质量为1kg；气缸缸体外壁导热性良好，弹簧劲度系数为k=200N/mm。现在为了测量减震器的性能参数，将减震器竖直放置，冲入氮气达到5个大气压时活塞下端被两边的卡环卡住，此时氮气气柱长度为L=20m且弹簧恰好处于原长，不计摩擦，大气压强取p0=1×105Pa。 （1）当氮气达到5个大气压的时候，求卡环受到的力F0； （2）现在用外力F缓慢向下压活塞，当活塞缓慢下降h=4cm时，求缸体内氮气的压强大小； （3）在（2）的过程中氮气向外界放出的总热量Q=111.6J，求外力F对活塞做的功W。 7．如图所示是一种环保高温蒸汽锅炉，其质量为500kg。为了更方便监控高温蒸汽锅炉外壁的温度变化，在锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的气缸，气缸内气体温度可视为与锅炉外壁温度相等。气缸开口向上，用质量为m=2kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为S=1.5cm2。当气缸内温度为时，活塞与气缸底间距为L=1cm，活塞上部距活塞0.5cm处有一用轻质绳悬挂的重物M。当绳上拉力为零时，与绳相连的警报器会发生报警，从而可以有效地防止事故发生。已知室外空气压强p0=1.0×105Pa，活塞与器壁之间摩擦可忽略。求： （1）当活塞刚刚碰到重物M时，锅炉外壁温度为多少？ （2）当活塞刚刚碰到重物M时，气体吸收了20J的热量，那么气体的内能变化了多少？ （3）若锅炉外壁的安全温度为887℃，那么重物M的质量应是多少？ 8．如图所示，倾角为的斜面上固定着两端开口的汽缸