大题14 热学综合问题-【大题精做】冲刺2024年高考物理大题突破+限时集训（新高考专用）

大题14 热学综合问题 热学在历年高考中都有多以选择题、计算题的形式出现计算题分值一般10分。其中以气体实验定律、热力学定律等为知识题载体，以汽缸或液柱密封气体为模型来考察，但近几年更多的试题接近生活实际对学生的建模能力有了新的要求，在复习备考过程中应引起高度重视。 气体实验定律　理想气体状态方程 【例1】（2024·广西河池·一模）小林同学在实验室探究气体状态变化规律，如图所示，实验室有一下端有小段软管、导热性能良好的U型管，U型管左端封闭右端开口，左管内用水银柱封闭一段气体，可看成理想气体，左端封闭的气体长度，左右两管水银柱高度相同都为，U型管的非软管部分粗细均匀，已知大气压强为75cmHg，实验室温度为27℃，管的粗细相对水银柱的高度来说可忽略不计，求： （1）现将U型管右管缓慢放置水平，此过程水银柱没有溢出，此时水银柱右端离右管口的距离多大？ （2）小林同学利用这个U型管和一把刻度尺，能测量不同环境的温度，他将U型管移到另一个封闭环境（如题图所示竖直放在地面上），左端气柱长度明显变短，小林同学将右管缓慢旋转，使得左管气体长度恢复原长22cm。此时，小林用刻度尺测出右管水银面离地面的竖直高度为22cm，依据这些条件可求出这个封闭环境温度为多少摄氏度？ 【例2】（2024·甘肃兰州·一模） “空气炮”是一种有趣的小玩具，其使用方法是：先用手拉动后面的橡胶膜，如图所示，吸入一定量的空气后放手，橡胶膜在迅速恢复原状的过程中压缩空气，从而产生内外压强差，空气从管口冲出。已知“空气炮”在未使用前的容积为1L，拉动橡胶膜至释放前的容积变为1.2L，大气压强为1.05×105Pa，整个过程中“空气炮”中的温度始终等于室温。 （1）若橡胶膜恢复原状的过程时间极短，可视为没有气体冲出，试求恢复原状瞬间“空气炮”内部空气压强； （2）经检测，橡胶膜恢复原状瞬间，“空气炮”内部空气压强为1.2×105Pa，试求此时已冲出管口的空气质量与仍在“空气炮”内部的空气质量之比。 1．压强的计算 (1)被活塞或汽缸封闭的气体，通常分析活塞或汽缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解，压强单位为Pa。 (2)水银柱密封的气体，应用p＝p0＋ph或p＝p0－ph计算压强，压强p的单位为cmHg或mmHg。 2．合理选取气体变化所遵循的规律列方程 (1)若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的气体实验定律列方程求解。 (2)若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解。 3．关联气体问题：解决由活塞、液柱相联系的两部分气体问题时，根据活塞或液柱的受力特点和状态特点列出两部分气体的压强关系，找出体积关系，再结合气体实验定律或理想气体状态方程求解。 1.（23-24高三下·安徽·阶段练习）如图所示，竖直放置的汽缸质量，活塞的质量，活塞的横截面积，厚度不计。汽缸壁和活塞都是绝热的，活塞上方的汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞下表面与劲度系数的轻弹簧相连，活塞不漏气且与汽缸壁无摩擦。当汽缸内气体的温度时，缸内气柱长，汽缸总长，汽缸下端距水平地面的高度，现使汽缸内气体的温度缓慢降低，已知大气压强，取重力加速度大小。求： （1）汽缸刚接触地面时，求活塞上方汽缸内气体的热力学温度﹔ （2）汽缸接触地面后，把活塞下方的气体与外界隔开且不漏气，地面导热良好。现改变活塞上方汽缸内气体温度，求当弹簧刚好恢复到原长时，活塞下方的气体压强； （3）求（2）问中，活塞上方汽缸内气体的热力学温度为多少。 2．（2024·江西赣州·一模）装有汽水饮料的瓶内密封一定质量的二氧化碳理想气体，时，压强。 （1）若瓶内气体的质量变化忽略不计，时，气压是多大？ （2）保持温度不变，用力摇晃瓶子后，使瓶内气体压强与（1）问相等，忽略瓶内气体体积的变化，此时气体的质量为原来的多少倍？ 热力学定律与气体实验定律相结合 【例3】如图所示，柱形绝热汽缸固定在倾角为θ的斜面上，一定质量的理想气体被重力为G、横截面积为S的绝热活塞封闭在汽缸内，此时活塞距汽缸底部的距离为L0，汽缸内温度为T0。现通过电热丝缓慢对汽缸内气体加热，通过电热丝的电流为I，电热丝电阻为R，加热时间为t，使气体温度升高到2T0。已知大气压强为p0，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动，设电热丝产生的热量全部被气体吸收。求汽缸内气体温度从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。 1．理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路 (1)内能变化量ΔU ①由气体温度变化分析ΔU：温度升高，内能增加，ΔU>0；温度降低，内能减少，ΔU<0。 ②由公式ΔU＝W＋Q分析内能变化。 (2)做功情况W 由体积变化分析气体做功情况：体积膨胀，气体对外界做功，W<0；体积被压缩，外界对气体