2024年高考物理热学综合专项训练（拔高卷）

2024年高考物理热学综合专项训练（拔高卷） 1．如图，上端开口的竖直汽缸由大、小两个同轴圆筒组成，两圆筒高均为L．两圆筒中各有一个厚度不计的活塞，小活塞的横截面积为S、质量为m，大活塞的横截面积为2S、质量为2m．两活塞用长为L的刚性杆连接，两活塞间充有氧气，大活塞下方充有氮气．小活塞的导热性能良好，汽缸及大活塞绝热．开始时，氮气和外界环境的温度均为T0，大活塞处于大圆筒的中间位置，且刚性杆上恰无弹力．重力加速度用g表示，外界的大气压强恒为，氧气和氮气均可看做理想气体，则 （1）开始时氮气的压强是多少？ （2）若通过电阻丝缓慢加热氮气，当大活塞上升时，氮气的温度是多少？ （3）当氮气的温度上升到3T0时，压强多大？ 2．如图所示，两个厚度不计横截面面积、质量均为m=2.5kg的绝热活塞，将下端带有阀门K（阀门距离地面很近，且忽略阀门内气体的体积）上端封闭的竖直绝热汽缸分成A、B、C三部分，每部分内部均有体积可忽略的热交换器（图中未画出），A、B、C三部分气体均看作理想气体，两个活塞之间连有劲度系数、原长为的竖直轻弹簧。开始时，阀门K打开，各部分气体温度均为，汽缸内部总长度，A部分气柱的长度为，B部分气柱长度为。已知外界大气压强为，活塞与汽缸壁之间接触光滑且密闭性良好，重力加速度g取，热力学温度与摄氏温度的关系为，求： （1）先启动A中的热交换器，使A部分气体的温度缓慢加热到并保持不变，加热后A部分气体气柱的长度？ （2）待（1）问内的气体温度稳定后，再启动B中的热交换器，缓慢加热B部分气体当B部分气柱的长度时停止加热，则此时B部分气体的温度？ （3）待A、B两部分的气体温度稳定后，关闭阀门K。同时改变A、B两部分内的气体温度，使A部分温度保持在不变；B部分温度保持在不变。最后打开C部分内部的热交换器，使C内部的温度缓慢变化，则当C部分内的气体温度变为多少摄氏度时轻弹簧刚好恢复原长。 3．如图所示，一水平放置的汽缸由横截面积不同的两圆筒连接而成，活塞A、B用一长为3L的刚性细杆连接，且可以在筒内无摩擦地沿水平方向滑动．A、B之间封闭着一定质量的理想气体，设活塞A、B横截面积的关系为，汽缸外大气的压强为，温度为．初始时活塞A与大圆筒底部（大、小圆筒连接处）相距2L，汽缸内气体温度为．求： （1）缸内气体的温度缓慢降低至380K时，活塞移动的位移； （2）缸内封闭气体与缸外大气最终达到热平衡时，缸内封闭气体的压强． 4．如图，两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同气缸直立放置，气缸底部和顶部均有细管连通，顶部的细管带有阀门K，两气缸的横截面积均为S，容积均为，气缸中各有一个绝热活塞，左侧活塞质量是右侧的1.5倍。开始时K关闭，两活塞下方和右活塞上方均充有气体（可视为理想气体），活塞下方气体压强为，左活塞在气缸正中间，其上方为真空，右活塞上方气体体积为。现使气缸底与一热源接触，热源温度恒为，平衡后左活塞升至气缸某一位置；然后打开K，经过一段时间，重新达到平衡。已知外界温度为，不计活塞体积及与气缸壁间的摩擦。求： （1）开始时右活塞上方气体压强； （2）接触恒温热源后且未打开K之前，左活塞上升的高度H； （3）打开阀门K后，重新达到平衡时左气缸中活塞上方气体的体积。 5．如图甲所示，水平对置发动机的活塞对称分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动，发机安装在汽车的中心线上，两侧活塞产生的影响相互抵消，可使车辆行驶更加平稳，同时节约能源、减少噪声。图乙为左侧汽缸（圆柱形）简化示意图。某次工厂测试某绝热汽缸的耐压性能，活塞横截面积为S，在距汽缸底部处固定两挡片，开始时活塞底部到缸底的距离为L，内部密封一定质量的理想气体，气体温度为。已知大气压强为，活塞右侧与连杆相连，连杆对活塞始终有水平向左的恒定推力，大小为。现缓慢给气体加热后，活塞向右滑动，不计一切摩擦。求： （1）当活塞底部距离缸底L时，气体的压强； （2）气体温度达到时，气体的压强； （3）在第（2）问条件下，如果此过程中气体吸收的热量为Q，求此过程中气体内能的增加量。 6．汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成，连杆与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆上施加水平力推动液压泵实现刹车．助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力．每次抽气时，打开，闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，闭合，打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从排出，完成一次抽气过程．已知助力气室容积为，初始压强等于外部大气压强，助力活塞横截面积为，抽气气室的容积为．假设抽气过程中，助力活塞保持不动，气体可视为理想气体，