专题突破练(18) 热学(Word练习)-【优化指导】2025年高考物理二轮复习高中总复习·第2轮

专题突破练(十八)　热学 1．(多选)(2023·浙江6月选考)下列说法正确的是(　　) A．热量能自发地从低温物体传到高温物体 B．液体的表面张力方向总是跟液面相切 C．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是不同的 D．当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率 BD　解析：根据热力学第二定律可知热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，A错误；液体的表面张力方向总是跟液面相切，B正确；由狭义相对论的两个基本假设可知，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，C错误；根据多普勒效应可知，当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率，D正确。 2．(2023·江苏卷)在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是(　　) A.把柱塞快速地向下压 B．把柱塞缓慢地向上拉 C．在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞 D．在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞 B　解析：因为该实验是要探究气体等温变化的规律，所以实验中要缓慢推动或拉动柱塞，目的是尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变；为了方便读取封闭气体的体积，不需要在橡胶套处接另一注射器，B正确。 3．(2022·重庆卷)2022年5月15日，我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造了海拔9 032米的大气科学观测世界纪录。若在浮空艇某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇内气体(视为理想气体)(　　) A．吸收热量 B．压强增大 C．内能减小 D．对外做负功 C　解析：由于浮空艇上升过程中体积和质量均不变，则艇内气体不做功；根据＝C可知温度降低，则艇内气体压强减小，气体内能减小；又根据ΔU＝W＋Q可知气体放出热量，C正确。 4．(多选)(2024·天津和平区测试)现在骑自行车成为一种流行的运动，而山地自行车更是受到大众的青睐。山地自行车前轮有气压式减震装置来抵抗颠簸，其原理如图所示，如果路面不平，随着骑行时自行车的颠簸，活塞上下振动，在汽缸内封闭的气体的作用下，起到延缓震动的目的。下列说法中正确的是(　　) A．当活塞迅速向下压缩时，汽缸内气体分子的平均动能增加 B．当活塞迅速向下压缩时，汽缸内气体分子的平均动能减少 C．当活塞迅速向上反弹时，单位时间撞到汽缸单位面积上的气体分子数增加 D．当活塞迅速向上反弹时，单位时间撞到汽缸单位面积上的气体分子数减少 AD　解析：活塞迅速下压时外界对气体做功且来不及热交换，根据热力学第一定律，气体的内能增大，温度升高，汽缸内的气体分子平均动能增大，A正确，B错误；当活塞迅速向上反弹时，气体对外做功且来不及热交换，根据热力学第一定律，气体的内能减小、温度降低，气体体积变大，由理想气体状态方程，气体压强减小，根据气体压强微观解释，单位时间撞到汽缸单位面积上的气体分子数减少，C错误，D正确。 5．(多选)(2022·湖南卷)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图所示，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是(　　) A．A端为冷端，B端为热端 B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的 C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的 D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律 AB　解析：中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板作用后反弹，从A端流出，而边缘部位热运动速率较高的气体从B端流出；同种气体分子平均热运动速率较大，其对应的温度也就较高，所以A端为冷端，B端为热端，A、B正确；A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，则从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关，依题意，不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，C错误；该装置将冷热不均的气体进行分离，喷嘴处有高压，即是通过外界做功而实现的，并非是自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的气体从A端出，温度较高的气体从B端出，也符合能量守恒定律，D错误。 6．(2024·安徽池州测试)气压式升降椅通过汽缸上下运动来支配椅子升降，其简易结构如图乙所示，圆柱形汽缸与椅面固定连接，柱状汽缸杆与底座固定连接。可自由移动的汽缸与汽缸杆之间封闭一定质量的理想气体，设汽缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力。设气体的初始状态为A，某人坐上椅面后，椅子缓慢下降一段距离达到稳定状态B。然后打开空调，一段时间后，室内温度降低到设定温度，稳定后气体状态为C(此过程人的双脚悬空)；接着人缓慢离开座椅，直到椅子重新达到另一个稳定状态D，室内大气压保持不变，则气体从状态A到状态D的过程中，关于p、V、T的关系图正确的是(　　) B　解析：从状态A到状态B过程中，气体等温压缩，体积减小，压强增大，温度不变；从B到C，气体等压降温，温度降低，体积减小，压强不变；从C到D过程中，气体等温膨胀，体积变大，压强减小，且D状态的压强恢复为原A状态的压强，B正确。 7．(多选)(2023·新课标卷)如图所示，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后(　　) A．h中的气体内能增加 B．f与g中的气体温度相等 C．f与h中的气体温度相等 D．f与h中的气体压强相等 AD　解析：当电阻丝对f中的气体缓慢加热时，f中的气体内能增大，温度升高，根据理想气体状态方程可知f中的气体压强增大，会缓慢推动左边活塞，可知h的体积也被压缩，压强变大，对活塞受力分析，根据平衡条件可知，弹簧弹力变大，则弹簧被压缩。与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用，缓慢向右推动右边活塞。故活塞对h中的气体做正功，且是绝热过程，由热力学第一定律可知，h中的气体内能增加，A正确；未加热前，三部分中气体的温度、体积、压强均相等，当系统稳定时，活塞受力平衡，可知弹簧处于压缩状态，对左边活塞分析有pfS＝F弹＋pgS，则pf>pg，分别对f、g内的气体分析，根据理想气体状态方程有＝，＝，由题意可知，因弹簧被压缩，则Vf>Vg，联立可得Tf>Tg，B错误；在达到稳定过程中h中的气体体积变小，压强变大，f中的气体体积变大，由于稳定时弹簧保持平衡状态，故稳定时f、h中的气体压强相等，根据理想气体状态方程，对h中气体有＝，联立可得Tf>Th，C错误，D正确。 8．(2023·全国乙卷)如图所示，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为20 cm的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为10 cm。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变1 cm。求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强(气体温度保持不变，以cmHg为压强单位)。 答案：74.36 cmHg　54.36 cmHg 解析：设B管在上方时上部分气压为pB，则此时下方气压为pA，此时有pA＝pB＋20 cmHg 倒置后A管气体压强变小，即空气柱长度增加1 cm，A管中水银柱减小1 cm，A管的内径是B管的2倍，则SA＝4SB 可知B管水银柱增加4 cm，空气柱减小4 cm；设此时两管内封闭气体的压强分别为pA′、pB′，所以有 pA′＋23 cmHg＝pB′ 倒置前后温度不变，根据玻意耳定律，对A管中气体有 pASALA＝pA′SALA′ 对B管中气体有pBSBLB＝pB′SBLB′ 其中LA′＝10 cm＋1 cm＝11 cm，LB′＝10 cm－4 cm＝6 cm 联立以上各式解得 pA＝74.36 cmHg，pB＝54.36 cmHg。 9．(2023·全国甲卷)一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17 ℃，密度为1.46 kg/m3。 (1)升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27 ℃时舱内气体的密度； (2)保持温度27 ℃不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求舱内气体的密度。 答案：(1)1.41 kg/m3　(2)1.18 kg/m3 解析：(1)由摄氏度和开尔文温度的关系可得 T1＝(273＋17) K＝290 K，T2＝(273＋27) K＝300 K 由理想气体状态方程pV＝nRT可知nR＝ 其中n为封闭气体的物质的量，即理想气体的正比于气体的质量，则＝＝＝ 其中p1＝p2＝1.2p0，ρ1＝1.46 kg/m3 代入数据解得ρ2≈1.41 kg/m3。 (2)由题意得p3＝p0，T3＝(273＋27) K＝300 K，同理可得 ＝＝＝· 解得ρ3≈1.18 kg/m3。 10．(2022·全国甲卷)如图所示，容积均为V0、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中；两汽缸的底部通过细管连通，A汽缸的顶部通过开口C与外界相通；汽缸内的两活塞将缸内气体分成 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 四部分，其中第 Ⅱ 、 Ⅲ 部分的体积分别为V0和V0。环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦。 (1)将环境温度缓慢升高，求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度； (2)将环境温度缓慢改变至2T0，然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体，求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后，B汽缸内第 Ⅳ 部分气体的压强。 答案：(1)T0　(2)p0 解析：(1)因两活塞的质量不计，则当环境温度升高时，第Ⅳ部分的气体压强总等于大气压强，则该气体进行等压变化，则当B中的活塞刚到达汽缸底部时，由盖－吕萨克定律可得＝ 解得T＝T0。 (2)设当A中的活塞到达汽缸底部时第 Ⅲ 部分气体的压强为p，则此时第 Ⅳ 部分的气体压强也等于p，设此时第 Ⅳ 部分的气体的体积为V，则 Ⅱ 、 Ⅲ 两部分气体被压缩后的总体积为V0－V，则对第 Ⅳ 部分气体有＝ 对 Ⅱ 、 Ⅲ 两部分气体有＝ 联立解得p＝p0。 11．(2024·山东卷)图甲为战国时期青铜汲酒器，根据其原理制作了由中空圆柱形长柄和储液罐组成的汲液器，如图乙所示。长柄顶部封闭，横截面积S1＝1.0 cm2，长度H＝100.0 cm，侧壁有一小孔A。储液罐的横截面积S2＝90.0 cm2，高度h＝20.0 cm，罐底有一小孔B。汲液时，将汲液器竖直浸入液体，液体从孔B进入，空气由孔A排出；当内外液面相平时，长柄浸入液面部分的长度为x；堵住孔A，缓慢地将汲液器竖直提出液面，储液罐内刚好储满液体。已知液体密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度大小g＝10 m/s2，大气压强p0＝1.0×105 Pa。整个过程温度保持不变，空气可视为理想气体，忽略器壁厚度。 (1)求x； (2)松开孔A，从外界进入压强为p0、体积为V的空气，使满储液罐中液体缓缓流出，堵住孔A，稳定后罐中恰好剩余一半的液体，求V。 答案：(1)2 cm　(2)8.92×10－4 m3 解析：(1)由题意可知缓慢地将汲液器竖直提出液面过程，气体发生等温变化，所以有p1(H－x)S1＝p2HS1 又因为p1＝p0，p2＋ρgh＝p0 代入数据联立解得x＝2 cm。 (2)当外界气体进入后，以所有气体为研究对象有 p0V＋p2HS1＝p3(HS1＋S2) 又因为p3＋ρg·＝p0 代入数据联立解得V＝8.92×10－4m3。 12．(2024·全国甲卷)如图所示，一竖直放置的汽缸内密封有一定量的气体，一不计厚度的轻质活塞可在汽缸内无摩擦滑动，移动范围被限制在卡销a、b之间，b与汽缸底部的距离＝10，活塞的面积为1.0×10－2m2。初始时，活塞在卡销a处，汽缸内气体的压强、温度与活塞外大气的压强、温度相同，分别为1.0×105 Pa和300 K。在活塞上施加竖直向下的外力，逐渐增大外力使活塞缓慢到达卡销b处(过程中气体温度视为不变)，外力增加到200 N并保持不变。 (1)求外力增加到200 N时，卡销b对活塞支持力的大小； (2)再将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，求当活塞刚好能离开卡销b时气体的温度。 答案：(1)100 N　(2)327 K 解析：(1)活塞从位置a到b过程中，气体做等温变化， 初态p1＝1.0×105 Pa、V1＝S·11ab 末态V2＝S·10ab 根据p1V1＝p2V2 解得p2＝1.1×105 Pa 此时对活塞根据平衡条件F＋p1S＝p2S＋N 解得卡销b对活塞支持力的大小N＝100 N。 (2)将汽缸内气体加热使气体温度缓慢升高，求当活塞刚好能离开卡销b时，气体做等容变化， 初态p2＝1.1×105 Pa，T2＝300 K 末态，对活塞根据平衡条件p3S＝F＋p1S 解得p3＝1.2×105 Pa 设此时温度为T3，根据＝ 解得T3≈327 K。 学科网（北京）股份有限公司 $$