专题06 热学（考题猜想）-2024-2025学年高二物理下学期期末考点大串讲（沪科版2020）

专题06 热学 考题猜想（原卷版） 考点1：分子动理论、内能 1 考点2：固体、液体与气体 4 考点3：气体的实验定律及理想气体状态方程 5 考点4：热力学定律及与气体实验定律的综合应用 11 考点1：分子动理论、内能 1.（23-24高二下·上海虹口·期末）物质以固态、液态、气态等状态存在，都是由分子组成。人类通过分析各种宏观现象来获得分子运动和相互作用的信息，对物质基本性质的研究，也是人类研发新材料及其应用技术的基础。 如图所示，某气体分子热运动的速率分布曲线Ⅰ，降温后空气分子热运动的速率分布曲线Ⅱ可能为（　　） A． B． C． D． 2．一定质量的气体在0℃和100℃温度下的分子速率分布规律如图所示。横坐标表示分子速率区间，纵坐标表示单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比。下列判断正确的是（　　） A．图中实线对应的气体温度为100℃ B．图中曲线给出了任意速率区间的气体分子数目 C．任意分子在0℃时的速率一定小于100℃时的速率 D．温度升高时，每个速率区间内分子数的占比都增大 3．如图所示，曲线I、II、III分别描述了某物理量随分子之间距离变化的规律。现有如下物理量：①分子间引力，②分子间斥力，③分子间引力和斥力的合力，④分子势能，则曲线I、II、III对应的物理量分别是（　　） A．③①② B．③④② C．④②③ D．④③② 4．空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器（铜管）液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥．某空调工作一段时间后，排出液化水的体积．已知水的密度，摩尔质量，阿伏加德罗常数．试求：（结果均保留一位有效数字） (1)该液化水中含有水分子的总数； (2)一个水分子的直径。 考点2：固体、液体与气体 5．（23-24高二下·上海浦东新·期末）（多选）关于液体和固体的性质，下列说法正确的是（　　） A．可以利用有无固定熔点来判断物质是晶体还是非晶体 B．有时缝衣针能浮在水面上不下沉，是由液体的表面张力引起的 C．单晶体和多晶体都表现为各向异性，非晶体则表现为各向同性 D．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质和单晶体相似，具有各向异性 6.（23-24高二下·上海虹口·期末）物质以固态、液态、气态等状态存在，都是由分子组成。人类通过分析各种宏观现象来获得分子运动和相互作用的信息，对物质基本性质的研究，也是人类研发新材料及其应用技术的基础。 1）液晶电视的图像色彩绚丽。下列关于液晶的说法中，正确的有（　　） A．像液体一样具有流动性和连续性 B．其分子保持着固态晶体特有的规则排列方式 C．加电压时，液晶是透明的，光线能通过 D．在光学上具有各向同性等晶体特有的物理性质 E．也称为介晶态 2）在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针尖接触其背面一点，蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示。而三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图丁所示，则下列说法中正确的是（　　） A．甲是非晶体 B．乙不可能是金属薄片 C．丙在一定条件下可能转化成乙 D．丙熔化过程中，温度不变，则内能不变 考点3：气体的实验定律及理想气体状态方程 7.（23-24高二下·上海虹口·期末）物质以固态、液态、气态等状态存在，都是由分子组成。人类通过分析各种宏观现象来获得分子运动和相互作用的信息，对物质基本性质的研究，也是人类研发新材料及其应用技术的基础。 1）某同学通过图所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一颗形状不规则的冰糖的体积。 （1）将冰糖装进注射器，通过推、拉活塞改变封闭气体的体积和压强。若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则 （填“需要”或“不需要”）重做实验。 （2）实验中通过活塞所在刻度读取了多组体积V及对应压强p，为了在xOy坐标系中获得直线图像，应选择 。 A．图像　　B．图像 C．图像　　D．图像 （3）选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到直线的图像，如上图所示，忽略传感器和注射器连接处的软管容积，则这颗冰糖的体积为 。（用图中的字母表示） 2）（1）如图所示，绝热汽缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气（视为理想气体）。初始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡，下列说法中正确的是( ) A．初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能 B．系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小 C．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中有热量从氧气传递到氢气 D．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小 （2）假定某一温度下，氢气分子运动的平均速率为v，氢气分子质量为m，那么一个分子垂直碰撞器壁前后的动量改变量大小约为 （碰撞可视为弹性碰撞）；设时间内有N个这样的分子碰撞器壁一次，被碰撞器壁的总面积为，那么这些分子对器壁产生的压强为 。 （3）某同学认为氢能源汽车通过液态氢与空气中的氧结合而发电，从而推动汽车前进。随着技术的提升，能源利用的效率可以达到100%。这个理解对吗 ？请说明理由 。 8．一水杯的杯口横截面积为20cm²，杯盖重力为0.4N，在温度为27℃的室内将杯盖盖上，杯盖和杯口间由于有少量水，使杯内封闭了一定质量的气体。已知大气压强为1.0×10⁵Pa，室外温度12℃。求： (1)如果将杯拿到室外竖直放置一段时间达到热平衡后，杯内气体压强为多少？至少需要多大的力可以将杯盖向上取走？ (2)在室外将杯盖打开，稳定后杯内气体与原来在室内时杯内气体质量的比是多少？ 9．按压瓶在生活中应用广泛。某种按压瓶结构如图所示，瓶盖与腔室的活塞相连，活塞连接在腔室内弹簧的上端，弹簧下端固定在腔室下部。腔室有上、下两个小球阀门，上阀门封闭腔室与大气相通的出口，下阀门封闭腔室与塑料管连接口，塑料管插入储液瓶的液体中。两个阀门小球重力很小，只要阀门内外气体压强不相等，阀门就会打开，让气体或液体向上流动。该种按压瓶第一次使用前，弹簧处于原长，瓶内液体液面如图所示，塑料管和腔室内的气体压强均与外界大气压强相同，塑料管内气体体积为V0，腔室内气体体积为9V0。第一次    腔室向下按压瓶盖，下阀门紧闭，上阀门打开，当腔室内气体剩余三分之二时松手，弹簧开始回弹，上阀门封闭，下阀门打开，到弹簧恢复原长时，有体积为的液体进入塑料管，完成了第一次按压。已知塑料管横截面积为S，大气压强为p0，重力加速度为g，腔室和塑料管内气体视为理想气体，气体温度不变，腔室气密性良好，储液瓶内气体与大气相通。求： (1)弹簧恢复原长时，腔室内气体的压强； (2)储液瓶内液体的密度。 10．气垫运动鞋能为脚提供缓冲保护。一运动鞋气垫内封闭着一定质量的气体可视为理想气体，温度为时，压强为。求： （1）缓慢踩压气垫，气垫内气体温度可视为不变，当气垫内气体压强变为时，该气体的体积变为原来的几倍？ （2）某次跑步过程中，气垫内气体被反复压缩、扩张，最终气垫内气体恢复初始体积，温度变为。求此时气垫内气体压强？跑步前后气体的内能增大还是减少？ 11．山地车的气压避震装置主要由活塞、汽缸组成。某研究小组将其汽缸和活塞取出进行研究。如图所示，在倾角为的光滑斜面上放置一个带有活塞A的导热汽缸B，活塞用劲度系数为的轻弹簧拉住，弹簧的另一端固定在斜面上端的一块挡板上，轻弹簧平行于斜面，初始状态活塞到汽缸底部的距离为，汽缸底部到斜面底端的挡板距离为，汽缸内气体的初始温度为。已知汽缸质量为，活塞的质量为，汽缸横截面积为，活塞与汽缸间密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，重力加速度为，大气压为。 （1）求初始状态下汽缸内气体压强； （2）对汽缸进行加热，汽缸内气体的温度从上升到，此时汽缸底部恰好接触到斜面底端的挡板，求； （3）若在第（2）问的基础上继续对汽缸进行加热，当温度达到时使得弹簧恰好恢复原长，求（结果保留分数）。 12．气钉枪是一种广泛应用于建筑、装修等领域的气动工具，工作时以高压气体为动力。如图甲所示是气钉枪和与之配套的气罐、气泵，图乙是气钉枪发射装置示意图，气缸通过细管与气罐相连。射钉时打开开关．气罐向气缸内压入高压气体推动活塞运动，活塞上的撞针将钉子打入物体，同时切断气源，然后阀门自动打开放气，复位弹簧将活塞拉回原位置。气钉枪配套气罐的容积，气缸有效容积，气钉枪正常使用时气罐内压强范围为，为大气压强，当气罐内气体压强低于时气泵会自动启动充气，压强达到时停止充气。假设所有过程气体温度不变，已知气罐内气体初始压强为，。 （1）当气罐内气体压强降为时气泵启动对气罐充气，当充气结束时，求气泵共向气罐内泵入压强为的空气体积； （2）通过计算说明充气结束后能否用气钉枪正常射出150个钉子。 考点4：热力学定律及与气体实验定律的综合应用 13．（23-24高二下·上海长宁·期末）将一只压瘪的乒乓球放到热水中，发现乒乓球会恢复原状。在这个过程中，乒乓球内（　　） A．所有气体分子的运动速率都不变 B．所有气体分子的运动速率都变大 C．气体吸收的热量大于其对外做的功 D．气体吸收的热量等于其对外做的功 14．拔火罐是一种以罐（导热性良好）为工具，利用燃火、抽气等方法产生负压，使之吸附于体表，造成局部瘀血，以达到通经活络、行气活血、消肿止痛、祛风散寒等作用的中医疗法。封闭气体质量变化不计，可以看作理想气体。火罐“吸”到皮肤上的短时间内（体积变化可不计），封闭气体（　　） A．温度降低，压强减小 B．温度升高，压强增大 C．吸收热量，内能增大 D．放出热量，内能减小 15．观察图片，回答下列问题： (1)如图甲，将烧红的铁质农具放入水中淬火，它们各自的温度如何变化？变化的原因是什么？ (2)水的温度升高，水的内能如何变化？物理上称传热过程传递的是热量Q，那么这种情况如何量度内能的变化ΔU？ (3)如图乙，做功和传热都能改变物体的内能，两种方式有区别吗？ 16．仔细观察下列图片，回答下列问题： (1)手冷的时候，可以哈气取暖，也可以搓手取暖，这说明要改变热力学系统的状态，有哪些方式？ (2)如图甲、乙是焦耳做的实验，两图中水温的升高分别是由什么引起的？ (3)实验发现，如果图甲中容器绝热性能良好，尽管各次悬挂重物的质量不同，下落的高度也不同，但只要重力做的功相同，容器中水温上升的数值就相同，那么水的状态变化相同吗？ (4)实验发现，如果图乙中容器绝热性能良好，尽管各次电流的大小不同，通电时间也不同，但只要电流做的功相同，容器中水温上升的数值就相同，那么水的状态变化相同吗？ (5)系统不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫作绝热过程。如图丙所示，因为重力做功仅由起点和终点决定，与路径无关，我们定义了由位置决定的重力势能。受此启发，由（2）（3）（4）可以定义什么物理量？ (6)若热力学系统的内能用U表示，外界对系统做的功为W，如何用公式表示（3）（4）的过程？ 17．空气炸锅是利用高温空气循环技术加热食物。图为某型号空气炸锅简化模型图，其内部有一气密性良好的内胆，封闭了质量、体积均不变可视为理想气体的空气，已知初始气体压强为，温度为，加热一段时间后气体温度升高到，此过程中气体吸收的热量为，则（　　） A．升温后所有气体分子的动能都增大 B．升温后胆中气体的压强为 C．此过程胆中气体的内能增加量为 D．此过程中由于气体对外界做功小于气体吸收的热量，则气体内能增加 18．（多选）汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，一个循环过程气体内能变化量为0。该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。图为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体（　　） A．在状态a和c时气体分子的平均动能可能相等 B．在a→b过程中增加的内能在数值上等于adcb所围的“面积” C．在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量 D．在b→c过程中增加的内能大于在d→a过程中减少的内能 19．（多选）如图所示，电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成一个密闭的连通系统，制冷剂在连通系统内循环流经这四个部分。各部分的温度和压强如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．冷凝器向环境散失的热量一定大于蒸发器从冰箱内吸收的热量 B．该过程实现了热量从低温物体向高温物体传递 C．制冷剂在蒸发器中的状态可以看成理想气体 D．制冷剂在通过冷凝器的过程中分子势能和分子动能都降低 20．暴雨天气时，路面水井盖因排气水面孔（如图甲）堵塞可能会造成井盖移位而存在安全隐患。如图乙所示，水位以50mm/h的速度上涨，质量为 的某井盖排气孔被堵塞且与地面不粘连，圆柱形竖直井内水面面积为 ，水位与井盖之间的距离为 时开始计时，此时井内密封空气的压强恰好等于大气压强 ，若空气视为理想气体，温度始终不变， 求： （1）若在井盖被顶起前该气体放出650J的热量，则气体对外界做的功； （2）从乙图所示位置时刻起，水井盖会被顶起所需的时间。    21．空气悬挂减震（气体弹簧）正在广泛应用于各类车辆悬挂减震，不断提升汽车乘坐舒适性。某新型国产轿车上的气体弹簧减震装置简化结构如图所示。直立圆柱形密闭气缸导热良好，缸内气体温度与环境温度保持一致，横截面积为S的活塞通过连杆与车轮轴连接。初始时气缸内密闭一段长度为L0，压强为p1的理想气体。气缸与活塞间的摩擦忽略不计。某次汽车检测时，车辆载重，相当于在气缸顶部加一个重物（图中未画出），活塞固定不动，稳定时气缸下降了0.5L0。已知环境温度保持不变，重力加速度为g。 （1）气缸下降过程中，缸内气体是吸热还是放热，请说明你的判断依据； （2）求重物的质量； （3）为使气缸升到原位置，需向缸内充入与缸内气体温度相同、压强为p1、体积为多少的空气？（此过程气体温度保持不变） 1 / 16 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题06 热学 考题猜想（解析版） 考点1：分子动理论、内能 1 考点2：固体、液体与气体 4 考点3：气体的实验定律及理想气体状态方程 6 考点4：热力学定律及与气体实验定律的综合应用 13 考点1：分子动理论、内能 1.（23-24高二下·上海虹口·期末）物质以固态、液态、气态等状态存在，都是由分子组成。人类通过分析各种宏观现象来获得分子运动和相互作用的信息，对物质基本性质的研究，也是人类研发新材料及其应用技术的基础。 如图所示，某气体分子热运动的速率分布曲线Ⅰ，降温后空气分子热运动的速率分布曲线Ⅱ可能为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】温度越高，分子热运动越激烈，分子运动激烈是指速率大的分子所占的比例大，不同温度下曲线与横轴所围面积相等，均等于1。 故选A。 2．一定质量的气体在0℃和100℃温度下的分子速率分布规律如图所示。横坐标表示分子速率区间，纵坐标表示单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比。下列判断正确的是（　　） A．图中实线对应的气体温度为100℃ B．图中曲线给出了任意速率区间的气体分子数目 C．任意分子在0℃时的速率一定小于100℃时的速率 D．温度升高时，每个速率区间内分子数的占比都增大 【答案】A 【详解】A．题图中实线占百分比较大的分子速率较大，分子平均动能较大，根据温度是分子平均动能的标志可知，图中实线对应的气体温度为100℃，故A正确； B．根据分子速率分布图可知，题图中曲线给出了任意速率区间的气体分子数目占总分子数的百分比，不能得出任意速率区间的气体分子数目，故B错误； C．温度升高，分子热运动的平均速率增大，但统计规律仅适用于大量气体分子，并不表示每个分子热运动的速率都增大，即任意分子在0℃时的速率不一定小于100℃时的速率，故C错误； D．温度升高，速率大的区间分子数的占比增大，速率小的区间分子数的占比减小，故D错误。 故选A。 3．如图所示，曲线I、II、III分别描述了某物理量随分子之间距离变化的规律。现有如下物理量：①分子间引力，②分子间斥力，③分子间引力和斥力的合力，④分子势能，则曲线I、II、III对应的物理量分别是（　　） A．③①② B．③④② C．④②③ D．④③② 【答案】D 【详解】根据分子处于平衡位置（即分子之间距离为）时分子势能最小可知，曲线I为分子势能随分子之间距离r变化的图像，即对应④；根据分子处于平衡位置（即分子之间距离为）时分子力为零，可知曲线II为分子力随分子之间距离r变化的图像，即对应③；根据分子之间斥力随分子之间距离的增大而减小，可知曲线III为分子斥力随分子之间距离r变化的图像，即对应②。 故选D。 4．空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器（铜管）液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥．某空调工作一段时间后，排出液化水的体积．已知水的密度，摩尔质量，阿伏加德罗常数．试求：（结果均保留一位有效数字） (1)该液化水中含有水分子的总数； (2)一个水分子的直径。 【答案】(1)个 (2) 【详解】（1）水的摩尔体积为 水分子总数为（个） （2）建立水分子的球体模型，有 可得水分子直径 考点2：固体、液体与气体 5．（23-24高二下·上海浦东新·期末）（多选）关于液体和固体的性质，下列说法正确的是（　　） A．可以利用有无固定熔点来判断物质是晶体还是非晶体 B．有时缝衣针能浮在水面上不下沉，是由液体的表面张力引起的 C．单晶体和多晶体都表现为各向异性，非晶体则表现为各向同性 D．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质和单晶体相似，具有各向异性 【答案】ABD 【详解】A．晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，可知，可以利用有无固定熔点来判断物质是晶体还是非晶体，故A正确； B．表面张力有引力的效果，缝衣针能浮在水面上不下沉，是由液体的表面张力引起的，故B正确； C．单晶体都表现为各向异性，非晶体和多晶体则表现为各向同性，故C错误； D．液晶是一种在一定温度范围内呈现既不同于固态、液态，又不同于气态的特殊物质态，液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质和单晶体相似，具有各向异性，故D正确。 故选ABD。 6.（23-24高二下·上海虹口·期末）物质以固态、液态、气态等状态存在，都是由分子组成。人类通过分析各种宏观现象来获得分子运动和相互作用的信息，对物质基本性质的研究，也是人类研发新材料及其应用技术的基础。 1）液晶电视的图像色彩绚丽。下列关于液晶的说法中，正确的有（　　） A．像液体一样具有流动性和连续性 B．其分子保持着固态晶体特有的规则排列方式 C．加电压时，液晶是透明的，光线能通过 D．在光学上具有各向同性等晶体特有的物理性质 E．也称为介晶态 2）在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针尖接触其背面一点，蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示。而三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图丁所示，则下列说法中正确的是（　　） A．甲是非晶体 B．乙不可能是金属薄片 C．丙在一定条件下可能转化成乙 D．丙熔化过程中，温度不变，则内能不变 【答案】1）ABCE 2）BC 【解析】 1)A．像液体一样具有流动性和连续性，故A正确； B．其分子保持着固态晶体特有的规则排列方式，故B正确； C．液晶的物理特性是：当通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过，故C正确； D．在光学上具有各向异性等晶体特有的物理性质，故D错误； E．液晶是一种有机化合物。在一定温度范围内；它的分子有序化排列，状态处于晶体和液体之间的中介状态（称为介晶态），故E正确。 故选ABCE。 2）AB．单晶体是各向异性的，熔化在晶体表面的石蜡应该是椭圆形，而非晶体和多晶体是各向同性，则熔化在表面的石蜡是圆形，因此丙是单晶体，根据温度随加热时间变化关系可知，甲是多晶体，乙是非晶体，金属是属于晶体，故乙不可能是金属薄片，故A错误，B正确； C．一定条件下，晶体和非晶体可以相互转化，故C正确； D．晶体在熔化时，质量不变，温度不变，但吸收热量，所以熔化过程中内能增大，故D错误。 故选BC。 考点3：气体的实验定律及理想气体状态方程 7.（23-24高二下·上海虹口·期末）物质以固态、液态、气态等状态存在，都是由分子组成。人类通过分析各种宏观现象来获得分子运动和相互作用的信息，对物质基本性质的研究，也是人类研发新材料及其应用技术的基础。 1）某同学通过图所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一颗形状不规则的冰糖的体积。 （1）将冰糖装进注射器，通过推、拉活塞改变封闭气体的体积和压强。若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则 （填“需要”或“不需要”）重做实验。 （2）实验中通过活塞所在刻度读取了多组体积V及对应压强p，为了在xOy坐标系中获得直线图像，应选择 。 A．图像　　B．图像 C．图像　　D．图像 （3）选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到直线的图像，如上图所示，忽略传感器和注射器连接处的软管容积，则这颗冰糖的体积为 。（用图中的字母表示） 2）（1）如图所示，绝热汽缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气（视为理想气体）。初始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡，下列说法中正确的是( ) A．初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能 B．系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小 C．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中有热量从氧气传递到氢气 D．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小 （2）假定某一温度下，氢气分子运动的平均速率为v，氢气分子质量为m，那么一个分子垂直碰撞器壁前后的动量改变量大小约为 （碰撞可视为弹性碰撞）；设时间内有N个这样的分子碰撞器壁一次，被碰撞器壁的总面积为，那么这些分子对器壁产生的压强为 。 （3）某同学认为氢能源汽车通过液态氢与空气中的氧结合而发电，从而推动汽车前进。随着技术的提升，能源利用的效率可以达到100%。这个理解对吗 ？请说明理由 。 【答案】1）需要 C b 2）CD 2mv 不对 100%的热效率意味着燃料燃烧产生的热量没有任何形式的损失，这是不现实的 【解析】 1）（1）[1]若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，针筒内气体质量发生改变，则需要重做实验。 （2）[2]设冰糖体积，则气体体积，根据玻意耳定律，得，故选C。 （3）[3]根据，由图可得，这颗冰糖的体积为。 2）（1）[1]A．温度是分子平均动能的标志，温度相同，分子的平均动能相同，与分子质量无关，两部分气体温度相同，初始时两部分气体分子的平均动能相同，故A错误； BCD．松开固定栓至系统达到平衡过程中，先是氢气对氧气做功，内能减少，氧气内能增加，温度升高，由于存在温度差，发生热传递，有热量从氧气传递到氢气，氧气内能再减小，根据能量守恒，最后两者温度相同，等于初始值，所以两种气体的内能与初始时相同，故B错误，CD正确。 故选CD。 （2）[2][3]分子垂直碰撞器壁前后速度等大反向，则一个分子垂直碰撞器壁前后的动量改变量大小，根据动量定理，得器壁对分子的作用力大小，根据牛顿第三定律，分子对器壁的作用力大小，压强 （3）[4][5]不对，100%的热效率意味着燃料燃烧产生的热量没有任何形式的损失，这是不现实的。 8．一水杯的杯口横截面积为20cm²，杯盖重力为0.4N，在温度为27℃的室内将杯盖盖上，杯盖和杯口间由于有少量水，使杯内封闭了一定质量的气体。已知大气压强为1.0×10⁵Pa，室外温度12℃。求： (1)如果将杯拿到室外竖直放置一段时间达到热平衡后，杯内气体压强为多少？至少需要多大的力可以将杯盖向上取走？ (2)在室外将杯盖打开，稳定后杯内气体与原来在室内时杯内气体质量的比是多少？ 【答案】(1)， (2) 【详解】（1）根据查理定律，等容条件下，一定质量的气体满足 初始时， 末状态 代入公式，解得 对杯盖进行受力分析 解得 （2）根据玻意耳定律，一定质量的气体，等温条件下满足 未打开盖子时，体积记为 ，压强为 打开盖子时，体积记为 ，压强为 代入公式解得 所以稳定后杯内气体的质量与原来杯内气体的质量之比 9．按压瓶在生活中应用广泛。某种按压瓶结构如图所示，瓶盖与腔室的活塞相连，活塞连接在腔室内弹簧的上端，弹簧下端固定在腔室下部。腔室有上、下两个小球阀门，上阀门封闭腔室与大气相通的出口，下阀门封闭腔室与塑料管连接口，塑料管插入储液瓶的液体中。两个阀门小球重力很小，只要阀门内外气体压强不相等，阀门就会打开，让气体或液体向上流动。该种按压瓶第一次使用前，弹簧处于原长，瓶内液体液面如图所示，塑料管和腔室内的气体压强均与外界大气压强相同，塑料管内气体体积为V0，腔室内气体体积为9V0。第一次    腔室向下按压瓶盖，下阀门紧闭，上阀门打开，当腔室内气体剩余三分之二时松手，弹簧开始回弹，上阀门封闭，下阀门打开，到弹簧恢复原长时，有体积为的液体进入塑料管，完成了第一次按压。已知塑料管横截面积为S，大气压强为p0，重力加速度为g，腔室和塑料管内气体视为理想气体，气体温度不变，腔室气密性良好，储液瓶内气体与大气相通。求： (1)弹簧恢复原长时，腔室内气体的压强； (2)储液瓶内液体的密度。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）以腔室内剩余的三分之二气体和塑料管内气体为研究对象，设松手时压强为p1，体积为V1；弹簧恢复原长前，下阀门始终打开，腔室气体和塑料管内气体压强相等，设压强为p2，体积为V2，有 ，     向下按压瓶盖过程中，上阀门始终打开，所以，腔室内气体压强始终等于大气压强。即p1 = p0     由等温变化规律有 解得 （2）设储液瓶内液体的密度为ρ，塑料管内液体上升高度为h，则 由于储液瓶内的气体压强等于大气压强，有     解得 10．气垫运动鞋能为脚提供缓冲保护。一运动鞋气垫内封闭着一定质量的气体可视为理想气体，温度为时，压强为。求： （1）缓慢踩压气垫，气垫内气体温度可视为不变，当气垫内气体压强变为时，该气体的体积变为原来的几倍？ （2）某次跑步过程中，气垫内气体被反复压缩、扩张，最终气垫内气体恢复初始体积，温度变为。求此时气垫内气体压强？跑步前后气体的内能增大还是减少？ 【答案】（1）0.8倍；（2），增大 【详解】（1）由玻意耳定律可得 其中 可得 所以，该气体的体积变为原来的0.8倍。 （2）由查理定律得 其中 可得，此时气垫内气体压强 因为气体温度增大，体积不变，所以跑步前后气体的内能增大。 11．山地车的气压避震装置主要由活塞、汽缸组成。某研究小组将其汽缸和活塞取出进行研究。如图所示，在倾角为的光滑斜面上放置一个带有活塞A的导热汽缸B，活塞用劲度系数为的轻弹簧拉住，弹簧的另一端固定在斜面上端的一块挡板上，轻弹簧平行于斜面，初始状态活塞到汽缸底部的距离为，汽缸底部到斜面底端的挡板距离为，汽缸内气体的初始温度为。已知汽缸质量为，活塞的质量为，汽缸横截面积为，活塞与汽缸间密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，重力加速度为，大气压为。 （1）求初始状态下汽缸内气体压强； （2）对汽缸进行加热，汽缸内气体的温度从上升到，此时汽缸底部恰好接触到斜面底端的挡板，求； （3）若在第（2）问的基础上继续对汽缸进行加热，当温度达到时使得弹簧恰好恢复原长，求（结果保留分数）。 【答案】（1）；（2）300K；（3） 【详解】（1）对气缸进行分析，根据平衡条件有 解得 （2）加热过程中，当气缸与底部挡板之间没有弹力作用 ，对活塞与气缸整体进行分析有 解得 即此时，弹簧的长度不变，则汽缸底部恰好接触到斜面底端的挡板，气体体积为，结合上述，此过程气体压强不变，根据盖吕萨克定律有 解得 （3）弹簧恰好恢复原长时，，对活塞分析 ，根据平衡条件有 解得 根据理想气体状态方程有 解得 12．气钉枪是一种广泛应用于建筑、装修等领域的气动工具，工作时以高压气体为动力。如图甲所示是气钉枪和与之配套的气罐、气泵，图乙是气钉枪发射装置示意图，气缸通过细管与气罐相连。射钉时打开开关．气罐向气缸内压入高压气体推动活塞运动，活塞上的撞针将钉子打入物体，同时切断气源，然后阀门自动打开放气，复位弹簧将活塞拉回原位置。气钉枪配套气罐的容积，气缸有效容积，气钉枪正常使用时气罐内压强范围为，为大气压强，当气罐内气体压强低于时气泵会自动启动充气，压强达到时停止充气。假设所有过程气体温度不变，已知气罐内气体初始压强为，。 （1）当气罐内气体压强降为时气泵启动对气罐充气，当充气结束时，求气泵共向气罐内泵入压强为的空气体积； （2）通过计算说明充气结束后能否用气钉枪正常射出150个钉子。 【答案】（1）；（2）见解析 【详解】（1）充气前，气罐内气体压强为，充气后气罐内气体压强为，充气过程为等温变化，有 解得 （2）设发射第一个钉子有 可得 发射第二个钉子，有 解得 发射第三个钉子，有 解得 以此类推，发射第150个钉子，有 代入数据可得 所以可以用气钉枪正常射出150个钉子。 考点4：热力学定律及与气体实验定律的综合应用 13．（23-24高二下·上海长宁·期末）将一只压瘪的乒乓球放到热水中，发现乒乓球会恢复原状。在这个过程中，乒乓球内（　　） A．所有气体分子的运动速率都不变 B．所有气体分子的运动速率都变大 C．气体吸收的热量大于其对外做的功 D．气体吸收的热量等于其对外做的功 【答案】C 【详解】AB．乒乓球恢复原状的过程中，球内被封闭的气体温度升高，气体分子的平均动能增大，气体分子的平均速率将增大，但并不是所有分子的运动速率都变大，故AB错误； CD．乒乓球恢复原状的过程中，气体温度升高，内能增加，同时对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，且气体吸收的热量大于其对外做的功，大于其增加的内能，故C正确，D错误。 故选C。 14．拔火罐是一种以罐（导热性良好）为工具，利用燃火、抽气等方法产生负压，使之吸附于体表，造成局部瘀血，以达到通经活络、行气活血、消肿止痛、祛风散寒等作用的中医疗法。封闭气体质量变化不计，可以看作理想气体。火罐“吸”到皮肤上的短时间内（体积变化可不计），封闭气体（　　） A．温度降低，压强减小 B．温度升高，压强增大 C．吸收热量，内能增大 D．放出热量，内能减小 【答案】AD 【详解】AB．在刚开始的短时间内，认为火罐内部气体体积不变，由于火罐导热性良好，所以火罐内气体温度迅速降低，根据理想气体状态方程，可知气体压强减小，在外界大气压的作用下火罐“吸”在皮肤上，A正确，B错误； C．气体温度迅速降低，则气体内能减小，，因体积变化不计，即W=0，根据热力学第一定律，可得Q<0，即气体向外放热，C错误，D正确。 故选AD。 15．观察图片，回答下列问题： (1)如图甲，将烧红的铁质农具放入水中淬火，它们各自的温度如何变化？变化的原因是什么？ (2)水的温度升高，水的内能如何变化？物理上称传热过程传递的是热量Q，那么这种情况如何量度内能的变化ΔU？ (3)如图乙，做功和传热都能改变物体的内能，两种方式有区别吗？ 【答案】(1)见解析 (2)增加， (3)有区别 【详解】（1）‌将烧红的铁质农具放入水中淬火时，铁质农具的温度会降低，而水的温度会升高‌。这是因为两个物体间存在温度差，发生了传热现象。 （2）水的温度升高，水的内能增加；热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度，内能的变化量 它就等于外界向系统传递的热量Q，即 （3）虽然做功和传热都能引起系统内能的改变，但是它们还是有区别的。做功时，内能与其他形式的能（如内能与机械能、内能与电能等）发生转化，而传热只是不同物体（或一个物体的不同部分）之间内能的转移。 16．仔细观察下列图片，回答下列问题： (1)手冷的时候，可以哈气取暖，也可以搓手取暖，这说明要改变热力学系统的状态，有哪些方式？ (2)如图甲、乙是焦耳做的实验，两图中水温的升高分别是由什么引起的？ (3)实验发现，如果图甲中容器绝热性能良好，尽管各次悬挂重物的质量不同，下落的高度也不同，但只要重力做的功相同，容器中水温上升的数值就相同，那么水的状态变化相同吗？ (4)实验发现，如果图乙中容器绝热性能良好，尽管各次电流的大小不同，通电时间也不同，但只要电流做的功相同，容器中水温上升的数值就相同，那么水的状态变化相同吗？ (5)系统不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫作绝热过程。如图丙所示，因为重力做功仅由起点和终点决定，与路径无关，我们定义了由位置决定的重力势能。受此启发，由（2）（3）（4）可以定义什么物理量？ (6)若热力学系统的内能用U表示，外界对系统做的功为W，如何用公式表示（3）（4）的过程？ 【答案】(1)做功和热传递 (2)见解析 (3)相同 (4)相同 (5)内能 (6) 【详解】（1）手冷的时候，可以哈气取暖，也可以搓手取暖，前者是能通过热传递使手暖和起来；后者是通过做功使手暖和起来。这说明要改变热力学系统的状态的方式：做功和热传递。 （2）两个实验都是通过做功使液体温度升高，但是做功的方式却有所不同。甲实验是通过重物下落带动叶片搅拌水，由于叶片与水之间的摩擦而使水温升高。对水而言，是摩擦使其升温，通过机械功实现能量的转化；乙实验是通过重物下落使发电机发电，电流通过电阻丝发热使水温升高，通过电功实现能量的转化。 （3）‌只要重力做的功相同，容器中水温上升的数值就相同，水的状态变化也相同‌。这是因为重力做功仅由起点和终点决定，与路径无关，因此系统的状态变化是相同的‌。 （4）只要电流做的功相同，容器中水温上升的数值相同，水的状态变化也相同‌。 （5）由题意可知，在热力学系统的绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。这就使我们认识到，任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统做的功相联系。鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。 （6）在热力学系统的绝热过程中，内能的变化量 它就等于外界对系统所做的功W，即 17．空气炸锅是利用高温空气循环技术加热食物。图为某型号空气炸锅简化模型图，其内部有一气密性良好的内胆，封闭了质量、体积均不变可视为理想气体的空气，已知初始气体压强为，温度为，加热一段时间后气体温度升高到，此过程中气体吸收的热量为，则（　　） A．升温后所有气体分子的动能都增大 B．升温后胆中气体的压强为 C．此过程胆中气体的内能增加量为 D．此过程中由于气体对外界做功小于气体吸收的热量，则气体内能增加 【答案】C 【详解】A．升温后气体分子的平均动能增大，并不是所有气体分子的动能都增大，故A错误； B．根据题意可知，气体的体积不变，气体为等容变化，气体可视为理想气体，根据查理定律可得，代入数据可得，故B错误； CD．由于气体的体积不变，气体做功，气体吸收的热量为，根据热力学第一定律有，故C正确，D错误。 故选C。 18．（多选）汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，一个循环过程气体内能变化量为0。该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。图为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体（　　） A．在状态a和c时气体分子的平均动能可能相等 B．在a→b过程中增加的内能在数值上等于adcb所围的“面积” C．在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量 D．在b→c过程中增加的内能大于在d→a过程中减少的内能 【答案】CD 【详解】A．从c到d为绝热膨胀，外界对气体做负功，根据热力学第一定律可知，气体内能减少，温度降低，状态c的温度高于状态d的温度；从d到a，体积不变，由查理定律可知，压强减小，温度降低，则状态d的温度高于状态a的温度，可得状态c的温度高于状态a的温度，状态a和c时气体分子的平均动能不可能相等。故A错误； B．在a→b过程中为绝热压缩，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，外界对其做的功全部用于增加内能，而图线与坐标轴所围面积表示外界对气体做功，所以在a→b过程中增加的内能在数值上等于abef所围的“面积”。故B错误； C．在一次循环过程中，根据热力学第一定律有，化简得，由图可知，则，故C正确； D．在b→c等容过程中增加的内能，在d→a等容过程中减少的内能，由，得，故D正确。 故选CD。 19．（多选）如图所示，电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成一个密闭的连通系统，制冷剂在连通系统内循环流经这四个部分。各部分的温度和压强如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．冷凝器向环境散失的热量一定大于蒸发器从冰箱内吸收的热量 B．该过程实现了热量从低温物体向高温物体传递 C．制冷剂在蒸发器中的状态可以看成理想气体 D．制冷剂在通过冷凝器的过程中分子势能和分子动能都降低 【答案】ABD 【详解】A．根据热力学第一定律，可知（从低温物体吸收的热量）+W（压缩机对系统做功）（向高温物体释放的热量） A正确； B．这一过程不是自发完成的，蒸发器和冷凝器两处的热交换方向都是从高温物体向低温物体，整个过程实现了热量从低温物体向高温物体传递，符合热力学第二定律，B正确； C．制冷剂在蒸发器中虽然是气体状态，但是不满足远离液化的状态，不能看成理想气体，C错误； D．在冷凝器中制冷剂温度降低，分子平均动能降低，分子间距从气体过渡到液体，分子势能降低，D正确。 故选ABD。 20．暴雨天气时，路面水井盖因排气水面孔（如图甲）堵塞可能会造成井盖移位而存在安全隐患。如图乙所示，水位以50mm/h的速度上涨，质量为 的某井盖排气孔被堵塞且与地面不粘连，圆柱形竖直井内水面面积为 ，水位与井盖之间的距离为 时开始计时，此时井内密封空气的压强恰好等于大气压强 ，若空气视为理想气体，温度始终不变， 求： （1）若在井盖被顶起前该气体放出650J的热量，则气体对外界做的功； （2）从乙图所示位置时刻起，水井盖会被顶起所需的时间。    【答案】（1）；（2） 【详解】（1）空气温度始终不变，内能保持不变，即 在井盖被顶起前外界该气体放出650J的热量，根据热力学第一定律可得 解得 可知气体对外界做的功为。 （2）井盖刚好被顶起时有 解得 气体做等温变化，有 解得 水井盖会被顶起所需的时间为 21．空气悬挂减震（气体弹簧）正在广泛应用于各类车辆悬挂减震，不断提升汽车乘坐舒适性。某新型国产轿车上的气体弹簧减震装置简化结构如图所示。直立圆柱形密闭气缸导热良好，缸内气体温度与环境温度保持一致，横截面积为S的活塞通过连杆与车轮轴连接。初始时气缸内密闭一段长度为L0，压强为p1的理想气体。气缸与活塞间的摩擦忽略不计。某次汽车检测时，车辆载重，相当于在气缸顶部加一个重物（图中未画出），活塞固定不动，稳定时气缸下降了0.5L0。已知环境温度保持不变，重力加速度为g。 （1）气缸下降过程中，缸内气体是吸热还是放热，请说明你的判断依据； （2）求重物的质量； （3）为使气缸升到原位置，需向缸内充入与缸内气体温度相同、压强为p1、体积为多少的空气？（此过程气体温度保持不变） 【答案】（1）放热，见解析；（2） ；（3） 【详解】（1）缸内气体温度不变，则气体内能不变，则有 体积减小，外界对气体做功，则有 根据热力学第一定律有 可知 故气体放热。                （2） 设气缸下降0.5L0后， 缸内气体压强为p2，对缸内气体，根据玻意耳定律有 解得 设大气压强为p0、气缸质量为m0，未载重时，对气缸有 载重时，对气缸和重物有 解得 （3）设充入的气体体积为V，将充入的气体和气缸中气体视为整体，根据玻意耳定律有 解得 1 / 21 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