专项突破6 热力学第一定律与气体实验定律综合问题-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

据玻意耳定律有p1V1=p3V2,代入数据解得p3=62.5cmHg, 开始时BC管内理想气体的状态为P。=75cmHg,V。= 20cmxS,变化后BC管内理想气体的状态为p4=P3+30cm Hg=92.5cmHg,V,=LS,气体发生等温变化，根据玻意耳定 律有PoV。=p4V3,代入数据解得L≈l6.22cm,所以活塞移动 距离x=25-L=8.78cm. 6.(1)60cmHg(2)12.5cm 解析：(1)设玻璃管横截面积为S,对B气体，初状态压强为 75cmHg,体积为20cm×S,末状态体积为25cm×S,根据理想 气体状态方程有75cmHg×20cm×S=Pm×25cm×S,解得 Pm=60cmHg(2)活塞被缓慢向左拉的过程中，A中气体做 等温变化，初状态：P1=75+25(cmHg)=100 cmHg,VA1= 10cm×S,末状态：Pa=Pm+25-5(cmHg)=80 cmHg,V2= LaS.根据玻意耳定律有pAVA1=p2V2,解得L2=12.5cm 专项突破6热力学第一定律与气体 实验定律综合问题 1.C2.C 3.D解析：A.因ba的延长线通过坐标原点，且a点的坐标为 (T1,Po),则b点的坐标为(2T1,2p0),即T2=2T1,根据查理 定律的逆命题成立可知V。=V。,气体在bc与da过程温度不 变，根据玻意耳定律2poV。=3pVe,2poV.=poV。,联立解 得V:V,:V。:V=6:6:4:3,即V>V,故A正确；B.bc 过程中温度不变，内能不变，故B正确：C.气体在αb过程中 温度变化量等于cd过程中温度变化量，则气体在ab过程中 内能的增加量等于cd过程中内能的减少量，故C正确； D.气体在ab过程中体积不变，则W=0,吸收的热量Qb= △U,即气体在ab过程中吸收的热量等于内能变化量，故 D错误故选D. 4.(1)300K(2)2.0×10J(3)放出了1.3×10J的热量 解折：(1)1一8是等容变化，根据查理定律得号会解得 ℃。=0。=0X10×90K=300K.(2)B-C是等压变化，且 PA 体积增大，所以气体对外做功，根据功的公式有Wc= PeAVaci=1.0×103×(3.0-1.0)J=2.0×105J.(3)C→A是等温 变化，由理想气体内能只与温度有关，知其内能不变，即 △U=0,已知气体从状态A→B→C→A的过程中，A→B是等 容变化，气体不做功：气体从状态B→C的过程中，气体对外 界做的功Wc=2.0x10J;C→A的过程中，外界对气体做的 功Wc4=3.3×10J,由热力学第一定律△U=Q+W,结合内能 不变，有0=Q-Wc+W4,代入数据，求得Q=-1.3×103J,即 气体放出了1.3×10J的热量 5.(1)-3℃(2)放热5.0J 解析：(1)缓慢降低封闭气体的温度，气体做等压变化，根据 LoS LS 盖-吕萨克定律， 273+,273+解得1=-3℃.(2)封闭气 体的压强为p=Po+Pgh,由于气体体积减小，所以外界对气体 做功为W=pS(L。-L),根据热力学第一定律△U=W+Q,联立 解得Q≈-5.0J.即该过程中气体放热5.0J 6.(1)90m(2)9×104J 解析：(1)根据题意可知，封闭气体等温变化，由玻意耳定律 有5poSL=P2S(L-d),解得P2=10po,又有P2=po+pH,解得 PH=po,则有H=90m; (2)根据题意可知，70m深处，封闭气体的压强为p。=Po+ 参考答案与解析 =8,由玻意耳定律有n.=5nSL,可得=名SL,90m 深处，封闭气体的压强为P。=Po+P=10po,由玻意耳定律有 P,V。=5pSL,解得V三)SL,ab过程中，外界对气体做功为 W=2(p,p,)(化。-V,),可得W=90000J,由热力学第一 定律有△U=W+Q,得Q=-9x10J,即放出9x104J的热量 专项突破7光电效应方程与图像问题 1.B解析：AB.根据光电效应方程和动能定理可得E,=hv W。,E.=eU。,可得U。=一v- 么，，由此可蜘知图线12的斜率为 ee ,由题图可知图线1对应金属材料的逸出功小，故A错 e 误，B正确：C.P对应的光的频率较小，不能确定光的强度， 所以不可以确定饱和光电流的大小，故C错误：D.P对应的 光的频率较小，Q对应的光的频率较大，所以照射同一金属 材料，根据E=w-W。知用Q对应的光比P对应的光逸出 的光电子最大初动能大，故D错误故选B. 2.A解析：当UkA>0时，电场力使电子减速，光电流为0时的 电压即为遏止电压，紫光频率高于红光，紫光遏止电压较大， 所以在U轴的正半轴的交点较红光偏右.单位时间内红光的 光子数多，所以红光的饱和光电流大.故选A. 3.A解析：波长越小，光的频率越高，由光电效应方程可得 E,=hm-W=c-W,当光的频率大于光电管的截止频率，颜率 入 越大，激发的光电子初动能越大.光源的光谱中波长500~ 800nm的波占多数，产生的是初动能较小的光电子，则反向 电压较小时，电流会随反向电压增大出现突然的较大衰减 故选A, 4.B解析：AB.根据光电效应方程可得E,=hw-W。,根据动能 定理可得eU=Em-Ek,联立可得Ekm=eU+hw-W。,可知图线 a、b斜率k是电子电量e,故A错误，B正确；CD.根据 En=eU+hw-W。,设材料a、b的逸出功分别为W,、W,根据 题图2可知E。=hv-W1,2E。=hw-W2,可得W1=hw-Eo, W1_hw-B。≠ W,=h-2B,则材料a、b的逸出功之比为可，m-2E。 hv-Eo 1 2h-2E。=2,故CD错误.故选B. 5.A解析：根据动能定理有eU=Ek-Em,根据光电效应方程有 Eshw-WEw-w所以U=-么+么之-么+h= e e U.当入射光的频率大于极限频率时，才可以发生光电效应， U>U时才能产生光电流，故选A. 6.(1)有(2)减小(3)1.9(4)长(5)无影响 解析：(1)根据题意，将滑动变阻器的滑片移至最左端，光电 管阴极K与阳极A之间的电压为零，用激光笔1照射阴极 K,有光电子逸出，可以到达阳极A形成光电流，则电流表有 示数.(2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片从最左端向右滑 动，光电管阴极K与阳极A之间的反向电压逐渐增大，可以 到达阳极A的光电子数减小，则光电流减小，即电流表的示 数减小(3)根据题意，设逸出功为W。,由光电效应方程有 E=3.1eV-W。由题图乙可知，遏止电压为U。=123V,则有 E=eU。=1.23eV,联立解得W。≈1.9eV.(4)由题图丙可知， 遏止电压减小，则光电子的最大初动能减小，可得激光笔2 黑白题39@专项突破6 热力学第一定律与 1.(2025·江苏南京期中)瓶子吞鸡蛋的实验 过程如下：先将敞口的玻璃瓶中的空气加 热，再将剥皮的熟鸡蛋放于瓶口，过一会儿 发现鸡蛋被缓慢吸入瓶中，如图所示.鸡蛋 被吸入还未落下的过程中，瓶中气体可视 为理想气体，质量不变.鸡蛋被吸入一半时 相比刚放上时，关于瓶中气体，下列说法正 确的是 () A.每个气体分子的动能都减小 B.此过程气体从外界吸热 C.气体压强和热力学温度的比值增大 D.气体分子撞击单位面积器壁的平均作用 力变大 (第1题) (第2题) 2.封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态 A经B、C、D,再回到状态A,其体积V与热 力学温度T的关系如图所示，O、A、D三点 在同一直线上，BC垂直于T轴.下列说法正 确的是 () A.由状态A变化到状态B过程中，气体放 出热量 B.由状态B变化到状态C过程中，气体放 出热量 C.由状态D变化到状态A过程中，气体放 出热量 D.A状态时单位时间内与器壁单位面积碰 撞的分子数比D状态时少 3.（2024·广东珠海期末)一定质量的理想气 体经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过 程，其中ba的延长线通过坐标原点，气体 10黑白题物理|选择性必修第三册·RJ 气体实验定律综合问题 a、b、c、d四个状态的压强与温度的关系如 图所示，则下列说法中错误的是( 3 A.气体在cd过程中体积减小 B.气体在bc过程中内能不变 C.气体在ab过程和cd过程中内能变化量 的绝对值相等 D.气体在ab过程中吸收的热量大于内能 变化量 4.一定质量的理想气体从状态A→B,再从状 态B→C,最后从状态C→A完成一次循环， 如图所示.已知状态A时气体的温度T4= 900K,问： (1)求气体在状态B时的温度T (2)求气体从状态B→C的过程中，气体做 的功WBC (3)已知气体从状态AB→C→A的过程 中，外界对气体做的功Wc4=3.3×10J, 试说明该过程中气体是吸热还是放热， 求吸收（或放出）了多少热量 tpl(×10Pa 等温线 B V/m 5.一横截面积为S=5.0cm的U形玻璃管竖 直放置，右端开口，左管用光滑活塞和水银 封闭一段空气柱.当封闭气体的温度t。 27℃时，管内水银柱及空气柱长度，如图所 示.已知外界大气压为Po=1.0×103Pa,水银 的密度为p=13.6×103kg/m3,重力加速度g 取10m/s2,认为摄氏温标所确定的温度t 与热力学温度T的关系是T=t+273K (1)缓慢降低封闭气体的温度，当封闭气体 的长度L=36cm时，封闭气体的温度t 是多少？ (2)若(1)过程中气体的内能减少了2.5J, 该过程中气体吸热还是放热？吸收或 放出的热量是多少？（结果保留2位有 效数字) 30 cm 6.(2024·江苏金陵中学期末)某小组设计了 一个简易深度计，如图所示，其构造为一导 热良好的刚性柱形容器，顶端有卡口，用质 量忽略不计的薄活塞密封一部分理想气 体，活塞与容器壁间能无摩擦滑动，水对活 塞产生挤压使其向下移动，根据图中向下 移动的距离d可求得深度计所到达的深度， 容器内部底面积S=0.8m2,内部高度L= 1m,忽略水的温度随深度的变化，深度计 在水中某深度处与水达到热平衡后，活塞 位于顶端卡口处，此时封闭气体压强为 5po,已知外界大气压强p0=1.0×105Pa,且 Po相当于10m高的水柱产生的压强. (1)某次实验中测得长度d= 2,求此时深 度计所处的深度H; (2)若深度计由水深70m处缓慢下降至 90m处的过程中，其气体状态变化过 程对应为等温线上a点到b点的过程， 如图乙所示，αb段可近似看成一段倾斜 直线，求在该过程中气体向外界释放的 热量Q. 进阶突破·专项练11