专题04 气体实验定律与热力学定律（专项训练）物理人教版高二下学期期中复习

专题四：气体实验定律与热力学定律 目录 【知识梳理】····························································································1 知识点 1 物体的内能································································1 知识点 2 热力学定律·························································2 知识点 3 固体、液体的性质·································3 知识点 4 气体状态变化的图像问题·································3 知识点 5充气、抽气、漏气、灌气模型·································3 【方法技巧】····························································································4 方法技巧 1 活塞—气缸类问题······················································5 方法技巧 2求解液柱—试管类问题的三点提醒······························································6 方法技巧3 与热力学第一定律综合问题······························································6 【巩固训练】····························································································8 【综合训练】····························································································11 【知识梳理】 知识点 1 物体的内能 知识点 2 热力学定律 知识点 3 固体、液体的性质 知识点 4 气体状态变化的图像问题 知识点 5充气、抽气、漏气、灌气模型 1.充气问题 设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来,那么当我们取容器内原有的气体和口袋内的全部气体作为研究对象时,这些气体状态不管怎样变化,其质量总是不变的。这样,就将变质量问题转化成等质量问题了。 2.抽气问题 用抽气筒对容器抽气的过程中,对每一次抽气而言,气体质量发生变化,其解决方法和充气问题类似,取剩余气体和抽出的全部气体作为研究对象,这些气体状态不管怎样变化,其质量总是不变的。 3.漏气问题 容器漏气过程中气体的质量不断发生变化,不能用理想气体状态方程求解。如果选容器内剩余气体为研究对象,便可使变质量问题变成等质量问题,可用理想气体状态方程求解。 4.灌气分装问题 将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题,可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象,将变质量问题转化为等质量问题。 考向分析 充气、抽气、漏气、灌气问题的本质是变质量问题,涉及的情境有球类、轮胎的充气,氧气瓶灌装与分装等等,这也是高考命题的热点,解答的关键是通过灵活选择研究对象,把变质量问题转化为等质量问题,然后应用气体实验定律或理想气体状态方程求解。 【方法技巧】 方法技巧 1 活塞—气缸类问题 活塞—气缸类问题的三种常见情况 (1)气体系统处于平衡状态,需要综合应用气体实验定律和物体的平衡条件解题。 　　　根据题意选择活塞或气缸为研究对象 (2)气体系统处于非平衡状态,需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题。 (3)两个或多个气缸封闭着几部分气体,并且气缸之间相互关联的问题,解答时应分别研究各部分气体,找出它们各自遵循的规律,并写出相应的方程,还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式,最后联立求解。 例1　 差压阀可控制气体进行单向流动,广泛应用于减震系统。如图所示,A、B两个导热良好的气缸通过差压阀连接,A内轻质活塞的上方与大气连通,B的体积不变。当A内气体压强减去B内气体压强大于Δp时差压阀打开,A内气体缓慢进入B中;当该差值小于或等于Δp时差压阀关闭。当环境温度T1=300 K时,A内气体体积VA1=4.0×10-2 m3,B内气体压强pB1等于大气压强p0。已知活塞的横截面积S=0.10 m2,Δp=0.11p0,p0=1.0×105 Pa,重力加速度大小g取10 m/s2,A、B内的气体可视为理想气体,忽略活塞与气缸间的摩擦,差压阀与连接管道内的气体体积不计。当环境温度降低到T2=270 K时: (1)求B内气体压强pB2; (2)求A内气体体积VA2; (3)在活塞上缓慢倒入铁砂,若B内气体压强回到p0并保持不变,求已倒入铁砂的质量m。 答案(1)9×104 Pa　(2)3.6×10-2 m3 (3)1.1×102 kg 解析本题考查气体实验定律。(1)设差压阀要打开时的温度为T,A、B两个气缸导热良好,B内气体做等容变化,初态pB1=p0,T1=300 K,末态pB=p0-Δp,根据解得T=267 K,说明降低到T2时,差压阀没有打开,即末态T2=270 K,根据代入数据可得pB2=9×104 Pa。 (2)A内气体做等压变化,压强保持不变,初态VA1=4.0×10-2 m3,T1=300 K 末态T2=270 K 根据 代入数据可得VA2=3.6×10-2 m3。 (3)恰好稳定时,A内气体压强为pA'=p0+ B内气体压强pB'=p0 此时差压阀恰好关闭,所以有pA'-pB'=Δp 代入数据联立解得m=1.1×102 kg。 方法技巧 2 求解液柱—试管类问题的三点提醒 (1)液体因重力产生的压强大小为p=ρgh。 h为气、液接触面至液面的竖直高度 (2)不要漏掉大气压强,同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力。 (3)有时直接应用连通器原理——连通器内静止的液体,同种液体在同一水平面上各处压强相等。 例2　下图是某铸造原理示意图。往气室注入空气增加压强,使金属液沿升液管进入已预热的铸型室,待铸型室内金属液冷却凝固后获得铸件。柱状铸型室通过排气孔与大气相通,大气压强p0=1.0×105 Pa,铸型室底面积S2=0.2 m2,高度h2=0.2 m,底面与注气前气室内金属液面高度差H=0.15 m。柱状气室底面积S1=0.8 m2,注气前气室内气体压强为p0,金属液的密度ρ=5.0×103 kg/m3。重力加速度g取10 m/s2。空气可视为理想气体,不计升液管的体积。 (1)求金属液刚好充满铸型室时,气室内金属液面下降的高度h1和气室内气体压强p1。 (2)若在注气前关闭排气孔使铸型室密封,且注气过程中铸型室内温度不变,求注气后铸型室内的金属液高度为h3=0.04 m时,气室内气体压强p2。 解题指导 【审题】 读取题干 获取信息 物理关系 使金属液沿升液管进入已预热的铸型室 液体的体积恒定 铸型室的体积等于气室内液体下降的体积,铸型室内气压与气室内气压差等于铸液压强 柱状铸型室通过排气孔与大气相通 铸型室顶部压强等于大气压强 若在注气前关闭排气孔使铸型室密封,且注气过程中铸型室内温度不变 铸型室内气体质量不变,发生等温变化 p1V1=p2V2 答案(1)0.05 m　1.2×105 Pa　(2)1.35×105 Pa 解析(1)由题意可知,铸型室内金属液的体积等于气室内金属液减少的体积,即h1S1=h2S2 故气室内金属液面下降的高度h1=0.05 m 分析得到气室内气体压强 p1=p0+ρg(h1+h2+H)=1.2×105 Pa。 (2)当上方铸型室液面高为h3=0.04 m时,设下方气室内液面下降高度为h4,则 h3S2=h4S1 解得h4=0.01 m 铸型室内气体发生等温变化,由玻意耳定律有 p0h2S2=p'(h2-h3)S2 故此时铸型室内气体压强p'=1.25×105 Pa 因此此时气室内气体压强p2=p'+ρg(h3+h4+H)=1.35×105 Pa。 方法技巧3与热力学第一定律综合问题 温馨提示气体等压膨胀(压缩)时,气体对外界(外界对气体)做功W=pΔV。 例3　某物理兴趣小组设计了一温度报警装置,原理如图所示,竖直放置的导热气缸内用质量m=0.10 kg、横截面积S=1.0×10-3 m2、上表面涂有导电物质的活塞封闭一定质量的理想气体。当缸内气体的温度T1=300 K时,活塞下表面与气缸底部的距离h1=6 cm,上表面与a、b两触点的距离h2=1 cm。当环境温度上升,活塞缓慢上移至卡口处时恰好触发报警器报警。不计一切摩擦,大气压强恒为p0=1.0×105 Pa,重力加速度大小g取10 m/s2。求: (1)该报警装置报警的最低温度T2; (2)当环境的温度从T1=300 K缓慢升高到报警的最低温度时,缸内气体吸收的热量为3.12 J,求此过程中缸内气体内能的增量ΔU。 答案(1)350 K　(2)2.11 J 解析(1)根据题意,由盖-吕萨克定律得 解得T2=350 K。 (2)当环境温度缓慢升高的过程中,活塞先缓慢上移至卡口,气体做等压变化,设封闭气体做等压变化时的压强为p1,由平衡条件得p1S=mg+p0S 解得p1=1.01×105 Pa 当环境的温度从T1=300 K缓慢升高到报警的最低温度时,气体对外界做功W=-p1Sh2 联立解得W=-1.01 J 由热力学第一定律可得ΔU=W+Q 解得气体内能的增量ΔU=2.11 J。 【巩固训练】 1.(如图是一种儿童玩具“吡叭筒”,由竹筒和木棍组成,在竹筒的前后两端分别装上“叭子”(树果子或打湿的小纸团)。叭子密封竹筒里面的空气,迅速推动木棍,前端的叭子便会从筒口射出。则迅速推动木棍过程中(叭子尚未射出),竹筒中被密封的气体(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.压强增大 B.温度不变 C.内能不变 D.每个分子的动能都增加 2.(多选)对下列四幅图的描述不正确的是(　　) A.图甲中酱油的色素分子扩散到鸡蛋内的现象,说明分子在做热运动 B.图乙是显微镜下记录同一炭粒每隔30 s的位置连线,连线就是炭粒运动的轨迹 C.图丙中压紧的铅块能吊住重物,说明分子间同时存在引力和斥力 D.图丁是气体分子的速率分布图像,由图可知T1>T2 3.某个冬天的早晨,小红打开家里的制暖空调,为使制暖效果更佳,她关闭门窗,一段时间后房间内升高至25 ℃并保持恒温。房间内的气体可视为质量不变的理想气体,若将一杯装有花粉的10 ℃水置于该房间内,则下列说法正确的是(　　) A.制暖空调机工作时,热量从低温物体传递给高温物体 B.制暖空调机开始工作后,房间内气体的内能始终保持不变 C.待空调稳定后,花粉的运动激烈程度会减弱 D.花粉颗粒在水中做布朗运动,反映了花粉分子在不停地做无规则运动 4.游客去高海拔景区旅游时,多数会出现高原反应,而通过吸氧可以缓解高原反应。某游客按压便携式氧气罐喷出气体过程中,假定罐内气体可视为理想气体且温度保持不变,则罐内气体(　　) A.压强不变 B.总内能不变 C.对外做功 D.放出热量 5.如图所示,密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中(　　) A.气体分子的数密度增大 B.气体分子的平均动能增大 C.单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小 D.单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小 6.(多选)如图所示,一定量理想气体的循环由下面4个过程组成:1→2为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量),2→3为等压过程,3→4为绝热过程,4→1为等容过程。上述4个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是(　　) A.1→2过程中,气体内能增加 B.2→3过程中,气体向外放热 C.3→4过程中,气体内能不变 D.4→1过程中,气体向外放热 【综合训练】 1.某种卡车轮胎的标准胎压范围为 2.8×105~3.5×105 Pa。卡车行驶过程中,一般胎内气体的温度会升高,体积及压强也会增大。若某一行驶过程中胎内气体压强p随体积V线性变化如图所示,温度T1为300 K时,体积V1和压强p1分别为0.528 m3、3.0×105 Pa;当胎内气体温度升高到T2为350 K时,体积增大到V2=0.560 m3,胎内气体可视为理想气体。 (1)求此时胎内气体的压强p2; (2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为7.608×104 J,求胎内气体的内能增加量ΔU。 2.玻璃瓶可作为测量水深的简易装置。如图所示,潜水员在水面上将80 mL水装入容积为380 mL的玻璃瓶中,拧紧瓶盖后带入水底,倒置瓶身,打开瓶盖,让水进入瓶中,稳定后测得瓶内水的体积为230 mL。将瓶内气体视为理想气体,全程气体不泄漏且温度不变。大气压强p0取1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,水的密度ρ取1.0×103 kg/m3。求水底的压强p和水的深度h。 3.如图所示,底面为圆形的塑料瓶内装有一定量的水和气体A,在瓶内放入开口向下的玻璃瓶,玻璃瓶内封闭有一定质量的气体B,拧紧瓶盖,用力F挤压塑料瓶,使玻璃瓶恰好悬浮在水中,假设环境温度不变,塑料瓶导热性能良好,气体A、B均视为理想气体,下列说法正确的是(　　) A.气体A与气体B的压强相同 B.增大挤压力F,玻璃瓶将下沉 C.减小挤压力F,气体B的体积将减小 D.气体A的压强大于气体B的压强 10.(多选)(2024海南卷)一定质量的理想气体从状态a开始经ab、bc、ca三个过程回到原状态,已知ab垂直于T轴,bc延长线过O点,下列说法正确的是(　　) A.bc过程外界对气体做功 B.ca过程气体压强不变 C.ab过程气体放出热量 D.ca过程气体内能减小 4.如图所示,空间站核心舱内航天员要到舱外太空行走,需经过气闸舱,开始时气闸舱内气压为p0,用抽气机多次抽取气闸舱中的气体,当气压降到一定程度后才能打开气闸门B,已知每次从气闸舱抽取的气体体积都是气闸舱容积的,若抽气过程中温度保持不变,则抽气2次后,气闸舱内气压为(　　) A. B. C. D. 5.某探究小组设计了一个报警装置,其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S=100 cm2、质量m=1 kg的活塞密封一定质量的理想气体,活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA=300 K、活塞与容器底的距离h0=30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热,活塞缓慢上升d=3 cm恰好到达容器内的卡口处,此时气体达到状态B。活塞保持不动,气体被继续加热至温度TC=363 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU=158 J。取大气压p0=0.99×105 Pa,求气体: (1)在状态B的温度; (2)在状态C的压强; (3)由状态A到状态C过程中从外界吸收的热量Q。 6.)如图所示,上端开口、下端封闭的足够长玻璃管竖直固定于调温装置内。玻璃管导热性能良好,管内横截面积为S,用轻质活塞封闭一定质量的理想气体。大气压强为p0,活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小恒为f0=p0S,且等于最大静摩擦力。用调温装置对封闭气体缓慢加热,T1=330 K时,气柱高度为h1,活塞开始缓慢上升;继续缓慢加热至T2=440 K时停止加热,活塞不再上升;再缓慢降低气体温度,活塞位置保持不变,直到降温至T3=400 K时,活塞才开始缓慢下降;温度缓慢降至T4=330 K时,保持温度不变,活塞不再下降。求: (1)T2=440 K时,气柱高度h2; (2)从T1状态到T4状态的过程中,封闭气体吸收的净热量Q(扣除放热后净吸收的热量)。 1 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题四：气体实验定律与热力学定律 目录 【知识梳理】····························································································1 知识点 1 物体的内能································································1 知识点 2 热力学定律·························································2 知识点 3 固体、液体的性质·································3 知识点 4 气体状态变化的图像问题·································3 知识点 5充气、抽气、漏气、灌气模型·································3 【方法技巧】····························································································4 方法技巧 1 活塞—气缸类问题······················································5 方法技巧 2求解液柱—试管类问题的三点提醒······························································6 方法技巧3 与热力学第一定律综合问题······························································6 【巩固训练】····························································································8 【综合训练】····························································································11 【知识梳理】 知识点 1 物体的内能 知识点 2 热力学定律 知识点 3 固体、液体的性质 知识点 4 气体状态变化的图像问题 知识点 5充气、抽气、漏气、灌气模型 1.充气问题 设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来,那么当我们取容器内原有的气体和口袋内的全部气体作为研究对象时,这些气体状态不管怎样变化,其质量总是不变的。这样,就将变质量问题转化成等质量问题了。 2.抽气问题 用抽气筒对容器抽气的过程中,对每一次抽气而言,气体质量发生变化,其解决方法和充气问题类似,取剩余气体和抽出的全部气体作为研究对象,这些气体状态不管怎样变化,其质量总是不变的。 3.漏气问题 容器漏气过程中气体的质量不断发生变化,不能用理想气体状态方程求解。如果选容器内剩余气体为研究对象,便可使变质量问题变成等质量问题,可用理想气体状态方程求解。 4.灌气分装问题 将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题,可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象,将变质量问题转化为等质量问题。 考向分析 充气、抽气、漏气、灌气问题的本质是变质量问题,涉及的情境有球类、轮胎的充气,氧气瓶灌装与分装等等,这也是高考命题的热点,解答的关键是通过灵活选择研究对象,把变质量问题转化为等质量问题,然后应用气体实验定律或理想气体状态方程求解。 【方法技巧】 方法技巧 1 活塞—气缸类问题 活塞—气缸类问题的三种常见情况 (1)气体系统处于平衡状态,需要综合应用气体实验定律和物体的平衡条件解题。 　　　根据题意选择活塞或气缸为研究对象 (2)气体系统处于非平衡状态,需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题。 (3)两个或多个气缸封闭着几部分气体,并且气缸之间相互关联的问题,解答时应分别研究各部分气体,找出它们各自遵循的规律,并写出相应的方程,还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式,最后联立求解。 例1　 差压阀可控制气体进行单向流动,广泛应用于减震系统。如图所示,A、B两个导热良好的气缸通过差压阀连接,A内轻质活塞的上方与大气连通,B的体积不变。当A内气体压强减去B内气体压强大于Δp时差压阀打开,A内气体缓慢进入B中;当该差值小于或等于Δp时差压阀关闭。当环境温度T1=300 K时,A内气体体积VA1=4.0×10-2 m3,B内气体压强pB1等于大气压强p0。已知活塞的横截面积S=0.10 m2,Δp=0.11p0,p0=1.0×105 Pa,重力加速度大小g取10 m/s2,A、B内的气体可视为理想气体,忽略活塞与气缸间的摩擦,差压阀与连接管道内的气体体积不计。当环境温度降低到T2=270 K时: (1)求B内气体压强pB2; (2)求A内气体体积VA2; (3)在活塞上缓慢倒入铁砂,若B内气体压强回到p0并保持不变,求已倒入铁砂的质量m。 答案(1)9×104 Pa　(2)3.6×10-2 m3 (3)1.1×102 kg 解析本题考查气体实验定律。(1)设差压阀要打开时的温度为T,A、B两个气缸导热良好,B内气体做等容变化,初态pB1=p0,T1=300 K,末态pB=p0-Δp,根据解得T=267 K,说明降低到T2时,差压阀没有打开,即末态T2=270 K,根据代入数据可得pB2=9×104 Pa。 (2)A内气体做等压变化,压强保持不变,初态VA1=4.0×10-2 m3,T1=300 K 末态T2=270 K 根据 代入数据可得VA2=3.6×10-2 m3。 (3)恰好稳定时,A内气体压强为pA'=p0+ B内气体压强pB'=p0 此时差压阀恰好关闭,所以有pA'-pB'=Δp 代入数据联立解得m=1.1×102 kg。 方法技巧 2 求解液柱—试管类问题的三点提醒 (1)液体因重力产生的压强大小为p=ρgh。 h为气、液接触面至液面的竖直高度 (2)不要漏掉大气压强,同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力。 (3)有时直接应用连通器原理——连通器内静止的液体,同种液体在同一水平面上各处压强相等。 例2　下图是某铸造原理示意图。往气室注入空气增加压强,使金属液沿升液管进入已预热的铸型室,待铸型室内金属液冷却凝固后获得铸件。柱状铸型室通过排气孔与大气相通,大气压强p0=1.0×105 Pa,铸型室底面积S2=0.2 m2,高度h2=0.2 m,底面与注气前气室内金属液面高度差H=0.15 m。柱状气室底面积S1=0.8 m2,注气前气室内气体压强为p0,金属液的密度ρ=5.0×103 kg/m3。重力加速度g取10 m/s2。空气可视为理想气体,不计升液管的体积。 (1)求金属液刚好充满铸型室时,气室内金属液面下降的高度h1和气室内气体压强p1。 (2)若在注气前关闭排气孔使铸型室密封,且注气过程中铸型室内温度不变,求注气后铸型室内的金属液高度为h3=0.04 m时,气室内气体压强p2。 解题指导 【审题】 读取题干 获取信息 物理关系 使金属液沿升液管进入已预热的铸型室 液体的体积恒定 铸型室的体积等于气室内液体下降的体积,铸型室内气压与气室内气压差等于铸液压强 柱状铸型室通过排气孔与大气相通 铸型室顶部压强等于大气压强 若在注气前关闭排气孔使铸型室密封,且注气过程中铸型室内温度不变 铸型室内气体质量不变,发生等温变化 p1V1=p2V2 答案(1)0.05 m　1.2×105 Pa　(2)1.35×105 Pa 解析(1)由题意可知,铸型室内金属液的体积等于气室内金属液减少的体积,即h1S1=h2S2 故气室内金属液面下降的高度h1=0.05 m 分析得到气室内气体压强 p1=p0+ρg(h1+h2+H)=1.2×105 Pa。 (2)当上方铸型室液面高为h3=0.04 m时,设下方气室内液面下降高度为h4,则 h3S2=h4S1 解得h4=0.01 m 铸型室内气体发生等温变化,由玻意耳定律有 p0h2S2=p'(h2-h3)S2 故此时铸型室内气体压强p'=1.25×105 Pa 因此此时气室内气体压强p2=p'+ρg(h3+h4+H)=1.35×105 Pa。 方法技巧3与热力学第一定律综合问题 温馨提示气体等压膨胀(压缩)时,气体对外界(外界对气体)做功W=pΔV。 例3　某物理兴趣小组设计了一温度报警装置,原理如图所示,竖直放置的导热气缸内用质量m=0.10 kg、横截面积S=1.0×10-3 m2、上表面涂有导电物质的活塞封闭一定质量的理想气体。当缸内气体的温度T1=300 K时,活塞下表面与气缸底部的距离h1=6 cm,上表面与a、b两触点的距离h2=1 cm。当环境温度上升,活塞缓慢上移至卡口处时恰好触发报警器报警。不计一切摩擦,大气压强恒为p0=1.0×105 Pa,重力加速度大小g取10 m/s2。求: (1)该报警装置报警的最低温度T2; (2)当环境的温度从T1=300 K缓慢升高到报警的最低温度时,缸内气体吸收的热量为3.12 J,求此过程中缸内气体内能的增量ΔU。 答案(1)350 K　(2)2.11 J 解析(1)根据题意,由盖-吕萨克定律得 解得T2=350 K。 (2)当环境温度缓慢升高的过程中,活塞先缓慢上移至卡口,气体做等压变化,设封闭气体做等压变化时的压强为p1,由平衡条件得p1S=mg+p0S 解得p1=1.01×105 Pa 当环境的温度从T1=300 K缓慢升高到报警的最低温度时,气体对外界做功W=-p1Sh2 联立解得W=-1.01 J 由热力学第一定律可得ΔU=W+Q 解得气体内能的增量ΔU=2.11 J。 【巩固训练】 1.(如图是一种儿童玩具“吡叭筒”,由竹筒和木棍组成,在竹筒的前后两端分别装上“叭子”(树果子或打湿的小纸团)。叭子密封竹筒里面的空气,迅速推动木棍,前端的叭子便会从筒口射出。则迅速推动木棍过程中(叭子尚未射出),竹筒中被密封的气体(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.压强增大 B.温度不变 C.内能不变 D.每个分子的动能都增加 答案A 解析迅速推动木棍过程中,竹筒中被密封的气体体积减小,则压强增大,外界对气体做正功,W>0,由于该过程气体与外界无热交换,则Q=0,根据热力学第一定律可知,ΔU>0,气体内能增加,温度升高,分子平均动能增加,但不是每个分子的动能都增加,故选A。 2.(多选)对下列四幅图的描述不正确的是(　　) A.图甲中酱油的色素分子扩散到鸡蛋内的现象,说明分子在做热运动 B.图乙是显微镜下记录同一炭粒每隔30 s的位置连线,连线就是炭粒运动的轨迹 C.图丙中压紧的铅块能吊住重物,说明分子间同时存在引力和斥力 D.图丁是气体分子的速率分布图像,由图可知T1>T2 答案BCD 解析题图甲中酱油的色素分子扩散到鸡蛋内的现象,说明分子在做热运动,故A正确,不满足题意要求;题图乙是显微镜下记录同一炭粒每隔30 s的位置连线,炭粒在做无规则运动,连线不是炭粒运动的轨迹,故B错误,满足题意要求;题图丙中压紧的铅块能吊住重物,说明分子间存在引力,不能说明分子间存在斥力,故C错误,满足题意要求;温度越高,分子的平均动能越大,由题图丁可知T2对应图像中速率大的分子所占的比例大于T1对应图像中速率大的分子所占的比例,则T2>T1,故D错误,满足题意要求。故选BCD。 3.某个冬天的早晨,小红打开家里的制暖空调,为使制暖效果更佳,她关闭门窗,一段时间后房间内升高至25 ℃并保持恒温。房间内的气体可视为质量不变的理想气体,若将一杯装有花粉的10 ℃水置于该房间内,则下列说法正确的是(　　) A.制暖空调机工作时,热量从低温物体传递给高温物体 B.制暖空调机开始工作后,房间内气体的内能始终保持不变 C.待空调稳定后,花粉的运动激烈程度会减弱 D.花粉颗粒在水中做布朗运动,反映了花粉分子在不停地做无规则运动 答案A 解析制暖空调机工作时,因为电机工作电流做功,热量从低温物体传到高温物体,故A正确;制暖空调机开始工作后,房间内气体温度升高,内能增大,故B错误;待空调稳定后,房间内温度升高,装花粉的水温度升高,花粉做布朗运动激烈程度会增加,故C错误;花粉颗粒在水中做布朗运动,反映了水分子在不停地做无规则运动,故D错误。故选A。 4.游客去高海拔景区旅游时,多数会出现高原反应,而通过吸氧可以缓解高原反应。某游客按压便携式氧气罐喷出气体过程中,假定罐内气体可视为理想气体且温度保持不变,则罐内气体(　　) A.压强不变 B.总内能不变 C.对外做功 D.放出热量 答案C 解析喷出气体过程中,罐内气体质量变小,温度、体积不变,根据理想气体状态方程=C可知,气体压强减小,故A错误;温度不变,平均动能不变,罐内气体分子数减少了,故总内能减小,故B错误;气体膨胀,体积变大,对外做功,故C正确;根据热力学第一定律可知ΔU=W+Q,喷出气体瞬间,气体对外做功,内能减小,温度降低,此时罐内气体需要吸收热量,使得罐内气体温度保持不变,故D错误。 5.如图所示,密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中(　　) A.气体分子的数密度增大 B.气体分子的平均动能增大 C.单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小 D.单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小 答案B 解析气体发生等容变化,故气体分子的数密度不变,选项A错误;气体温度升高,故气体分子的平均动能增大,选项B正确;气体压强增大,故单位时间内气体分子对单位面积的作用力增大,选项C错误;由于气体分子的平均动能增大,气体体积不变,故单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数增大,选项D错误。 6.(多选)如图所示,一定量理想气体的循环由下面4个过程组成:1→2为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量),2→3为等压过程,3→4为绝热过程,4→1为等容过程。上述4个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是(　　) A.1→2过程中,气体内能增加 B.2→3过程中,气体向外放热 C.3→4过程中,气体内能不变 D.4→1过程中,气体向外放热 答案AD 解析本题考查热学图像问题。1→2过程中,气体绝热压缩,外界对气体做功,内能增加,选项A正确。2→3过程中,气体等压膨胀,对外做功,温度升高,根据热力学第一定律可知,气体吸热,选项B错误。3→4过程中,气体绝热膨胀,内能减小,选项C错误。4→1过程中,气体体积不变,压强减小,温度降低,内能减小,根据热力学第一定律可知,气体放热,选项D正确。 【综合训练】 1.某种卡车轮胎的标准胎压范围为 2.8×105~3.5×105 Pa。卡车行驶过程中,一般胎内气体的温度会升高,体积及压强也会增大。若某一行驶过程中胎内气体压强p随体积V线性变化如图所示,温度T1为300 K时,体积V1和压强p1分别为0.528 m3、3.0×105 Pa;当胎内气体温度升高到T2为350 K时,体积增大到V2=0.560 m3,胎内气体可视为理想气体。 (1)求此时胎内气体的压强p2; (2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为7.608×104 J,求胎内气体的内能增加量ΔU。 答案(1)3.3×105 Pa　(2)6.6×104 J 解析(1)由理想气体状态方程有,解得p2=3.3×105 Pa。 (2)p-V图像面积表示外界对气体所做的功,由于该过程气体膨胀 外界对气体做的功W=-(V2-V1)=-1.008×104 J 由热力学第一定律有ΔU=W+Q=-1.008×104+7.608×104 J=6.6×104 J。 2.玻璃瓶可作为测量水深的简易装置。如图所示,潜水员在水面上将80 mL水装入容积为380 mL的玻璃瓶中,拧紧瓶盖后带入水底,倒置瓶身,打开瓶盖,让水进入瓶中,稳定后测得瓶内水的体积为230 mL。将瓶内气体视为理想气体,全程气体不泄漏且温度不变。大气压强p0取1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2,水的密度ρ取1.0×103 kg/m3。求水底的压强p和水的深度h。 答案2.0×105 Pa　10 m 解析对瓶中所封的气体,由玻意耳定律可知p0V0=pV 解得p=p0=1.0×105 Pa×=2.0×105 Pa 根据p=p0+ρgh 解得h=10 m。 3.如图所示,底面为圆形的塑料瓶内装有一定量的水和气体A,在瓶内放入开口向下的玻璃瓶,玻璃瓶内封闭有一定质量的气体B,拧紧瓶盖,用力F挤压塑料瓶,使玻璃瓶恰好悬浮在水中,假设环境温度不变,塑料瓶导热性能良好,气体A、B均视为理想气体,下列说法正确的是(　　) A.气体A与气体B的压强相同 B.增大挤压力F,玻璃瓶将下沉 C.减小挤压力F,气体B的体积将减小 D.气体A的压强大于气体B的压强 答案B 解析气体A和气体B的压强关系是pB=pA+ρgh,由此可知气体A的压强小于气体B的压强,A、D错误;增大挤压力F,气体A的体积减小,压强增大,气体B的压强增大,由玻意耳定律可知,气体B的体积减小,玻璃瓶受到的浮力减小,玻璃瓶将下沉,B正确;减小挤压力F,气体A的压强减小,气体B的压强减小,由玻意耳定律可知,气体B的体积将增大,C错误。 10.(多选)(2024海南卷)一定质量的理想气体从状态a开始经ab、bc、ca三个过程回到原状态,已知ab垂直于T轴,bc延长线过O点,下列说法正确的是(　　) A.bc过程外界对气体做功 B.ca过程气体压强不变 C.ab过程气体放出热量 D.ca过程气体内能减小 答案AC 解析本题考查气体实验定律、V-T图像、热力学第一定律等。由理想气体状态方程=C,化简可得V=·T,由图像可知,图像的斜率越大,压强越小,故pa<pb=pc,bc过程为等压变化,体积减小,外界对气体做功,故A正确;由A选项可知,ca过程压强减小,故B错误;ab过程为等温变化,内能不变,故ΔU=0,根据玻意耳定律可知,体积减小,压强增大,外界对气体做功,故W>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,解得Q<0,故ab过程气体放出热量,故C正确;ca过程,温度升高,内能增大,故D错误。 4.如图所示,空间站核心舱内航天员要到舱外太空行走,需经过气闸舱,开始时气闸舱内气压为p0,用抽气机多次抽取气闸舱中的气体,当气压降到一定程度后才能打开气闸门B,已知每次从气闸舱抽取的气体体积都是气闸舱容积的,若抽气过程中温度保持不变,则抽气2次后,气闸舱内气压为(　　) A. B. C. D. 答案D 解析每一次抽气都相当于气体的体积由V变为(V+ΔV),且,温度不变,根据玻意耳定律得p0V=p1(V+ΔV),解得p1=p0,同理可得,第二次抽气后有p1V=p2(V+ΔV),解得p2=p0,故选D。 5.某探究小组设计了一个报警装置,其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S=100 cm2、质量m=1 kg的活塞密封一定质量的理想气体,活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA=300 K、活塞与容器底的距离h0=30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热,活塞缓慢上升d=3 cm恰好到达容器内的卡口处,此时气体达到状态B。活塞保持不动,气体被继续加热至温度TC=363 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU=158 J。取大气压p0=0.99×105 Pa,求气体: (1)在状态B的温度; (2)在状态C的压强; (3)由状态A到状态C过程中从外界吸收的热量Q。 答案(1)330 K　(2)1.1×105 Pa　(3)188 J 解析(1)根据题意可知,气体由状态A变化到状态B的过程中,封闭气体的压强不变,则有 解得TB=TA=330 K。 (2)从状态A到状态B的过程中,活塞缓慢上升,则 pBS=p0S+mg 解得pB=1×105 Pa 根据题意可知,气体由状态B变化到状态C的过程中,气体的体积不变,则有 解得pC=pB=1.1×105 Pa。 (3)根据题意可知,从状态A到状态C的过程中气体对外做功为 W=pBSd=30 J 由热力学第一定律有 ΔU=-W+Q 解得Q=ΔU+W=188 J。 6.)如图所示,上端开口、下端封闭的足够长玻璃管竖直固定于调温装置内。玻璃管导热性能良好,管内横截面积为S,用轻质活塞封闭一定质量的理想气体。大气压强为p0,活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小恒为f0=p0S,且等于最大静摩擦力。用调温装置对封闭气体缓慢加热,T1=330 K时,气柱高度为h1,活塞开始缓慢上升;继续缓慢加热至T2=440 K时停止加热,活塞不再上升;再缓慢降低气体温度,活塞位置保持不变,直到降温至T3=400 K时,活塞才开始缓慢下降;温度缓慢降至T4=330 K时,保持温度不变,活塞不再下降。求: (1)T2=440 K时,气柱高度h2; (2)从T1状态到T4状态的过程中,封闭气体吸收的净热量Q(扣除放热后净吸收的热量)。 答案(1)h1　(2) 解析(1)封闭气体温度从T1缓慢加热至T2过程中,对活塞受力分析可知,封闭气体的压强不变,此过程为等压变化,由盖-吕萨克定律得 ,即 解得h2=h1。 (2)封闭气体温度从T3缓慢下降至T4过程中,对活塞受力分析可知,封闭气体的压强不变,此过程为等压变化, 设T4时气柱高度为h3,由盖-吕萨克定律得 ,即 解得h3=h1 封闭气体温度从T1到T4过程中, 活塞先上升Δh1=h2-h1=h1 再下降Δh2=h2-h3=h1 在活塞上升阶段,对活塞受力分析,有p0S+f0=p1S 在活塞下降阶段,对活塞受力分析,有p0S=p2S+f0 外界对气体所做的功W=-p1SΔh1+p2SΔh2 W=- 又因为T1=T4,故封闭气体的内能不变 由热力学第一定律得ΔU=W+Q 得Q=-W=。 1 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题四：气体实验定律与热力学定律 【巩固训练】 1. 答案A 2. 答案BCD 3. 答案A 4. 答案C 5. 答案B 6. 答案AD 【综合训练】 1. 答案(1)3.3×105 Pa　(2)6.6×104 J 解析(1)由理想气体状态方程有,解得p2=3.3×105 Pa。 (2)p-V图像面积表示外界对气体所做的功,由于该过程气体膨胀 外界对气体做的功W=-(V2-V1)=-1.008×104 J 由热力学第一定律有ΔU=W+Q=-1.008×104+7.608×104 J=6.6×104 J。 2. 答案2.0×105 Pa　10 m 解析对瓶中所封的气体,由玻意耳定律可知p0V0=pV 解得p=p0=1.0×105 Pa×=2.0×105 Pa 根据p=p0+ρgh 解得h=10 m。 3. 答案B 10. 答案AC 4. 答案D 5. 答案(1)330 K　(2)1.1×105 Pa　(3)188 J 解析(1)根据题意可知,气体由状态A变化到状态B的过程中,封闭气体的压强不变,则有 解得TB=TA=330 K。 (2)从状态A到状态B的过程中,活塞缓慢上升,则 pBS=p0S+mg 解得pB=1×105 Pa 根据题意可知,气体由状态B变化到状态C的过程中,气体的体积不变,则有 解得pC=pB=1.1×105 Pa。 (3)根据题意可知,从状态A到状态C的过程中气体对外做功为 W=pBSd=30 J 由热力学第一定律有 ΔU=-W+Q 解得Q=ΔU+W=188 J。 6. 答案(1)h1　(2) 解析(1)封闭气体温度从T1缓慢加热至T2过程中,对活塞受力分析可知,封闭气体的压强不变,此过程为等压变化,由盖-吕萨克定律得 ,即 解得h2=h1。 (2)封闭气体温度从T3缓慢下降至T4过程中,对活塞受力分析可知,封闭气体的压强不变,此过程为等压变化, 设T4时气柱高度为h3,由盖-吕萨克定律得 ,即 解得h3=h1 封闭气体温度从T1到T4过程中, 活塞先上升Δh1=h2-h1=h1 再下降Δh2=h2-h3=h1 在活塞上升阶段,对活塞受力分析,有p0S+f0=p1S 在活塞下降阶段,对活塞受力分析,有p0S=p2S+f0 外界对气体所做的功W=-p1SΔh1+p2SΔh2 W=- 又因为T1=T4,故封闭气体的内能不变 由热力学第一定律得ΔU=W+Q 得Q=-W=。 1 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $