2020届高考物理二轮复习 选修3-3 热学 第2讲 热学计算的应用练习

第2讲 热学计算的应用1(2019年东莞中学三模) 如图所示，一圆柱形绝热汽缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体活塞的质量为m，横截面积为s，与容器底部相距h，此时封闭气体的温度为t1.现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量q时，气体温度上升到t2.已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与气缸的摩擦，求：(1)活塞上升的高度；(2)加热过程中气体的内能增加量【答案】(1)h(2)q(p0smg)h【解析】(1)气体发生等压变化，有解得hh.(2)加热过程中气体对外做功为wpsh(p0smg)h由热力学第一定律知内能的增加量为uqwq(p0smg)h2(2019年江西师大附中)如图，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置玻璃管的下部封有长l125.0 cm的空气柱，中间有一段长l225.0 cm的水银柱，上部空气柱的长度l350.0 cm.已知大气压强为p075.0 cmhg.现将一活塞(图中未画出)从玻璃管开口处缓慢往下推，使管下部空气柱长度变为l120.0 cm.假设活塞下推过程中没有漏气，不计活塞的厚度求活塞下推的距离【答案】17.5 cm【解析】以cmhg为压强单位在活塞下推前，玻璃管下部空气柱的压强p1p0h设活塞下推后，下部空气柱的压强为p1，由玻意耳定律得p1l1p1l1设活塞下推距离为l，则此时玻璃管上部空气柱的长度l3l3(l1l1)l设此时玻璃管上部空气柱的压强为p3，则p3p1l2由玻意耳定律得p0l3p3l3联立以上各式及题给数据解得l17.5 cm.3(2019年山西运城康杰中学模拟)一艘潜水艇位于水面下h200 m处，艇上有一个容积v12 m3的钢筒，筒内贮有压强p1200p0的压缩气体，其中p0为大气压，p01105 pa.已知海水的密度1103 kg/m3，重力加速度g10 kg/m2，设海水的温度不变有一个与海水相通的装满海水的水箱，现在通过细管道将钢筒中部分空气压入该水箱，再关闭管道，水箱中排出海水的体积为v210 m3，此时钢筒内剩余空气的压强为多少？【答案】9.5106pa 【解析】钢筒中空气初始状态：p1200p0，v12 m3与海水相通的水箱中的压强：p2p0gh21p0设钢筒内剩余空气的压强为p3，钢筒中排出的气体在压强为p3时的体积为v3，则p3v3p2v2对钢筒中所有的气体有p1v1p3(v1v3)解得p39.5106 pa4(2018年广东梅州二模)如图甲、乙所示，汽缸由两个横截面不同的圆筒连接而成，活塞a、b被长度为0.9 m的轻质刚性细杆连接在一起，可无摩擦移动，a、b的质量分别为ma12 kg、mb8.0 kg，横截面积分别为sa4.0102 m2，sb2.0102 m2.一定质量的理想气体被封闭在两活塞之间，活塞外侧大气压强p01.0105 pa.取重力加速度g10 m/s2.(1) 图甲所示是汽缸水平放置达到的平衡状态，活塞a与圆筒内壁凸起面恰好不接触，求被封闭气体的压强(2)保持温度不变使汽缸竖直放置，平衡后达到如图乙所示位置，求大气压强对活塞a、b所做的总功【答案】(1) 1.0105 pa (2)200 j【解析】(1) 汽缸处于题图甲位置时，设汽缸内气体压强为p1，对于活塞和杆，由平衡条件得：p0sap1sbp1sap0sb代入数据解得p1p01.0105 pa.(2)汽缸处于题图乙位置时，设汽缸内气体压强为p2，对于活塞和杆，由平衡条件得p0sap2sbp2sap0sb(mamb)g代入数据解得 p20.9105 pa由玻意耳定律可得p11sbp21sbx(sasb)代入数据解得x0.1 mwp0(sasb)x联立代入数据解得w200 j .5(2019年贵州安顺监测)如图所示为某型号的太阳能空气集热器的简易图，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为v0，开始时内部封闭气体的压强为p0.经过太阳暴晒，气体温度由t0300 k升至t1400 k为减小集热器内部压强，集热器自动控制系统缓慢抽出部分气体，并使温度降为360 k，此时，集热器内气体的压强回到p0.求：(1)太阳晒后气体的压强；(2)温度降为360 k时，集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值【答案】(1)p0 (2)【解析】(1)集热器内的气体发生等容变化，根据查理定律，有代入数据解得p1p0.(2)以抽出的气体和集热器内的气体为研究对象，设抽出的气体温度也为t2压强也为p0，此时与集热器内气体的总体积为v，由理想气体状态方程得联立解得vv0设剩余气体的质量与原来气体的总质量之比为k，由题意得k联立解得k.6(2019年黔东南州一模)如图所示，一定质量的理想气体被光滑的活塞封闭在导热良好的汽缸内活塞质量为m20 kg，横截面积为s0.01 m2.汽缸与水平面成30角靠在墙上，活塞静止时，活塞下表面与汽缸底部的距离l48 cm，此时气体的温度为27 .已知外界大气的压强p01.0105pa，并始终保持不变，重力加速度g10 m/s2.求：(1)若将汽缸缓慢地沿逆时针方向转到竖直位置，此时活塞下表面与汽缸底部的距离(2)若将缸内气体的温度升高，为使活塞仍处于第(1)问的位置不变，可在活塞上表面均匀添加铁沙，当缸内温度为47 时，添加在活塞上表面的铁沙质量【答案】(1)44 cm(2)8 kg【解析】(1)设竖直位置时活塞到汽缸底部的距离为l，对封闭气体，由等温