2020年高考物理专题复习：热学部分解答题

1、高考回归复习一热学部分解答题1. 一定质量的理想气体，其内能跟热力学温度成正比。在初始状态A时，体积为V0,压强为P0,温度为To,此时其内能为U0该理想气体从状态 A经由一系列变化， 最终返回到原来状态 A,其变化过程的 VT图如 图所示，其中CA延长线过坐标原点，B、A点在同一竖直线上。求：(1)该理想气体在状态 B时的压强；(2)该理想气体从状态 B经由状态C回到状态A的过程中，气体向外界放出的热量。2. 一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸内，如图所示水平放置. 活塞的质量 m=20 kg,横截面积S=100cm2,活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始时汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离

2、Li=12 cm,离汽缸口的距离L2=3 cm .外界气温为27 C ,大气压强为1. 0X105 Pa,将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位 置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，取 g=10 m/s2,求：(1)此时气体的温度为多少？(2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q=370 J的热量，则气体增加的内能AU多大？3. 如图所示，长为 L、横截面积为 &质量为m的筒状小瓶，底朝上漂浮在某液体中。平衡时，瓶内空气 柱长为0.21L ,瓶内、外液面高度差为 0.10L;再在瓶底放上一质量为 m的物块，平衡时，瓶底恰好和液面 相平。已知重力加速

3、度为 g,系统温度不变，瓶壁和瓶底厚度可忽略。求：1 - - =I _ if 三 4 (1)液体密度p;(2)大气压强po。4.如图所示，哑铃状玻璃容器由两段完全相同的粗管和一段细管连接而成，容器竖直放置。容器粗管的截 面积为Si=2cm2,细管的截面积S2=1cm2,开始时粗细管内水银长度分别为hi=h2=2cm。整个细管长为h=4cm,封闭气体长度为 L=6cm,大气压强取po=76cmHg ,气体初始温度为 27 C。求：(1)若要使水银刚好离开下面的粗管，封闭气体的温度应为多少K?(2)若在容器中再倒入同体积的水银，且使容器中封闭气体长度L仍为6cm不变，封闭气体的温度应为多少K?1

4、一5 .某一热学装置如图所示， 左侧容器开口；横截面积为左侧容器 -的右管竖直放置，上端封闭，导热良好,5管长Lo=i.5m,粗细均匀，底部有细管与左侧连通，初始时未装液体，右管里面气体压强等于大气压。现向左侧容器缓慢注入某种液体，当左侧液面高度为hi=1.3m时，右管内液柱高度 h2=0.5m。(已知，大气压弓虽po= 1.0 105Pa,右管内气体初始温度 To=300K,取g=10m/s2)。(1)求此时右管内气体压强及该液体的密度；(不计温度变化对液体密度(2)将右管内气体温度缓慢升高，则升高到多少可以刚好将右管中液体全部挤出?的影响)6 .如图，一端封闭、粗细均匀的 U形玻璃管开口向

5、上竖直放置，管内用水银将一段气体封闭在管中.当温度为280K时，被封闭的气柱长 L=22cm ,两边水银柱局度差 h=16cm,大气压强p。=76cmHg .(1)为使左端水银面下降 3cm,封闭气体温度应变为多少？(2)封闭气体的温度重新回到280K后，为使封闭气柱长度变为20cm,需向开口端注入的水银柱长度为多少？7 .如图，可自由移动的活塞将密闭气缸分为体积相等的上下两部分A和B,初始时A、B中密封的理想气体温度均为800 K, B中气体压强P=1.25M05 Pa,活塞质量m=2.5 kg,气缸横截面积 S=10 cm2,气缸和活塞 均由绝热材料制成.现利用控温装置(未画出)保持 B中

6、气体温度不变，缓慢降低A中气体温度，使 A中，3.气体体积变为原来的 一，若不计活塞与气缸壁之间的摩擦，求稳定后A中气体的温度.(g=10 m/s2)48 . 一定质量的理想气体，由状态 a经状态b、状态c又回到状态a ,其体积V随温度T的变化图像如图所示。已知该气体在状态a时温度为T。、压强为Po、体积为V0,在状态b时温度为丁0、体积为2乂，在状态5c时体积为2V0,(其中To 300K、压强为Po 1.0 10 Pa、体积为V0=1.0L)求：(1)状态c的温度Tc为多少?(2)若由状态b至ij状态c气体吸收的热量为 Q=100J,则由状态c到状态a气体放出的热量 Q为多少?9 .如图，

7、绝热气缸 A与导热气缸B均固定于地面，由刚性杆连接的绝热活塞与两气缸间均无摩擦.两气缸内装有处于平衡状态的理想气体，开始时体积均为Vo、温度均为T),缓慢加热A中气体，停止加热达到稳定后，A中气体压强为原来的1.2倍.设环境温度始终保持不变，求气缸A中气体的体积VA和温度TA.10 .如图所示，T形活塞将绝热汽缸内的气体分隔成A、B两部分，活塞左、右两侧截面积分别为Si、S2,活塞与汽缸两端的距离均为 L,汽缸上有a、b、c三个小孔与大气连通，现将 a、b两孔用细管(容积不计)连接.已知大气压强为 Po,环境温度为 To,活塞与缸壁间无摩擦.(1)若用钉子将活塞固定，然后将缸内气体缓慢加热到T

8、i,求此时缸内气体的压强;AL的距离(活塞移动(2)若气体温度仍为To,拔掉钉子，然后改变缸内气体温度，发现活塞向右缓慢移动了过程中不会经过小孔)，则气体温度升高还是降低？变化了多少?11 .如图所示，有两个不计质量的薄活塞M、N将两部分理想气体封闭在绝热汽缸内，温度均是27 C.M活塞是导热的，N活塞是绝热的，均可沿汽缸无摩擦地滑动，已知活塞的横截面积均为S= 2 cm2,初始时M活塞相对于底部的高度为H = 27 cm, N活塞相对于底部的高度为h = 18 cm,活塞足够高.现将一质量为 m=400 g的小物体放在 M活塞的上表面，活塞下降.已知大气压强为 po=1.0 105 Pa,取

9、重力加速度g=10 m/s2(1)求稳定后活塞N下部分气体的压强;(2)现通过加热丝对 N下部分气体进行缓慢加热，使N下部分气体的温度变为127 C,分别求稳定后活塞M与活塞N距离底部的高度.12. 一定质量的理想气体，状态从Z B C- A A的变化过程可用如图所示的 pV图线描述，其中 A A为等温线，气体在状态A时温度为Ta=300 K,试求:(1)气体在状态C时的温度Tc； (2)若气体在A-B过程中吸热1000J,则在A-B过程中气体内能如何变化？变化了多少?13 .如图所示，一气缸水平放置，用一横截面积为S、厚度不计的活塞将缸内封闭一定质量的气体，活塞与缸底间的距离为 L,在活塞右

10、侧11处有一对气缸内壁固定连接的卡环，缸内气体的温度为 To,大气压强为3po,气缸导热性良好。现将气缸在竖直面内缓慢转过90。，气缸开口向下，活塞刚好与卡环接触，重力加速度为go不计气缸与活塞间摩擦。(1)求活塞的质量;(2)再将气缸在竖直面内缓慢转动180°,当气缸开口向上时，对缸内气体缓慢加热，直到当缸内活塞再次恰好与卡环接触，加热过程中气体内能增加E ,求缸内气体的温度和加热过程中气体吸收的热量。14 .如图是某科技创新小组自制的一个监控气温的报警装置，在板上固定一个开口向右、导热性能良好的汽缸(足够长)，用一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，汽缸右侧固定一个带压力传

11、感器的警 报器A。当汽缸内温度为270K时，活塞到警报器的距离 Li=3cm,到汽缸底部的距离 L2=30cm。当警报器 受到的压力为10N时开始报警。已知大气压强 P0恒为1.0 M05Pa,活塞横截面积S=10cm2,不计活塞厚度及一切摩擦。求:(1)活塞刚好碰到传感器时的环境温度;(2)开始报警的温度。15 .如图所示，粗细均匀的玻璃管一端封闭、另一端开口向上竖直放置， 用h=6cm,高的水银柱封闭着 Li=35cm长的理想气体，管内外气体的温度均为27,已知大气压强po=76cmHg。(1)若将玻璃管绕其底端缓慢的转动直到开口向下，环境温度保持不变，为保证水银不散落溢出，玻璃管长度H至

12、少应该为多少？(2)若H取上问的计算值，并保持玻璃管开口向上竖直放置，缓慢对玻璃管加热，为保证水银不溢出，温度 不得超过多少摄氏度(保留小数点后一位)？16 .如图所示，圆柱形储水罐横截面积为 S=0.5m2,上方开口，下部与竖直均匀细管相通，开始罐内水深 h 20cm,此时将细管上端封闭，测得管内气柱长 li 42cm。向罐内注水，注满水后测得管内气柱长12 35cm,已知大气压强为 po 1.0 105 Pa,重力力口速度g=10m/s2,水的密度为1.0 103kg/m3,环境温度不变，细管导热良好，求储水罐的容积。_._ L17 .如图所示，一总质量 m= 10kg的绝热汽缸放在光滑水

13、平面上，用横截面积S= 1.0X 10 2m2的光滑绝热薄活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞杆的另一端固定在墙上， 外界大气压强Po= 1.0X 105Pa.当气体温度为27c时，密闭气体的体积为 2.0X 10-3m3 (0C对应的热力学温度为 273K)。(1)求从开始对气体加热到气体温度缓慢升高到360K的过程中，气体对外界所做的功；(2)若地面与汽缸间的动摩擦因数科=0.2,现要使汽缸向右滑动，则缸内气体的温度至少应降低多少摄氏度？(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，活塞一直在汽缸内，气体质量可忽略不计，重力加速度g取10m/s2。)18 .如图所示，连通器中盛有密度为P的部分液

14、体，两活塞与液面的距离均为1,其中密封了压强为 P0的空气，现将右活塞固定，要使容器内的液面之差为1,求左活塞需要上升的距离 x.参考答案Po1. (1) pB=(2) 2poVo3【解析】V1 = 3 Vo,状(1)由图可知，从状态 A到状态B气体温度为Ti=To为等温变化过程，状态 B时气体体积为态A时气体体积为Vo,压强为po,由理想气体状态方程:PoVoPVi解得PiPoVoTPoToViTToTi(2)由图线知从状态 B到状态C为等容过程，外界对气体不做功Wbc=o从状态C到状态A,等压变化过程，外界对气体做功为WCa Po 3Vo Vo2PoVoQ,内能增对状态B经状态C回到状态A

15、,温度不变，则内能增加量为 U = o,气体对外界放收的热量为加量为 可，由热力学第一定律 4U=为+ 4W解得 Q W2 P0Vo即气体对外界放出热量为2PoVo。2. (1) Ti=45。K (2) U= 3。J【解析】(1)当汽缸水平放置时，Po=1. ox1o5Pa, Vo=L1S, To= (273+27) Kw+幽r当汽缸口朝上，活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析图如图所示，有P1S= poS+ mg则mg2oo.P1=Po+3=1. ox1o5Pa+ - Pa= 1. 2Xio5PaS1o2V1= ( L1 + L2) S由理想气体状态方程得PoLSTop(L1 L2)ST1贝U

16、T1 = 45o K.(2)当汽缸口向上，未加热稳定时：由玻意耳定律得PoLS= P1LS1.0 105 121.2 105=10?Cm加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为w= P1 (L1+L2L) S-mg (L1+L2L) =60 J根据热力学第一定律AU=W+ Q得 AU= 300 J.3. (1)1 m;LS(2)19mg(1)初态，瓶内气体压强为P1=p0+0.1Lpg瓶处于平衡状态有 P1S=p0S+mg1 m联立解得液体密度 pLS(2)初态，瓶内气体压强 p1=p0+49S由题意知瓶内气柱长度为 L1=0.21 L末态，设瓶内气柱长度为 L2,瓶内气体压强为 P2瓶内气体

17、压强 P2=p0+ p gL瓶和物块整体处于平衡状态有P2S=p0S+2 mg联立解得L2=0.2L瓶内气体做等温变化，由玻意耳定律P1L1S=p2L2s联立解得p0 19mg s4. ( 1) 405K； (2) 315K【解析】(1)开始时P1P0 h1 h2 80 cmHgV1LS1 , T1 (273 27)K 300K水银全部离开下面的粗管时，设水银进入上面粗管中的高度为h3,则AS h2s2 hS2 h3§解得h3 1 m此时管中气体的压强为 p2 p0 h h3 81 cmHg管中气体体积为V2L h S由理想气体状态方程PiVi p2V2T -tT405 K(2)再倒

18、入同体积的水银，气体的长度仍为6cm不变，则此过程为等容变化，管里气体的压强为P3P0 2 hi ht84cmHg则由p1 p解得T3 315 KT1T35. (1) 1.5 105 Pa, 6.25 103kg/m3； (2) T= 562.5K【解析】(1)设右侧管的横截面积为S,对右侧管内气体，由等温变化规律得P0V0= piVi其中 V°=L0S, V1=(L0h2)S解得 P1= 1.5 105 Pa又 p1 = P0+ p (h1 h2)解得 p= 6.25 >103 kg/m3(2)对右侧管内气体，有 "P" 卫普 T0T而 h 5s h2 s

19、其中 P2 P0g( h %)解得 T=562.5K6. (1) T2 350k(2)10cm【解析】(1)设玻璃管的横截面积为S ,封闭气体压强为 R ,初始根据水银液面受力平衡可分析得P 16cmHg P0,可得 R 60cmHg当左端水银面下降3cm ,右端液面必然上升 3cm,则左右液面高度差变为h 16cm 3cm 3cm 10cm ,此时封闭气体压强为P2同样根据液面平衡可分析得 P2 10cmHg P0,可得P2 66cmHg根据理想气体状态方程RLSP2(L 3)S，代入温度T1 280k ,可得T2 350k(2)设此时封闭气体压强为P3,封闭气体的长度 L' 20c

20、m,根据理想气体状态方程可得PLSP3L'STiTi计算可得P3 66cmHg此时作用液面高度差h F0 P3 10cm左端液面上升xj L L' 2cm,右端上升X2 h Xih 8cm ,所以开口端注入水银的长度为xi X2 10cm7. 450 K【解析】A中气体的体积变为原来的3,则B中气体的体积Vb变为原来体积Vb的即Vb -Vb , B中气体发生444等温变化，根据玻意耳定律有PBVb Pb'Vb解得稳定后B中气体的压强PB' = 1 J05Pa对 A 中气体，初态：Vb ：Vb , PA PB mg=1 Xl05 Pa末态：Pa' Pb&#

21、39; mg =0.75 105 PaS对A中气体，由理想气体状态方程有PVA PANA ,解得T =450KT T8. (1)600K ; (2)200J【解析】(1)由图可知气体由状态 a到状态b为等温膨胀，气体由状态 b到状态c为等容变化，一定质量的理想气体的气态方程-pV K (定值)KTP因气体由状态c到a对应的V-T图像为过原点的直线，故发生的是等压变化，即Pa PcP0由c至1J a有poVoP°m或风也TcToTcTo得 Tc 600 K (2)气体由状态b到状态c为等容变化，吸收的热量等于增加的内能，即 Ubc Q气体由状态c到a,温度降低，内能减小，体积减小，外界

22、对气体做功，则气体对外放出热量Q ,根据热力学第一定律有Ucap0 Vc V0 Q气体在状态b与状态a的温度相等，内能相同，有Ubc UcaQ Qp0V0解得Q 200J9. 7V。； 1.4T。6设初态压强为【解析】P0,膨胀后A , B压强相等pB=1 . 2p0B中气体始末状态温度相等p0V0=1 . 2p0 (2V0-Va)7Va= -V0, A部分气体满足6p0V0T01.2p°VaTaTa=1 . 4T010. (1)PT1T0(2)升高S1 S2LT0S S2 L(1)A、B内气体相通，初状态压强为p0.由于钉子将活塞固定，气体体积不变由查理定律可知,解得普=pT1T0

23、(2)对活塞进行受力分析， 可知温度改变后，活塞受力大小不变， 所以活塞向右移动后， 气体的压强不变.活 塞向右移动后，气体体积增大，则气体温度升高.§+S2 L S2 L- L +S1 L+ LTo由一一-一=：S-S2 L解得 T T0+T0S+S2 LSi S2 LTo所以温度变化了T =S1S2 L 仆PoTi故本题答案是：(1)(2)升高ToSiS2SiSLToL点睛；正确利用理想气体方程求解即可.11. (1)1.2 105 Pa (2)27.5 cm 20 cm【解析】(1)将两个活塞和小物体作为整体进行受力分析得：pS= mg + poS代入数据解得p=1.2

24、7;o5 Pa(2)对N下部分气体进行分析，由理想气体状态方程得:pohS ph2 s解得：h2=2。cm对M下部分气体进行分析，根据玻意耳定律得：po(H-h)S= pLS解得：L=7.5 cm故此时活塞 M距离底部的距离为 H2=h2+L = 2。cm+7.5 cm= 27.5 cm.12. (1) 375K (2)气体内能增加了 4oo?【解析】(1) D-A为等温线，则？=?= 3oo? ?C到D过程由盖吕萨克定律得：无?=可一？夕分得：？?=二 375?(2) A 到 B 过程压强不变，由？ = ? 2 X1。5 X3 X1。-3 = 6oo?有热力学第一定律？= ?+ ?= 1oo

25、o - 6oo = 4oo?则气体内能增加，增加 4oojpoS5213. (1) 丁；(2) T To, - poSLE4g33【解析】(1)设活塞的质量为 m,当汽车缸开口向下时，缸内气体的压强:当气缸从水平转到缸口向下，气体发生等温变化，则有:PoLSmgPi Po 4 . _Pi 3LS联立解得活塞的质量:PoS 4g(2)设气缸开口向上且活塞与卡环刚好要接触时，缸内气体的温度为T,缸内气体的压强:P2Pomg54Po,、,- P P2气体发生等容变化，则有：-2T0 T.55解得：T 5To 3设气缸刚转到开口向上时，活塞力卡环的距离为解得：d L 15在给气体加热的过程中，气体对外做的功：W则根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量：-4 ,，一d,贝U： PoLSp2L d S32P2Sd PoSL3 2 W P2Sd - PoSLE314. (i) 297K ; (2)326.7K(1)缸内气体发生等压变化，根据盖-吕萨克定律V1T1VT2沪 SL2 S L1 L2得T1T2解得T2 297K(2)设当传感器受到的压力为1oN时汽缸内气体压强为P2,对活塞有P2 sPoSF活塞碰到传感器后，缸内气体发生等容变化PoP2T2T3联立可得T3 326.7K15. (1)47cm； (2)7