江苏省2023年高考物理模拟试题知识点分类训练：热学解答题

江苏省2023年高考物理模拟试题知识点分类训练：热学解答题

一、解答题

1．（2023·江苏·模拟预测）图（a）为某种机械的新型减振器—氨气减振器，其结构如图（b），减振器中的活塞质量为，汽缸内活塞的横截面积为。为了测量减震器的性能参数，将减震器竖直放置，给汽缸内冲入氮气，当气压达到时，活塞下端恰被两边的卡环卡住，氮气气柱长度为且轻质弹簧恰好处于原长。不计活塞厚度和一切摩擦，汽缸导热性良好，汽缸内密闭的氮气视为理想气体，大气压强，重力加速度，环境温度不变。

（1）现用外力竖直向下压活塞，使活塞缓慢向下运动，当汽缸内氮气的压强大小为时，活塞停止运动，求此过程中活塞下降的距离h；

（2）若在（1）的过程中，外力对活塞做的功为，过程结束时弹簧的弹性势能为，求此过程中氮气向外界放出的总热量。

2．（2023·江苏南京·统考二模）如图甲所示，一个导热汽缸水平放置，内部封闭着热力学温度为的理想气体，活塞截面积为，活塞与汽缸底部距离为，大气压为，重力加速度为，活塞与汽缸之间摩擦忽略不计。先保持温度不变，将汽缸缓慢转动90°（如图乙），活塞与汽缸底部距离变为。再对气体缓慢加热，活塞离汽缸底部距离变为（如图丙），求：

（1）活塞的质量；

（2）气体加热后的热力学温度。

3．（2023·江苏南通·统考二模）装有氮气的气球半径为R，现向气球内缓慢充入氮气，当气球膨胀至半径为2R时破裂．已知大气压强为p0，该气球内外压强差（β为常量、r为气球半径），球的体积公式为。求：

（1）气球破裂前瞬间球内气体压强p和充气过程中气球对球外大气做的功W；

（2）充气前球内气体质量与破裂前瞬间球内气体质量之比k。

4．（2023·江苏·统考一模）气体弹簧是车辆上常用的一种减震装置，其简化结构如图所示。直立圆柱形密闭汽缸导热良好，面积为S的活塞通过连杆与车轮轴连接。初始时汽缸内密闭一段长度为，压强为的理想气体。汽缸与活塞间的摩擦忽略不计。车辆载重时相当于在汽缸顶部增加一个物体，稳定时汽缸下降了，气体温度保持不变。

（1）求物体的重力大小；

（2） 已知大气压强为，为使汽缸升到原位置，求需向汽缸内充入与汽缸温度相同大气的体积。

5．（2023·江苏·统考一模）如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在内壁光滑的汽缸中，汽缸和活塞绝热性能良好，活塞的横截面积为S，质量为m，静止在与汽缸底部距离为L的小挡板上；密闭气体的压强、温度与外界大气相同，分别为和。现接通电热丝加热气体，电热丝两端电压为U，电流为I，通电时间为t，活塞缓慢向上移动距离2L后静止，重力加速度为g，求该过程：

（1）气体内能的增量；

（2）最终温度T。

6．（2023·江苏·模拟预测）农村地区有一种全自动无塔供水器（如图甲），采用气压式供水，以解决供水管网水压不足的问题。如图乙所示，工作原理是由水泵将水通过止回阀压入塔体使塔内密闭气体受到压缩，压力逐渐增大。当压力达到上限时，电接点压力表通过控制柜使水泵自动停止。当塔内水位下降，气压减小到下限位置时，电接点压力表通过控制柜使水泵重新启动。如此反复，使设备不停供水。当塔内气体不足时，补气阀可自动补气。已知水泵工作压强范围为，塔容积为，第一次注水前塔内气体压强等于外界大气压强．塔内气体可视为理想气体，忽略温度变化。求

（1）求水泵停止注水时塔内气体的体积；

（2）为了降低水泵的启动频率，达到省电节能的目的，可适度调高水泵工作压强的上限。欲使水泵停止注水时，水的体积达到塔容积的75％，水泵工作压强的上限应调到多少？

7．（2023·江苏·统考二模）为摆脱水源条件的限制，宋朝时人们就发明了一种能汲取地下水的装置——压水井。在汕头华侨公园的儿童玩水区，安放着如甲图所示的压水井让孩子们体验。压水井结构如图乙所示，取水时先按下手柄同时带动皮碗向上运动，此时上单向阀门关闭。皮碗向上运动到某个位置时，下单向阀门被顶开，水流进入腔体内。设某次下压手柄前，腔体只有空气，空气的体积和压强分别为和。现研究缓慢下压手柄，直至下单向阀门刚被顶开的过程。已知大气压强为，水的密度为，下单向阀门质量为m，横截面积为S，下单向阀门到水面距离为，重力加速度为g。

（1）简要说明缓慢下压手柄过程，腔内气体是吸热还是放热；

（2）求下单向阀门刚被顶开时，腔体内气体的体积。

8．（2023·江苏淮安·统考三模）如图所示，粗细均匀的U型玻璃管竖直放置，右管口封闭，管内A、B两段水银柱将管内封闭有长均为的a、b两段气体，水银柱A长为，水银柱B在右管中的液面比在左管中的液面高，大气压强为，环境温度为，现将环境温度降低，使气柱b长度变为，求：

（1）降低后的环境温度；

（2）水银柱A下降的高度。

9．（2023·江苏·统考一模）某物理兴趣小组想利用如图所示的装置来测量物体的质量，已知导热汽缸内部光滑，轻质活塞的面积为S且封有一定质量的理想气体，开始时活塞距汽缸底部的距离为d，汽缸的水平长度为L，活塞通过轻绳连接了一个轻质托盘，轻绳跨在定滑轮上，大气压强为p0，外界的温度为T0，重力加速度为g，求：

（1）此装置可以测的最大质量是多少？

（2）保持托盘中存放最大质量，缓慢逐渐降低温度，直到活塞回到原来的位置，此过程气体的内能减少了△U，则气体放出的热量Q是多少？

10．（2023·江苏·模拟预测）跳跳球由橡胶球、踏板和扶手构成，是训练平衡的玩具，如图所示。橡胶球原体积为4×10-3m3，内部气体压强为1.5×105Pa，当质量为60kg的人站上踏板并保持平衡时，橡胶球体积变为3×10-3m3，球内气体压强变为1.2×105Pa，不计橡胶球膜厚度及玩具的重力，球内气体可看作理想气体，温度保持不变，取g=10m/s2，大气压强为1.0×105Pa。则人站上踏板稳定后；

（1）计算说明橡胶球是否漏气；

（2）求橡胶球与地面的接触面积。

11．（2023·江苏·模拟预测）真空泵抽气腔与容器相连，活塞向左运动时即从容器中抽气，活塞向右运动时阀门自动关闭，将进入气腔内的气体全部排出，示意图如图甲。设抽气过程中抽气腔与容器中的气体压强始终相等，每次抽气活塞均从抽气腔最右端移动至最左端.已知容器的容积为，抽气腔的容积为，初始时刻气体压强为.

（1）若抽气过程中气体的温度保持不变，求第一次抽气后容器中气体的压强；

（2）若在绝热的条件下，某次抽气过程中，气体压强随体积变化的规律如图乙，求该过程气体内能的变化量。

12．（2023·江苏·模拟预测） 如图所示，圆柱形汽缸竖直放置，质量为 m=4.0 kg、横截面积为S=1.0×10-3m2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁封闭良好，不计摩擦，不计活塞和汽缸的厚度，开始时活塞距汽缸底的距离 h1=0.50 m，此时温度T1=280 K，给汽缸缓慢加热至T2，活塞上升到距离汽缸底 h2=0.75m 处，同时缸内气体内能增加210 J，已知外界大气压强 p0=1.0×105 Pa，取 g=10 m/s2。求：

（1）求汽缸内的压强为多少？

（2）缸内气体加热后的温度 T2；

（3）此过程中缸内气体吸收的热量Q。

13．（2023·江苏·模拟预测）一只瓶盖拧紧不漏气的空矿泉水瓶置于室外，内部气体质量为m。夜间气温为T1，瓶子瘪了一部分，体积为V。中午太阳暴晒时，气温升至T2，矿泉水瓶恢复原状。矿泉水瓶瘪了一部分时，内外压强可视为相等，瓶体恢复原状后，体积为V0且不会再增大。瓶内气体可以视为理想气体，其内能与热力学温度的关系为U=αmT，外界大气压强为p0

（1）求气温为T2时，瓶内的压强p；

（2）求上述过程中瓶内气体吸收的热量Q。

14．（2023·江苏·统考二模）在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差△p与气泡半径r之间的关系为△p=，其中=0.070N/m。现让水下10m处有一半径为0.20 cm的气泡缓慢上升，已知大气压强p0=1.0×105Pa，取g=10m/s2，pA=1.0×103kg/m3。

(1)求在水下10m处气泡内外的压强差；

(2)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡此时体积与其原来体积之比的近似值。

15．（2023·江苏·模拟预测）一定质量理想气体经历如图所示的A→B、B→C、C→A三个变化过程，TA=300K，气体从C→A的过程中做功为100J，同时吸热250J，已知气体的内能与温度成正比．求：

（1）气体处于C状态时的温度TC；

（2）气体处于C状态时内能EC．

参考答案：

1．（1）；（2）

【详解】（1）根据题意可知，汽缸导热性良好，活塞缓慢向下运动，汽缸内气体的温度不变，由玻意耳定律有

代入数据解得

则此过程中活塞下降的距离

（2）根据题意，由功能关系，对弹簧有

对活塞有

联立代入数据解得

则活塞对汽缸内气体做功为

由热力学第一定律有

由于气体温度不变，内能不变，即

则

即过程中氮气向外界放出的总热量为。

2．（1）；（2）

【详解】（1）根据题意，由平衡条件可知，汽缸水平时，内部气体气压为

体积为

汽缸竖直时，内部气体气压为

体积为

由玻意耳定律

解得

（2）根据题意可知，气体经历等压变化过程，由盖吕萨克定律

解得

3．（1）；；（2）

【详解】（1）破裂前⽓球半径为2R，内外压强差

⼤⽓压强为p0，则球内⽓体压强为

⽓球膨胀时对外界⼤⽓做正功，⽓球体积变化

则

解得

（2）充⽓前球内⽓体压强为

设充⽓前球内⽓体的体积为，破裂前原来⽓体在压强为p的状态下体积为，则

破裂前球内⽓体的总体积为，质量之⽐

解得

4．（1）；（2）

【详解】（1）设稳定时汽缸内气体压强为，根据玻意耳定律有

解得

则物体的重力大小为

（2）设充入的气体体积为，则有

解得

5．（1）；（2）

【详解】（1）活塞移动时受力平衡

气体对外界做功

气体吸收的热量

根据热力学第一定律

解得

（2）活塞发生移动前，等容过程

活塞向移动了2L，等压过程

又有

解得

6．（1）；（2）

【详解】（1）因为塔内封闭气体做等温变化，由玻意耳定律得

其中

代入数据解得，水泵停止注水时塔内气体的体积为

（2）对塔内气体，由玻意耳定律得

由题意得

代入数据解得，水泵工作压强的上限应调到

7．（1）吸热；（2）

【详解】（1）下压手柄带动皮碗向上运动，气体体积变大对外做功。缓慢移动过程中，气体内能不变，根据热力学第一定律，则气体应吸热。

（2）设下阀门恰好要被顶开时，腔内气体压强为，体积为，则

根据玻意耳定律有

联立得

8．（1）；（2）2.24cm

【详解】（1）开始时，左管中气柱a的压强为

右管中气柱b的压强为

温度降低后，气柱a的压强不变，气柱b的压强为

对气柱b研究，根据理想气体状态方程

解得

（2）气柱a发生等压变化，则

解得

则水银柱A下降的高度为

9．（1）；（2）

【详解】（1）设可以测量的最大质量为m，则对所封的气体，初态

p1=p0

V1=dS

末态

V2=LS

根据玻意耳定律

解得

（2）活塞再次回到原来位置时，气体进行等压变化，则外界对气体做功

根据热力学第一定律

因为气体的内能减少了△U，则气体放出的热量

10．（1）有漏气；（2）

【详解】（1）设没有漏气，根据玻意耳定律有

代入数据解得

实际压强小于不漏气的气体压强，所以有漏气。

（2）对橡胶球，设与地面的接触面积为S，则有

代入数据解得橡胶球与地面的接触面积

11．（1）；（2）

【详解】（1）等温变化，第一次抽气

得

（2）绝热过程可知

又有

根据热力学第一定律

12．（1） ；（2）420K；（3）245J

【详解】(1)汽缸缓慢加热，汽缸内的压强恒为

(2)对汽缸内气体，由盖－吕萨克定律可得

可得缸内气体加热后的温度

(3)气体膨胀对外做功为

由热力学第一定律

可得缸内气体吸收的热量为

13．（1）p=；（2）Q=αm（T2-T1）＋p0（V0-V）

【详解】（1）由理想气体方程可知

解得

（2） 由热力学第一定律

其中

解得

14．(1)70Pa； (2)2

【详解】(1)由，得

 (2)  水下10m处气泡外压强

10m处气泡内气体压强近似为p1=2.0×105 Pa，体积为V1

接近水面时，气体压强近似为p2=1.0×105 Pa，体积为V2     

因为等温变化

p1 V1=p2 V2

得

 所以接近水面时气泡的体积与其原来体积之比的近似值为2．

15．（1）TC=150K；（2）EC=150J．

【详解】(1)对A−C的过程是等压过程，对气体的状态参量进行分析有

状态A:PA=P ，  VA=2V  ，TA=300K

状态C:PC=P  ，  VC=V  ， TC=?

根据盖吕萨克定律得：VA/TA=VC/TC

解得：TC=TAVC/VA=150K

(2)由气体的内能与温度成正比．

tA=300K，tC=150K

可知EA=2EC①．

又C到A过程，气体的体积增大，气体对外界做功，即有W=−100J

吸热250J，则有Q=250J

满足EC−100J+250J=EA ②

联立求得EC=150J，EA=300J．