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2023年浙江省高考物理模拟试题分类——专题12热学
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2023年浙江省高考物理模拟试题分类——专题12热学
一．选择题（共11小题）
1．（2023•杭州一模）下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的无规则热运动
B．气体与液体分子可以自由移动而固体分子不会发生运动
C．热力学温度升高1K和摄氏温度升高1℃对应的温度变化量相同
D．水蒸气凝结成小水珠过程中，水分子间的引力增大，斥力减小
2．（2023•西湖区校级模拟）2021年12月9日，在“天宫课堂”中王亚平往水球中注入一个气泡，如图所示，气泡静止在水中，此时（ ）
A．气泡受到浮力
B．因处于完全失重状态，所以不会有水分子进入气泡中
C．气泡内气体在界面处对水产生压力
D．水与气泡界面处，水分子间作用力表现为斥力
3．（2023•金华一模）不少车主常在私家车内备有电动充气泵，如图所示。某次充气前测得某轮胎胎内气体压强只有p1=1.1×105Pa，为使汽车正常行驶，胎内气体压强需达到p2=1.4×105Pa．若已知该轮胎的内胎体积为V0，车主用电动充气泵给轮胎充气，每秒钟充入ΔV=1400V0，压强为p1=1.1×105Pa的气体，胎内气体可视为理想气体，充气过程中内胎体积和胎内气体温度保持不变。则下列说法正确的是（ ）
A．充气过程中胎内气体内能保持不变
B．充气过程中胎内气体一定向外吸热
C．为使汽车正常行驶，需要电动充气泵给该轮胎充气时间约100s
D．为使汽车正常行驶，需要电动充气泵给该轮胎充气时间约110s
4．（2023•浙江模拟）如图所示，一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程，其中a→b为等温过程，状态b、c的体积相同，则（ ）
A．状态a的内能大于状态b
B．状态a的温度高于状态c
C．a→c过程中气体吸收热量
D．若沿abca过程变化则外界对气体做负功
5．（2023•浙江模拟）2022年10月12日15时45分，“天宫课堂”第三课开讲。某学生设想“天地同一实验”，即在空间站和地面做同一个实验，观察实验现象，下面有关其设想的实验和可能出现的现象说法正确的是（ ）
A．如图1用一根绳子系着一个金属球，拉开一个角度，静止释放后“天上”和“地上”看到的现象相同
B．如图2用同样的材料和操作流程，做教材中的薄膜干涉实验，“天上”和“地上”实验现象相同
C．如图3相同密闭容器内装着完全相同的气体，在相同的温度下，“天上”和“地上”容器内气体压强相同
D．如图4用相同材料做成的两根内径相同、两端开口的圆柱形毛细管竖直插入水中，“天上”和“地上”观察到的现象相同
6．（2023•温州模拟）如图甲所示，在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积S＝100cm2的质量不计且光滑的活塞密封一定质量的气体，活塞上静止一质量为m的重物。图乙是密闭气体从状态A变化到状态B的V﹣T图像，密闭气体在A点的压强pA＝1.03×105Pa，从状态A变化到状态B的过程中吸收热量Q＝500J。已知外界大气压强p0＝1.01×105Pa，下列说法正确的是（ ）
A．重物质量m＝1kg
B．气体在状态B时的体积为8.0×10﹣2m3
C．从状态A变化到状态B的过程，气体对外界做功202J
D．从状态A变化到状态B的过程，气体的内能增加294J
7．（2023•浙江模拟）在“用DIS研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时，缓慢推动活塞，注射器内空气体积逐渐减小，多次测量得到注射器内气体压强p、体积V变化的p﹣V图线，如图所示（其中实线是实验所得图线，虚线为一条双曲线，实验过程中环境温度保持不变），发现该图线与玻意耳定律明显不合，造成这一现象的可能原因是（ ）
A．实验时用手握住注射器
B．实验时迅速推动活塞
C．注射器没有保持水平
D．推动活塞过程中有气体泄漏
8．（2023•镇海区校级模拟）2022年3月23日，“天宫课堂”第二课开讲，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站再次为广大青少年带来一堂精彩的太空科普课，其中有一个实验是王亚平在太空拧毛巾，拧出的水形成一层水膜，附着在手上，像手套一样，晃动也不会掉。形成这种现象的原因，下列说法正确的是（ ）
A．在空间站水滴不受重力
B．水和手发生浸润现象
C．水和手发生不浸润现象
D．在空间站中水的表面张力变大，使得水“粘”在手上
9．（2023•浙江二模）下列关于固体、液体、气体的说法中正确的是（ ）
A．夏季天早时，给庄稼松土是为了破坏土壤中的毛细管，防止水分蒸发
B．晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，但沿不同方向的光学性质一定相同
C．由于液体表面层分子间距距离大于液体内部分子间距离，所以存在浸润现象
D．炒菜时我们看到的烟气，是因为油烟颗粒的热运动
10．（2023•浙江模拟）王亚平在“天宫课堂”中，将分别粘有水球的两块透明板慢慢靠近，直到两个水球融合在一起，再把两板慢慢拉开，水在两块板间形成了一座“水桥”。如图甲所示，为我们展示了微重力环境下液体表面张力的特性。“水桥”表面与空气接触的薄层叫表面层，已知分子间作用力F和分子间距r的关系如图乙。下列说法正确的是（ ）
A．可以推断水和透明板是不浸润的
B．王亚平把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程，“水桥”表面层相邻水分子间的分子势能变小
C．王亚平把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程，“水桥”表面层相邻水分子间的分子力做负功
D．王亚平放开双手两板吸引到一起，该过程表面层相邻水分子间的作用力与分子间的距离的关系与乙图的A到B过程相对应
11．（2023•杭州一模）夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面，湖水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内的气体看作理想气体。则上升过程中，以下说法正确的是（ ）
A．气泡内气体的内能可能不变
B．气泡上升过程中可能会放热
C．气泡内气体的压强增大
D．气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力变小
二．多选题（共1小题）
（多选）12．（2023•温州模拟）小明同学在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验后，发现他测量出的分子直径明显偏大，出现这种情况的可能原因是（ ）
A．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开
B．将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算
C．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多计了5滴
D．油酸酒精溶液久置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
三．计算题
13．（2023•浙江模拟）如图为一水平放置的气缸，装一定量的体积为1×103cm3的某理想气体，通过一横截面积S＝10cm2的活塞与压强为p＝1.0×105Pa的大气相隔。活塞与气缸壁之间有一定压力，二者间最大静摩擦力和滑动摩擦力均为f＝50N，摩擦产生的热量均耗散到外界，不被气缸内气体吸收。初态气体温度头T0＝300K，活塞与气缸壁之间无摩擦力作用。现用一加热器缓缓对气缸加热，假设气体始终经历准静态过程。求：
（1）活塞开始移动时气体温度T1；
（2）当加热至末态T2＝900K时，因摩擦而耗散的热量；
（3）已知该气体的内能满足U＝0.5T（J）（T单位取K），求从初态到末态气体总吸热Q。
14．（2023•浙江模拟）如图所示是一种环保高温蒸汽锅炉，其质量为500kg。为了更方便监控高温蒸汽锅炉外壁的温度变化，在锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的气缸，气缸内气体温度可视为与锅炉外壁温度相等，气缸开口向上，用质量为m＝2kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为S＝1.5cm2。当气缸内温度为27℃时，活塞与气缸底间距为L＝1cm，活塞上部距活塞0.5cm处有一用轻质绳悬挂的重物M。当绳上拉力为零时，与绳相连的警报器会发生报警，从而可以有效地防止事故发生。已知室外空气压强p0＝1.0×105Pa，活塞与器壁之间摩擦可忽略。求：
（1）当活塞刚刚碰到重物M时，锅炉外壁温度为多少？
（2）当活塞刚刚碰到重物M时，气体吸收了20J的热量，那么气体的内能变化了多少？
（3）若锅炉外壁的安全温度为887℃，那么重物M的质量应是多少？
15．（2023•浙江模拟）如图所示，水平放置的固定汽缸A和B中分别用活塞封闭一定质量的理想气体，其活塞面积之比为SA：SB＝1：3。两活塞之间用刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动。两个汽缸始终不漏气。初始时，A、B中气体的体积分别为V0、3V0，温度皆为T0＝300K，A中气体压强pA＝4p0，p0是汽缸外的恒定大气压强。现对A缓慢加热，在保持B中气体温度不变的情况下使B中气体的压强达到pB2＝3p0。求：
（1）加热前汽缸B中的气体压强；
（2）加热后汽缸B中的气体体积VB2；
（3）加热后汽缸A中的气体温度TA2。
16．（2023•浙江二模）如图，一导热性能良好、内壁光滑的汽缸水平放置，横截面积S＝1.0×10﹣3m2、质量m＝2kg、厚度不计的活塞与汽缸底部之间封闭了一部分理想气体，此时活塞与汽缸底部之间的距离l＝36cm，在活塞的右侧距离其d＝14cm处有一对与汽缸固定连接的卡环，两卡环的横截面积和为S'＝2.0×10﹣4m2。气体的温度 t＝27℃，外界大气压强 p0＝1.0×105Pa，现将汽缸开口向下竖直放置（g取10m/s2）。
（1）求此时活塞与汽缸底部之间的距离h；
（2）如果将缸内气体加热到500K，求两卡环受到的压力大小（假定活塞与卡环能紧密接触）。
17．（2023•浙江模拟）气压式升降椅质量安全问题日渐引起媒体及公众的关注。气压式升降椅通过气缸上下运动来调节椅子升降，其结构如图乙所示。圆柱形气缸与椅面固定在一起，其质量m＝8kg。与底座固定的横截面积为S＝40cm2的柱状气缸杆，在气缸中封闭了长度为L＝20cm的理想气体。气缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力。已知室内温度T1＝308K，大气压强为p0＝1.0×105Pa，重力加速度为g＝10m/s2，求：
（1）质量M＝72kg的人，脚悬空坐在椅面上，室温不变，稳定后椅面下降的距离；
（2）在（1）情况下，由于开空调室内气温缓慢降至T2＝300.3K，该过程外界对封闭气体所做的功。
18．（2023•浙江二模）如图所示，内壁光滑的导热汽缸竖直放置在水平桌面上，汽缸内封闭一定质量的气体。活塞质量m＝4kg，活塞横截面积S＝20cm2。活塞初始状态位于离底部高度h1＝5cm处。假设外界空气温度恒为27℃，大气压强p0＝1×105Pa，g＝10m/s2。
（1）用外力F将活塞缓慢提升4cm，求此时气缸内气体的压强；
（2）对气缸内气体缓慢加热，当温度升到57℃时，气体吸收了10J的热量，求此过程中气体内能的增加量。
19．（2023•浙江模拟）暴雨季节，路面水井盖因排气孔（如图甲）堵塞可能会造成井盖移位而存在安全隐患。如图乙所示，某次暴雨，水位以50mm/h的速度迅速上涨，质量为m＝36kg的某井盖排气孔被堵塞且与地面不粘连，圆柱形竖直井内水面面积为S＝0.4m2，水位与井盖之间的距离为h＝2.018m时开始计时，此时井内密封空气的压强恰好等于大气压强P0＝1.00×105Pa，若空气视为理想气体，温度始终不变，g＝10m/s2。
（1）在井盖被顶起前外界对井内密封空气做了725J的功，则该气体吸热还是放热？吸收或放出的热量为多少？
（2）求密闭空气的压强为多大时井盖刚好被顶起；
（3）求从图示位置起，历经多长时间水井盖会被顶起。
20．（2023•西湖区校级模拟）如图所示，向一个空的铝饮料罐（即易拉罐）中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略）。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。已知铝罐的容积是357cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为0.3cm2，吸管的有效长度为20cm，当温度为27℃时，油柱离管口10cm。
（1）为了把温度值标化在吸管上，请利用理想气体状态方程的相关知识推导摄氏温度t关于油柱离罐口距离h的表达式。
（2）计算这个气温计摄氏温度的测量范围。
（3）某同学在使用标化好温度值的气温计时，出现了吸管竖直朝上的错误操作，若考虑到油柱长度带来的影响，试判断：测量值较之实际值偏大、偏小还是准确？不要求说明原因。
21．（2023•浙江模拟）如图所示，左端封闭右端开口、内径相同的U形细玻璃管竖直放置，左管中封闭有长L＝20cm的空气柱，初始两管水银面相平，下方水银柱足够长，已知大气压强p0＝75cmHg，初始时封闭气体的热力学温度T1＝300K。现将下端阀门S打开，缓慢流出部分水银，然后关闭阀门S，发现左管水银面下降的高度为Δh1＝5cm。
（1）求放出的水银对应的水银柱长度；
（2）关闭阀门S后，若缓慢升高左管内封闭气体的温度，使左管的水银面再下降5cm，求此时左管内气体的热力学温度T2；
（3）在（2）问的过程中，测得左管气体的内能增加为ΔU，左管气体从外部吸收的热量为Q，请比较ΔU与Q的大小关系。
22．（2023•绍兴二模）长途旅行出发之前，小王检查轮胎的充气情况，发现轮胎的胎压为3.15×105Pa，温度为15℃，在高速公路上行驶几个小时后，胎内气体从外界吸收2600J的热量，检查轮胎的胎压为3.50×105Pa。轮胎制造商建议胎压保持在2.91×105Pa至3.21×105Pa之间，于是他将轮胎中的一些气体放掉，使胎压重新降为3.15×105Pa，若放气过程中温度保持不变。假设整个过程中轮胎的体积不变，求：
（1）胎压为3.50×105Pa时，胎内气体的温度；
（2）未放气前，胎压从3.15×105Pa变为3.50×105Pa过程中，气体内能的增加量；
（3）从轮胎中放掉气体的分子数目占总数目的比例。
23．（2023•嘉兴二模）如图1所示，上端封闭、下端开口且粗细均匀的玻璃管长度L＝570mm，将其从水银面上方竖直向下缓慢插入水银中。发现管内水银面与管壁接触的位置向下弯曲，致玻璃管内水银面形成凸液面，如图2所示。当玻璃管恰好全部插入水银时，管内、外水银面的高度差为h，此时作用于管的竖直向下压力大小为F。已知大气压强p0=760mmHg≈1.0×105Pa，玻璃管横截面积大小S＝1.0cm2，玻璃管质量m＝0.4kg，环境温度为常温且恒定。
（1）图2所示水银面说明水银能否浸润玻璃？插入过程中，管内气体吸热还是放热？
（2）求高度差h：
（3）求撤去压力F的瞬间，玻璃管的加速度大小。
24．（2023•温州模拟）如图甲为汽车中使用的氮气减振器，气缸中充入氮气后，能有效减少车轮遇到冲击时产生的高频振动。它的结构简图如图乙所示，气缸活塞截面积S＝40cm2，活塞及支架质量m＝1kg，气缸缸体导热性良好。现为了测量减震器的性能参数，将减震器竖直放置，充入氮气后密闭，活塞被卡环卡住，缸体内氮气处于气柱长度L＝20cm、压强pA＝4.0×105Pa的状态A，此时弹簧恰好处于原长。现用外力F向下压活塞，使其缓慢下降h＝4cm，气体达到状态B。从状态A到B过程气体放出热量Q＝71.4J。气缸内的氮气可视为理想气体，不计摩擦和外界温度变化，大气压强取p0＝1.0×105Pa，弹簧劲度系数k＝1.0×104N/m。求：
（1）状态B气体的压强pB；
（2）气体处于状态B时外力大小F；
（3）状态A到B过程外界对气体做的功W。
25．（2023•嘉兴一模）如图甲所示为小姚设计的液体拉力测量仪，一容积V0＝9.8L的导热汽缸下接一圆管，质量m1＝40g、横截面积S＝5cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞下端用轻绳悬挂一质量m2＝10g的U形金属细丝，刚好处于A位置，摩擦不计，外界大气压强p0＝1.01×105Pa，环境温度保持不变，求：
（1）活塞处于A位置时，汽缸中的气体压强p1；
（2）如图乙所示，将金属丝部分浸入液体中，缓慢升起汽缸，使金属丝在液体中上升但未脱离，活塞稳定于B位置，已知A、B距离h＝40cm，求液体对金属丝拉力F的大小；
（3）金属丝拉出液体后要维持活塞的最低位置B，气缸向上运动的加速度大小。
26．（2023•镇海区校级模拟）有同学设想如下实验测量月球表面的昼夜温差：在地面制作一个横截面积为S、导热良好的气缸，用一个质量为m的活塞（厚度不计）在缸内密闭一部分理想气体。在压强为p0、温度为T0的地面大气中，气缸开口向上竖直放置时（如图），活塞到缸底的距离为h0。已知月面重力加速度为16g（g为地面重力加速度），忽略活塞与气缸间的摩擦和气缸的热胀冷缩。将此气缸送到月球表面（无大气）并同样开口向上竖直放置。求：
（i）月昼时，月表温度最高为T1（T1＞T0），要想活塞不被缸内气体排出缸外，缸口到缸底距离（即缸的深度）至少多大？
（ii）若月夜时活塞稳定的位置比月昼下降了△h，则月面的昼夜温差是多少？
27．（2023•杭州二模）如图甲、乙，是某一强力吸盘挂钩，其结构原理如图丙、丁所示。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图甲和丙），空腔内气体压强仍与外界大气压强相等。然后再扳下锁扣（如图乙和丁），让锁扣通过细杆把吸盘向外拉起，空腔体积增大，从而使吸盘紧紧吸在墙上。已知吸盘挂钩的质量m＝0.02kg，外界大气压强p0＝1×105Pa，丙图空腔体积为V0＝1.5cm3，丁图空腔体积为V1＝2.0cm3，如图戊，空腔与墙面的正对面积为S1＝8cm2，吸盘与墙面接触的圆环面积S2＝8cm2，吸盘与墙面间的动摩擦因数μ＝0.5，最大静摩擦力可视为等于滑动摩擦力。吸盘空腔内气体可视为理想气体，忽略操作时温度的变化，全过程盘盖和吸盘之间的空隙始终与外界连通。
（1）扳下锁扣过程中空腔内气体吸热还是放热？
（2）求板下锁扣后空腔内气体的压强p1；
（3）若挂钩挂上重物时恰好不脱落，求所挂重物的质量M。
2023年浙江省高考物理模拟试题分类——专题12热学
参考答案与试题解析
一．选择题（共11小题）
1．（2023•杭州一模）下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的无规则热运动
B．气体与液体分子可以自由移动而固体分子不会发生运动
C．热力学温度升高1K和摄氏温度升高1℃对应的温度变化量相同
D．水蒸气凝结成小水珠过程中，水分子间的引力增大，斥力减小
【解答】解：A．布朗运动并不是液体分子的无规则热运动，布朗运动反映了液体分子做无规则热运动，故A错误；
B．一切物质的分子，包括固体物质的分子都在永不停息地做无规则的热运动，故B错误；
C．根据T＝273K+t可知ΔT＝Δt，即热力学温度升高1K和摄氏温度升高1℃对应的温度变化量相同，故C正确；
D．水分子在气态下引力、分子间距离较大，斥力忽略不计，凝结成液态，分子间距减小，引力和斥力同时增大，故D错误。
故选：C。
2．（2023•西湖区校级模拟）2021年12月9日，在“天宫课堂”中王亚平往水球中注入一个气泡，如图所示，气泡静止在水中，此时（ ）
A．气泡受到浮力
B．因处于完全失重状态，所以不会有水分子进入气泡中
C．气泡内气体在界面处对水产生压力
D．水与气泡界面处，水分子间作用力表现为斥力
【解答】解：A.由于在失重状态下，气泡各面收到水的作用力为零，没有差值，所以不会受到浮力，故A错误；
B.气泡内气体分子一直在做无规则的热运动，根据扩散现象，水分子会进入气泡中，故B错误；
C.虽然在失重状态下，但气泡内气体在做无规则的热运动，大量的气体分子会碰撞界面产生压强，所以对水产生压力，故C正确；
D.水与气泡界面处，水分子较为稀疏，水分子间作用力表现为引力，故D错误。
故选：C。
3．（2023•金华一模）不少车主常在私家车内备有电动充气泵，如图所示。某次充气前测得某轮胎胎内气体压强只有p1=1.1×105Pa，为使汽车正常行驶，胎内气体压强需达到p2=1.4×105Pa．若已知该轮胎的内胎体积为V0，车主用电动充气泵给轮胎充气，每秒钟充入ΔV=1400V0，压强为p1=1.1×105Pa的气体，胎内气体可视为理想气体，充气过程中内胎体积和胎内气体温度保持不变。则下列说法正确的是（ ）
A．充气过程中胎内气体内能保持不变
B．充气过程中胎内气体一定向外吸热
C．为使汽车正常行驶，需要电动充气泵给该轮胎充气时间约100s
D．为使汽车正常行驶，需要电动充气泵给该轮胎充气时间约110s
【解答】解：A.充气过程中胎内气体温度保持不变，分子的平均动能不变，理想气体的内能与分子数有关，因此充气过程中胎内气体内能增大，故A错误；
B.充气过程是将外界气体压缩到胎内，若绝热压缩气体，由于外界对气体做功，气体的温度降升高，而题目中胎内气体温度不变，说明在压缩气体的同时，气体向外界放热，故B错误；
CD.设充气时间为t，该时间内充入的气体体积V1=tΔV=tV0400
根据玻意耳定律p1（V0+V1）＝p2V0
代入数据解得t≈110s
综上分析，故C错误，D正确。
故选：D。
4．（2023•浙江模拟）如图所示，一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程，其中a→b为等温过程，状态b、c的体积相同，则（ ）
A．状态a的内能大于状态b
B．状态a的温度高于状态c
C．a→c过程中气体吸收热量
D．若沿abca过程变化则外界对气体做负功
【解答】解：A、a→b是等温过程，气体温度不变，则气体的内能不变，故A错误；
BC、由图示图象可知，状态b、c的体积相同，根据一定质量理想气体的状态方程pVT=C，可知c的温度高于b、a的温度，且c的内能大于b和a的内能，从a到c气体体积增大，气体对外界做功，W＜0，该过程内能增大，ΔU＞0，由热力学第一定律可知：ΔU＝W+Q，可知Q＞0，所以，a→c过程中气体吸收热量，故B错误，C正确；
D、根据p﹣V图线与横轴围成图形的面积等于气体做的功，可知若沿abca过程变化，则外界对气体做正功，故D错误。
故选：C。
5．（2023•浙江模拟）2022年10月12日15时45分，“天宫课堂”第三课开讲。某学生设想“天地同一实验”，即在空间站和地面做同一个实验，观察实验现象，下面有关其设想的实验和可能出现的现象说法正确的是（ ）
A．如图1用一根绳子系着一个金属球，拉开一个角度，静止释放后“天上”和“地上”看到的现象相同
B．如图2用同样的材料和操作流程，做教材中的薄膜干涉实验，“天上”和“地上”实验现象相同
C．如图3相同密闭容器内装着完全相同的气体，在相同的温度下，“天上”和“地上”容器内气体压强相同
D．如图4用相同材料做成的两根内径相同、两端开口的圆柱形毛细管竖直插入水中，“天上”和“地上”观察到的现象相同
【解答】解：A．如图1用一根绳子系着一个金属球，拉开一个角度，静止释放后，“天上”由于完全失重，小球相对空间站静止不动；“地上”由于重力的影响，小球将做圆周运动，所以观察到的实验现象不相同，故A错误；
B．如图2用同样的材料和操作流程，做教材中的薄膜干涉实验，“天上”由于完全失重状态，薄膜厚度基本均匀分布，不会出现干涉条纹；“地上”由于重力的影响，薄膜厚度并不是均匀分布，形成上薄下厚的形状，会出现干涉条纹，所以观察到的实验现象不相同，故B错误；
C．气体压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的，如图3相同密闭容器内装着完全相同的气体，在相同的温度下，分子平均动能相同，“天上”和“地上”容器内气体压强相同，故C正确；
D．如图4用相同材料做成的两根内径相同、两端开口的圆柱形毛细管竖直插入水中，“天上”由于完全失重，观察到水上升到毛细管顶部，“地上”由于重力的影响，观察到水上升一小段距离后静止不动，所以观察到的实验现象不相同，故D错误。
故选：C。
6．（2023•温州模拟）如图甲所示，在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积S＝100cm2的质量不计且光滑的活塞密封一定质量的气体，活塞上静止一质量为m的重物。图乙是密闭气体从状态A变化到状态B的V﹣T图像，密闭气体在A点的压强pA＝1.03×105Pa，从状态A变化到状态B的过程中吸收热量Q＝500J。已知外界大气压强p0＝1.01×105Pa，下列说法正确的是（ ）
A．重物质量m＝1kg
B．气体在状态B时的体积为8.0×10﹣2m3
C．从状态A变化到状态B的过程，气体对外界做功202J
D．从状态A变化到状态B的过程，气体的内能增加294J
【解答】解：A．在A状态，根据平衡条件mg+p0S＝pAS
解得m＝2kg
故A错误；
B．根据图像VT=C
气体做等压变化VATA=VBTB
解得VB=8.0×10-3m3
故B错误；
C．从状态A变化到状态B的过程，气体对外界做功W＝pAΔV，解得W＝206J
故C错误；
D．根据热力学第一定律ΔU＝Q﹣W，解得ΔU＝294J
故D正确。
故选：D。
7．（2023•浙江模拟）在“用DIS研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时，缓慢推动活塞，注射器内空气体积逐渐减小，多次测量得到注射器内气体压强p、体积V变化的p﹣V图线，如图所示（其中实线是实验所得图线，虚线为一条双曲线，实验过程中环境温度保持不变），发现该图线与玻意耳定律明显不合，造成这一现象的可能原因是（ ）
A．实验时用手握住注射器
B．实验时迅速推动活塞
C．注射器没有保持水平
D．推动活塞过程中有气体泄漏
【解答】解：由图示图象可知，该图线与玻意耳定律不够吻合，结合图象的特点可知，压缩气体的过程中p与V的乘积减小，根据一定质量的理想气体状态方程pVT=C分析可知，造成这一现象的可能原因是：实验时注射器内的空气向外泄漏，或实验时环境温度降低了，故ABC错误，D正确。
故选：D。
8．（2023•镇海区校级模拟）2022年3月23日，“天宫课堂”第二课开讲，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站再次为广大青少年带来一堂精彩的太空科普课，其中有一个实验是王亚平在太空拧毛巾，拧出的水形成一层水膜，附着在手上，像手套一样，晃动也不会掉。形成这种现象的原因，下列说法正确的是（ ）
A．在空间站水滴不受重力
B．水和手发生浸润现象
C．水和手发生不浸润现象
D．在空间站中水的表面张力变大，使得水“粘”在手上
【解答】解：A、在空间站水滴仍受重力作用，只是重力用来提供向心力，故A错误；
BC、由题意可知，拧出的水形成一层水膜，附着在手上，像手套一样，说明液体水在手表面有扩展趋势，水和手发生浸润现象，故B正确，C错误；
D、液体水在手表面有扩展趋势，而不是收缩趋势，故不是因为水的表面张力变大的缘故，故D错误。
故选：B。
9．（2023•浙江二模）下列关于固体、液体、气体的说法中正确的是（ ）
A．夏季天早时，给庄稼松土是为了破坏土壤中的毛细管，防止水分蒸发
B．晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，但沿不同方向的光学性质一定相同
C．由于液体表面层分子间距距离大于液体内部分子间距离，所以存在浸润现象
D．炒菜时我们看到的烟气，是因为油烟颗粒的热运动
【解答】解：A、夏季天旱时，给庄稼松土是利用毛细现象，为了破坏土壤中的毛细管，可防止水分蒸发，故A正确；
B、有些单晶体沿不同的方向的导热或导电性能不相同，沿不同方向的光学性质也不相同，故B错误；
C、液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，分子之间的作用力表现为引力，与固体间表现为不浸润，故C错误；
D、炒菜时我们看到的烟气，是因为热对流引起的，故D错误；
故选：A。
10．（2023•浙江模拟）王亚平在“天宫课堂”中，将分别粘有水球的两块透明板慢慢靠近，直到两个水球融合在一起，再把两板慢慢拉开，水在两块板间形成了一座“水桥”。如图甲所示，为我们展示了微重力环境下液体表面张力的特性。“水桥”表面与空气接触的薄层叫表面层，已知分子间作用力F和分子间距r的关系如图乙。下列说法正确的是（ ）
A．可以推断水和透明板是不浸润的
B．王亚平把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程，“水桥”表面层相邻水分子间的分子势能变小
C．王亚平把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程，“水桥”表面层相邻水分子间的分子力做负功
D．王亚平放开双手两板吸引到一起，该过程表面层相邻水分子间的作用力与分子间的距离的关系与乙图的A到B过程相对应
【解答】解：
A.水球粘在两块透明板，说明水和透明板是浸润的，故A错误；
BC.形成了一座“水桥”，“水桥”表面层相邻水分子间的分子力为引力，把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程，分子引力做负功，分子势能增大，故B错误，C正确；
D.王亚平放开双手两板吸引到一起，”水桥”表面层相邻水分子间的分子力为引力且变大，而A到B过程是分子斥力减小的过程，故D错误；
故选：C。
11．（2023•杭州一模）夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面，湖水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内的气体看作理想气体。则上升过程中，以下说法正确的是（ ）
A．气泡内气体的内能可能不变
B．气泡上升过程中可能会放热
C．气泡内气体的压强增大
D．气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力变小
【解答】解：A．根据题意可知，越往上温度越高，故气泡温度升高，内能变大，故A错误。
B．气泡体积变大，外界对气体做负功，根据
ΔU＝W+Q
可知
Q＞0
气泡内能增大，故气泡吸热，故B错误；
C．气泡上升
P＝P0+ρgh
深度h减小，汽包内其他压强减小，故C错误；
D．根据气体压强定义及其微观意义，气泡内气体压强减小，气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小，故D正确。
故选：D。
二．多选题（共1小题）
（多选）12．（2023•温州模拟）小明同学在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验后，发现他测量出的分子直径明显偏大，出现这种情况的可能原因是（ ）
A．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开
B．将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算
C．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多计了5滴
D．油酸酒精溶液久置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
【解答】解：A．水面上痱子粉撒得较多，会导致油膜没有充分展开，则测量的油酸面积S偏小，则分子直径为d=VS偏大，故A正确；
B．纯油酸的体积等于滴入的油酸酒精溶液体积乘以浓度，计算时把油酸酒精溶液当成了纯油酸，则计算用的体积偏大，则测得的分子直径偏大，故B正确；
C．设1mL的溶液有n滴，则纯油酸体积为V=1mLn×ρ浓度，滴数多计了5滴，计算代入纯油酸体积将偏小，测量直径偏小，故C错误；
D．如果所用的油酸酒精溶液长时间放置在空气中，酒精挥发，导致油酸酒精溶液中的油酸溶度增大，1滴油酸酒精溶液形成的面积偏大，则分子直径的测量结果偏小，故D错误。
故选：AB。
三．计算题
13．（2023•浙江模拟）如图为一水平放置的气缸，装一定量的体积为1×103cm3的某理想气体，通过一横截面积S＝10cm2的活塞与压强为p＝1.0×105Pa的大气相隔。活塞与气缸壁之间有一定压力，二者间最大静摩擦力和滑动摩擦力均为f＝50N，摩擦产生的热量均耗散到外界，不被气缸内气体吸收。初态气体温度头T0＝300K，活塞与气缸壁之间无摩擦力作用。现用一加热器缓缓对气缸加热，假设气体始终经历准静态过程。求：
（1）活塞开始移动时气体温度T1；
（2）当加热至末态T2＝900K时，因摩擦而耗散的热量；
（3）已知该气体的内能满足U＝0.5T（J）（T单位取K），求从初态到末态气体总吸热Q。
【解答】解：（1）初始状态时，活塞与气缸壁之间无摩擦力作用，则气体的压强为：
p0=p=1.0×105Pa
设活塞开始移动时气体压强为p1，根据受力平衡可得：
p1S＝pS+f
解得：p1=1.5×105Pa
此过程气体发生等容变化，根据查理定律可得：
p0T0=p1T1
解得：T1＝450K
（2）从T1＝450K加热至末态T2＝900K，气体发生等压变化，设活塞移动的距离为x，根据盖—吕萨克定律可得：
V1T1=V2T2
根据题意可得：
ΔV＝V2﹣V1＝Sx，V1=1×103cm3
联立解得：x＝1m
故当加热至末态T2＝900K时，因摩擦而耗散的热量为Qf＝fx
代入数据解得：Qf＝50J
（3）从初态到末态气体内能增加量为ΔU＝0.5T2﹣0.5T0
此过程外界对气体做功为W＝﹣p1Sx
根据热力学第一定律可得ΔU＝W+Q
联立解得：Q＝450J
答：（1）活塞开始移动时气体温度为450K；
（2）当加热至末态T2＝900K时，因摩擦而耗散的热量为50J；
（3）已知该气体的内能满足U＝0.5T（J）（T单位取K），从初态到末态气体总吸热为450J。
14．（2023•浙江模拟）如图所示是一种环保高温蒸汽锅炉，其质量为500kg。为了更方便监控高温蒸汽锅炉外壁的温度变化，在锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的气缸，气缸内气体温度可视为与锅炉外壁温度相等，气缸开口向上，用质量为m＝2kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为S＝1.5cm2。当气缸内温度为27℃时，活塞与气缸底间距为L＝1cm，活塞上部距活塞0.5cm处有一用轻质绳悬挂的重物M。当绳上拉力为零时，与绳相连的警报器会发生报警，从而可以有效地防止事故发生。已知室外空气压强p0＝1.0×105Pa，活塞与器壁之间摩擦可忽略。求：
（1）当活塞刚刚碰到重物M时，锅炉外壁温度为多少？
（2）当活塞刚刚碰到重物M时，气体吸收了20J的热量，那么气体的内能变化了多少？
（3）若锅炉外壁的安全温度为887℃，那么重物M的质量应是多少？
【解答】解：（1）当活塞刚刚碰到重物M的过程中，气体做等压变化，根据盖—吕萨克定律可得：LST0=(L+h)ST1
其中：T0＝（273+27）K＝300K，h＝0.5cm
代入数据解得：T1＝450K
（2）当活塞刚刚碰到重物M的过程中，气体对外做的功：W＝p1Sh
其中：p1＝p0+mgS，其中S＝1.5cm2＝1.5×10﹣4m2
代入数据解得：W＝0.175J
根据热力学第一定律可得：ΔU＝Q﹣W
代入数据解得：ΔU＝19.825J
（3）活塞接触重物之后气体做等容变化，根据查理定律可得：p1T1=p2T2
其中T2＝（273+887）K＝1160K，p2＝p0+(M+m)gS
联立解得：M=49790kg
答：（1）当活塞刚刚碰到重物M时，锅炉外壁温度为450K；
（2）当活塞刚刚碰到重物M时，气体吸收了20J的热量，那么气体的内能增加了19.825J；
（3）若锅炉外壁的安全温度为887℃，那么重物M的质量应是49790kg。
15．（2023•浙江模拟）如图所示，水平放置的固定汽缸A和B中分别用活塞封闭一定质量的理想气体，其活塞面积之比为SA：SB＝1：3。两活塞之间用刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动。两个汽缸始终不漏气。初始时，A、B中气体的体积分别为V0、3V0，温度皆为T0＝300K，A中气体压强pA＝4p0，p0是汽缸外的恒定大气压强。现对A缓慢加热，在保持B中气体温度不变的情况下使B中气体的压强达到pB2＝3p0。求：
（1）加热前汽缸B中的气体压强；
（2）加热后汽缸B中的气体体积VB2；
（3）加热后汽缸A中的气体温度TA2。
【解答】解：（1）设加热前汽缸B中的气体压强为pB，对两活塞和细杆整体，水平方向上受力平衡，则有
pASA+p0SB＝p0SA+pBSB
SB＝3SA
联立两式，代入数据解得pB＝2p0
（2）B内气体做等温变化，由玻意耳定律有
pB•3V0＝pB2•VB2
代入数据解得VB2＝2V0
（3）B的体积减小了V0，故加热后A的体积为
VA2=3V0-2V0SB•SA+V0=4V03
再次对两活塞和细杆整体，水平方向受力平衡可得
pA2•SA+p0•SB＝p0•SA+pB2•SB
代入数据解得pA2＝7p0
对A中气体，根据理想气体状态方程可得
pAV0T0=pA2VA2TA2
代入数据解得TA2＝700K
答：（1）加热前汽缸B中的气体压强为2p0；
（2）加热后汽缸B中的气体体积VB2为2V0；
（3）加热后汽缸A中的气体温度TA2为700K。
16．（2023•浙江二模）如图，一导热性能良好、内壁光滑的汽缸水平放置，横截面积S＝1.0×10﹣3m2、质量m＝2kg、厚度不计的活塞与汽缸底部之间封闭了一部分理想气体，此时活塞与汽缸底部之间的距离l＝36cm，在活塞的右侧距离其d＝14cm处有一对与汽缸固定连接的卡环，两卡环的横截面积和为S'＝2.0×10﹣4m2。气体的温度 t＝27℃，外界大气压强 p0＝1.0×105Pa，现将汽缸开口向下竖直放置（g取10m/s2）。
（1）求此时活塞与汽缸底部之间的距离h；
（2）如果将缸内气体加热到500K，求两卡环受到的压力大小（假定活塞与卡环能紧密接触）。
【解答】解：（1）气缸水平放置时：
封闭气体的压强p1＝p0＝1.0×105Pa，温度T1＝273+27K＝300K，体积V1＝Sl
气缸竖直放置时，假设活塞没有与卡环接触：
封闭气体的压强p2=p0-mgS=1.0×105Pa-2×101×10-3Pa=8×104Pa
温度T2＝T1＝300K，体积V2＝Sl′
由玻意耳定律得：p1V1＝p2V2
代入数据联立解得l′＝45cm
因l′＜l+d，故假设成立，活塞与汽缸底部之间的距离为45cm。
（2）温度升高，活塞恰好达到卡环的过程，气体做等压变化
此时：p3＝p2，V2＝l′S，V3＝（l+d）S，T2＝300K
根据盖—吕萨克定律：V2T2=V3T3
代入数据解得：T3=10003K
因T3＜500K，故气缸内气体温度由T3继续升高，气体做等容变化：
p3＝p2＝8×104Pa，T4＝500K
由查理定律得：p3T3=p4T4
解得：p4＝1.2×105Pa
两卡环对活塞的支持力大小为：F＝mg+p4S﹣p0（S﹣S'）
解得：F＝60N
根据牛顿第三定律可知两卡环受到的压力大小等于60N。
答：（1）此时活塞与汽缸底部之间的距离h为45cm；
（2）如果将缸内气体加热到500K，两卡环受到的压力大小为60N
17．（2023•浙江模拟）气压式升降椅质量安全问题日渐引起媒体及公众的关注。气压式升降椅通过气缸上下运动来调节椅子升降，其结构如图乙所示。圆柱形气缸与椅面固定在一起，其质量m＝8kg。与底座固定的横截面积为S＝40cm2的柱状气缸杆，在气缸中封闭了长度为L＝20cm的理想气体。气缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力。已知室内温度T1＝308K，大气压强为p0＝1.0×105Pa，重力加速度为g＝10m/s2，求：
（1）质量M＝72kg的人，脚悬空坐在椅面上，室温不变，稳定后椅面下降的距离；
（2）在（1）情况下，由于开空调室内气温缓慢降至T2＝300.3K，该过程外界对封闭气体所做的功。
【解答】解：（1）初始状态时，以圆柱形气缸与椅面整体为研究对象，根据受力平衡可得：mg+p0S＝p1S
解得p1=1.2×105Pa
质量M＝72kg的人，脚悬空坐在椅面上，稳定后，根据受力平衡可得：（M+m）g+p0S＝p2S
解得p2=3×105Pa
设稳定后缸内气体柱长度为L'，根据玻意耳定律可得：p1LS＝p2L'S
解得：L'＝8cm
则椅面下降了：Δh＝L﹣L'＝20cm﹣8cm＝12cm
（2）在（1）情况下，由于开空调室内气温缓慢降至T2＝300.3K，该过程气体发生等压变化，则有：L'ST1=L″ST2
解得室内气温缓慢降至T2＝300.3K时，气体柱长度为L''＝7.8cm
外界对封闭气体所做的功为：W＝（p0S+Mg+mg）（L'﹣L''）
解得：W＝2.4J
答：（1）质量M＝72kg的人，脚悬空坐在椅面上，室温不变，稳定后椅面下降的距离为12cm；
（2）该过程外界对封闭气体所做的功2.4J。
18．（2023•浙江二模）如图所示，内壁光滑的导热汽缸竖直放置在水平桌面上，汽缸内封闭一定质量的气体。活塞质量m＝4kg，活塞横截面积S＝20cm2。活塞初始状态位于离底部高度h1＝5cm处。假设外界空气温度恒为27℃，大气压强p0＝1×105Pa，g＝10m/s2。
（1）用外力F将活塞缓慢提升4cm，求此时气缸内气体的压强；
（2）对气缸内气体缓慢加热，当温度升到57℃时，气体吸收了10J的热量，求此过程中气体内能的增加量。
【解答】解：（1）初状态封闭气体的压强为：p1＝p0+mgS=1×105Pa+4×1020×10-4Pa＝1.2×105Pa
气体做等温变化，根据玻意耳定律可得：p1Sh1＝p2Sh2，其中h2＝5cm+4cm＝9cm
代入数据解得：p2=23×105Pa；
（2）对气缸内气体缓慢加热，气体做等压变化，根据盖—吕萨克定律可得：Sh1T1=S(h1+Δh)T2
其中T1＝（27+273）K＝300K，T2＝（57+273）K＝330K
代入数据解得：Δh＝0.5cm＝0.005m
外界对气体做功：W＝﹣p1SΔh
代入数据解得：W＝﹣1.2J
根据热力学第一定律可得：ΔU＝W+Q，其中Q＝10J
代入数据解得：ΔU＝8.8J。
答：（1）用外力F将活塞缓慢提升4cm，此时气缸内气体的压强为23×105Pa；
（2）对气缸内气体缓慢加热，当温度升到57℃时，气体吸收了10J的热量，此过程中气体内能的增加量为8.8J。
19．（2023•浙江模拟）暴雨季节，路面水井盖因排气孔（如图甲）堵塞可能会造成井盖移位而存在安全隐患。如图乙所示，某次暴雨，水位以50mm/h的速度迅速上涨，质量为m＝36kg的某井盖排气孔被堵塞且与地面不粘连，圆柱形竖直井内水面面积为S＝0.4m2，水位与井盖之间的距离为h＝2.018m时开始计时，此时井内密封空气的压强恰好等于大气压强P0＝1.00×105Pa，若空气视为理想气体，温度始终不变，g＝10m/s2。
（1）在井盖被顶起前外界对井内密封空气做了725J的功，则该气体吸热还是放热？吸收或放出的热量为多少？
（2）求密闭空气的压强为多大时井盖刚好被顶起；
（3）求从图示位置起，历经多长时间水井盖会被顶起。
【解答】解：（1）温度始终不变，则气体的内能不变，根据热力学第一定律得：ΔU＝Q+W
代入数据解得：Q＝﹣725J
即气体放热，放出的热量为725J；
（2）井盖刚好被顶起时，对井盖受力分析，有：pS＝p0S+mg
代入数据解得：p＝1.009×105Pa
（3）设井盖被顶起时，水面上涨x，井内空气发生等温变化，根据玻意耳定律有：p（h﹣x）S＝p0hS
代入数据解得：x＝0.018m
水井盖会被顶起的时间t=xv=0.01850×10-3h＝0.36h
答：（1）该气体放热，放出的热量为725J；
（2）密闭空气的压强1.009×105Pa时井盖刚好被顶起；
（3）从图示位置起，历经0.36h水井盖会被顶起。
20．（2023•西湖区校级模拟）如图所示，向一个空的铝饮料罐（即易拉罐）中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略）。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。已知铝罐的容积是357cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为0.3cm2，吸管的有效长度为20cm，当温度为27℃时，油柱离管口10cm。
（1）为了把温度值标化在吸管上，请利用理想气体状态方程的相关知识推导摄氏温度t关于油柱离罐口距离h的表达式。
（2）计算这个气温计摄氏温度的测量范围。
（3）某同学在使用标化好温度值的气温计时，出现了吸管竖直朝上的错误操作，若考虑到油柱长度带来的影响，试判断：测量值较之实际值偏大、偏小还是准确？不要求说明原因。
【解答】解：（1）气体的初状态
V1=(357+0.3×10)cm3=360cm3
T1+（273+27）K＝300K
任意态
V2=(357+0.3h)cm3
T2＝（273+T）K
由一定质量的理想气体状态方程得：
V1T1=V2T2
解得：t＝（24.5+0.24h）℃
（2）因为0≤h≤20cm，代入上式可得：
24.5℃≤29.5℃
（3）根据V1T1=V2T2
可得：T2=V2V1T1
由于油滴产生压强的原因，V2偏小，测得的T2偏小。
答：（1）摄氏温度t关于油柱离罐口距离h的表达式为t＝（24.5+0.24h）℃；
（2）气温计摄氏温度的测量范围为24.5℃≤29.5℃；
（3）测量值偏小。
21．（2023•浙江模拟）如图所示，左端封闭右端开口、内径相同的U形细玻璃管竖直放置，左管中封闭有长L＝20cm的空气柱，初始两管水银面相平，下方水银柱足够长，已知大气压强p0＝75cmHg，初始时封闭气体的热力学温度T1＝300K。现将下端阀门S打开，缓慢流出部分水银，然后关闭阀门S，发现左管水银面下降的高度为Δh1＝5cm。
（1）求放出的水银对应的水银柱长度；
（2）关闭阀门S后，若缓慢升高左管内封闭气体的温度，使左管的水银面再下降5cm，求此时左管内气体的热力学温度T2；
（3）在（2）问的过程中，测得左管气体的内能增加为ΔU，左管气体从外部吸收的热量为Q，请比较ΔU与Q的大小关系。
【解答】解：（1）设放出水银后封闭气体压强为p1，对封闭气体由查理定律有
p0LS＝p1（L+Δh1）S
代入数据解得
p1＝60cmHg
p1＝p0﹣Δp
代入数据解得
Δp＝15cmHg
则放出水银后，左管水银面高出右管水银面的高度为
h1＝15cm
则放出的水银对应的水银柱长度为
ΔL＝Δh1+Δh1+h1＝5cm+5cm+15cm＝25cm
（2）缓慢升高左管内封闭气体的温度，左管的水银面再下降高度为
Δh2＝5cm
则左管水银面高出右管水银面的高度为
h2＝h1﹣2Δh2＝15cm﹣2×5cm＝5cm
稳定后，左管气体压强为p2
p2＝p0-ph2=75cmHg﹣5cmHg＝70cmHg
对应空气柱长度为L'＝L+Δh1+Δh2＝20cm+5cm+5cm＝30cm
由理想气体状态方程有
p1(L+Δh1)ST1=p2L'ST2
代入数据解得
T2＝420K
（3）左管气体温度升高，ΔU＞0；左管气体对外做功，W＜0；由热力学第一定律ΔU＝Q+W可知，ΔU＜Q。
答：（1）放出的水银对应的水银柱长度为25cm；
（2）关闭阀门S后，若缓慢升高左管内封闭气体的温度，使左管的水银面再下降5cm，此时左管内气体的热力学温度T2为420K；
（3）在（2）问的过程中，测得左管气体的内能增加为ΔU，左管气体从外部吸收的热量为Q，则ΔU＜Q。
22．（2023•绍兴二模）长途旅行出发之前，小王检查轮胎的充气情况，发现轮胎的胎压为3.15×105Pa，温度为15℃，在高速公路上行驶几个小时后，胎内气体从外界吸收2600J的热量，检查轮胎的胎压为3.50×105Pa。轮胎制造商建议胎压保持在2.91×105Pa至3.21×105Pa之间，于是他将轮胎中的一些气体放掉，使胎压重新降为3.15×105Pa，若放气过程中温度保持不变。假设整个过程中轮胎的体积不变，求：
（1）胎压为3.50×105Pa时，胎内气体的温度；
（2）未放气前，胎压从3.15×105Pa变为3.50×105Pa过程中，气体内能的增加量；
（3）从轮胎中放掉气体的分子数目占总数目的比例。
【解答】解：（1）整个过程中轮胎的体积不变，根据查理定律可得：
p1T1=p2T2
可得：T2＝320K＝47℃
（2）未放气前，整个过程中轮胎的体积不变，所以气体没有做功，则气体内能的增加量为：
ΔU＝Q＝2600J
（3）放气过程中温度保持不变，根据玻意耳定律可得：
p2V1＝p1（V1+ΔV）
则ΔV=(p2-p1)V1p1=V19
从轮胎中放掉气体的分子数目占总数目的比例为：
nN=ΔVΔV+V1=110
答：（1）胎压为3.50×105Pa时，胎内气体的温度为47℃；
（2）未放气前，胎压从3.15×105Pa变为3.50×105Pa过程中，气体内能的增加量为2600J；
（3）从轮胎中放掉气体的分子数目占总数目的比例为110。
23．（2023•嘉兴二模）如图1所示，上端封闭、下端开口且粗细均匀的玻璃管长度L＝570mm，将其从水银面上方竖直向下缓慢插入水银中。发现管内水银面与管壁接触的位置向下弯曲，致玻璃管内水银面形成凸液面，如图2所示。当玻璃管恰好全部插入水银时，管内、外水银面的高度差为h，此时作用于管的竖直向下压力大小为F。已知大气压强p0=760mmHg≈1.0×105Pa，玻璃管横截面积大小S＝1.0cm2，玻璃管质量m＝0.4kg，环境温度为常温且恒定。
（1）图2所示水银面说明水银能否浸润玻璃？插入过程中，管内气体吸热还是放热？
（2）求高度差h：
（3）求撤去压力F的瞬间，玻璃管的加速度大小。
【解答】解：（1）根据题意，由图2可知，水银不浸润玻璃，插入过程中，温度不变，气体内能不变，把玻璃管压入水面过程中，气体压强变大，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝Q+W可知，气体放热。
（2）根据题意可知，插入过程等温变化，根据玻意耳定律可得：
p0LS＝p2hS
又有p2＝760+h
解得：h＝380mm
（3）根据题意，撤去F瞬间，由牛顿第二定律可得：
（p2﹣p0）S﹣mg＝ma
解得：a＝2.5m/s2
答：（1）图2所示水银面说明水银不浸润玻璃，插入过程中，管内气体放热；
（2）高度差为380mm：
（3）撤去压力F的瞬间，玻璃管的加速度大小为2.5m/s2。
24．（2023•温州模拟）如图甲为汽车中使用的氮气减振器，气缸中充入氮气后，能有效减少车轮遇到冲击时产生的高频振动。它的结构简图如图乙所示，气缸活塞截面积S＝40cm2，活塞及支架质量m＝1kg，气缸缸体导热性良好。现为了测量减震器的性能参数，将减震器竖直放置，充入氮气后密闭，活塞被卡环卡住，缸体内氮气处于气柱长度L＝20cm、压强pA＝4.0×105Pa的状态A，此时弹簧恰好处于原长。现用外力F向下压活塞，使其缓慢下降h＝4cm，气体达到状态B。从状态A到B过程气体放出热量Q＝71.4J。气缸内的氮气可视为理想气体，不计摩擦和外界温度变化，大气压强取p0＝1.0×105Pa，弹簧劲度系数k＝1.0×104N/m。求：
（1）状态B气体的压强pB；
（2）气体处于状态B时外力大小F；
（3）状态A到B过程外界对气体做的功W。
【解答】解：（1）气缸缸体导热性良好，可知从状态A到状态B，气体发生等温变化，则有：
pASL＝pBS（L﹣h）
解得：pB＝5×105Pa
（2）活塞和支架处于平衡状态，根据受力分析可得：
F+p0S+mg＝pBS+kh
其中，S＝40cm2＝4×10﹣3m2；h＝4cm＝0.04m
解得：F＝1990N
（3）气缸缸体导热性良好，可知从状态A到状态B，气体发生等温变化，气体内能不变，根据热力学第一定律可得：
ΔU＝W﹣Q＝0
解得：W＝Q＝71.4J
答：（1）状态B气体的压强为5×105Pa；
（2）气体处于状态B时外力大小为1990N；
（3）状态A到B过程外界对气体做的功为71.4J。
25．（2023•嘉兴一模）如图甲所示为小姚设计的液体拉力测量仪，一容积V0＝9.8L的导热汽缸下接一圆管，质量m1＝40g、横截面积S＝5cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞下端用轻绳悬挂一质量m2＝10g的U形金属细丝，刚好处于A位置，摩擦不计，外界大气压强p0＝1.01×105Pa，环境温度保持不变，求：
（1）活塞处于A位置时，汽缸中的气体压强p1；
（2）如图乙所示，将金属丝部分浸入液体中，缓慢升起汽缸，使金属丝在液体中上升但未脱离，活塞稳定于B位置，已知A、B距离h＝40cm，求液体对金属丝拉力F的大小；
（3）金属丝拉出液体后要维持活塞的最低位置B，气缸向上运动的加速度大小。
【解答】解：已知m1＝40g＝0.04kg，S＝5cm2＝5×10﹣4m2，m2＝10g＝0.1kg
（1）由活塞受力平衡得：p0S＝p1S+（m1+m2）g
代入数据解得：p1＝1×105Pa
（2）当活塞在B位置时，汽缸内压强为p2，气体温度不变，根据玻意耳定律得
p1V0＝p2（V0+Sh）
代入数据解得：p2=9.8×104Pa
对活塞和金属丝整体，由平衡方程得：p0S＝p2S+（m1+m2）g+F
解得F＝1N
（3）对活塞和金属丝整体，由牛顿第二定律可得：
F＝（m1+m2）a
解得：a＝20m/s2
答：（1）活塞处于A位置时，汽缸中的气体压强p1为1×105Pa；
（2）液体对金属丝拉力F的大小为1N；
（3）金属丝拉出液体后要维持活塞的最低位置B，气缸向上运动的加速度大小为20m/s2。
26．（2023•镇海区校级模拟）有同学设想如下实验测量月球表面的昼夜温差：在地面制作一个横截面积为S、导热良好的气缸，用一个质量为m的活塞（厚度不计）在缸内密闭一部分理想气体。在压强为p0、温度为T0的地面大气中，气缸开口向上竖直放置时（如图），活塞到缸底的距离为h0。已知月面重力加速度为16g（g为地面重力加速度），忽略活塞与气缸间的摩擦和气缸的热胀冷缩。将此气缸送到月球表面（无大气）并同样开口向上竖直放置。求：
（i）月昼时，月表温度最高为T1（T1＞T0），要想活塞不被缸内气体排出缸外，缸口到缸底距离（即缸的深度）至少多大？
（ii）若月夜时活塞稳定的位置比月昼下降了△h，则月面的昼夜温差是多少？
【解答】解：（i）封闭气体在地面时
p1=p0+mgs，V1＝h0s
封闭气体在月面并处于月昼最高温T1时
p2=mg6s，V2＝h2s
由气体状态方程得
p1V1T0=p2V2T1
联立解得缸口到缸底的最小距离为
h2=6(p0s+mg)h0T1mgT0
（ii）从月昼到月夜，封闭气体做等压变化，有
h2sT1=(h2-△h)sT2
月昼与月夜的温差
T1-T2=mg⋅△hT06(p0s+mg)h0
答：（i）要想活塞不被缸内气体排出缸外，缸口到缸底距离（即缸的深度）至少为6(p0s+mg)h0T1mgT0
（ii）若月夜时活塞稳定的位置比月昼下降了△h，则月面的昼夜温差是mg⋅△hT06(p0s+mg)h0
27．（2023•杭州二模）如图甲、乙，是某一强力吸盘挂钩，其结构原理如图丙、丁所示。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图甲和丙），空腔内气体压强仍与外界大气压强相等。然后再扳下锁扣（如图乙和丁），让锁扣通过细杆把吸盘向外拉起，空腔体积增大，从而使吸盘紧紧吸在墙上。已知吸盘挂钩的质量m＝0.02kg，外界大气压强p0＝1×105Pa，丙图空腔体积为V0＝1.5cm3，丁图空腔体积为V1＝2.0cm3，如图戊，空腔与墙面的正对面积为S1＝8cm2，吸盘与墙面接触的圆环面积S2＝8cm2，吸盘与墙面间的动摩擦因数μ＝0.5，最大静摩擦力可视为等于滑动摩擦力。吸盘空腔内气体可视为理想气体，忽略操作时温度的变化，全过程盘盖和吸盘之间的空隙始终与外界连通。
（1）扳下锁扣过程中空腔内气体吸热还是放热？
（2）求板下锁扣后空腔内气体的压强p1；
（3）若挂钩挂上重物时恰好不脱落，求所挂重物的质量M。
【解答】解：（1）整个过程中，温度不变，空腔内气体内能不变，扳下锁扣过程中外力对空腔内气体做负功，根据热力学第一定律，空腔内气体吸热。
（2）根据玻意耳定律可得：
p0V0＝p1V1
代入数据解得：p1＝7.5×104Pa
（3）若挂钩挂上重物时恰好不脱落，对挂钩受力分析
（m+M）g＝μFN
挂钩对墙面的压力
FN＝p0S2+（p0﹣p1）S1
联立解得；M＝4.98kg
答：（1）扳下锁扣过程中空腔内气体吸热；
（2）板下锁扣后空腔内气体的压强为7.5×104Pa；
（3）若挂钩挂上重物时恰好不脱落，所挂重物的质量M为4.98kg。
2023年浙江省高考物理模拟试题分类——专题12热学
一．选择题（共11小题）
1．（2023•杭州一模）下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的无规则热运动
B．气体与液体分子可以自由移动而固体分子不会发生运动
C．热力学温度升高1K和摄氏温度升高1℃对应的温度变化量相同
D．水蒸气凝结成小水珠过程中，水分子间的引力增大，斥力减小
2．（2023•西湖区校级模拟）2021年12月9日，在“天宫课堂”中王亚平往水球中注入一个气泡，如图所示，气泡静止在水中，此时（ ）
A．气泡受到浮力
B．因处于完全失重状态，所以不会有水分子进入气泡中
C．气泡内气体在界面处对水产生压力
D．水与气泡界面处，水分子间作用力表现为斥力
3．（2023•金华一模）不少车主常在私家车内备有电动充气泵，如图所示。某次充气前测得某轮胎胎内气体压强只有p1=1.1×105Pa，为使汽车正常行驶，胎内气体压强需达到p2=1.4×105Pa．若已知该轮胎的内胎体积为V0，车主用电动充气泵给轮胎充气，每秒钟充入ΔV=1400V0，压强为p1=1.1×105Pa的气体，胎内气体可视为理想气体，充气过程中内胎体积和胎内气体温度保持不变。则下列说法正确的是（ ）
A．充气过程中胎内气体内能保持不变
B．充气过程中胎内气体一定向外吸热
C．为使汽车正常行驶，需要电动充气泵给该轮胎充气时间约100s
D．为使汽车正常行驶，需要电动充气泵给该轮胎充气时间约110s
4．（2023•浙江模拟）如图所示，一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程，其中a→b为等温过程，状态b、c的体积相同，则（ ）
A．状态a的内能大于状态b
B．状态a的温度高于状态c
C．a→c过程中气体吸收热量
D．若沿abca过程变化则外界对气体做负功
5．（2023•浙江模拟）2022年10月12日15时45分，“天宫课堂”第三课开讲。某学生设想“天地同一实验”，即在空间站和地面做同一个实验，观察实验现象，下面有关其设想的实验和可能出现的现象说法正确的是（ ）
A．如图1用一根绳子系着一个金属球，拉开一个角度，静止释放后“天上”和“地上”看到的现象相同
B．如图2用同样的材料和操作流程，做教材中的薄膜干涉实验，“天上”和“地上”实验现象相同
C．如图3相同密闭容器内装着完全相同的气体，在相同的温度下，“天上”和“地上”容器内气体压强相同
D．如图4用相同材料做成的两根内径相同、两端开口的圆柱形毛细管竖直插入水中，“天上”和“地上”观察到的现象相同
6．（2023•温州模拟）如图甲所示，在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积S＝100cm2的质量不计且光滑的活塞密封一定质量的气体，活塞上静止一质量为m的重物。图乙是密闭气体从状态A变化到状态B的V﹣T图像，密闭气体在A点的压强pA＝1.03×105Pa，从状态A变化到状态B的过程中吸收热量Q＝500J。已知外界大气压强p0＝1.01×105Pa，下列说法正确的是（ ）
A．重物质量m＝1kg
B．气体在状态B时的体积为8.0×10﹣2m3
C．从状态A变化到状态B的过程，气体对外界做功202J
D．从状态A变化到状态B的过程，气体的内能增加294J
7．（2023•浙江模拟）在“用DIS研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时，缓慢推动活塞，注射器内空气体积逐渐减小，多次测量得到注射器内气体压强p、体积V变化的p﹣V图线，如图所示（其中实线是实验所得图线，虚线为一条双曲线，实验过程中环境温度保持不变），发现该图线与玻意耳定律明显不合，造成这一现象的可能原因是（ ）
A．实验时用手握住注射器
B．实验时迅速推动活塞
C．注射器没有保持水平
D．推动活塞过程中有气体泄漏
8．（2023•镇海区校级模拟）2022年3月23日，“天宫课堂”第二课开讲，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站再次为广大青少年带来一堂精彩的太空科普课，其中有一个实验是王亚平在太空拧毛巾，拧出的水形成一层水膜，附着在手上，像手套一样，晃动也不会掉。形成这种现象的原因，下列说法正确的是（ ）
A．在空间站水滴不受重力
B．水和手发生浸润现象
C．水和手发生不浸润现象
D．在空间站中水的表面张力变大，使得水“粘”在手上
9．（2023•浙江二模）下列关于固体、液体、气体的说法中正确的是（ ）
A．夏季天早时，给庄稼松土是为了破坏土壤中的毛细管，防止水分蒸发
B．晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，但沿不同方向的光学性质一定相同
C．由于液体表面层分子间距距离大于液体内部分子间距离，所以存在浸润现象
D．炒菜时我们看到的烟气，是因为油烟颗粒的热运动
10．（2023•浙江模拟）王亚平在“天宫课堂”中，将分别粘有水球的两块透明板慢慢靠近，直到两个水球融合在一起，再把两板慢慢拉开，水在两块板间形成了一座“水桥”。如图甲所示，为我们展示了微重力环境下液体表面张力的特性。“水桥”表面与空气接触的薄层叫表面层，已知分子间作用力F和分子间距r的关系如图乙。下列说法正确的是（ ）
A．可以推断水和透明板是不浸润的
B．王亚平把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程，“水桥”表面层相邻水分子间的分子势能变小
C．王亚平把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程，“水桥”表面层相邻水分子间的分子力做负功
D．王亚平放开双手两板吸引到一起，该过程表面层相邻水分子间的作用力与分子间的距离的关系与乙图的A到B过程相对应
11．（2023•杭州一模）夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面，湖水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内的气体看作理想气体。则上升过程中，以下说法正确的是（ ）
A．气泡内气体的内能可能不变
B．气泡上升过程中可能会放热
C．气泡内气体的压强增大
D．气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力变小
二．多选题（共1小题）
（多选）12．（2023•温州模拟）小明同学在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验后，发现他测量出的分子直径明显偏大，出现这种情况的可能原因是（ ）
A．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开
B．将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算
C．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多计了5滴
D．油酸酒精溶液久置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
三．计算题
13．（2023•浙江模拟）如图为一水平放置的气缸，装一定量的体积为1×103cm3的某理想气体，通过一横截面积S＝10cm2的活塞与压强为p＝1.0×105Pa的大气相隔。活塞与气缸壁之间有一定压力，二者间最大静摩擦力和滑动摩擦力均为f＝50N，摩擦产生的热量均耗散到外界，不被气缸内气体吸收。初态气体温度头T0＝300K，活塞与气缸壁之间无摩擦力作用。现用一加热器缓缓对气缸加热，假设气体始终经历准静态过程。求：
（1）活塞开始移动时气体温度T1；
（2）当加热至末态T2＝900K时，因摩擦而耗散的热量；
（3）已知该气体的内能满足U＝0.5T（J）（T单位取K），求从初态到末态气体总吸热Q。
14．（2023•浙江模拟）如图所示是一种环保高温蒸汽锅炉，其质量为500kg。为了更方便监控高温蒸汽锅炉外壁的温度变化，在锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的气缸，气缸内气体温度可视为与锅炉外壁温度相等，气缸开口向上，用质量为m＝2kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为S＝1.5cm2。当气缸内温度为27℃时，活塞与气缸底间距为L＝1cm，活塞上部距活塞0.5cm处有一用轻质绳悬挂的重物M。当绳上拉力为零时，与绳相连的警报器会发生报警，从而可以有效地防止事故发生。已知室外空气压强p0＝1.0×105Pa，活塞与器壁之间摩擦可忽略。求：
（1）当活塞刚刚碰到重物M时，锅炉外壁温度为多少？
（2）当活塞刚刚碰到重物M时，气体吸收了20J的热量，那么气体的内能变化了多少？
（3）若锅炉外壁的安全温度为887℃，那么重物M的质量应是多少？
15．（2023•浙江模拟）如图所示，水平放置的固定汽缸A和B中分别用活塞封闭一定质量的理想气体，其活塞面积之比为SA：SB＝1：3。两活塞之间用刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动。两个汽缸始终不漏气。初始时，A、B中气体的体积分别为V0、3V0，温度皆为T0＝300K，A中气体压强pA＝4p0，p0是汽缸外的恒定大气压强。现对A缓慢加热，在保持B中气体温度不变的情况下使B中气体的压强达到pB2＝3p0。求：
（1）加热前汽缸B中的气体压强；
（2）加热后汽缸B中的气体体积VB2；
（3）加热后汽缸A中的气体温度TA2。
16．（2023•浙江二模）如图，一导热性能良好、内壁光滑的汽缸水平放置，横截面积S＝1.0×10﹣3m2、质量m＝2kg、厚度不计的活塞与汽缸底部之间封闭了一部分理想气体，此时活塞与汽缸底部之间的距离l＝36cm，在活塞的右侧距离其d＝14cm处有一对与汽缸固定连接的卡环，两卡环的横截面积和为S'＝2.0×10﹣4m2。气体的温度 t＝27℃，外界大气压强 p0＝1.0×105Pa，现将汽缸开口向下竖直放置（g取10m/s2）。
（1）求此时活塞与汽缸底部之间的距离h；
（2）如果将缸内气体加热到500K，求两卡环受到的压力大小（假定活塞与卡环能紧密接触）。
17．（2023•浙江模拟）气压式升降椅质量安全问题日渐引起媒体及公众的关注。气压式升降椅通过气缸上下运动来调节椅子升降，其结构如图乙所示。圆柱形气缸与椅面固定在一起，其质量m＝8kg。与底座固定的横截面积为S＝40cm2的柱状气缸杆，在气缸中封闭了长度为L＝20cm的理想气体。气缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力。已知室内温度T1＝308K，大气压强为p0＝1.0×105Pa，重力加速度为g＝10m/s2，求：
（1）质量M＝72kg的人，脚悬空坐在椅面上，室温不变，稳定后椅面下降的距离；
（2）在（1）情况下，由于开空调室内气温缓慢降至T2＝300.3K，该过程外界对封闭气体所做的功。
18．（2023•浙江二模）如图所示，内壁光滑的导热汽缸竖直放置在水平桌面上，汽缸内封闭一定质量的气体。活塞质量m＝4kg，活塞横截面积S＝20cm2。活塞初始状态位于离底部高度h1＝5cm处。假设外界空气温度恒为27℃，大气压强p0＝1×105Pa，g＝10m/s2。
（1）用外力F将活塞缓慢提升4cm，求此时气缸内气体的压强；
（2）对气缸内气体缓慢加热，当温度升到57℃时，气体吸收了10J的热量，求此过程中气体内能的增加量。
19．（2023•浙江模拟）暴雨季节，路面水井盖因排气孔（如图甲）堵塞可能会造成井盖移位而存在安全隐患。如图乙所示，某次暴雨，水位以50mm/h的速度迅速上涨，质量为m＝36kg的某井盖排气孔被堵塞且与地面不粘连，圆柱形竖直井内水面面积为S＝0.4m2，水位与井盖之间的距离为h＝2.018m时开始计时，此时井内密封空气的压强恰好等于大气压强P0＝1.00×105Pa，若空气视为理想气体，温度始终不变，g＝10m/s2。
（1）在井盖被顶起前外界对井内密封空气做了725J的功，则该气体吸热还是放热？吸收或放出的热量为多少？
（2）求密闭空气的压强为多大时井盖刚好被顶起；
（3）求从图示位置起，历经多长时间水井盖会被顶起。
20．（2023•西湖区校级模拟）如图所示，向一个空的铝饮料罐（即易拉罐）中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略）。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。已知铝罐的容积是357cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为0.3cm2，吸管的有效长度为20cm，当温度为27℃时，油柱离管口10cm。
（1）为了把温度值标化在吸管上，请利用理想气体状态方程的相关知识推导摄氏温度t关于油柱离罐口距离h的表达式。
（2）计算这个气温计摄氏温度的测量范围。
（3）某同学在使用标化好温度值的气温计时，出现了吸管竖直朝上的错误操作，若考虑到油柱长度带来的影响，试判断：测量值较之实际值偏大、偏小还是准确？不要求说明原因。
21．（2023•浙江模拟）如图所示，左端封闭右端开口、内径相同的U形细玻璃管竖直放置，左管中封闭有长L＝20cm的空气柱，初始两管水银面相平，下方水银柱足够长，已知大气压强p0＝75cmHg，初始时封闭气体的热力学温度T1＝300K。现将下端阀门S打开，缓慢流出部分水银，然后关闭阀门S，发现左管水银面下降的高度为Δh1＝5cm。
（1）求放出的水银对应的水银柱长度；
（2）关闭阀门S后，若缓慢升高左管内封闭气体的温度，使左管的水银面再下降5cm，求此时左管内气体的热力学温度T2；
（3）在（2）问的过程中，测得左管气体的内能增加为ΔU，左管气体从外部吸收的热量为Q，请比较ΔU与Q的大小关系。
22．（2023•绍兴二模）长途旅行出发之前，小王检查轮胎的充气情况，发现轮胎的胎压为3.15×105Pa，温度为15℃，在高速公路上行驶几个小时后，胎内气体从外界吸收2600J的热量，检查轮胎的胎压为3.50×105Pa。轮胎制造商建议胎压保持在2.91×105Pa至3.21×105Pa之间，于是他将轮胎中的一些气体放掉，使胎压重新降为3.15×105Pa，若放气过程中温度保持不变。假设整个过程中轮胎的体积不变，求：
（1）胎压为3.50×105Pa时，胎内气体的温度；
（2）未放气前，胎压从3.15×105Pa变为3.50×105Pa过程中，气体内能的增加量；
（3）从轮胎中放掉气体的分子数目占总数目的比例。
23．（2023•嘉兴二模）如图1所示，上端封闭、下端开口且粗细均匀的玻璃管长度L＝570mm，将其从水银面上方竖直向下缓慢插入水银中。发现管内水银面与管壁接触的位置向下弯曲，致玻璃管内水银面形成凸液面，如图2所示。当玻璃管恰好全部插入水银时，管内、外水银面的高度差为h，此时作用于管的竖直向下压力大小为F。已知大气压强p0=760mmHg≈1.0×105Pa，玻璃管横截面积大小S＝1.0cm2，玻璃管质量m＝0.4kg，环境温度为常温且恒定。
（1）图2所示水银面说明水银能否浸润玻璃？插入过程中，管内气体吸热还是放热？
（2）求高度差h：
（3）求撤去压力F的瞬间，玻璃管的加速度大小。
24．（2023•温州模拟）如图甲为汽车中使用的氮气减振器，气缸中充入氮气后，能有效减少车轮遇到冲击时产生的高频振动。它的结构简图如图乙所示，气缸活塞截面积S＝40cm2，活塞及支架质量m＝1kg，气缸缸体导热性良好。现为了测量减震器的性能参数，将减震器竖直放置，充入氮气后密闭，活塞被卡环卡住，缸体内氮气处于气柱长度L＝20cm、压强pA＝4.0×105Pa的状态A，此时弹簧恰好处于原长。现用外力F向下压活塞，使其缓慢下降h＝4cm，气体达到状态B。从状态A到B过程气体放出热量Q＝71.4J。气缸内的氮气可视为理想气体，不计摩擦和外界温度变化，大气压强取p0＝1.0×105Pa，弹簧劲度系数k＝1.0×104N/m。求：
（1）状态B气体的压强pB；
（2）气体处于状态B时外力大小F；
（3）状态A到B过程外界对气体做的功W。
25．（2023•嘉兴一模）如图甲所示为小姚设计的液体拉力测量仪，一容积V0＝9.8L的导热汽缸下接一圆管，质量m1＝40g、横截面积S＝5cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞下端用轻绳悬挂一质量m2＝10g的U形金属细丝，刚好处于A位置，摩擦不计，外界大气压强p0＝1.01×105Pa，环境温度保持不变，求：
（1）活塞处于A位置时，汽缸中的气体压强p1；
（2）如图乙所示，将金属丝部分浸入液体中，缓慢升起汽缸，使金属丝在液体中上升但未脱离，活塞稳定于B位置，已知A、B距离h＝40cm，求液体对金属丝拉力F的大小；
（3）金属丝拉出液体后要维持活塞的最低位置B，气缸向上运动的加速度大小。
26．（2023•镇海区校级模拟）有同学设想如下实验测量月球表面的昼夜温差：在地面制作一个横截面积为S、导热良好的气缸，用一个质量为m的活塞（厚度不计）在缸内密闭一部分理想气体。在压强为p0、温度为T0的地面大气中，气缸开口向上竖直放置时（如图），活塞到缸底的距离为h0。已知月面重力加速度为16g（g为地面重力加速度），忽略活塞与气缸间的摩擦和气缸的热胀冷缩。将此气缸送到月球表面（无大气）并同样开口向上竖直放置。求：
（i）月昼时，月表温度最高为T1（T1＞T0），要想活塞不被缸内气体排出缸外，缸口到缸底距离（即缸的深度）至少多大？
（ii）若月夜时活塞稳定的位置比月昼下降了△h，则月面的昼夜温差是多少？
27．（2023•杭州二模）如图甲、乙，是某一强力吸盘挂钩，其结构原理如图丙、丁所示。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图甲和丙），空腔内气体压强仍与外界大气压强相等。然后再扳下锁扣（如图乙和丁），让锁扣通过细杆把吸盘向外拉起，空腔体积增大，从而使吸盘紧紧吸在墙上。已知吸盘挂钩的质量m＝0.02kg，外界大气压强p0＝1×105Pa，丙图空腔体积为V0＝1.5cm3，丁图空腔体积为V1＝2.0cm3，如图戊，空腔与墙面的正对面积为S1＝8cm2，吸盘与墙面接触的圆环面积S2＝8cm2，吸盘与墙面间的动摩擦因数μ＝0.5，最大静摩擦力可视为等于滑动摩擦力。吸盘空腔内气体可视为理想气体，忽略操作时温度的变化，全过程盘盖和吸盘之间的空隙始终与外界连通。
（1）扳下锁扣过程中空腔内气体吸热还是放热？
（2）求板下锁扣后空腔内气体的压强p1；
（3）若挂钩挂上重物时恰好不脱落，求所挂重物的质量M。
2023年浙江省高考物理模拟试题分类——专题12热学
参考答案与试题解析
一．选择题（共11小题）
1．（2023•杭州一模）下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的无规则热运动
B．气体与液体分子可以自由移动而固体分子不会发生运动
C．热力学温度升高1K和摄氏温度升高1℃对应的温度变化量相同
D．水蒸气凝结成小水珠过程中，水分子间的引力增大，斥力减小
【解答】解：A．布朗运动并不是液体分子的无规则热运动，布朗运动反映了液体分子做无规则热运动，故A错误；
B．一切物质的分子，包括固体物质的分子都在永不停息地做无规则的热运动，故B错误；
C．根据T＝273K+t可知ΔT＝Δt，即热力学温度升高1K和摄氏温度升高1℃对应的温度变化量相同，故C正确；
D．水分子在气态下引力、分子间距离较大，斥力忽略不计，凝结成液态，分子间距减小，引力和斥力同时增大，故D错误。
故选：C。
2．（2023•西湖区校级模拟）2021年12月9日，在“天宫课堂”中王亚平往水球中注入一个气泡，如图所示，气泡静止在水中，此时（ ）
A．气泡受到浮力
B．因处于完全失重状态，所以不会有水分子进入气泡中
C．气泡内气体在界面处对水产生压力
D．水与气泡界面处，水分子间作用力表现为斥力
【解答】解：A.由于在失重状态下，气泡各面收到水的作用力为零，没有差值，所以不会受到浮力，故A错误；
B.气泡内气体分子一直在做无规则的热运动，根据扩散现象，水分子会进入气泡中，故B错误；
C.虽然在失重状态下，但气泡内气体在做无规则的热运动，大量的气体分子会碰撞界面产生压强，所以对水产生压力，故C正确；
D.水与气泡界面处，水分子较为稀疏，水分子间作用力表现为引力，故D错误。
故选：C。
3．（2023•金华一模）不少车主常在私家车内备有电动充气泵，如图所示。某次充气前测得某轮胎胎内气体压强只有p1=1.1×105Pa，为使汽车正常行驶，胎内气体压强需达到p2=1.4×105Pa．若已知该轮胎的内胎体积为V0，车主用电动充气泵给轮胎充气，每秒钟充入ΔV=1400V0，压强为p1=1.1×105Pa的气体，胎内气体可视为理想气体，充气过程中内胎体积和胎内气体温度保持不变。则下列说法正确的是（ ）
A．充气过程中胎内气体内能保持不变
B．充气过程中胎内气体一定向外吸热
C．为使汽车正常行驶，需要电动充气泵给该轮胎充气时间约100s
D．为使汽车正常行驶，需要电动充气泵给该轮胎充气时间约110s
【解答】解：A.充气过程中胎内气体温度保持不变，分子的平均动能不变，理想气体的内能与分子数有关，因此充气过程中胎内气体内能增大，故A错误；
B.充气过程是将外界气体压缩到胎内，若绝热压缩气体，由于外界对气体做功，气体的温度降升高，而题目中胎内气体温度不变，说明在压缩气体的同时，气体向外界放热，故B错误；
CD.设充气时间为t，该时间内充入的气体体积V1=tΔV=tV0400
根据玻意耳定律p1（V0+V1）＝p2V0
代入数据解得t≈110s
综上分析，故C错误，D正确。
故选：D。
4．（2023•浙江模拟）如图所示，一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程，其中a→b为等温过程，状态b、c的体积相同，则（ ）
A．状态a的内能大于状态b
B．状态a的温度高于状态c
C．a→c过程中气体吸收热量
D．若沿abca过程变化则外界对气体做负功
【解答】解：A、a→b是等温过程，气体温度不变，则气体的内能不变，故A错误；
BC、由图示图象可知，状态b、c的体积相同，根据一定质量理想气体的状态方程pVT=C，可知c的温度高于b、a的温度，且c的内能大于b和a的内能，从a到c气体体积增大，气体对外界做功，W＜0，该过程内能增大，ΔU＞0，由热力学第一定律可知：ΔU＝W+Q，可知Q＞0，所以，a→c过程中气体吸收热量，故B错误，C正确；
D、根据p﹣V图线与横轴围成图形的面积等于气体做的功，可知若沿abca过程变化，则外界对气体做正功，故D错误。
故选：C。
5．（2023•浙江模拟）2022年10月12日15时45分，“天宫课堂”第三课开讲。某学生设想“天地同一实验”，即在空间站和地面做同一个实验，观察实验现象，下面有关其设想的实验和可能出现的现象说法正确的是（ ）
A．如图1用一根绳子系着一个金属球，拉开一个角度，静止释放后“天上”和“地上”看到的现象相同
B．如图2用同样的材料和操作流程，做教材中的薄膜干涉实验，“天上”和“地上”实验现象相同
C．如图3相同密闭容器内装着完全相同的气体，在相同的温度下，“天上”和“地上”容器内气体压强相同
D．如图4用相同材料做成的两根内径相同、两端开口的圆柱形毛细管竖直插入水中，“天上”和“地上”观察到的现象相同
【解答】解：A．如图1用一根绳子系着一个金属球，拉开一个角度，静止释放后，“天上”由于完全失重，小球相对空间站静止不动；“地上”由于重力的影响，小球将做圆周运动，所以观察到的实验现象不相同，故A错误；
B．如图2用同样的材料和操作流程，做教材中的薄膜干涉实验，“天上”由于完全失重状态，薄膜厚度基本均匀分布，不会出现干涉条纹；“地上”由于重力的影响，薄膜厚度并不是均匀分布，形成上薄下厚的形状，会出现干涉条纹，所以观察到的实验现象不相同，故B错误；
C．气体压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的，如图3相同密闭容器内装着完全相同的气体，在相同的温度下，分子平均动能相同，“天上”和“地上”容器内气体压强相同，故C正确；
D．如图4用相同材料做成的两根内径相同、两端开口的圆柱形毛细管竖直插入水中，“天上”由于完全失重，观察到水上升到毛细管顶部，“地上”由于重力的影响，观察到水上升一小段距离后静止不动，所以观察到的实验现象不相同，故D错误。
故选：C。
6．（2023•温州模拟）如图甲所示，在竖直放置的圆柱形容器内用横截面积S＝100cm2的质量不计且光滑的活塞密封一定质量的气体，活塞上静止一质量为m的重物。图乙是密闭气体从状态A变化到状态B的V﹣T图像，密闭气体在A点的压强pA＝1.03×105Pa，从状态A变化到状态B的过程中吸收热量Q＝500J。已知外界大气压强p0＝1.01×105Pa，下列说法正确的是（ ）
A．重物质量m＝1kg
B．气体在状态B时的体积为8.0×10﹣2m3
C．从状态A变化到状态B的过程，气体对外界做功202J
D．从状态A变化到状态B的过程，气体的内能增加294J
【解答】解：A．在A状态，根据平衡条件mg+p0S＝pAS
解得m＝2kg
故A错误；
B．根据图像VT=C
气体做等压变化VATA=VBTB
解得VB=8.0×10-3m3
故B错误；
C．从状态A变化到状态B的过程，气体对外界做功W＝pAΔV，解得W＝206J
故C错误；
D．根据热力学第一定律ΔU＝Q﹣W，解得ΔU＝294J
故D正确。
故选：D。
7．（2023•浙江模拟）在“用DIS研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时，缓慢推动活塞，注射器内空气体积逐渐减小，多次测量得到注射器内气体压强p、体积V变化的p﹣V图线，如图所示（其中实线是实验所得图线，虚线为一条双曲线，实验过程中环境温度保持不变），发现该图线与玻意耳定律明显不合，造成这一现象的可能原因是（ ）
A．实验时用手握住注射器
B．实验时迅速推动活塞
C．注射器没有保持水平
D．推动活塞过程中有气体泄漏
【解答】解：由图示图象可知，该图线与玻意耳定律不够吻合，结合图象的特点可知，压缩气体的过程中p与V的乘积减小，根据一定质量的理想气体状态方程pVT=C分析可知，造成这一现象的可能原因是：实验时注射器内的空气向外泄漏，或实验时环境温度降低了，故ABC错误，D正确。
故选：D。
8．（2023•镇海区校级模拟）2022年3月23日，“天宫课堂”第二课开讲，“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站再次为广大青少年带来一堂精彩的太空科普课，其中有一个实验是王亚平在太空拧毛巾，拧出的水形成一层水膜，附着在手上，像手套一样，晃动也不会掉。形成这种现象的原因，下列说法正确的是（ ）
A．在空间站水滴不受重力
B．水和手发生浸润现象
C．水和手发生不浸润现象
D．在空间站中水的表面张力变大，使得水“粘”在手上
【解答】解：A、在空间站水滴仍受重力作用，只是重力用来提供向心力，故A错误；
BC、由题意可知，拧出的水形成一层水膜，附着在手上，像手套一样，说明液体水在手表面有扩展趋势，水和手发生浸润现象，故B正确，C错误；
D、液体水在手表面有扩展趋势，而不是收缩趋势，故不是因为水的表面张力变大的缘故，故D错误。
故选：B。
9．（2023•浙江二模）下列关于固体、液体、气体的说法中正确的是（ ）
A．夏季天早时，给庄稼松土是为了破坏土壤中的毛细管，防止水分蒸发
B．晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，但沿不同方向的光学性质一定相同
C．由于液体表面层分子间距距离大于液体内部分子间距离，所以存在浸润现象
D．炒菜时我们看到的烟气，是因为油烟颗粒的热运动
【解答】解：A、夏季天旱时，给庄稼松土是利用毛细现象，为了破坏土壤中的毛细管，可防止水分蒸发，故A正确；
B、有些单晶体沿不同的方向的导热或导电性能不相同，沿不同方向的光学性质也不相同，故B错误；
C、液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，分子之间的作用力表现为引力，与固体间表现为不浸润，故C错误；
D、炒菜时我们看到的烟气，是因为热对流引起的，故D错误；
故选：A。
10．（2023•浙江模拟）王亚平在“天宫课堂”中，将分别粘有水球的两块透明板慢慢靠近，直到两个水球融合在一起，再把两板慢慢拉开，水在两块板间形成了一座“水桥”。如图甲所示，为我们展示了微重力环境下液体表面张力的特性。“水桥”表面与空气接触的薄层叫表面层，已知分子间作用力F和分子间距r的关系如图乙。下列说法正确的是（ ）
A．可以推断水和透明板是不浸润的
B．王亚平把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程，“水桥”表面层相邻水分子间的分子势能变小
C．王亚平把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程，“水桥”表面层相邻水分子间的分子力做负功
D．王亚平放开双手两板吸引到一起，该过程表面层相邻水分子间的作用力与分子间的距离的关系与乙图的A到B过程相对应
【解答】解：
A.水球粘在两块透明板，说明水和透明板是浸润的，故A错误；
BC.形成了一座“水桥”，“水桥”表面层相邻水分子间的分子力为引力，把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程，分子引力做负功，分子势能增大，故B错误，C正确；
D.王亚平放开双手两板吸引到一起，”水桥”表面层相邻水分子间的分子力为引力且变大，而A到B过程是分子斥力减小的过程，故D错误；
故选：C。
11．（2023•杭州一模）夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面，湖水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内的气体看作理想气体。则上升过程中，以下说法正确的是（ ）
A．气泡内气体的内能可能不变
B．气泡上升过程中可能会放热
C．气泡内气体的压强增大
D．气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力变小
【解答】解：A．根据题意可知，越往上温度越高，故气泡温度升高，内能变大，故A错误。
B．气泡体积变大，外界对气体做负功，根据
ΔU＝W+Q
可知
Q＞0
气泡内能增大，故气泡吸热，故B错误；
C．气泡上升
P＝P0+ρgh
深度h减小，汽包内其他压强减小，故C错误；
D．根据气体压强定义及其微观意义，气泡内气体压强减小，气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小，故D正确。
故选：D。
二．多选题（共1小题）
（多选）12．（2023•温州模拟）小明同学在做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验后，发现他测量出的分子直径明显偏大，出现这种情况的可能原因是（ ）
A．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开
B．将滴入的油酸酒精溶液体积作为油酸体积进行计算
C．求每滴溶液体积时，1mL的溶液的滴数多计了5滴
D．油酸酒精溶液久置，酒精挥发使溶液的浓度发生了变化
【解答】解：A．水面上痱子粉撒得较多，会导致油膜没有充分展开，则测量的油酸面积S偏小，则分子直径为d=VS偏大，故A正确；
B．纯油酸的体积等于滴入的油酸酒精溶液体积乘以浓度，计算时把油酸酒精溶液当成了纯油酸，则计算用的体积偏大，则测得的分子直径偏大，故B正确；
C．设1mL的溶液有n滴，则纯油酸体积为V=1mLn×ρ浓度，滴数多计了5滴，计算代入纯油酸体积将偏小，测量直径偏小，故C错误；
D．如果所用的油酸酒精溶液长时间放置在空气中，酒精挥发，导致油酸酒精溶液中的油酸溶度增大，1滴油酸酒精溶液形成的面积偏大，则分子直径的测量结果偏小，故D错误。
故选：AB。
三．计算题
13．（2023•浙江模拟）如图为一水平放置的气缸，装一定量的体积为1×103cm3的某理想气体，通过一横截面积S＝10cm2的活塞与压强为p＝1.0×105Pa的大气相隔。活塞与气缸壁之间有一定压力，二者间最大静摩擦力和滑动摩擦力均为f＝50N，摩擦产生的热量均耗散到外界，不被气缸内气体吸收。初态气体温度头T0＝300K，活塞与气缸壁之间无摩擦力作用。现用一加热器缓缓对气缸加热，假设气体始终经历准静态过程。求：
（1）活塞开始移动时气体温度T1；
（2）当加热至末态T2＝900K时，因摩擦而耗散的热量；
（3）已知该气体的内能满足U＝0.5T（J）（T单位取K），求从初态到末态气体总吸热Q。
【解答】解：（1）初始状态时，活塞与气缸壁之间无摩擦力作用，则气体的压强为：
p0=p=1.0×105Pa
设活塞开始移动时气体压强为p1，根据受力平衡可得：
p1S＝pS+f
解得：p1=1.5×105Pa
此过程气体发生等容变化，根据查理定律可得：
p0T0=p1T1
解得：T1＝450K
（2）从T1＝450K加热至末态T2＝900K，气体发生等压变化，设活塞移动的距离为x，根据盖—吕萨克定律可得：
V1T1=V2T2
根据题意可得：
ΔV＝V2﹣V1＝Sx，V1=1×103cm3
联立解得：x＝1m
故当加热至末态T2＝900K时，因摩擦而耗散的热量为Qf＝fx
代入数据解得：Qf＝50J
（3）从初态到末态气体内能增加量为ΔU＝0.5T2﹣0.5T0
此过程外界对气体做功为W＝﹣p1Sx
根据热力学第一定律可得ΔU＝W+Q
联立解得：Q＝450J
答：（1）活塞开始移动时气体温度为450K；
（2）当加热至末态T2＝900K时，因摩擦而耗散的热量为50J；
（3）已知该气体的内能满足U＝0.5T（J）（T单位取K），从初态到末态气体总吸热为450J。
14．（2023•浙江模拟）如图所示是一种环保高温蒸汽锅炉，其质量为500kg。为了更方便监控高温蒸汽锅炉外壁的温度变化，在锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的气缸，气缸内气体温度可视为与锅炉外壁温度相等，气缸开口向上，用质量为m＝2kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为S＝1.5cm2。当气缸内温度为27℃时，活塞与气缸底间距为L＝1cm，活塞上部距活塞0.5cm处有一用轻质绳悬挂的重物M。当绳上拉力为零时，与绳相连的警报器会发生报警，从而可以有效地防止事故发生。已知室外空气压强p0＝1.0×105Pa，活塞与器壁之间摩擦可忽略。求：
（1）当活塞刚刚碰到重物M时，锅炉外壁温度为多少？
（2）当活塞刚刚碰到重物M时，气体吸收了20J的热量，那么气体的内能变化了多少？
（3）若锅炉外壁的安全温度为887℃，那么重物M的质量应是多少？
【解答】解：（1）当活塞刚刚碰到重物M的过程中，气体做等压变化，根据盖—吕萨克定律可得：LST0=(L+h)ST1
其中：T0＝（273+27）K＝300K，h＝0.5cm
代入数据解得：T1＝450K
（2）当活塞刚刚碰到重物M的过程中，气体对外做的功：W＝p1Sh
其中：p1＝p0+mgS，其中S＝1.5cm2＝1.5×10﹣4m2
代入数据解得：W＝0.175J
根据热力学第一定律可得：ΔU＝Q﹣W
代入数据解得：ΔU＝19.825J
（3）活塞接触重物之后气体做等容变化，根据查理定律可得：p1T1=p2T2
其中T2＝（273+887）K＝1160K，p2＝p0+(M+m)gS
联立解得：M=49790kg
答：（1）当活塞刚刚碰到重物M时，锅炉外壁温度为450K；
（2）当活塞刚刚碰到重物M时，气体吸收了20J的热量，那么气体的内能增加了19.825J；
（3）若锅炉外壁的安全温度为887℃，那么重物M的质量应是49790kg。
15．（2023•浙江模拟）如图所示，水平放置的固定汽缸A和B中分别用活塞封闭一定质量的理想气体，其活塞面积之比为SA：SB＝1：3。两活塞之间用刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动。两个汽缸始终不漏气。初始时，A、B中气体的体积分别为V0、3V0，温度皆为T0＝300K，A中气体压强pA＝4p0，p0是汽缸外的恒定大气压强。现对A缓慢加热，在保持B中气体温度不变的情况下使B中气体的压强达到pB2＝3p0。求：
（1）加热前汽缸B中的气体压强；
（2）加热后汽缸B中的气体体积VB2；
（3）加热后汽缸A中的气体温度TA2。
【解答】解：（1）设加热前汽缸B中的气体压强为pB，对两活塞和细杆整体，水平方向上受力平衡，则有
pASA+p0SB＝p0SA+pBSB
SB＝3SA
联立两式，代入数据解得pB＝2p0
（2）B内气体做等温变化，由玻意耳定律有
pB•3V0＝pB2•VB2
代入数据解得VB2＝2V0
（3）B的体积减小了V0，故加热后A的体积为
VA2=3V0-2V0SB•SA+V0=4V03
再次对两活塞和细杆整体，水平方向受力平衡可得
pA2•SA+p0•SB＝p0•SA+pB2•SB
代入数据解得pA2＝7p0
对A中气体，根据理想气体状态方程可得
pAV0T0=pA2VA2TA2
代入数据解得TA2＝700K
答：（1）加热前汽缸B中的气体压强为2p0；
（2）加热后汽缸B中的气体体积VB2为2V0；
（3）加热后汽缸A中的气体温度TA2为700K。
16．（2023•浙江二模）如图，一导热性能良好、内壁光滑的汽缸水平放置，横截面积S＝1.0×10﹣3m2、质量m＝2kg、厚度不计的活塞与汽缸底部之间封闭了一部分理想气体，此时活塞与汽缸底部之间的距离l＝36cm，在活塞的右侧距离其d＝14cm处有一对与汽缸固定连接的卡环，两卡环的横截面积和为S'＝2.0×10﹣4m2。气体的温度 t＝27℃，外界大气压强 p0＝1.0×105Pa，现将汽缸开口向下竖直放置（g取10m/s2）。
（1）求此时活塞与汽缸底部之间的距离h；
（2）如果将缸内气体加热到500K，求两卡环受到的压力大小（假定活塞与卡环能紧密接触）。
【解答】解：（1）气缸水平放置时：
封闭气体的压强p1＝p0＝1.0×105Pa，温度T1＝273+27K＝300K，体积V1＝Sl
气缸竖直放置时，假设活塞没有与卡环接触：
封闭气体的压强p2=p0-mgS=1.0×105Pa-2×101×10-3Pa=8×104Pa
温度T2＝T1＝300K，体积V2＝Sl′
由玻意耳定律得：p1V1＝p2V2
代入数据联立解得l′＝45cm
因l′＜l+d，故假设成立，活塞与汽缸底部之间的距离为45cm。
（2）温度升高，活塞恰好达到卡环的过程，气体做等压变化
此时：p3＝p2，V2＝l′S，V3＝（l+d）S，T2＝300K
根据盖—吕萨克定律：V2T2=V3T3
代入数据解得：T3=10003K
因T3＜500K，故气缸内气体温度由T3继续升高，气体做等容变化：
p3＝p2＝8×104Pa，T4＝500K
由查理定律得：p3T3=p4T4
解得：p4＝1.2×105Pa
两卡环对活塞的支持力大小为：F＝mg+p4S﹣p0（S﹣S'）
解得：F＝60N
根据牛顿第三定律可知两卡环受到的压力大小等于60N。
答：（1）此时活塞与汽缸底部之间的距离h为45cm；
（2）如果将缸内气体加热到500K，两卡环受到的压力大小为60N
17．（2023•浙江模拟）气压式升降椅质量安全问题日渐引起媒体及公众的关注。气压式升降椅通过气缸上下运动来调节椅子升降，其结构如图乙所示。圆柱形气缸与椅面固定在一起，其质量m＝8kg。与底座固定的横截面积为S＝40cm2的柱状气缸杆，在气缸中封闭了长度为L＝20cm的理想气体。气缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力。已知室内温度T1＝308K，大气压强为p0＝1.0×105Pa，重力加速度为g＝10m/s2，求：
（1）质量M＝72kg的人，脚悬空坐在椅面上，室温不变，稳定后椅面下降的距离；
（2）在（1）情况下，由于开空调室内气温缓慢降至T2＝300.3K，该过程外界对封闭气体所做的功。
【解答】解：（1）初始状态时，以圆柱形气缸与椅面整体为研究对象，根据受力平衡可得：mg+p0S＝p1S
解得p1=1.2×105Pa
质量M＝72kg的人，脚悬空坐在椅面上，稳定后，根据受力平衡可得：（M+m）g+p0S＝p2S
解得p2=3×105Pa
设稳定后缸内气体柱长度为L'，根据玻意耳定律可得：p1LS＝p2L'S
解得：L'＝8cm
则椅面下降了：Δh＝L﹣L'＝20cm﹣8cm＝12cm
（2）在（1）情况下，由于开空调室内气温缓慢降至T2＝300.3K，该过程气体发生等压变化，则有：L'ST1=L″ST2
解得室内气温缓慢降至T2＝300.3K时，气体柱长度为L''＝7.8cm
外界对封闭气体所做的功为：W＝（p0S+Mg+mg）（L'﹣L''）
解得：W＝2.4J
答：（1）质量M＝72kg的人，脚悬空坐在椅面上，室温不变，稳定后椅面下降的距离为12cm；
（2）该过程外界对封闭气体所做的功2.4J。
18．（2023•浙江二模）如图所示，内壁光滑的导热汽缸竖直放置在水平桌面上，汽缸内封闭一定质量的气体。活塞质量m＝4kg，活塞横截面积S＝20cm2。活塞初始状态位于离底部高度h1＝5cm处。假设外界空气温度恒为27℃，大气压强p0＝1×105Pa，g＝10m/s2。
（1）用外力F将活塞缓慢提升4cm，求此时气缸内气体的压强；
（2）对气缸内气体缓慢加热，当温度升到57℃时，气体吸收了10J的热量，求此过程中气体内能的增加量。
【解答】解：（1）初状态封闭气体的压强为：p1＝p0+mgS=1×105Pa+4×1020×10-4Pa＝1.2×105Pa
气体做等温变化，根据玻意耳定律可得：p1Sh1＝p2Sh2，其中h2＝5cm+4cm＝9cm
代入数据解得：p2=23×105Pa；
（2）对气缸内气体缓慢加热，气体做等压变化，根据盖—吕萨克定律可得：Sh1T1=S(h1+Δh)T2
其中T1＝（27+273）K＝300K，T2＝（57+273）K＝330K
代入数据解得：Δh＝0.5cm＝0.005m
外界对气体做功：W＝﹣p1SΔh
代入数据解得：W＝﹣1.2J
根据热力学第一定律可得：ΔU＝W+Q，其中Q＝10J
代入数据解得：ΔU＝8.8J。
答：（1）用外力F将活塞缓慢提升4cm，此时气缸内气体的压强为23×105Pa；
（2）对气缸内气体缓慢加热，当温度升到57℃时，气体吸收了10J的热量，此过程中气体内能的增加量为8.8J。
19．（2023•浙江模拟）暴雨季节，路面水井盖因排气孔（如图甲）堵塞可能会造成井盖移位而存在安全隐患。如图乙所示，某次暴雨，水位以50mm/h的速度迅速上涨，质量为m＝36kg的某井盖排气孔被堵塞且与地面不粘连，圆柱形竖直井内水面面积为S＝0.4m2，水位与井盖之间的距离为h＝2.018m时开始计时，此时井内密封空气的压强恰好等于大气压强P0＝1.00×105Pa，若空气视为理想气体，温度始终不变，g＝10m/s2。
（1）在井盖被顶起前外界对井内密封空气做了725J的功，则该气体吸热还是放热？吸收或放出的热量为多少？
（2）求密闭空气的压强为多大时井盖刚好被顶起；
（3）求从图示位置起，历经多长时间水井盖会被顶起。
【解答】解：（1）温度始终不变，则气体的内能不变，根据热力学第一定律得：ΔU＝Q+W
代入数据解得：Q＝﹣725J
即气体放热，放出的热量为725J；
（2）井盖刚好被顶起时，对井盖受力分析，有：pS＝p0S+mg
代入数据解得：p＝1.009×105Pa
（3）设井盖被顶起时，水面上涨x，井内空气发生等温变化，根据玻意耳定律有：p（h﹣x）S＝p0hS
代入数据解得：x＝0.018m
水井盖会被顶起的时间t=xv=0.01850×10-3h＝0.36h
答：（1）该气体放热，放出的热量为725J；
（2）密闭空气的压强1.009×105Pa时井盖刚好被顶起；
（3）从图示位置起，历经0.36h水井盖会被顶起。
20．（2023•西湖区校级模拟）如图所示，向一个空的铝饮料罐（即易拉罐）中插入一根透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱（长度可以忽略）。如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。已知铝罐的容积是357cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为0.3cm2，吸管的有效长度为20cm，当温度为27℃时，油柱离管口10cm。
（1）为了把温度值标化在吸管上，请利用理想气体状态方程的相关知识推导摄氏温度t关于油柱离罐口距离h的表达式。
（2）计算这个气温计摄氏温度的测量范围。
（3）某同学在使用标化好温度值的气温计时，出现了吸管竖直朝上的错误操作，若考虑到油柱长度带来的影响，试判断：测量值较之实际值偏大、偏小还是准确？不要求说明原因。
【解答】解：（1）气体的初状态
V1=(357+0.3×10)cm3=360cm3
T1+（273+27）K＝300K
任意态
V2=(357+0.3h)cm3
T2＝（273+T）K
由一定质量的理想气体状态方程得：
V1T1=V2T2
解得：t＝（24.5+0.24h）℃
（2）因为0≤h≤20cm，代入上式可得：
24.5℃≤29.5℃
（3）根据V1T1=V2T2
可得：T2=V2V1T1
由于油滴产生压强的原因，V2偏小，测得的T2偏小。
答：（1）摄氏温度t关于油柱离罐口距离h的表达式为t＝（24.5+0.24h）℃；
（2）气温计摄氏温度的测量范围为24.5℃≤29.5℃；
（3）测量值偏小。
21．（2023•浙江模拟）如图所示，左端封闭右端开口、内径相同的U形细玻璃管竖直放置，左管中封闭有长L＝20cm的空气柱，初始两管水银面相平，下方水银柱足够长，已知大气压强p0＝75cmHg，初始时封闭气体的热力学温度T1＝300K。现将下端阀门S打开，缓慢流出部分水银，然后关闭阀门S，发现左管水银面下降的高度为Δh1＝5cm。
（1）求放出的水银对应的水银柱长度；
（2）关闭阀门S后，若缓慢升高左管内封闭气体的温度，使左管的水银面再下降5cm，求此时左管内气体的热力学温度T2；
（3）在（2）问的过程中，测得左管气体的内能增加为ΔU，左管气体从外部吸收的热量为Q，请比较ΔU与Q的大小关系。
【解答】解：（1）设放出水银后封闭气体压强为p1，对封闭气体由查理定律有
p0LS＝p1（L+Δh1）S
代入数据解得
p1＝60cmHg
p1＝p0﹣Δp
代入数据解得
Δp＝15cmHg
则放出水银后，左管水银面高出右管水银面的高度为
h1＝15cm
则放出的水银对应的水银柱长度为
ΔL＝Δh1+Δh1+h1＝5cm+5cm+15cm＝25cm
（2）缓慢升高左管内封闭气体的温度，左管的水银面再下降高度为
Δh2＝5cm
则左管水银面高出右管水银面的高度为
h2＝h1﹣2Δh2＝15cm﹣2×5cm＝5cm
稳定后，左管气体压强为p2
p2＝p0-ph2=75cmHg﹣5cmHg＝70cmHg
对应空气柱长度为L'＝L+Δh1+Δh2＝20cm+5cm+5cm＝30cm
由理想气体状态方程有
p1(L+Δh1)ST1=p2L'ST2
代入数据解得
T2＝420K
（3）左管气体温度升高，ΔU＞0；左管气体对外做功，W＜0；由热力学第一定律ΔU＝Q+W可知，ΔU＜Q。
答：（1）放出的水银对应的水银柱长度为25cm；
（2）关闭阀门S后，若缓慢升高左管内封闭气体的温度，使左管的水银面再下降5cm，此时左管内气体的热力学温度T2为420K；
（3）在（2）问的过程中，测得左管气体的内能增加为ΔU，左管气体从外部吸收的热量为Q，则ΔU＜Q。
22．（2023•绍兴二模）长途旅行出发之前，小王检查轮胎的充气情况，发现轮胎的胎压为3.15×105Pa，温度为15℃，在高速公路上行驶几个小时后，胎内气体从外界吸收2600J的热量，检查轮胎的胎压为3.50×105Pa。轮胎制造商建议胎压保持在2.91×105Pa至3.21×105Pa之间，于是他将轮胎中的一些气体放掉，使胎压重新降为3.15×105Pa，若放气过程中温度保持不变。假设整个过程中轮胎的体积不变，求：
（1）胎压为3.50×105Pa时，胎内气体的温度；
（2）未放气前，胎压从3.15×105Pa变为3.50×105Pa过程中，气体内能的增加量；
（3）从轮胎中放掉气体的分子数目占总数目的比例。
【解答】解：（1）整个过程中轮胎的体积不变，根据查理定律可得：
p1T1=p2T2
可得：T2＝320K＝47℃
（2）未放气前，整个过程中轮胎的体积不变，所以气体没有做功，则气体内能的增加量为：
ΔU＝Q＝2600J
（3）放气过程中温度保持不变，根据玻意耳定律可得：
p2V1＝p1（V1+ΔV）
则ΔV=(p2-p1)V1p1=V19
从轮胎中放掉气体的分子数目占总数目的比例为：
nN=ΔVΔV+V1=110
答：（1）胎压为3.50×105Pa时，胎内气体的温度为47℃；
（2）未放气前，胎压从3.15×105Pa变为3.50×105Pa过程中，气体内能的增加量为2600J；
（3）从轮胎中放掉气体的分子数目占总数目的比例为110。
23．（2023•嘉兴二模）如图1所示，上端封闭、下端开口且粗细均匀的玻璃管长度L＝570mm，将其从水银面上方竖直向下缓慢插入水银中。发现管内水银面与管壁接触的位置向下弯曲，致玻璃管内水银面形成凸液面，如图2所示。当玻璃管恰好全部插入水银时，管内、外水银面的高度差为h，此时作用于管的竖直向下压力大小为F。已知大气压强p0=760mmHg≈1.0×105Pa，玻璃管横截面积大小S＝1.0cm2，玻璃管质量m＝0.4kg，环境温度为常温且恒定。
（1）图2所示水银面说明水银能否浸润玻璃？插入过程中，管内气体吸热还是放热？
（2）求高度差h：
（3）求撤去压力F的瞬间，玻璃管的加速度大小。
【解答】解：（1）根据题意，由图2可知，水银不浸润玻璃，插入过程中，温度不变，气体内能不变，把玻璃管压入水面过程中，气体压强变大，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝Q+W可知，气体放热。
（2）根据题意可知，插入过程等温变化，根据玻意耳定律可得：
p0LS＝p2hS
又有p2＝760+h
解得：h＝380mm
（3）根据题意，撤去F瞬间，由牛顿第二定律可得：
（p2﹣p0）S﹣mg＝ma
解得：a＝2.5m/s2
答：（1）图2所示水银面说明水银不浸润玻璃，插入过程中，管内气体放热；
（2）高度差为380mm：
（3）撤去压力F的瞬间，玻璃管的加速度大小为2.5m/s2。
24．（2023•温州模拟）如图甲为汽车中使用的氮气减振器，气缸中充入氮气后，能有效减少车轮遇到冲击时产生的高频振动。它的结构简图如图乙所示，气缸活塞截面积S＝40cm2，活塞及支架质量m＝1kg，气缸缸体导热性良好。现为了测量减震器的性能参数，将减震器竖直放置，充入氮气后密闭，活塞被卡环卡住，缸体内氮气处于气柱长度L＝20cm、压强pA＝4.0×105Pa的状态A，此时弹簧恰好处于原长。现用外力F向下压活塞，使其缓慢下降h＝4cm，气体达到状态B。从状态A到B过程气体放出热量Q＝71.4J。气缸内的氮气可视为理想气体，不计摩擦和外界温度变化，大气压强取p0＝1.0×105Pa，弹簧劲度系数k＝1.0×104N/m。求：
（1）状态B气体的压强pB；
（2）气体处于状态B时外力大小F；
（3）状态A到B过程外界对气体做的功W。
【解答】解：（1）气缸缸体导热性良好，可知从状态A到状态B，气体发生等温变化，则有：
pASL＝pBS（L﹣h）
解得：pB＝5×105Pa
（2）活塞和支架处于平衡状态，根据受力分析可得：
F+p0S+mg＝pBS+kh
其中，S＝40cm2＝4×10﹣3m2；h＝4cm＝0.04m
解得：F＝1990N
（3）气缸缸体导热性良好，可知从状态A到状态B，气体发生等温变化，气体内能不变，根据热力学第一定律可得：
ΔU＝W﹣Q＝0
解得：W＝Q＝71.4J
答：（1）状态B气体的压强为5×105Pa；
（2）气体处于状态B时外力大小为1990N；
（3）状态A到B过程外界对气体做的功为71.4J。
25．（2023•嘉兴一模）如图甲所示为小姚设计的液体拉力测量仪，一容积V0＝9.8L的导热汽缸下接一圆管，质量m1＝40g、横截面积S＝5cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞下端用轻绳悬挂一质量m2＝10g的U形金属细丝，刚好处于A位置，摩擦不计，外界大气压强p0＝1.01×105Pa，环境温度保持不变，求：
（1）活塞处于A位置时，汽缸中的气体压强p1；
（2）如图乙所示，将金属丝部分浸入液体中，缓慢升起汽缸，使金属丝在液体中上升但未脱离，活塞稳定于B位置，已知A、B距离h＝40cm，求液体对金属丝拉力F的大小；
（3）金属丝拉出液体后要维持活塞的最低位置B，气缸向上运动的加速度大小。
【解答】解：已知m1＝40g＝0.04kg，S＝5cm2＝5×10﹣4m2，m2＝10g＝0.1kg
（1）由活塞受力平衡得：p0S＝p1S+（m1+m2）g
代入数据解得：p1＝1×105Pa
（2）当活塞在B位置时，汽缸内压强为p2，气体温度不变，根据玻意耳定律得
p1V0＝p2（V0+Sh）
代入数据解得：p2=9.8×104Pa
对活塞和金属丝整体，由平衡方程得：p0S＝p2S+（m1+m2）g+F
解得F＝1N
（3）对活塞和金属丝整体，由牛顿第二定律可得：
F＝（m1+m2）a
解得：a＝20m/s2
答：（1）活塞处于A位置时，汽缸中的气体压强p1为1×105Pa；
（2）液体对金属丝拉力F的大小为1N；
（3）金属丝拉出液体后要维持活塞的最低位置B，气缸向上运动的加速度大小为20m/s2。
26．（2023•镇海区校级模拟）有同学设想如下实验测量月球表面的昼夜温差：在地面制作一个横截面积为S、导热良好的气缸，用一个质量为m的活塞（厚度不计）在缸内密闭一部分理想气体。在压强为p0、温度为T0的地面大气中，气缸开口向上竖直放置时（如图），活塞到缸底的距离为h0。已知月面重力加速度为16g（g为地面重力加速度），忽略活塞与气缸间的摩擦和气缸的热胀冷缩。将此气缸送到月球表面（无大气）并同样开口向上竖直放置。求：
（i）月昼时，月表温度最高为T1（T1＞T0），要想活塞不被缸内气体排出缸外，缸口到缸底距离（即缸的深度）至少多大？
（ii）若月夜时活塞稳定的位置比月昼下降了△h，则月面的昼夜温差是多少？
【解答】解：（i）封闭气体在地面时
p1=p0+mgs，V1＝h0s
封闭气体在月面并处于月昼最高温T1时
p2=mg6s，V2＝h2s
由气体状态方程得
p1V1T0=p2V2T1
联立解得缸口到缸底的最小距离为
h2=6(p0s+mg)h0T1mgT0
（ii）从月昼到月夜，封闭气体做等压变化，有
h2sT1=(h2-△h)sT2
月昼与月夜的温差
T1-T2=mg⋅△hT06(p0s+mg)h0
答：（i）要想活塞不被缸内气体排出缸外，缸口到缸底距离（即缸的深度）至少为6(p0s+mg)h0T1mgT0
（ii）若月夜时活塞稳定的位置比月昼下降了△h，则月面的昼夜温差是mg⋅△hT06(p0s+mg)h0
27．（2023•杭州二模）如图甲、乙，是某一强力吸盘挂钩，其结构原理如图丙、丁所示。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图甲和丙），空腔内气体压强仍与外界大气压强相等。然后再扳下锁扣（如图乙和丁），让锁扣通过细杆把吸盘向外拉起，空腔体积增大，从而使吸盘紧紧吸在墙上。已知吸盘挂钩的质量m＝0.02kg，外界大气压强p0＝1×105Pa，丙图空腔体积为V0＝1.5cm3，丁图空腔体积为V1＝2.0cm3，如图戊，空腔与墙面的正对面积为S1＝8cm2，吸盘与墙面接触的圆环面积S2＝8cm2，吸盘与墙面间的动摩擦因数μ＝0.5，最大静摩擦力可视为等于滑动摩擦力。吸盘空腔内气体可视为理想气体，忽略操作时温度的变化，全过程盘盖和吸盘之间的空隙始终与外界连通。
（1）扳下锁扣过程中空腔内气体吸热还是放热？
（2）求板下锁扣后空腔内气体的压强p1；
（3）若挂钩挂上重物时恰好不脱落，求所挂重物的质量M。
【解答】解：（1）整个过程中，温度不变，空腔内气体内能不变，扳下锁扣过程中外力对空腔内气体做负功，根据热力学第一定律，空腔内气体吸热。
（2）根据玻意耳定律可得：
p0V0＝p1V1
代入数据解得：p1＝7.5×104Pa
（3）若挂钩挂上重物时恰好不脱落，对挂钩受力分析
（m+M）g＝μFN
挂钩对墙面的压力
FN＝p0S2+（p0﹣p1）S1
联立解得；M＝4.98kg
答：（1）扳下锁扣过程中空腔内气体吸热；
（2）板下锁扣后空腔内气体的压强为7.5×104Pa；
（3）若挂钩挂上重物时恰好不脱落，所挂重物的质量M为4.98kg。
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