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统考版2024高考物理二轮专题复习第一编专题复习攻略专题八鸭模块第15讲热学课件
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这是一份统考版2024高考物理二轮专题复习第一编专题复习攻略专题八鸭模块第15讲热学课件，共51页。PPT课件主要包含了高频考点·能力突破，素养培优·情境命题，答案BCD，答案ADE，答案ACE，答案396K，答案300K，答案ABD，答案ABE，答案20cm等内容，欢迎下载使用。
考点一 分子动理论 固体与液体的性质1．必须注意的“三点”(1)分子直径的数量级是10－10 m；分子永不停息地做无规则运动．(2)球体模型(适用于固体、液体)，立方体模型(适用于气体)．(3)晶体、非晶体的关键性区别为是否具有固定的熔点，只有单晶体才可能具有各向异性．2．必须弄清分子力和分子势能（理想气体没有分子势能）(1)分子力：分子间引力与斥力的合力．分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快．(2)分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0(分子间的距离为r0时，分子间作用的合力为0)时，分子势能最小．
例1 (多选)下列说法正确的是( )A．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积B．温度越高，扩散现象越明显C．两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力变化总是比斥力变化慢D．当分子间作用力表现为引力时，分子间的距离越大，分子势能越大E．只要两物体的质量、温度、体积相等，两物体的内能一定相等
解析：由于气体分子间距很大，知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，不能算出气体分子的体积，A错误；温度越高，扩散现象越明显，B正确；两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力和斥力均减小，引力变化总是比斥力变化慢，C正确；当分子间作用力表现为引力时，分子间的距离变大，分子力做负功，分子势能增大，D正确；物体内能与物质的量、温度、体积和物态有关，E错误．
预测1 (多选)关于固体、液体和物态变化，下列说法正确的是( )A．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用B．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大C．在一定的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，但非晶体一定不可以转化为晶体D．一定质量的理想气体，在压强不变时，气体分子每秒对器壁单位面积的平均碰撞次数随着温度升高而减少E．水的饱和汽压随温度的升高而增大
解析：叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用，故A正确；温度一定时，空气的相对湿度越大，水蒸发得越慢，人就感到越潮湿，故当人们感到潮湿时，空气的相对湿度一定较大，但绝对湿度不一定大，故B错误；在一定的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体，故C错误；温度升高，分子对器壁的平均撞击力增大，要保证压强不变，分子单位时间对器壁单位面积的平均碰撞次数必减少，故D正确；饱和汽压与液体种类和温度有关，水的饱和汽压随温度的升高而增大，故E正确．
预测3 (多选)分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图甲、乙所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)．下列说法正确的是( )A．乙图线为分子势能与分子间距离的关系图线B．当r＝r0时，分子势能为零C．随着分子间距离的增大，分子力先减小后一直增大D．分子间的斥力和引力大小都随分子间距离的增大而减小，但斥力减小得更快E．在r＜r0阶段，分子力减小时，分子势能也一定减小
解析：在r＝r0时，分子势能最小，但不为零，此时分子力为零，故选项A正确，选项B错误；当r＞r0时，分子间作用力随r增大先增大后减小，选项C错误；分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化得快，选项D正确；当r＜r0时，分子力表现为斥力，当分子力减小时，分子间距离增大，分子力做正功，分子势能减小，选项E正确．
例2 [2023·全国甲卷，节选]一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17℃，密度为1.46 kg/m3.(ⅰ)升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27 ℃时舱内气体的密度；
(ⅱ)保持温度27℃不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求舱内气体的密度．
预测4 [2023·江西赣州市模拟]如图所示，竖直放置的汽缸缸体质量m＝10 kg，轻质活塞的横截面积S＝5×10－3 m2，活塞上部的汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞的下表面与劲度系数k＝2.5×103 N/m的轻弹簧相连，活塞不漏气且与汽缸壁无摩擦，当汽缸内气体的热力学温度T0＝450 K时，缸内气柱长L＝50 cm，汽缸下端距水平地面的高度h＝6 cm，现使缸内气体的温度缓慢降低，已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，取重力加速度大小g＝10 m/s2.求：
(1)汽缸刚接触地面时，缸内气体的热力学温度T1；
(2)弹簧刚恢复原长时，缸内气体的热力学温度T2.
(2)若启动负压舱，舱内温度保持T0不变，达到要求的负压值，求需要抽出压强为p0状态下多少体积的气体．
预测6 [2023·浙江省精诚联盟适应性联考]如图所示，某同学用打气筒给篮球打气．已知圆柱形打气筒内部空间的高度为H＝0.6 m，内部横截面积为S＝2×10－3 m2，当外管往上提时，空气从气筒外管下端的中套上的小孔进入气筒内，手柄往下压时气筒不漏气，当筒内气体压强大于篮球内气体压强时，单向阀门K便打开，即可将打气筒内气体推入篮球中，若篮球的容积V＝7.5×10－3 m3，每次打气前打气筒中气体的初始压强为p0＝1.0×105 Pa，篮球内初始气体的压强为p1＝1.2×105 Pa，打气过程中气体温度不变，忽略活塞与筒壁间的摩擦力，每次活塞均提到最高处，求：
(1)第一次打气时活塞下移多大距离时，阀门K打开？
解析：根据题意，设打气筒内的气体压强增加到1.2×105 Pa时活塞下压的距离为h，根据玻意耳定律得p0HS＝1.2p0(H－h)S解得h＝0.1 m.
(2)至少打几次可以使篮球内气体的压强增加到2p0?
解析：根据题意，设至少打气n次后篮球内气体的压强为2p0，根据玻意耳定律得np0HS＋1.2p0V＝2p0V解得n＝5.
考点三 热力学定律的理解及应用 例3 [2023·全国甲卷，节选](多选)在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是( )A．气体的体积不变，温度升高B．气体的体积减小，温度降低C．气体的体积减小，温度升高D．气体的体积增大，温度不变E．气体的体积增大，温度降低
解析：气体的体积不变，温度升高，则气体的内能升高，体积不变气体做功为零，因此气体吸收热量，A正确；气体的体积减小温度降低，则气体的内能降低，体积减小．外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知气体对外界放热，B正确；气体的体积减小，温度升高，则气体的内能升高，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，C错误；气体的体积增大，温度不变则气体的内能不变，体积增大气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q>0即气体吸收热量，D正确；气体的体积增大，温度降低则气体的内能降低，体积增大气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，E错误．故选ABD.
例4 [2022·辽宁模拟卷]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V0，抽气腔的容积为nV0，初始时刻气体压强为p0.
(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p；(2)若在绝热的条件下，某次抽气过程中，气体压强p随体积V变化的规律如图乙，求该过程气体内能的变化量ΔU.
答案：-0.8p0nV0
预测7 [2022·湖南卷，节选](多选)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离．如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成．高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位．气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出．
下列说法正确的是________．A．A端为冷端，B端为热端B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律E．该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律
解析：分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位，从B端流出，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，根据温度是分子平均动能的标志可知，B端为热端，A端为冷端，A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的，选项A、B正确．理想气体的内能只与温度和质量有关，根据题述，不知两端流出气体的质量关系，所以不能判断出两端流出气体的内能关系，选项C错误．该装置将冷热不均的气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现，并非自发进行，不违背热力学第二定律，选项D错误，E正确．
预测8 如图甲所示，粗细均匀的足够长玻璃管的一端开口，另一端封闭，管的横截面积S＝10 cm2，沿水平方向放置时，一段长h＝38 cm的水银柱封闭着一定质量的理想气体，管内气柱长度L1＝30 cm，大气压强恒为p0＝76 cmHg，室内热力学温度恒为T1＝300 K．现将玻璃管沿逆时针方向缓慢转过90°.取76 cmHg＝1×105 Pa.
(1)求稳定后管内气柱的长度；
解析：设稳定后管内气柱的长度为L2，对管内封闭气体初态时p1＝p0＝76 cmHgV1＝L1S，T1＝300 K末态时p2＝(76＋38) cmHg＝114 cmHgV2＝L2S根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2，解得L2＝20 cm
(2)使玻璃管的封闭端浸入冰水混合物中，管内气体的温度缓慢降低，求管内气体的温度降低的过程中，水银柱对管内气体做的功．
预测9 某民航客机在一万米左右高空飞行时，需利用空气压缩机来保持机舱内、外气体压强之比为4∶1.机舱内有一导热汽缸，活塞质量m＝2 kg、横截面积S＝10 cm2，活塞与汽缸壁之间密封良好且无摩擦．客机在地面静止时，汽缸如图甲所示竖直放置，平衡时活塞与缸底相距l1＝8 cm；客机在高度h处匀速飞行时，汽缸如图乙所示水平放置，平衡时活塞与缸底相距l2＝10 cm.汽缸内气体可视为理想气体，机舱内温度可认为不变．已知大气压强随高度的变化规律如图丙所示，地面大气压强p0＝1.0×105 Pa，地面重力加速度g取10 m/s2.
(1)判断汽缸内气体由图甲状态到图乙状态的过程是吸热还是放热，并说明原因；
解析：根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q由于气体体积膨胀，对外做功，而内能保持不变，因此吸热．
(2)求高度h处的大气压强，并根据图丙估测出此时客机的飞行高度．
答案：0.24×105 Pa 104 m
情境1 [2022·重庆质检]可折叠轮椅(RevlveAir)的发明为参加北京冬残奥会的运动员的出行提供了便利．该轮椅只需简单几步，能缩至不到20 L的拉杆箱大小，并可带上飞机放入行李舱．若轮椅折叠收入箱中时，轮胎中空气全部被排尽，打开使用时需重新充气．已知大气压强为p0且保持不变，某次在室温下(27 ℃)对轮胎充气，使轮胎内压强达到4p0.单边轮胎充满气时内部气体体积为V0，且充好后轮胎不漏气．
(1)若打气筒每次充入0.1V0的压强为p0的空气，则对单边轮胎共需打气多少次？
解析：在室温下对轮胎充气，由玻意耳定律可得np0×0.1V0＝4p0V0解得n＝40次
情境2 [2023·浙江1月]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.
解析：从状态A到状态C过程中，气体对外做功则W＝－pBSd＝－30 J由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W解得Q＝188 J
情境3 [2022·广东押题卷] “拔火罐”是我国传统医疗的一种手段．如图所示，医生先用点燃的酒精棉球加热小罐内的空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位，冷却后小罐便紧贴在皮肤上．已知小罐质量m＝0.1 kg，开口部位的直径d＝5 cm.设加热后小罐内的空气温度t＝77 ℃，室温t0＝21 ℃，大气压p0＝1.0×105 Pa，不考虑因皮肤被吸入罐内导致空气体积的变化．取g＝10 m/s2.当罐内空气变为室温时．
(1)求此时罐内气体的压强p；
答案：0.84×105 Pa
(2)计算此时小罐对皮肤的压力F；并说明若考虑因皮肤被吸入罐内导致空气体积的变化，上述压力F的数值比真实值偏大还是偏小．
答案：此时小罐对皮肤的压力F为32.4 N，若考虑因皮肤被吸入罐内导致空气体积的变化，上述压力F的数值比真实值偏大．
情境4 [2023·山东齐鲁名校联合检测]某兴趣小组要测量一实心玩具小熊(体积不会发生变化)的体积，该玩具小熊不能接触水．他们用如图所示竖直放置的汽缸来测量，该汽缸导热性良好，内部的容积为V0，内部各水平截面的半径相同；活塞的质量不能忽略，但厚度忽略不计，与汽缸内壁间的摩擦可以不计，环境温度保持不变．测量步骤如下：
(1)求该玩具小熊的体积；
考点一 分子动理论 固体与液体的性质1．必须注意的“三点”(1)分子直径的数量级是10－10 m；分子永不停息地做无规则运动．(2)球体模型(适用于固体、液体)，立方体模型(适用于气体)．(3)晶体、非晶体的关键性区别为是否具有固定的熔点，只有单晶体才可能具有各向异性．2．必须弄清分子力和分子势能（理想气体没有分子势能）(1)分子力：分子间引力与斥力的合力．分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快．(2)分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0(分子间的距离为r0时，分子间作用的合力为0)时，分子势能最小．
例1 (多选)下列说法正确的是( )A．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积B．温度越高，扩散现象越明显C．两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力变化总是比斥力变化慢D．当分子间作用力表现为引力时，分子间的距离越大，分子势能越大E．只要两物体的质量、温度、体积相等，两物体的内能一定相等
解析：由于气体分子间距很大，知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，不能算出气体分子的体积，A错误；温度越高，扩散现象越明显，B正确；两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力和斥力均减小，引力变化总是比斥力变化慢，C正确；当分子间作用力表现为引力时，分子间的距离变大，分子力做负功，分子势能增大，D正确；物体内能与物质的量、温度、体积和物态有关，E错误．
预测1 (多选)关于固体、液体和物态变化，下列说法正确的是( )A．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用B．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大C．在一定的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，但非晶体一定不可以转化为晶体D．一定质量的理想气体，在压强不变时，气体分子每秒对器壁单位面积的平均碰撞次数随着温度升高而减少E．水的饱和汽压随温度的升高而增大
解析：叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用，故A正确；温度一定时，空气的相对湿度越大，水蒸发得越慢，人就感到越潮湿，故当人们感到潮湿时，空气的相对湿度一定较大，但绝对湿度不一定大，故B错误；在一定的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体，故C错误；温度升高，分子对器壁的平均撞击力增大，要保证压强不变，分子单位时间对器壁单位面积的平均碰撞次数必减少，故D正确；饱和汽压与液体种类和温度有关，水的饱和汽压随温度的升高而增大，故E正确．
预测3 (多选)分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图甲、乙所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)．下列说法正确的是( )A．乙图线为分子势能与分子间距离的关系图线B．当r＝r0时，分子势能为零C．随着分子间距离的增大，分子力先减小后一直增大D．分子间的斥力和引力大小都随分子间距离的增大而减小，但斥力减小得更快E．在r＜r0阶段，分子力减小时，分子势能也一定减小
解析：在r＝r0时，分子势能最小，但不为零，此时分子力为零，故选项A正确，选项B错误；当r＞r0时，分子间作用力随r增大先增大后减小，选项C错误；分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化得快，选项D正确；当r＜r0时，分子力表现为斥力，当分子力减小时，分子间距离增大，分子力做正功，分子势能减小，选项E正确．
例2 [2023·全国甲卷，节选]一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17℃，密度为1.46 kg/m3.(ⅰ)升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27 ℃时舱内气体的密度；
(ⅱ)保持温度27℃不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求舱内气体的密度．
预测4 [2023·江西赣州市模拟]如图所示，竖直放置的汽缸缸体质量m＝10 kg，轻质活塞的横截面积S＝5×10－3 m2，活塞上部的汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞的下表面与劲度系数k＝2.5×103 N/m的轻弹簧相连，活塞不漏气且与汽缸壁无摩擦，当汽缸内气体的热力学温度T0＝450 K时，缸内气柱长L＝50 cm，汽缸下端距水平地面的高度h＝6 cm，现使缸内气体的温度缓慢降低，已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，取重力加速度大小g＝10 m/s2.求：
(1)汽缸刚接触地面时，缸内气体的热力学温度T1；
(2)弹簧刚恢复原长时，缸内气体的热力学温度T2.
(2)若启动负压舱，舱内温度保持T0不变，达到要求的负压值，求需要抽出压强为p0状态下多少体积的气体．
预测6 [2023·浙江省精诚联盟适应性联考]如图所示，某同学用打气筒给篮球打气．已知圆柱形打气筒内部空间的高度为H＝0.6 m，内部横截面积为S＝2×10－3 m2，当外管往上提时，空气从气筒外管下端的中套上的小孔进入气筒内，手柄往下压时气筒不漏气，当筒内气体压强大于篮球内气体压强时，单向阀门K便打开，即可将打气筒内气体推入篮球中，若篮球的容积V＝7.5×10－3 m3，每次打气前打气筒中气体的初始压强为p0＝1.0×105 Pa，篮球内初始气体的压强为p1＝1.2×105 Pa，打气过程中气体温度不变，忽略活塞与筒壁间的摩擦力，每次活塞均提到最高处，求：
(1)第一次打气时活塞下移多大距离时，阀门K打开？
解析：根据题意，设打气筒内的气体压强增加到1.2×105 Pa时活塞下压的距离为h，根据玻意耳定律得p0HS＝1.2p0(H－h)S解得h＝0.1 m.
(2)至少打几次可以使篮球内气体的压强增加到2p0?
解析：根据题意，设至少打气n次后篮球内气体的压强为2p0，根据玻意耳定律得np0HS＋1.2p0V＝2p0V解得n＝5.
考点三 热力学定律的理解及应用 例3 [2023·全国甲卷，节选](多选)在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是( )A．气体的体积不变，温度升高B．气体的体积减小，温度降低C．气体的体积减小，温度升高D．气体的体积增大，温度不变E．气体的体积增大，温度降低
解析：气体的体积不变，温度升高，则气体的内能升高，体积不变气体做功为零，因此气体吸收热量，A正确；气体的体积减小温度降低，则气体的内能降低，体积减小．外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知气体对外界放热，B正确；气体的体积减小，温度升高，则气体的内能升高，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，C错误；气体的体积增大，温度不变则气体的内能不变，体积增大气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q>0即气体吸收热量，D正确；气体的体积增大，温度降低则气体的内能降低，体积增大气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，E错误．故选ABD.
例4 [2022·辽宁模拟卷]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V0，抽气腔的容积为nV0，初始时刻气体压强为p0.
(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p；(2)若在绝热的条件下，某次抽气过程中，气体压强p随体积V变化的规律如图乙，求该过程气体内能的变化量ΔU.
答案：-0.8p0nV0
预测7 [2022·湖南卷，节选](多选)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离．如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成．高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位．气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出．
下列说法正确的是________．A．A端为冷端，B端为热端B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律E．该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律
解析：分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位，从B端流出，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，根据温度是分子平均动能的标志可知，B端为热端，A端为冷端，A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的，选项A、B正确．理想气体的内能只与温度和质量有关，根据题述，不知两端流出气体的质量关系，所以不能判断出两端流出气体的内能关系，选项C错误．该装置将冷热不均的气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现，并非自发进行，不违背热力学第二定律，选项D错误，E正确．
预测8 如图甲所示，粗细均匀的足够长玻璃管的一端开口，另一端封闭，管的横截面积S＝10 cm2，沿水平方向放置时，一段长h＝38 cm的水银柱封闭着一定质量的理想气体，管内气柱长度L1＝30 cm，大气压强恒为p0＝76 cmHg，室内热力学温度恒为T1＝300 K．现将玻璃管沿逆时针方向缓慢转过90°.取76 cmHg＝1×105 Pa.
(1)求稳定后管内气柱的长度；
解析：设稳定后管内气柱的长度为L2，对管内封闭气体初态时p1＝p0＝76 cmHgV1＝L1S，T1＝300 K末态时p2＝(76＋38) cmHg＝114 cmHgV2＝L2S根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2，解得L2＝20 cm
(2)使玻璃管的封闭端浸入冰水混合物中，管内气体的温度缓慢降低，求管内气体的温度降低的过程中，水银柱对管内气体做的功．
预测9 某民航客机在一万米左右高空飞行时，需利用空气压缩机来保持机舱内、外气体压强之比为4∶1.机舱内有一导热汽缸，活塞质量m＝2 kg、横截面积S＝10 cm2，活塞与汽缸壁之间密封良好且无摩擦．客机在地面静止时，汽缸如图甲所示竖直放置，平衡时活塞与缸底相距l1＝8 cm；客机在高度h处匀速飞行时，汽缸如图乙所示水平放置，平衡时活塞与缸底相距l2＝10 cm.汽缸内气体可视为理想气体，机舱内温度可认为不变．已知大气压强随高度的变化规律如图丙所示，地面大气压强p0＝1.0×105 Pa，地面重力加速度g取10 m/s2.
(1)判断汽缸内气体由图甲状态到图乙状态的过程是吸热还是放热，并说明原因；
解析：根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q由于气体体积膨胀，对外做功，而内能保持不变，因此吸热．
(2)求高度h处的大气压强，并根据图丙估测出此时客机的飞行高度．
答案：0.24×105 Pa 104 m
情境1 [2022·重庆质检]可折叠轮椅(RevlveAir)的发明为参加北京冬残奥会的运动员的出行提供了便利．该轮椅只需简单几步，能缩至不到20 L的拉杆箱大小，并可带上飞机放入行李舱．若轮椅折叠收入箱中时，轮胎中空气全部被排尽，打开使用时需重新充气．已知大气压强为p0且保持不变，某次在室温下(27 ℃)对轮胎充气，使轮胎内压强达到4p0.单边轮胎充满气时内部气体体积为V0，且充好后轮胎不漏气．
(1)若打气筒每次充入0.1V0的压强为p0的空气，则对单边轮胎共需打气多少次？
解析：在室温下对轮胎充气，由玻意耳定律可得np0×0.1V0＝4p0V0解得n＝40次
情境2 [2023·浙江1月]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.
解析：从状态A到状态C过程中，气体对外做功则W＝－pBSd＝－30 J由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W解得Q＝188 J
情境3 [2022·广东押题卷] “拔火罐”是我国传统医疗的一种手段．如图所示，医生先用点燃的酒精棉球加热小罐内的空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位，冷却后小罐便紧贴在皮肤上．已知小罐质量m＝0.1 kg，开口部位的直径d＝5 cm.设加热后小罐内的空气温度t＝77 ℃，室温t0＝21 ℃，大气压p0＝1.0×105 Pa，不考虑因皮肤被吸入罐内导致空气体积的变化．取g＝10 m/s2.当罐内空气变为室温时．
(1)求此时罐内气体的压强p；
答案：0.84×105 Pa
(2)计算此时小罐对皮肤的压力F；并说明若考虑因皮肤被吸入罐内导致空气体积的变化，上述压力F的数值比真实值偏大还是偏小．
答案：此时小罐对皮肤的压力F为32.4 N，若考虑因皮肤被吸入罐内导致空气体积的变化，上述压力F的数值比真实值偏大．
情境4 [2023·山东齐鲁名校联合检测]某兴趣小组要测量一实心玩具小熊(体积不会发生变化)的体积，该玩具小熊不能接触水．他们用如图所示竖直放置的汽缸来测量，该汽缸导热性良好，内部的容积为V0，内部各水平截面的半径相同；活塞的质量不能忽略，但厚度忽略不计，与汽缸内壁间的摩擦可以不计，环境温度保持不变．测量步骤如下：
(1)求该玩具小熊的体积；
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