2022届高考物理二轮专练 专题20 热学

专题20  热学

1．（2021高考新课程I卷山东卷）如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体（    ）

A．内能减少                      B．对外界做正功

C．增加的内能大于吸收的热量      D．增加的内能等于吸收的热量

【参考答案】B

【名师解析】上浮过程中，小瓶内气体压强减小，体积增大，对外界做正功，温度升高，内能增大，选项A错误B正确；根据热力学第一定律，吸收的热量等于增加的内能与对外做功之和，选项CD错误。

2．（2021高考新课程II卷海南卷）如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程到达状态b，再经过等温过程到达状态c，直线过原点．则气体（    ）

A．在状态c的压强等于在状态a的压强      B．在状态b的压强小于在状态c的压强

C．在的过程中内能保持不变          D．在的过程对外做功

【参考答案】AC【名师解析】根据理想气体的V——T图像中等压线为过原点的倾斜直线，可知，气体在状态c的压强等于在状态a的压强，选项A正确；由玻意耳定律可知，气体在状态b的压强大于在状态c的压强，选项B错误；在的过程中气体温度不变，根据理想气体的内能只与温度有关，可知气体内能保持不变 ，选项C正确；在的过程，气体气体不变，不对外做功，选项D错误。

3．（2021新高考北京卷）比较45C的热水和100C的水蒸汽，下列说法正确的是

A．热水分子的平均动能比水蒸汽的大

B．热水的内能比相同质量的水蒸汽的小

C．热水分子的速率都比水蒸汽的小

D．热水分子的热运动比水蒸汽的剧烈

【参考答案】B

【解题思路】根据温度是分子平均动能的标志，可知45C的热水的平均动能比100C的水蒸汽平均动能小，选项A错误；根据内能的定义，可知热水的内能比相同质量的水蒸汽的小，选项B正确；热水分子的平均动能比水蒸汽的平均动能小，但是热水分子的速率不一定都比水蒸汽的小，选项C错误；热水蒸汽分子的热运动比水分子的剧烈，选项D错误，

4．（2021新高考天津卷）列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振，空气弹簧主要由活塞、气缸及内封的一定质量的气体构成．上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，上下乘客时气缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换．若气缸内气体视为理想气体，在气体压缩的过程中（    ）

A．上下乘客时，气体的内能不变      B．上下乘客时，气体从外界吸热

C．剧烈颠簸时，外界对气体做功      D．剧烈颠簸时，气体的温度不变

【参考答案】AC

【解题思路】上下乘客时，气缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换，在气体压缩的过程中，外界对气体做功，气体的内能不变，向外界散热，选项A正确B错误；剧烈颠簸时，在气体压缩的过程中，外界对气体做功，气体的温度升高，选项C正确D错误。

5.（4分）(2021新高考福建)如图，一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，该过程气体对外__________“做正功”或“做负功”或“不做功”），气体的温度__________（填“升高”“降低”“先升高后降低”或“始终不变”）.

【参考答案】做正功    先升高后降低

  【解题思路】：一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，该过程气体体积增大，对外做正功。由于

p——V图像中等温线是一双曲线，对A、B两个状态，由理想气体状态方程可得，A、B两个状态的温度相同，内能相同，所以气体的温度先升高后降低。

6．（2021高考新课程I卷山东卷）血压仪由加压气囊、臂带、压强计等构成，如图所示。加压气囊可将外界空气充入臂带，压强计示数为臂带内气体的压强高于大气压强的数值，充气前臂带内气体压强为大气压强，体积为V；每次挤压气囊都能将的外界空气充入臂带中，经5次充气后，臂带内气体体积变为5V，压强计示数为。已知大气压强等于，气体温度不变。忽略细管和压强计内的气体体积。则V等于（    ）

A．      B．      C．      D．

【参考答案】D

【名师解析】充气前臂带内气体压强为p1=，每次挤压气囊都能将V0 =的外界空气充入臂带中，经5次充气后，臂带内气体体积为5V，压强为p2=+=900mmHg，由玻意耳定律，p1V+5 p1V0 =5 p2V ，解得V=60cm，选项D正确。

7.（9分）（2021高考新课程湖北卷）质量为m的薄壁导热柱形气缸，内壁光滑，用横截面积为s的活塞封闭一定量的理想气体。在下述所有过程中，气缸不漏气且与活塞不脱离。当气缸如图（a）竖直倒立静置时.缸内气体体积为V1，.温度为T1。已知重力加速度大小为g，大气压强为p0。

（1）将气缸如图（b）竖直悬挂，缸内气体温度仍为T1，求此时缸内气体体积V2；

（2）如图（c）所示，将气缸水平放置，稳定后对气缸缓慢加热，当缸内气体体积为V3时，求此时缸内气体的温度。

14【参考答案】 （1）（2）

【解题思路】（1）对图（a），由平衡条件，p1S=p0S+mg，

将气缸如图（b）竖直悬挂，由平衡条件，p2S+mg =p0S，

由玻意耳定律，p1V1=p2V2，

联立解得：V2=

（2）如图（c）所示，将气缸水平放置，其压强等于大气压p0，设体积为V，

由玻意耳定律，p1V1=p0V，解得：V=（1+）V1。

稳定后对气缸缓慢加热，当缸内气体体积为V3时，设此时缸内气体的温度为T3。由盖吕萨克定律，

=

解得：T3=。

8.（1）（5分）（2021新高考湖南卷）如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为和）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从下降高度到位置时，活塞上细沙的总质量为。在此过程中，用外力作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为

。下列说法正确的是__________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A. 整个过程，外力做功大于0，小于

B. 整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变

C. 整个过程，理想气体的内能增大

D. 整个过程，理想气体向外界释放的热量小于

E. 左端活塞到达位置时，外力等于

【参考答案】BCE

【解题思路】本题考查理想气体、热力学第一定律及其相关知识点，主要考查综合分析能力.由于是在左侧活塞上缓慢加细沙，右侧活塞位置不变，所以整个过程中，外力对气体做功等于0，选项A错误；由于气缸导热，气体温度不变，所以整个过程中理想气体的分子平均动能保持不变，选项B正确；由于理想气体的内能只与温度有关，所以理想气体内能增大，选项C正确；根据热力学第一定律，整个过程中。理想气体向外界释放的热量等于外力做功，选项D错误；对左侧活塞，由平衡条件，pS1=mg，对右侧活塞，由平衡条件，pS2=F，联立解得：F=mgS2/S1，选项E正确。

 9.（1）（5分）（2021高考全国乙卷）如图，一定质量的理想气体从状态a（、、）经热力学过程ab、bc、ca后又回到状态a。对于ab、bc、ca三个过程，下列说法正确的是________（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每错选1个扣3分，最低得分为0分）

 A. ab过程中，气体始终吸热

 B. ca过程中，气体始终放热

 C. ca过程中，气体对外界做功

 D. bc过程中，气体的温度先降低后升高

 E. bc过程中，气体的温度先升高后降低

【参考答案】ABE

【名师解析】ab过程中，气体做等容变化，压强增大，温度升高，内能增大，气体始终吸热，选项A正确；ca过程中，压强不变，体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，根据热力学第一定律，气体始终放热，选项B正确C错误；由于等温线是双曲线，所以bc过程中，气体的温度先升高后降低，选项E正确D错误。

10．（8分）（2021高考江苏物理卷）如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在气缸中，活塞的面积为S，与气缸底部相距L，气缸和活塞绝热性能良好，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，一段时间后断开，活塞缓慢向右移动距离L后停止，活塞与气缸间的滑动摩擦为f，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个过程中气体吸收的热量为Q，求该过程中

（1）内能的增加量；

（2）最终温度T．

【命题意图】本题考查热力学第一定律、理想气体状态方程及其相关知识点。

【解析】（1）对活塞，由平衡条件，pS=p0S+f，解得p=p0+f/S，

气体对外做功W=pSL，

由热力学第一定律，△U=Q-W=Q- pSL。

（2）T0=273+t0，由理想气体状态方程，=，

解得T=2（1+）T0。

【解法二】．（1）活塞移动时受力平衡

气体对外界做功

根据热力学第一定律

解得

（2）活塞发生移动前，等容过程

活塞向右移动了L，等压过程

且

解得

评分建议：本题共8分，每问4分

11. (1) (5 分) （2021高考全国甲卷）

如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积-温度(V-t)图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示，V1 和 V2 分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；t0 为它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0 是它们的延长线与

横轴交点的横坐标，t0 =﹣273.15°C；a为直线I上的一点。由图可知，气体在状态a和b的压强之比=______；气体在状态 b 和 c 的压强之比=_________。

【参考答案】1    

【名师解析】直线I为等压线，所以气体在状态a和b的压强之比=1；由于直线I和直线II都是等压线，由pbV1= pcV2，可得气体在状态 b 和 c 的压强之比=.

12.(2) (10 分) （2021高考全国甲卷）如图，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分为 A、B两部分；初始时，A、B 的体积均为V，压强均等于大气压p0。隔板上装有压力传感器和控制装置，当隔板两边压强差超过0.5p0 时隔板就会滑动，否则隔板停止运动。气体温度始终保持不变。向右缓慢推动活塞，使 B 的体积减小为。

(i) 求 A 的体积和 B 的压强；

(ⅱ) 再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时A的体积和B的压强。

【名师解析】（i）对气体B，由玻意耳定律，p0V= pBV/2，

解得：pB=2 p0。

对气体A，末状态压强为pA=1.5 p0，p0V= pAVA，

解得：VA=2V/3。

（ii）再使活塞向左缓慢回到初始位置，隔板将向左移动，最后pB’ – pA ’ =0.5p0

对气体A，由玻意耳定律，p0V= pA’VA’，

对气体B，由玻意耳定律，p0V= pB’VB’，

VA’+ VB’=2 V

联立解得：VA’=(-1)V，pB’=

13（10分）（2021高考全国乙卷）如图，一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管A、B、C粗细均匀，A、B两管的上端封闭，C管上端开口，三管的下端在同一水平面内且相互连通。A、B两管的长度分别为

=13.5cm，=32cm。将水银从C管缓慢注入，直至B、C两管内水银柱的高度差=5cm。已知外界大气压为=75cmHg。求A、B两管内水银柱的高度差。

【名师解析】设AB两管内截面积分别为S1和S2，注入水银后AB空气柱分别减小了h1和h2，压强分别为p1和p2，由玻意耳定律

p0l1S1= p1（l1- h1）S1

p0l2S2= p2（l2- h2）S2

p2= p0+ρgh

p1= p0+ρg（h+ h2- h1）

A、B两管内水银柱的高度差△h= h2- h1

联立解得△h =1cm

14．（8分）（2021新高考湖南卷）小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置，如图所示。导热汽缸开口向上并固定在桌面上，用质量、截面积的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点上，左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用相同细绳竖直悬挂一个质量的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为时，测得环境温度。设外界大气压强，重力加速度。

（i）当电子天平示数为时，环境温度为多少？

（ii）该装置可测量的最高环境温度为多少？

【解题思路】本题考查理想气体实验定律及其相关知识点，主要考查综合分析能力。

（i）当电子天平示数为时，分析铁块受力可知轻绳拉力为

      F1=m1g-FN=1.2×10N-0.6×10N=6N

  根据杠杆原理，可知两侧轻绳拉力一样大，对活塞，

F1+p1S= m1g + p0S

解得：p1= p0

当电子天平示数为400.0g时，分析铁块受力可知轻绳拉力为

      F2=m2g-FN 

对活塞，F1+p2S= m1g + p0S

解得：p2= 0.99×105Pa

根据查理定律，有 p1/T1= p2/T2

解得：T2=297K

(ii)当温度升高时，气体压强增大，轻绳拉力减小，天平示数增大，直到轻绳拉力为零时。天平示数不再继续增大，此时对应测量的最大温度。

对活塞，p3S= m1g + p0S

解得：p3=1. 03×105Pa

根据查理定律，有 p1/T1= p3/T3

解得：T3=309K

小包裹通过传送带所需时间t= t1+t2=2.5s+2.0s=4.5s。

15.（10分）（2021新高考辽宁卷）如图（a）所示， “系留气球”是一种用缆绳固定于地面，高度可控的氦气球，作为一种长期留空平台，具有广泛用途。

图（b）为某一“系留气球”的简化模型图：主副气囊通过无漏气、无摩擦的活塞分隔，主气囊内封闭有一定质量的氦气（可视为理想气体），副气囊与大气连通。轻弹簧右端 ，左端与活塞连接。

当气球在地面达到平衡时，活塞与左挡板刚好接触，弹簧处于原长状态。在气球升空过程中，大气压强逐渐减小，弹簧被缓慢压缩。当气球上升至目标高度时。活塞与右挡板刚好接触，氦气体积变为地面时的1.5倍，此时活塞两侧气体压强差为地面大气压强的1/6。已知地面大气压强p0=1.0×105Pa，温度T0=300K，弹簧始终处于弹性限度内，活塞厚度忽略不计。

（1）设气球升空的过程中氦气温度不变，求目标高度处的大气压强p；

（2）气球在目标高度处驻留期间，设该处大气压强不变。气球内外温度达到平衡时，弹簧压缩量为左、右挡板之间的距离的。求气球驻留处的大气温度T。

【解题思路】（1）在地面时，主气囊中气体压强等于大气压，气球升空到目标高度时，主气囊中气体

体积V2=1.5V，由玻意耳定律，p0V=p2V2，

解得：p2= p0

根据题述，活塞两侧气体压强差为地面大气压的，即p2- p= p0，

解得p= p0=5×104Pa。

（2）设左、右挡板之间的距离为L，由胡克定律和平衡条件，

p2S= p0S+kL，p3S= pS+kL，

联立解得：p3= p0。

由查理定律，=，解得：T=105K。