2025届高考物理一轮总复习第15单元热学热点练11气体实验定律与热力学第一定律的综合应用课件新人教版 (1)

这是一份2025届高考物理一轮总复习第15单元热学热点练11气体实验定律与热力学第一定律的综合应用课件新人教版 (1)，共17页。PPT课件主要包含了ABD等内容，欢迎下载使用。

1.(2023浙江宁海中学期末)山地自行车安装了气压式减震装置来抵抗颠簸,从而受到不少人的喜爱,其原理如图所示。如果路面不平,随着骑行时自行车的颠簸,活塞上下振动,下列说法正确的是(　　)
A.活塞迅速下压时汽缸内的气体对外界做负功B.活塞迅速下压时汽缸内的气体温度可能减小C.活塞迅速下压时汽缸内的气体的压强变小D.活塞迅速下压时汽缸内的气体的内能减小
解析 根据题意可知,活塞迅速下压时外界对气体做功且来不及热交换,根据热力学第一定律,汽缸内气体的内能增大,温度升高,气体的体积减小,则气体压强增大。故选A。
2.(多选)(2023浙江湖州二中模拟)某汽车机舱盖的支撑杆由汽缸和活塞组成。打开机舱盖时,汽缸内密闭气体膨胀,将机舱盖顶起。在此过程中,汽缸内气体可视为理想气体,忽略缸内气体与外界的热交换。对于汽缸内的气体,下列说法正确的是(　　)A.压强减小B.内能减小C.分子势能减小D.分子平均动能减小
解析 根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体将机舱盖顶起,即气体对外做功,W<0,而忽略缸内气体与外界的热交换,则Q=0,因此可知ΔU<0,即气体的内能减小,对于一定质量的理想气体而言,内能减小则温度降低,而温度是衡量气体分子平均动能的标志,温度降低则分子平均动能减小,故B、D正确;根据理想气体状态方程 ,汽缸内密闭气体膨胀,即气体的体积增大,同时气体温度降低,因此可知缸内气体的压强一定减小,故A正确;汽缸内气体可视为理想气体,而理想气体不考虑分子势能,认为分子势能始终为零,故C错误。
3.(多选)(2023浙江嘉兴一模)一定量理想气体经历状态a→b→c,其过程如T-V图上的两条线段所示,则气体(　　)A.a→b对外做功值小于吸收的热量B.在状态b时的压强小于状态c时的压强C.a→b→c过程气体分子的数密度一直变小D.b→c过程每一个气体分子的动能都减小
解析 由图像可知,a→b的过程气体温度升高,内能增大,体积增大,则气体对外做功,由热力学第一定律ΔU=Q+W>0可知,a→b对外做功值小于吸收的热量,故A正确;由气体状态方程 ,结合b→c的过程气体温度降低、体积增大,可知压强减小,即在状态b时的压强大于状态c时的压强,故B错误;在a→b→c的过程中,气体体积一直增大,所以气体分子的数密度一直变小,故C正确;b→c过程中,温度降低,气体分子的平均动能减小,但个别分子的动能可能增大,故D错误。
4.(多选)一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→D→A的循环过程。下列说法正确的是(　　)
A.A→B→C过程中,气体压强先减小后增大B.C→D→A过程中,单位体积内分子数先不变后增加C.整个循环过程中,气体对外界做的功小于外界对气体做的功D.整个循环过程中,气体从外界吸热,内能不变
解析 A→B的过程中,气体温度不变,体积增大到原来的2倍,由玻意耳定律可知,气体压强将减小到A状态时的二分之一;B→C的过程中,气体的体积不变,温度升高到原来的4倍,由查理定律可知,气体的压强将增大到B状态时的4倍,即气体压强先减小后增大,故A正确。C→D→A过程中,气体的体积先减小后不变,所以单位体积内分子数先增加后不变,故B错误。A→B的过程中,气体等温膨胀,内能不变,但对外做功,由热力学第一定律ΔU1=Q1+W1可知,气体从外界吸收了热量;B→C的过程中,气体体积不变,温度升高,内能增加,气体和外界没有相互做功,由ΔU2=Q2+W2可知,气体从外界吸收了热量;
C→D过程中,气体体积减小,温度降低,内能减小,由图可知 是定值,气体经历了等压压缩,外界对气体做了功,由ΔU3=Q3+W3可知,气体向外界释放了热量;D→A过程中,气体经历了等容降温,内能减小,压强减小,气体与外界没有相互做功,由ΔU4=Q4+W4可知,气体向外界释放了热量;综上所述,气体与外界相互做功发生在A→B和C→D过程中,其中A→B是一个降压过程,C→D是一个等压过程,由D→A过程可知,A→B过程中压强的最大值pA小于C→D过程中的压强,两个过程中气体的体积变化量相等,所以A→B过程中气体对外界做的功小于C→D过程中外界对气体做的功,即整个循环过程中,外界对气体做的功大于气体对外界做的功,气体的温度、体积最终回到了初始状态,内能变化量为零,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知气体向外界放热,故C正确,D错误。
5.(2023浙江金丽衢十二校模拟)如图所示,一绝热汽缸竖直放置,汽缸内横截面积S=100 cm2的光滑绝热活塞封闭着一定质量的理想气体,在活塞上面放置一个物体,活塞和物体的总质量m=20 kg,在汽缸内部有一个阻值R=4 Ω的电阻丝,电阻丝两端的电压U=10 V,接通电源对缸内气体加热,经时间t=10 s将电源断开,接通电源的过程中活塞缓慢上升的高度h=15 cm。已知接通电源前缸内气体的热力学温度T0=300 K,体积V=3×10-3 m3,大气压强恒为p0=1×105 Pa,重力加速度大小g取10 m/s2,电阻丝产生的热量全部被气体吸收。求:
(1)加热后电源断开时缸内气体的热力学温度T;(2)接通电源的过程中缸内气体增加的内能ΔE。
答案 (1)450 K　(2)70 J解析 (1)活塞上升过程中缸内气体的压强不变,根据盖-吕萨克定律有解得T=450 K。(2)设活塞上升过程中缸内气体的压强为p,对活塞,根据物体的平衡条件有p0S+mg=pS解得p=1.2×105 Pa在活塞上升的过程中缸内气体对外界做的功W=pSh该过程中电阻丝产生的热量Q= t根据热力学第一定律有ΔE=Q-W解得ΔE=70 J。
6.某工厂使用的圆柱形导热良好的汽缸静止在水平地面上,其简化剖面图如图所示,内有一质量m=10 kg、截面积S=0.01 m2、厚度不计的活塞,封闭有高度为h1=30 cm、温度为t=27 ℃的理想气体,已知汽缸质量为m0=20 kg,其深度足够,活塞不漏气且与缸壁无摩擦,外界大气压强为p0=1.0×105 Pa,重力加速度g取10 m/s2。
(1)求开始时汽缸内封闭气体的压强p1。(2)保持温度不变,用竖直向上的拉力缓慢提拉活塞,当汽缸恰好离开地面时,求缸内气体的高度h2。
(3)在(2)的过程中,汽缸内封闭气体与外界发生热交换为100 J,请判断气体是吸热还是放热,气体对外做功为多少?
答案 (1)1.1×105 Pa　(2)41.25 cm　(3)吸热　100 J解析 (1)对活塞受力分析,可得p0S+mg=p1S解得p1=1.1×105 Pa。(2)依题意,该过程温度保持不变,根据玻意耳定律,有p1h1S=p2h2S对汽缸受力分析,可得p0S=m0g+p2S联立解得h2=41.25 cm。(3)依题意,该过程温度不变,封闭气体内能不变,根据热力学第一定律,可得ΔU=Q+W由h2>h1可知封闭气体体积变大,对外做功,所以气体是吸热的,有W=|Q|=100 J即气体对外做功为100 J。
7.(2023浙江温州二模)图甲为汽车中使用的氮气减振器,汽缸中充入氮气后,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,汽缸活塞横截面积S=40 cm2,活塞及支架质量m=1 kg,汽缸缸体导热性良好。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=20 cm、压强pA=4.0×105 Pa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=4 cm,气体达到状态B。从状态A到状态B过程气体放出热量Q=71.4 J。汽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=1.0×105 Pa,弹簧劲度系数k=1.0×104 N/m,重力加速度取10 m/s2。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到状态B过程外界对气体做的功W。
答案 (1)5×105 Pa　(2)1 990 N　(3)71.4 J解析 (1)汽缸缸体导热性良好,可知从状态A到状态B,气体发生等温变化,则有pASL=pBS(L-h)解得状态B气体的压强为(2)活塞和支架处于平衡状态,则有F+p0S+mg=pBS+kh代入数据解得F=1 990 N。