专题31 热力学定律（二）-2021年高考物理冲刺阶段考点培优练（教师版含解析）

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1、20212021 年高考高三下学期开学考试物理试题汇编年高考高三下学期开学考试物理试题汇编 专题 32 热力学定律(二) 1 1、(2021(2021河南省名校联盟高三下学期开学考试河南省名校联盟高三下学期开学考试) )如图，两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为 H=18cm 的U型管， 左管上端封闭， 右管上端开口。 右管中有高h0= 4cm的水银柱， 水银柱上表面离管口的距离l= 12cm。 管底水平段的体积可忽略。环境温度为 T1=283K。大气压强 p0=76cmHg。 (i)现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙)，恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱的 高度为多少？ (

2、ii)再将左管中密封气体缓慢加热，使水银柱上表面恰与右管口平齐，此时密封气体的温度为多少？ 【答案】(i)12.9cm；(ii)363K 【解析】 (i)设密封气体初始体积为 V1，压强为 p1，左、右管的截面积均为 S，密封气体先经等温压缩过程体积变为 V2，压强变为 p2。由玻意耳定律有 1 122 pVp V 设注入水银后水银柱高度为 h，水银的密度为 ，按题设条件有 100 hppg， 20 ppgh 10 2VSHlh ， 2 VSH 联立以上式子并代入题中数据得 h=12 9cm (ii)密封气体再经等压膨胀过程体积变为 V3，温度变为 T2，由盖一吕萨克定律有 23 12 VV

3、TT 按题设条件有 3 (2)VSHh 代入题中数据得 T2=363K 2 2、( (20212021广东省丹阳市一中高三下学期开学考试广东省丹阳市一中高三下学期开学考试) )如图所示，圆柱形气缸倒置在水平粗糙地面上，气缸内 部封有一定质量的空气，气缸质量为 10kg，缸壁厚度可不计，活塞质量为 25kg，其横截面积为 2 0.01m， 活塞与缸壁间的摩擦不计。当缸内气体温度为 27时，活塞刚好与地面相接触，但对地面无压力。现对气 缸传热，使缸内气体温度升高。当气缸对地面无压力时，求缸内气体温度是多少摄氏度？(已知大气压强 5 0 1.0 10 Pap ) 【答案】167 【解析】 设活塞质量

4、为 m，活塞横截面积为 S，当活塞对地面无压力时气缸内气体压强为 1 p，则对活塞有 10 p Smgp S 解得 5 1 0.75 10 Pap 设气缸质量为 M，当缸内气体温度为 T2时，气缸对地面无压力，设气缸内气体压强为 P2，则对气缸有 20 =+p S Mg p S 解得 5 2 1.1 10 Pap 两种状态气缸内气体的体积相同，则 12 12 PP TT 1 300KT 解得 2 440KT 即 2 167 Ct 3 3、(2021(2021广东省惠州市高三下学期开学考试广东省惠州市高三下学期开学考试) )气体温度计结构如图所示玻璃测温泡 A内充有理想气体, 通过细玻璃管 B和

5、水银压强计相连开始时 A处于冰水混合物中,左管 C中水银面在 O 点处,右管 D中水银 面高出 O点 h1=14 cm,后将 A放入待测恒温槽中,上下移动 D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出 O 点 h2=44 cm。(已知外界大气压为标准大气压,标准大气压相当于 76 cm高水银柱产生的压强) (1)求恒温槽的温度_； (2)此过程 A 内气体内能_(选填“增大”或“减小”),气体不对外做功,气体将_(选填“吸热”或“放热”)。 【答案】 (1). T2=364K(或 91 ) (2). 增大 (3). 吸热 【解析】 (1)设恒温槽的温度为 T2,由题意知 T1=273 K A

6、 内气体发生等容变化,根据查理定律得 12 12 PP TT p1=p0+ph1 p2=p0+ph2 联立代入数据得 T2=364 K(或 91 ) (2)此过程中 A内气体温度升高,则内能增大;体积不变,则 W=0;根据热力学第一定律有 U=Q+W,得 Q0,即气体将吸热 4 4、(2021(2021广东省河源市高三下学期开学考试广东省河源市高三下学期开学考试) )如图甲所示，一导热性能良好、内壁光滑的汽缸水平放置， 横截面积为 42 1 10 mS 、质量为 0.2kgm 厚度不计的活塞与汽缸底部之间封闭了一部分气体，此时活 塞与汽缸底部之间的距离为 12cm，在活塞的右侧 6cm处有一对

7、与汽缸固定连接的卡环，气体的温度为 300K，大气压强 5 0 1.0 10 Pap 。现将汽缸竖直倒置，如图乙所示，取 2 10m/sg 。求： (1)稳定后，活塞与汽缸底部之间距离； (2)加热到 720K时封闭气体的压强。 【答案】(1)15cm；(2) 5 1.6 10 Pa 【解析】 (1)汽缸水平放置时，气体压强 5 1 1.0 10 Pap ，体积为 11 VLS 汽缸竖直放置时，设活塞与汽缸底部之间的距离为 2 L，气体体积为 22 VL S 气体压强为 20 mg pp S 气体等温变化，根据玻意耳定律 1 122 pVp V 解得 2 15cmL (2)解法 1： 设升温后

8、活塞能到卡环，活塞刚好到达卡环时，活塞与汽缸底部之间的距离 310 18cmLLL 此过程气体压强不变 5 32 0.8 10 Papp 由盖吕萨克定律 32 23 VV TT 由于 3 360K720KT 假设成立，活塞能到卡环，温度继续上升，气体等容变化，根据查理定律 34 34 pp TT 解得 5 4 1.6 10 Pap 解法 2： 设温度升至 3 720KT 后活塞到卡环，活塞与汽缸底部之间的距离 310 18cmLLL 由气体状态方程 331 1 13 p VpV TT 解得 5 3 1.6 10 Pap 由于 32 pp 假设成立，气体压强为 5 1.6 10 Pa。 5 5、

9、 (2021(2021 安徽省六校教育研究会高三下学期 安徽省六校教育研究会高三下学期2 2月开学联考月开学联考) )某科研小组设计了一种用于汽车的空气减震器， 把它竖直安装在车轴上，利用密闭气体受压缩后随着体积的减小刚性(可理解为弹簧的劲度系数)递增性， 使车架与车身驾驶室的振动迅速衰减，改善汽车行驶的平顺性和舒适性。减震器分为 A、B两个气室(均由 导热性能良好的材料制成)，A气室在活塞内，通过电子感应开关 M 与 B气室相连，当 B气室气压达到 0 16pp时开关 M打开，当 B 气室气压低于 10 4pp时开关 M闭合。初始状态如图所示，A、B气室压强 皆为 1 p，A气室容积为 0

10、V，B气室容积为 10 4VV。已知大气压强为 0 p，活塞截面积为 S。则： (1)电子开关刚要打开时 B气室的体积 2 V是多大？ (2)把货物缓慢放入汽车，电子开关刚好打开，则稳定后汽车因承载货物导致车身下降的距离是多大？ 【答案】(1) 20 VV；(2) 0 15 4 V h S 【解析】 (1)B 部分气体等温变化，有 1 12 pVpV 带入 10 4VV 解得 20 VV (2)对 A、B 两部分气体有 101 1 pVpVpV 解得 0 5 4 VV 故汽车车身下降的距离为 0 15 4 VV h SS 6 6、(2021(2021河北省“五个一名校联盟”高三下学期第二次联考

11、河北省“五个一名校联盟”高三下学期第二次联考) )据统计，自 2020年爆发新型冠状病毒肺炎 疫情以来，到 2021 年 1 月 10 日，全球确诊病例已经超过 9000 万，新冠疫情传播是非常迅速的。为了有效 控制疫情传播，在转移患者时采用专用的负压救护车。负压救护车的核心是负压舱(如图)，它是一个负压 隔离单元，其内部空间对应的尺寸为 2500mm 1500mm 2000mm(长、宽、高)。它不工作时为开放状态， 工作时通过顶部循环过滤的进、排气高效净化系统保证隔离单元内为微负压环境及内部空气流通，为疑似 病人提供新鲜空气，同时保护周围人员及周围环境不受病源体污染。已知大气压强 p0=1.

12、0 105Pa，环境温度 T0=280K， 负压隔离单元正常工作时温度为 T=300K， 此时内部压强比外界低 p=20Pa， 空气视为理想气体。 求：负压隔离单元从开放状态转为正常工作状态需向外界排出的空气占原空气的百分比(计算结果保留两位 有效数字)。 【答案】6.7 【解析】 以负压隔离单元内部气体为研究对象，初状态 T0=280K，p0=1.0 105Pa，V0=2500mm 1500mm 2000mm=7.5m3 末状态 T=300K，p=p0-p=99980Pa 设此时全部气体的体积为 V，根据理想气体状态方程得 00 0 p VpV TT 在末状态排出气体的体积 V=V-V0 体

13、积占比 100% V V 代入数据解得 =6.7 7 7、(2021(2021湖北省宜昌一中龙泉中学高三下学期开学考试湖北省宜昌一中龙泉中学高三下学期开学考试) )如图所示，上下粗细不一样的气缸被轻绳通过活 塞竖直吊在空中，气缸底面积为 S，活塞横截面积为 2 S ，气缸上下两部分的长度相同。气缸侧壁有一个小 孔与装有水银的 U 形轻质细玻璃管相通。最初室温为 0 T时，活塞恰好在气缸上下两部分的分界处，玻璃管 内左右水银液面高度差为 h(U 形管内的气体体积、水银质量不计)。已知大气压强为 0 p，水银的密度为， 重力加速度 g。不计活塞与气缸的摩擦。 (1)求气缸的质量 M； (2)现对气

14、缸缓慢加热，则玻璃管内左右两侧水银液面高度差 h 是否变化? (3)在对气缸里的气体缓慢加热时，若活塞与气缸不会分离，则加热后的温度最多是多少? 【答案】(1) 1 2 hS；(2)不变化；(3) 0 3 2 T 【解析】 (1)设封闭气体压强为p，对气缸受力平衡分析 0 22 SS pMgp 对 U 形玻璃管内水銀柱分析有 0 ppgh 代入解得 1 2 MSh (2)对气缸缓慢加热时，气缸始终受力平衡，大气压强不变，气缸重力恒定，所以内部压强不变，可知 U形 玻璃管内水银液面高度差不变； (3)对气缸缓慢加热时，气缸内部压强不变，由盖吕萨克定律有 01 2 S LSL LS TT 可得 1

15、0 3 2 TT 8 8、(2021(2021江苏省苏州市高三下学期期初调研江苏省苏州市高三下学期期初调研) )新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图甲所 示。壶的容积为 1.5 L，内含 1.0 L的消毒液。闭合阀门 K，缓慢向下压压杆 A，每次可向瓶内储气室充入 0.05 L的 1.0 atm的空气，多次下压后，壶内气体压强变为 2.0 atm时，按下按柄 B，阀门 K打开，消毒液从 喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度保持不变，1.0 atm1.0 105Pa。 (1)求充气过程向下压压杆 A的次数和打开阀门 K后最多可喷出液体的体积； (2)喷液全过程

16、，气体状态变化的等温线近似看成一段倾斜直线，如图乙所示，估算全过程壶内气体从外界 吸收的热量。 【答案】(1) 10次；0.5 L；(2) 75 J 【解析】 (1)壶中原来空气的体积 1 0.5 LV 由玻意尔定律 1012 1 (+)p nVVp V 解得 n10 次 最多喷射的液体 0 0.5 LVnV (2) 外界对气体做功 12 75J 2 pp WV 由热力学第一定律有 0UWQ 解得 75 JQ 9 9、(2021(2021山东省聊城一中高三下学期开学模拟山东省聊城一中高三下学期开学模拟) )物理课堂上，老师带领学生演示了“马德堡半球实验”。 老师取两个在碗底各焊接了铁环的不锈钢

17、碗，让两只碗口紧对但不接触，点燃一张纸放到碗内，然后迅速 把两只碗扣在一起，再在碗的外面浇水，使其冷却到环境温度。在两碗底的铁环上拴上两根绳子，让两组 同学们朝相反的方向水平拉绳，试图把两个碗拉开，结果当两组同学各增加到 5人时，才把碗拉开。已知 碗口的直径为 20cm，环境温度为 27，实验过程中碗不变形，也不漏气，每人平均拉力为 F=200N，大气 压强 p0=1105Pa。求： (1)两只碗刚扣在一起时，碗内空气的温度为多少摄氏度； (2)两只碗刚扣在一起后，碗内剩余空气质量与碗内最初空气质量的比值。 【答案】(1)168；(2)0.68 【解析】 (1)设两只碗刚扣在一起时碗内空气温度

18、T，环境温度为 T0，对两碗内密闭气体，有 0 0 pT pT 对一只碗，有 22 0 ()()5 22 dd ppF 解得 273 168tT (2)设两碗碗口紧对时两碗内空气体积为 V0，质量为 m0，升温后这部分空气体积为 V，碗内剩余空气质量为 m，有 00 VT VT 0 0 mV mV 解得 0 0.68 m m 1010、(2021(2021山东省聊城一中高三下学期开学模拟山东省聊城一中高三下学期开学模拟) )目前市场在售的玩具枪，各式各样，有些生产厂家为了 经济利益，迎合少数不法分子的需求，生产超标违规玩具枪，这种违规产品存在很大安全隐患。按照公安 部颁发的枪支致伤力的法庭科学

19、鉴定判据(GAT7182007)的规定，对于不能发射制式弹药的非制式 枪支，当所发射弹丸的枪口比动能 EkS大于等于 1.8Jcm2时，一律认定为枪支。所谓“枪口比动能”是指 弹丸离开枪口时的动能与枪口横截面积的比值。 现要对一支玩具气枪进行测试， 先测得其枪管长度d=20cm， 枪口截面积 S=0.4cm2，所发射弹丸的质量 m=3g。水平端着气枪从离地面高度 h=1.8m处水平射击，弹丸在 枪内高压气体推动下水平射出，弹丸击发时间极短，测得弹丸的水平射程 L=18cm。不计空气阻力，高压气 体膨胀过程质量不变，大气压强 p0=1.0105Pa，重力加速度 g=10ms2。 (1)通过计算说明该玩具枪是否能被认定为枪支； (2)求该玩具枪发射弹丸过程中，枪内高压气体减少的内能。 【答案】(1)被认定为枪支；(2)2.15J 【解析】 (1)设弹丸离开枪口时的速度为 v0，经时间 t落地，有 2 1 2 hgt 0 Lv t 解得 2 0 22 1 2 3.4J/cm1.8J/cm kS mv E S 所以该玩具枪被认定为枪支。 (2)设弹丸在枪管内加速过程中，高压气体对弹丸做的功为 W，枪内高压气体减少的内能为U，有 2 00 1 2 Wp Sdmv 由热力学第一定律得 UW 解得2.15JU