搶分14 熱力學定律與氣體實驗定律綜合應用（五大題型）-2025年高考物理三輪沖刺試題（含答案）-試卷下載-教習網

【解密高考】
【題型一】熱力學定律
【題型二】熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用
【題型三】熱力學第一定律在圖像問題中的應用
【題型四】變質量氣體問題
【題型五】關聯(lián)氣體問題

：本部分內容全圈卷及其他新高考省份的考查題型保持相對穩(wěn)定。所考查的內容為熱學的主干知識，包括內能、氣體壓強的微觀解釋，氣體實驗定律、兩個熱力學定律、氣體的圖像等。計算題大致以汽缸——活塞模型和玻璃管——液住模型呈現(xiàn)，主要以“變質量”模型和關聯(lián)氣體模型為考查方式。預測2025這兩種模型有可能繼續(xù)考查，所以不能忽視。
：復習要突出重點和難點，重視知識的內在聯(lián)系，加強主干知識訓練，特別是汽缸——活塞模型和玻璃管——液住模型及二者混合模型的題目要加強訓練，氣體“變質量”問題等難點不能忽視，克拉伯龍方程也應該掌握；最后要更多聯(lián)系實際問題，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，提高考生的模型建構能力和推理論證能力。
【題型一】熱力學定律
【熱力學第一定律】
改變內能的兩種方式的比較
【熱力學第二定律】
1.熱力學第一、第二定律的比較
2.兩類永動機的比較
【例1】如圖所示是一種兒童玩具“吡叭筒”，由竹筒和木棍組成，在竹筒的前后兩端分別裝上“叭子”（樹果子或打濕的小紙團）。叭子密封竹筒里面的空氣，迅速推動木棍，前端的叭子便會從筒口射出。則迅速推動木棍過程中（叭子尚未射出），竹筒中被密封的氣體（）
A．壓強增大B．溫度不變
C．內能不變D．每個分子的動能都變大
【例2】生活中，在特定的時間，人們會燃放“禮花”，表達人們的祝福與喜悅。禮花噴射器原理如圖所示，通過扣動氣閥可釋放氣罐內壓縮氣體，對紙管里填充的禮花彩條產生沖擊，噴向高處，在噴出禮花彩條的瞬間，下列說法正確的是（）
A．該過程將機械能轉化為內能B．氣體分子沖向紙管后能全部自發(fā)回到罐內
C．氣體通過做功方式改變了自身的內能D．氣體溫度可能不變
【變式1】兩小寶寶分別畫了一條小魚，妹妹畫的小魚如圖1所示，哥哥畫的小魚如圖2所示，都畫出了小魚在水中吐泡泡的神韻。從物理視角分析，下列說法正確的有（）
A．小魚吐的氣泡上升時，體積不變，圖1不合理
B．小魚吐的氣泡上升時，體積減小，圖2不合理
C．小魚吐的氣泡上升時，泡內壓強增大
D．小魚吐的氣泡上升時，液體對氣泡做負功
【變式2】（多選）如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為，原線圈接在電壓峰值為的正弦交變電源上，副線圈的回路中接有阻值為的電熱絲，電熱絲密封在絕熱容器內，容器內封閉有一定質量的理想氣體。接通電路開始加熱，加熱前氣體溫度為，已知該容器內的氣體吸收的熱量與其溫度變化量成正比，即，其中已知，若電熱絲產生的熱量全部被氣體吸收，當容器內氣體壓強達到加熱前的2倍時，則下列說法正確的是（）
A．變壓器的輸出電壓為B．變壓器的輸出功率為
C．容器內氣體吸收的熱量為D．電熱絲通電的時間為
【變式3】如圖1所示，一定質量的理想氣體被質量為的絕熱活塞封閉在豎直放置的絕熱汽缸（上端開口）中，汽缸放置在電熱爐盤上，活塞的面積為，與汽缸底部相距，溫度為。現(xiàn)用如圖2所示的交變電流，接通爐盤中阻值為電熱絲給氣體緩慢加熱，經過時間活塞緩慢向上移動距離后停止加熱，整個過程中，已知電熱爐盤電阻絲產生的熱量被容器內氣體吸收，已知大氣壓強為，重力加速度為。求：
(1)停止加熱時，氣體的溫度；
(2)此過程中容器內氣體增加的內能。
【題型二】熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用
解答此類問題的基本流程
【例1】如圖所示，在天河校區(qū)高三9班教室門前的欄桿上，用細繩綁著一只有助于舒緩壓力的“奶龍”氣球。觀察發(fā)現(xiàn)，白天溫度較高時，它能向上飄起，細繩拉緊；晚上溫度驟降時，它不能向上飄起，細繩松弛。假設大氣壓強恒為p0，白天氣溫為T1，晚上氣溫為T2，空氣密度為ρ，重力加速度為g。氣球內封閉氣體可視作理想氣體，內部氣壓保持與大氣壓強相等，理想氣體狀態(tài)方程的比例常數(shù)為C。一定質量的同種理想氣體的內能只與溫度有關，U=kT（k為常數(shù)）。求：
(1)氣球所受空氣浮力的變化量；
(2)氣球放出的熱量。
【變式1】（多選）如圖所示，豎直放置的固定汽缸內由活塞封閉一定質量的理想氣體，活塞能無摩擦地滑動，汽缸的橫截面積為，將整個裝置放在大氣壓恒為的空氣中，開始時缸內氣體的溫度為，空氣柱長度為。用電熱絲對氣體緩慢加熱，活塞緩慢向上移動，缸內氣體只與電熱絲發(fā)生熱交換，當缸內氣體吸熱為時，缸內空氣柱長度增加量為，處于平衡。關于缸內氣體的判定正確的有（）
A．內能可能不變B．內能一定增大C．D．
【變式2】如圖所示，豎直放置的圓柱形汽缸內用橫截面積為S的輕質活塞封閉1ml的理想氣體，汽缸密閉性良好，活塞可在汽缸內無摩擦滑動。初始時，活塞靜止在距汽缸底部L處，活塞上方2L處有固定卡扣?，F(xiàn)加熱氣體，使其溫度從T緩慢升高至3T，該過程中氣體內能增加3p0SL（p0為外界大氣壓強），此后氣體溫度繼續(xù)緩慢升高至5T。已知理想氣體內能與溫度成正比，外界大氣壓強恒為p0。求：
(1)溫度升高至3T時，氣體的體積；
(2)溫度從T升高至3T的過程中，氣體吸收的熱量；
(3)摩爾熱容指的是1ml物質溫度升高1K所吸收的熱量。摩爾熱容與氣體經歷的變化過程有關，如果升溫是在體積不變條件下進行，該熱容稱為等容摩爾熱容（Cv）；如果升溫是在壓強不變條件下進行，該熱容稱為等壓摩爾熱容（Cp）。該氣體溫度從T升高至5T的過程中，氣體的等容摩爾熱容與等壓摩爾熱容的比值。
【變式3】有人設計了一種如圖所示的測溫裝置，玻璃管的上端與導熱良好的玻璃泡連通，玻璃泡中封有一定量的氣體，玻璃管下端插入水銀中，通過管內水銀面的高度x即可反映泡內氣體的溫度，即環(huán)境溫度。已知在標準大氣壓為76cmHg的環(huán)境下，熱力學溫度T1=300K時，玻璃管內水銀面的高度為x=20.0cm。假設玻璃管的體積與玻璃泡的體積相比可略去不計。
(1)若玻璃管內水銀面的高度為22.8cm，求環(huán)境的熱力學溫度；
(2)某同學將該裝置拿到黃山某山峰頂，環(huán)境的熱力學溫度為285K，他發(fā)現(xiàn)管內水銀面的高度為7.3cm，通過計算估算該山峰的海拔。（已知海拔3000m以內，每升高120m，大氣壓減小約1cmHg）

【題型三】熱力學第一定律在圖像問題中的應用
用熱力學第一定律解決圖像問題的思路
(1)氣體的狀態(tài)變化可由圖像直接判斷或結合理想氣體狀態(tài)方程eq \f(pV,T)＝C分析。
(2)氣體的做功情況、內能變化及吸放熱關系可由熱力學第一定律分析。
(3)在p-V圖像中，圖像與橫軸所圍圖形的面積表示氣體對外界或外界對氣體所做的功。
【例1】（多選）一定質量的理想氣體、經過一個緩慢的過程從狀態(tài)P變化到狀態(tài)Q，該過程的圖像如圖甲所示，圖乙為其圖像、a、c兩條曲線中的一條與上述過程對應，曲線a和c均為開口向下的拋物線，下列說法正確的是（）
A．曲線a對應了P到Q的過程
B．曲線c對應了P到Q的過程
C．P到Q的過程理想氣體吸收的熱量為
D．狀態(tài)P中氣體分子單位時間內與器壁單位面積上的碰撞次數(shù)是狀態(tài)Q的1.5倍
【例2】（多選）一定質量的理想氣體經歷四段狀態(tài)變化過程，其圖像如圖所示。其中da延長線與橫軸的交點為0K，bc和cd分別平行于橫軸和縱軸，、、三個狀態(tài)的體積關系為，下列說法不正確的是（）
A．從到，單位時間碰撞單位面積器壁的分子數(shù)減少
B．、兩狀態(tài)的體積之比為
C．從到的過程氣體從外界吸收的熱量小于從到的過程氣體從外界吸收的熱量
D．從到，氣體的體積不變
【變式1】如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)經熱力學過程、、、后又回到狀態(tài)。圖中段為一個四分之三圓弧，段是一個與前者半徑相同的四分之一圓弧。已知氣體在狀態(tài)時的溫度為27℃，從狀態(tài)到狀態(tài)的過程中內能變化了。求：
(1)氣體在狀態(tài)時的溫度；
(2)氣體從狀態(tài)到狀態(tài)的過程中吸收或放出的熱量。
【變式2】某導熱性良好的容器，內含一定質量的理想氣體，由狀態(tài)A經過狀態(tài)B變?yōu)闋顟B(tài)C的圖像，如圖所示。已知氣體在狀態(tài)A時的壓強是，其他已知量在圖示中標出。
(1)求大小。
(2)請你建立一個坐標系，并在該坐標系中，作出氣體由狀態(tài)A經過B變?yōu)镃的圖像，并標出A、B、C的坐標值。
(3)氣體由狀態(tài)A經過B變?yōu)镃的過程中，假定氣體吸收熱量為，求氣體A、C狀態(tài)的內能變化量。
【題型四】變質量氣體問題
分析變質量氣體問題時，要通過巧妙地選擇研究對象，使變質量氣體問題轉化為定質量氣體問題，用氣體實驗定律求解。
1．充氣問題：選擇原有氣體和即將充入的氣體整體作為研究對象，就可把充氣過程中氣體質量變化問題轉化為定質量氣體的狀態(tài)變化問題。
2．抽氣問題：將每次抽氣過程中抽出的氣體和剩余氣體整體作為研究對象，質量不變，故抽氣過程可以看成是定質量氣體狀態(tài)變化過程。
3．灌氣問題：把大容器中的剩余氣體和多個小容器中的氣體整體作為研究對象，可將變質量氣體問題轉化為定質量氣體問題。
4．漏氣問題：選容器內剩余氣體和漏出氣體整體作為研究對象，便可使變質量氣體問題變成定質量氣體問題。
【例1】圖甲為后備箱氣壓桿的示意圖，氣壓桿內部的高壓氣體被活塞密封在汽缸中。在后備箱打開或關閉過程中，氣壓桿內部的氣體體積發(fā)生變化。箱蓋打開靜止在某位置時，活塞到汽缸底部的距離為，活塞的橫截面積為。箱蓋作用于連桿上的沿桿方向的力為，如圖乙所示。已知大氣壓強為，重力加速度為。不計活塞與容器壁的摩擦及連桿和活塞的質量，忽略氣體溫度的變化。
(1)求此時被封閉氣體的壓強；
(2)活塞到容器底部的距離為時，求此時氣體的壓強；
(3)由于漏出部分氣體，當活塞到容器底部的距離為時，此時沿桿方向作用力變?yōu)?，求漏出的氣體與剩余氣體的質量比。
【例2】如圖所示是一增壓裝置示意圖，圓柱形汽缸內部高為，其底部和側壁絕熱，頂部導熱。不計重力和厚度的絕熱活塞將缸中空氣（可視為理想氣體）分隔成兩部分。初始時，活塞位于汽缸正中間，上、下兩部分氣體的壓強、溫度均與大氣壓強和環(huán)境溫度相同。現(xiàn)通過打氣筒緩慢向汽缸上部充入一定量的空氣后，活塞移動距離為，此時下部氣體的溫度為。環(huán)境溫度始終保持不變，不計活塞與汽缸壁間的摩擦，活塞不漏氣。求：
(1)充氣后汽缸下部氣體的壓強；
(2)充入空氣的質量與汽缸中原有空氣的總質量之比。
【變式1】如圖所示，爆米花機是一種對谷物進行膨化加工的裝置，主體為一個金屬罐體。在大氣壓強為的干燥環(huán)境下打開閥門向罐內放入干燥的谷物，谷物占罐內體積的，關閉閥門，將支撐軸和搖柄架設在火爐的支架上進行旋轉加熱，當罐內氣體溫度為時，壓強為，當溫度達到時打開閥門，因為壓強突然變小，巨大的壓強差使得谷物迅速膨脹，從而達到膨化的效果。
(1)求打開閥門前瞬間罐內氣體的壓強；
(2)打開閥門后，罐內氣體迅速膨脹，谷物全部噴出。當罐內氣體溫度降為時，求罐內剩余氣體質量與打開閥門前罐內氣體質量之比。
【變式2】如圖所示，某實驗小組設計了一種簡易氣壓升降裝置。氣缸Ⅰ豎直放置，體積為，質量的活塞a（S為活塞橫截面積）靜止在氣缸Ⅰ的中間位置，封閉氣體的體積為。氣缸Ⅱ水平放置，封閉氣體的體積為，壓強為，通過單向閥門與大氣連通，活塞b向左推動時，關閉；向右拉動時，打開。兩氣缸通過體積不計的管道連通，管道左端有單向閥門，只有氣缸Ⅱ中氣體壓強大于氣缸Ⅰ中氣體壓強時，才能打開。氣缸Ⅱ右側的活塞b每緩慢推一次，都能將體積為，壓強為的氣體全部壓入氣缸Ⅰ中，活塞a上升到氣缸Ⅰ頂端時會被卡住。大氣壓強為，重力加速度為g，不計活塞與氣缸之間的摩擦及活塞的厚度，兩氣缸導熱良好，環(huán)境溫度保持不變，求
(1)第1次緩慢推活塞b，將氣缸Ⅱ中氣體全部壓入氣缸Ⅰ后，活塞a升高的高度；
(2)第3次緩慢推活塞b，當氣缸Ⅱ中氣體體積壓縮到多大時，閥門才能夠打開。
【題型五】關聯(lián)氣體問題
關聯(lián)氣體問題的解題思路
(1)分別研究各部分氣體，分析它們的初狀態(tài)和末狀態(tài)的參量。
(2)找出它們各自遵循的氣體狀態(tài)變化規(guī)律，并寫出相應的方程。
(3)找出各部分氣體之間壓強或體積的關系式。
(4)聯(lián)立求解。對求解的結果注意分析合理性。
【例1】某同學設計的空氣減震器模型如圖甲所示，它主要由活塞和導熱性能良好的汽缸構成，兩輕質活塞通過橫截面積不計的輕桿連接。將該模型置于水平地面上，輕桿與地面垂直，汽缸內密閉氣體可視為理想氣體。汽缸A中活塞的橫截面積，初始時活塞到汽缸A頂端的距離，汽缸A內氣體的壓強?，F(xiàn)將質量的物塊C置于汽缸A頂部，如圖乙所示。一段時間后，系統(tǒng)重新達到平衡。已知汽缸B中活塞的橫截面積為汽缸A中活塞橫截面積的2倍，活塞與汽缸間的摩擦均忽略不計，汽缸始終密封良好，環(huán)境溫度保持不變，大氣壓強，取。下列說法正確的是（）
A．汽缸A的質量為20kg
B．該過程汽缸A、汽缸B內的氣體均吸熱
C．系統(tǒng)再次平衡后，汽缸A內的氣體體積縮小了
D．系統(tǒng)再次平衡后，汽缸B中氣體的壓強為
【例2】如圖所示，一個底面積的柱形導熱光滑汽缸與足夠長的U形細管連接，U形細管右端封閉，其中有一定量的水銀，細管體積可忽略。外界溫度時，從汽缸開口處緩慢放入一個質量為的活塞（密封效果良好），穩(wěn)定時活塞底距離汽缸底高度，大氣壓強為。
(1)從放入活塞到穩(wěn)定的過程中，汽缸內氣體。（選填“向外界放熱”或“從外界吸熱”）
(2)求穩(wěn)定后汽缸內氣體的壓強和U形管中水銀液面的高度差（結果保留1位小數(shù)）。
(3)求汽缸的總高度（結果保留整數(shù)）。
【變式1】氣壓傳動是以壓縮空氣為動力源來驅動和控制各種機械設備的技術。圖示為某氣動元件的結構簡圖，長度為3L的汽缸被兩立柱均分為3份，輕質活塞可在立柱間保持豎直左右自由活動，體積不計的輕質彈簧兩端分別固定在左缸底和活塞左側，彈簧原長為L，勁度系數(shù)，由活塞右側固定的輕桿對外輸出動力，A端與高壓氣源相連，B、C端與大氣相連，通過A、C處閥門的開閉，使活塞在兩立柱間做往復運動，且對立柱無作用力，已知汽缸的橫截面積為S，輕桿對活塞的作用力始終為2pS，大氣壓強為p，汽缸導熱性能良好且外界溫度恒定。
(1)正常工作過程關閉C，緩慢打開A，求活塞從左側立柱緩慢運動到右側立柱過程氣源充入左缸的氣體在壓強為p時的體積；
(2)正常工作過程關閉A，緩慢打開C，求活塞從右側立柱緩慢運動到左側立柱過程左缸氣體與外界交換的熱量。
【變式2】如圖甲所示，一水平固定放置的汽缸由兩個粗細不同的圓柱形筒組成，汽缸中活塞I與活塞Ⅱ之間封閉有一定量的理想氣體，兩活塞用長度為2L、不可伸長的輕質細線連接，活塞Ⅱ恰好位于汽缸的粗細連接處，此時細線拉直且無張力。現(xiàn)把汽缸豎立放置，如圖乙所示，活塞I在上方，穩(wěn)定后活塞I、Ⅱ到汽缸的粗細連接處的距離均為L。已知活塞I與活塞Ⅱ的質量之比為2:1，面積分別為3S、2S，環(huán)境溫度為，重力加速度大小為g，大氣壓強為且保持不變，忽略活塞與汽缸壁的摩擦，汽缸不漏氣，汽缸與活塞導熱性良好，不計細線的體積。
（1）緩慢加熱氣缸，當活塞Ⅱ再次回到汽缸的粗細連接處時，求氣體溫度T及此時細線張力；
（2）在圖乙中，若溫度保持不變，用力緩慢上推活塞Ⅱ，使其再次回到汽缸的粗細連接處并保持靜止，求穩(wěn)定后推力及活塞I到汽缸的粗細連接處的距離x。
方式名稱
比較項目
做功
傳熱
區(qū)別
內能變化
情況
外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內能增加；系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的內能減少
系統(tǒng)吸收熱量，內能增加；系統(tǒng)放出熱量，內能減少
從能量的
角度看
做功是其他形式的能與內能相互轉化的過程
不同系統(tǒng)間或同一系統(tǒng)不同部分之間內能的轉移
能的性質
變化情況
能的性質發(fā)生了變化
能的性質不變
相互聯(lián)系
做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內能的效果上是相同的
定律名稱
比較項目
熱力學第一定律
熱力學第二定律
定律揭示
的問題
從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內能改變量三者的定量關系
指出一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都有特定的方向性
機械能和
內能的轉化
通過做功機械能與內能互相轉化
內能不可能在不引起其他變化的情況下完全轉化為機械能
熱量的
傳遞
內能的變化量等于外界做的功與吸收的熱量之和
說明熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體
表述形式
只有一種表述形式
有多種表述形式
兩定律的
關系
在熱力學中，兩者既相互獨立，又互為補充，共同構成了熱力學知識的理論基礎
分類
第一類永動機
第二類永動機
設計要求
不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器
從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響的機器
不可能制
成的原因
違背能量
守恒定律
不違背能量守恒定律，違背熱力學第二定律
應用熱力學第一定律的三點注意
(1)做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外做功，W為負；體積減小，外界對氣體做功，W為正。
(2)與外界絕熱，則不與外界發(fā)生傳熱，此時Q＝0。
(3)如果研究對象是理想氣體，由于理想氣體沒有分子勢能，所以當它的內能變化時，體現(xiàn)為分子平均動能的變化，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。

熱力學第一定律與氣體實驗定律的
綜合問題的處理方法
(1)氣體實驗定律的研究對象是一定質量的理想氣體。
(2)解決具體問題時，分清氣體的變化過程是求解問題的關鍵，根據(jù)不同的變化，找出相關的氣體狀態(tài)參量，利用相關規(guī)律解決。
(3)對理想氣體，只要體積變化，外界對氣體(或氣體對外界)做功W＝pΔV；只要溫度發(fā)生變化，其內能就發(fā)生變化。
(4)結合熱力學第一定律ΔU＝W＋Q求解問題。

相關試卷

相關試卷更多

相關試卷

相關試卷 更多

相關試卷更多