五年20162020高考物理真题专题点拨专题14热学含解析

1专题14热学【2020年】1.（2020·天津卷）水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体（）A.压强变大B.对外界做功C.对外界放热D.分子平均动能变大【答案】B【解析】随着水向外喷出，气体的体积增大，由于温度不变，根据pV=恒量，可知气体压强减小，A错误；由于气体体积膨胀，对外界做功，根据热力学第一定律UWQ，气体温度不变，内能不变，一定从外界吸收热量，B正确，C错误；温度是分子平均动能的标志，由于温度不变，分子的平均动能不变，D错误。故选B。2.（2020·山东卷）一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a（V0，2p0）、b（2V0，p0）、c（3V0，2p0）以下判断正确的是（）A.气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功B.气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量C.在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量2D.气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量【答案】C【解析】根据气体做功的表达式WFxpSxpV可知pV图线和体积横轴围成的面积即为做功大小，所以气体在ab过程中对外界做的功等于bc过程中对外界做的功，A错误；气体从ab，满足玻意尔定律pVC，所以abTT。所以0abU，根据热力学第一定律UQW可知0ababQW，气体从bc，温度升高，所以0bcU，根据热力学第一定律可知bcbcbcUQW结合A选项可知0abbcWW，所以bcabQQ。bc过程气体吸收的热量大于ab过程吸收的热量，B错误；气体从ca，温度降低，所以0caU，气体体积减小，外界对气体做功，所以0caW，根据热力学第一定律可知caQ，放出热量，C正确；理想气体的内能只与温度有关，根据abTT可知从cabcTT，所以气体从ca过程中内能的减少量等于bc过程中内能的增加量，D错误。故选C。3.（2020·新课标Ⅰ）分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示，r=r1时，F=0。分子间势能由r决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O，另一分子从距O点很远处向O点运动，在两分子间距减小到r2的过程中，势能_____（填“减小“不变”或“增大”）；在间距由r2减小到r1的过程中，势能_____（填“减小”“不变”或“增大”）；在间距等于r1处，势能_____（填“大于”“等于”或“小于”）零。【答案】(1).减小(2).减小(3).小于【解析】[1]从距O点很远处向O点运动，两分子间距减小到2r的过程中，分子间体现引力，引力做正功，分子势能减小；[2]在21rr的过程中，分子间仍然体现引力，引力做正功，分子势能减小；3[3]在间距等于1r之前，分子势能一直减小，取无穷远处分子间势能为零，则在1r处分子势能小于零。4.（2020·新课标Ⅰ）甲、乙两个储气罐储存有同种气体（可视为理想气体）。甲罐的容积为V，罐中气体的压强为p；乙罐的容积为2V，罐中气体的压强为12p。现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去，两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变，调配后两罐中气体的压强相等。求调配后：（i）两罐中气体的压强；（ii）甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。【答案】（i）23p；（ii）23【解析】（i）气体发生等温变化，对甲乙中的气体，可认为甲中原气体有体积V变成3V，乙中原气体体积有2V变成3V，则根据玻意尔定律分别有13pVpV，21232pVpV则1212()32pVpVppV则甲乙中气体最终压强122'3pppp（ii）若调配后将甲气体再等温压缩到气体原来的压强为p，则''pVpV，计算可得2'3VV由密度定律可得，质量之比等于'23mVmV现原5.（2020·新课标Ⅱ）下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有_______，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有_______。（填正确答案标号）A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B.冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内4【答案】(1).B(2).C【解析】燃烧汽油产生的内能一方面向机械能转化，同时热传递向空气转移。既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律；冷水倒入保温杯后，没有对外做功，同时也没有热传递，内能不可能减少，故违背热力学第一定律；某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，必然产生其他影响故违背热力学第二定律；制冷机消耗电能工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，发生了内能的转移，同时对外界产生了影响。既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。6.（2020·新课标Ⅱ）潜水钟是一种水下救生设备，它是一个底部开口、上部封闭的容器，外形与钟相似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气，以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便，将潜水钟简化为截面积为S、高度为h、开口向下的圆筒；工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为H的水下，如图所示。已知水的密度为ρ，重力加速度大小为g，大气压强为p0，Hh，忽略温度的变化和水密度随深度的变化。（1）求进入圆筒内水的高度l；（2）保持H不变，压入空气使筒内的水全部排出，求压入的空气在其压强为p0时的体积。【答案】（1）0gHlhpgH；（2）0gSHhVp【解析】（1）设潜水钟在水面上方时和放入水下后筒内气体的体积分别为V0和V1，放入水下后筒内气体的压强为p1，由玻意耳定律和题给条件有p1V1=p0V0①V0=hS②V1=（h–l）S③p1=p0+ρg（H–l）④联立以上各式并考虑到Hh，hl，解得50gHlhpgH⑤（2）设水全部排出后筒内气体的压强为p2；此时筒内气体的体积为V0，这些气体在其压强为p0时的体积为V3，由玻意耳定律有p2V0=p0V3⑥其中p2=p0+ρgH⑦设需压入筒内的气体体积为V，依题意V=V3–V0⑧联立②⑥⑦⑧式得0gSHhVp⑨7.（2020·新课标Ⅲ）如图，一开口向上的导热气缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中（）A.气体体积逐渐减小，内能增知B.气体压强逐渐增大，内能不变C.气体压强逐渐增大，放出热量D.外界对气体做功，气体内能不变E.外界对气体做功，气体吸收热量【答案】BCD【解析】理想气体的内能与温度之间唯一决定，温度保持不变，所以内能不变，A错误；由理想气体状态方程pVCT，可知体积减少，温度不变，所以压强增大。因为温度不变，内能不变，B正确；由理想气体状态方程pVCT，可知体积减少，温度不变，所以压强增大。体积减少，外接对系统做功，且内能不变，由热力学第一定律UWQ可知，系统放热，C正确，E错误。体积减少，外接对系统做功。理想气体的内能与温度之间唯一决定，6温度保持不变，所以内能不变，故D正确。故选BCD。8.（2020·新课标Ⅲ）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？（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1122pVpV。设注入水银后水银柱高度为h，水银的密度为ρ，按题设条件有100hpppg，20gppph102VSHlh，2VSH联立以上式子并代入题给数据得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2312VVTT按题设条件有3(2)VSHh，代入题给数据得T2=363K。9.（2020·山东卷）中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外7部大气压相同，温度为450K，最终降到300K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的2021。若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的2021，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。【答案】Δ13mm【解析】设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1，温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2，罐的容积为V0，由题意知p1=p0、T1=450K、V1=V2、T2=300K、V2=20V0/21①由理想气体状态方程得2000122021pVpVTT②代入数据得p2=0.7p0③对于抽气罐，设初态气体状态参量分别为p3、V3，末态气体状态参量分别为p4、V4，罐的容积为0V，由题意知p3=p0、V3=0V、p4=p2④由玻意耳定律得2004VVpp⑤联立②⑤式，代入数据得40107VV⑥设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知4020Δ21VVV⑦故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为4ΔΔmVmV⑧联立②⑤⑦⑧式，代入数据得Δ13mm⑨【2019年】1．（2019·新课标全国Ⅰ卷）（5分）某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度__________8（填“高于”“低于”或“等于”）外界温度，容器中空气的密度__________（填“大于”“小于”或“等于”）外界空气的密度。【答案】低于大于【解析】由题意可知，容器与活塞绝热性能良好，容器内气体与外界不发生热交换，故0Q，但活塞移动的过程中，容器内气体压强减小，则容器内气体正在膨胀，体积增大，气体对外界做功，即0W，根据热力学第一定律可知：0UQW，故容器内气体内能减小，温度降低，低于外界温度。最终容器内气体压强和外界气体压强相同，根据理想气体状态方程：PVnRT，又mV，m为容器内气体质量。联立得：PmnRT，取容器外界质量也为m的一部分气体，由于容器内温度T低于外界温度，故容器内气体密度大于外界。2．（2019·新课标全国Ⅰ卷）（10分）热等静压设备广泛用于材料加工中。该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2m3，使用前瓶中气体压强为