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(新課標(biāo))2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 主題十二 熱學(xué) 課時跟蹤訓(xùn)練52

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1、(新課標(biāo))2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 主題十二 熱學(xué) 課時跟蹤訓(xùn)練52 1.(2017·遼寧本溪聯(lián)考)如圖所示,粗細(xì)均勻的U形細(xì)玻璃管豎直放置,各部分水銀柱的長度分別為L2=25 cm,L3=25 cm,L4=10 cm,A端被封閉空氣柱的長度為L1=60 cm,BC在水平面上,整個裝置處在恒溫環(huán)境中,外界氣壓p0=75 cmHg.將玻璃管繞B點(diǎn)在紙面內(nèi)沿逆時針方向緩慢旋轉(zhuǎn)90°至AB管水平,求此時被封閉空氣柱的長度. [解析] 設(shè)玻璃管的橫截面積為S,以cmHg為壓強(qiáng)單位. 開始p1=p0-ρg(L2-L4)=60 cmHg,V1=L1S=60 cm·S. 將玻璃管繞B點(diǎn)沿逆時針

2、方向緩慢旋轉(zhuǎn)90°,假設(shè)CD管中還有水銀,p2=p0+ρgL3=100 cmHg,V2=L1′S,由玻意耳定律有p1V1=p2V2,解得L1′=36 cm<(60-10) cm,假設(shè)不成立. 設(shè)原水平管中有長為x的水銀進(jìn)入左管,則p3=p0+ρgL3-ρgx,V3=(L1-L4-x)S,由玻意耳定律有p1V1=p3V3,解得x=10 cm

3、兩部分理想氣體A和B.活塞的質(zhì)量為m,橫截面積為S,與隔板相距h.現(xiàn)通過電熱絲緩慢加熱氣體,當(dāng)A氣體吸收熱量Q時,活塞上升了h,此時氣體的溫度為T1.已知大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度為g. (1)加熱過程中,若A氣體內(nèi)能增加了ΔE1,求B氣體內(nèi)能增加量ΔE2; (2)現(xiàn)停止對氣體加熱,同時在活塞上緩慢添加砂粒,當(dāng)活塞恰好回到原來的位置時A氣體的溫度為T2.求此時添加砂粒的總質(zhì)量Δm. [解析] (1)B氣體對外做功W=pSh=(p0S+mg)h, 由熱力學(xué)第一定律得ΔE1+ΔE2=Q-W, 解得ΔE2=Q-(mg+p0S)h-ΔE1. (2)B氣體的初狀態(tài)p1=p0+,V1=2h

4、S,熱力學(xué)溫度為T1; B氣體的末狀態(tài)p2=p0+,V2=hS,熱力學(xué)溫度為T2. 由理想氣態(tài)狀態(tài)方程得=, 解得Δm=. [答案] (1)Q-(mg+p0S)h-ΔE1 (2) 3.(2017·河北衡水中學(xué)七調(diào))如圖甲、乙所示,汽缸由兩個橫截面不同的圓筒連接而成,活塞A、B被長度為l=0.9 m的輕質(zhì)剛性細(xì)桿連接在一起,可無摩擦移動,A、B的質(zhì)量分別為mA=12 kg、mB=8.0 kg,橫截面積分別為SA=4.0×10-2 m2、SB=2.0×10-2 m2.一定質(zhì)量的理想氣體被封閉在兩活塞之間,活塞外側(cè)大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105 Pa.重力加速度g取10 m/s2.

5、(1)圖甲所示是汽缸水平放置達(dá)到的平衡狀態(tài),活塞A與圓筒內(nèi)壁凸起面恰好不接觸,求被封閉氣體的壓強(qiáng). (2)保持溫度不變使汽缸豎直放置,平衡后達(dá)到如圖乙所示位置,求活塞A沿圓筒發(fā)生的位移大小. [解析] (1)汽缸處于題圖甲所示位置時,設(shè)汽缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1,對于活塞和桿,由平衡條件得 p0SA+p1SB=p1SA+p0SB, 代入數(shù)據(jù)解得p1=1.0×105 Pa (2)汽缸處于題圖乙所示位置時,設(shè)汽缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p2,對于活塞和桿,由平衡條件得 p0SA+p2SB=p2SS+p0SB+(mA+mB)g, 代入數(shù)據(jù)解得p2=0.9×105 Pa. 由玻意耳定律可得 p1lSB

6、=p2[lSB+x(SA-SB)] 代入數(shù)據(jù)解得x=0.1 m. [答案] (1)1.0×105 Pa (2)0.1 m 4. (2017·山西長治聯(lián)考)如圖所示,一絕熱汽缸倒立豎在兩水平臺面上,缸內(nèi)一光滑活塞密封了一定質(zhì)量的理想氣體;在活塞下掛有一物塊,活塞與物塊的總重量G=30 N,活塞的橫截面積S=3×10-3 m2.活塞靜止時,缸內(nèi)氣體溫度t1=27 ℃,體積V1=3×10-3 m3,外界的大氣壓強(qiáng)恒為p0=1.0×105 Pa,缸內(nèi)有一個電熱絲,電熱絲的電阻值恒為R=5 Ω,電源電動勢E=18 V、內(nèi)阻r=1 Ω,閉合開關(guān)20 s后,活塞緩慢下降高度h=0.1 m,求:

7、 (1)20 s內(nèi)氣體內(nèi)能的變化量; (2)20 s末缸內(nèi)氣體的溫度. [解析] (1)設(shè)缸內(nèi)氣體初態(tài)壓強(qiáng)為p1,對活塞由受力平衡有 p0G=G+p1S, 在電熱絲對氣體加熱20 s的過程中,外界對氣體做的功為W=-p1Sh, 電熱絲產(chǎn)生的熱量為Q=I2Rt,其中I=, 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU=W+Q, 解得ΔU=873 J, 即氣體的內(nèi)能增加了873 J. (2)氣體做等壓膨脹,由蓋-呂薩克定律有=, 代入數(shù)據(jù)解得T2=330 K, 即缸內(nèi)氣體的溫度為t2=(330-273) ℃=57 ℃. [答案] (1)增加873 J (2)57 ℃ 5. (2017·

8、江西贛州聯(lián)考)如圖所示,用質(zhì)量為m、橫截面積為S的可動水平活塞將一定質(zhì)量的理想氣體密封于懸掛在天花板上的汽缸中,當(dāng)環(huán)境的熱力學(xué)溫度為T0時,活塞與汽缸底部的高度差為h0.由于環(huán)境溫度逐漸降低,活塞緩緩向上移動距離Δh.若外界大氣壓恒為p0,密封氣體的內(nèi)能U與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系為U=kT(k為正常數(shù)),汽缸導(dǎo)熱良好,與活塞間的摩擦不計, 重力加速度為g,求此過程中: (1)外界對密封氣體做的功W; (2)密封氣體向外界放出的熱量Q. [解析] (1)活塞緩緩移動的過程中,封閉氣體做等壓變化,有 W=pSΔh,其中pS=p0S-mg, 解得W=(p0S-mg)Δh. (2)根據(jù)熱力學(xué)

9、第一定律可知,該過程中氣體減少的內(nèi)能為 ΔU=Q+W, 由U=kT可知ΔU=kΔT,此處ΔT僅為數(shù)值. 根據(jù)蓋-呂薩克定律有 =, 解得Q=Δh. [答案] (1)(p0S-mg)Δh (2)Δh 6. (2017·遼寧沈陽模擬)如圖所示,上端封閉、下端開口的玻璃管豎直放置,管長為55 cm,其中有一段長為6 cm的水銀柱,將長為20 cm的空氣柱A封閉在管的上部,空氣柱B和大氣連通.現(xiàn)用一小活塞將管口封住,并將活塞緩慢往上壓,當(dāng)水銀柱上升4 cm時停止上壓.已知外界大氣壓恒為76 cmHg,上壓過程氣體溫度保持不變,A、B均為理想氣體,求: (1)氣體A、B末狀態(tài)的壓強(qiáng)

10、; (2)試分析此過程中B氣體是吸熱還是放熱? [解析] (1)設(shè)氣體A的初態(tài)壓強(qiáng)為pA, pA+p柱=p0, 設(shè)末態(tài)時氣體A的長度為lA′, lA′=lA-Δl, 氣體A發(fā)生等溫變化,有 pAlAS=pA′lA′S, 解得pA′=87.5 cmHg, 設(shè)氣體B的末態(tài)壓強(qiáng)為pB′, 得pB′=pA′+p柱=93.5 cmHg. (2)氣體B的初態(tài):壓強(qiáng)為p0,長度為lB, lB=L-lA-l柱=29 cm, 氣體B發(fā)生等溫變化,有 pBlBS=pB′lB′S, 解得lB′=23.6 cm, lB′

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