专题17 热学--2023高考物理分类解析

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2023高考物理分类解析
专题17 热学
1. （2023高考海南卷）下列关于分子力和分子势能的说法正确的是（ ）
A. 分子间距离大于r0时，分子间表现为斥力
B. 分子从无限远靠近到距离r0处过程中分子势能变大
C. 分子势能在r0处最小
D. 分子间距离小于r0且减小时，分子势能在减小
【参考答案】C
【名师解析】
分子间距离大于r0，分子间表现为引力，分子从无限远靠近到距离r0处过程中，引力做正功，分子势能减小，则在r0处分子势能最小；继续减小距离，分子间表现为斥力，分子力做负功，分子势能增大。C正确。
2．（2023年6月高考浙江选考科目）下列说法正确的是（ ）
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．液体的表面张力方向总是跟液面相切
C．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是不同的
D．当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
【参考答案】.BD
【名师解析】热量能够自发地从高温物体传到低温物体，不能自发地从低温物体传到高温物体，A错误；液体表面张力方向总是与表面相切，B正确；在不同惯性参考系中，物理规律的形式是相同的，C错误；根据多普勒效应，当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源的振动频率，D正确。
3．（2023全国高考新课程卷）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（ ）
A．h中的气体内能增加
B．f与g中的气体温度相等
C．f与h中的气体温度相等
D．f与h中的气体压强相等
【参考答案】AD
【名师解析】通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，f中气体压强增大，压缩活塞使h中体积减小，温度升高，压强增大，停止加热并达到稳定后，h中的气体内能增加，A正确；由于f、g之间活塞为绝热活塞，所以f与g中的气体温度不相等，f与h中的气体温度不相等，BC错误；由于活塞与汽缸壁间没有摩擦，f与h中的气体压强相等，D正确。
4.（2023高考全国甲卷）（5分）在一汽缸中用活塞封闭者一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是 。
A. 气体体积不变，温度升高，
B. 气体体积减小，温度降低
C. 气体体积减小，温度升高
D. 气体体积增大，温度不变
E. 气体体积增大，温度降低
【参考答案】ADE
【命题意图】本题考查内能、热力学第一定律及其相关知识点。
【解题思路】气体体积不变，温度升高，内能增大，一定与外界由热量交换，A正确；气体体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，由热力学第一定律可知，气体一定放热，不一定与外界由热量交换，B错误；气体体积减小，外界对气体做功，温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，气体不一定与外界有热量交换，C错误；气体体积增大，气体对外界做功，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体一定吸热，一定与外界有热量交换，D正确；气体体积增大，气体对外界做功，温度降低，内能减小，由热力学第一定律可知，气体一定吸热热，一定与外界由热量交换，E正确；
【易错提醒】解答时一定要注意题干中的“一定”。
5.（2）（2023高考全国甲卷）（10分）一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17℃，密度为1.46kg/m3。
（i）升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27℃时舱内气体的密度；
（ii）保持温度27℃不变，再释放舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求舱内气体的密度。
【参考答案】（i）1.41kg/m3。（ii）1.175kg/m3
【命题意图】本题考查气体实验定律、密度及其相关知识点。
【解题思路】（i）将整个气体作为研究对象，设高压舱的容积为V，温度升高到27℃时同压强气体的体积为V2，T1=（273+17）K=290K，T2=（273+27）K=300K，
由盖吕萨克定律，=，
温度为17℃时气体密度ρ1=m/V，
温度为27℃时气体密度ρ2=m/V2，
联立解得：ρ2==1.41kg/m3。
（ii）保持温度27℃不变，由玻意耳定律，p1V2= p2V3，
压强为p1=1.2atm时气体密度ρ2=m/V2，
压强为p2=1.0atm时气体密度ρ3=m/V3，
联立解得ρ3==1.175kg/m3。
6.（1）. （2023高考全国乙卷） 对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是（　　）
A. 等温增压后再等温膨胀
B 等压膨胀后再等温压缩
C. 等容减压后再等压膨胀
D. 等容增压后再等压压缩
E. 等容增压后再等温膨胀
【参考答案】ACD
【命题意图】本题考查气体内能及其相关知识点。
【解题思路】根据理想气体内能只与温度有关可知，初末状态的内能相等，即初末温度相等。选项A等温增压后再等温膨胀，温度不变，初末状态的内能相等，A正确；选项B等压膨胀温度必升高，B错误；选项C等容减压过程温度降低，再等压膨胀，温度升高，有可能初末温度相等，C正确；等容增压过程温度升高，再等压压缩温度降低，有可能初末温度相等，D正确；等容增压过程温度升高，再等温膨胀，末状态温度一定高于初状态，初末状态的内能不相等，E错误。
7.（2）（2023高考全国乙卷）如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变。求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强。（气体温度保持不变，以为压强单位）
【命题意图】本题考查气体实验定律及其相关知识点。
【解题思路】B管在上方时，设B管中气体压强为pB，lB=10cm，则A管中气体压强为pA=pB+20cmHg，长度lA=10cm，
倒置后，A管在上方，A管中气体压强为pA’，A管内空气柱长度lA'=11cm，
水银柱长度为h=9cm+14cm=23cm，
则B管中气体压强为pB’=pA'+23cm.，
B管内空气柱长度lB'=40cm-11cm-23cm=6cm，
对A管中气体，由玻意耳定律，=
对B管中气体，由玻意耳定律，=
联立解得：pB=54.36cmHg，pA=pB+20cmHg=74.36cmHg.
8 （2023学业水平等级考试上海卷）一个绝热密闭容器，装有一定质量的气体。容器以一定速度平移时，突然施加外力使其停止，容器中的气体温度 ，气体分子碰撞容器壁的剧烈程度 （选填：“变大”、“变小”或“不变”）
【参考答案】不变 不变
【名师解析】由于气体温度只与分子平均动能有关，与机械运动无关，所以容器以一定速度平移时，突然施加外力使其停止，容器中的气体温度不变。由于气体的压强不变，根据压强的微观含义可知。气体分子碰撞容器壁的剧烈程度不变。
9. （2023学业水平等级考试上海卷）导热性能良好、内壁光滑的气缸开口向上放在水平桌面上，轻质活塞封闭了一定质量的气体，活塞上放置了一个质量为m的砝码，稳定时活塞距离气缸底的高度为h，改变所放砝码的质量，得到了对应的h。以m为纵轴，1/h为横轴，画出的图线为一条倾斜直线，其斜率为k，在纵轴的截距为b，已知活塞横截面积为S，由此可知大气压为 ；不放砝码时h为 。
【参考答案】-bg/S -k/b
【名师解析】对活塞受力分析，设由平衡条件可得pS=mg+p0S，
气体等温变化，pSh=C（常量），
不放砝码时，气缸内气体压强为p0，活塞处于气缸顶部，设气缸内部高度为H，p0SH=C
联立解得（mg+p0S）h= p0SH
变形为m=-。
由=k，-=b，解得p0=-bg/S，H=-k/b。
10. （2023高考选择性考试辽宁卷）“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p-T图像如图所示。该过程对应的p-V图像可能是（　　）
A. B.
C. D.
【参考答案】B
【名师解析】
根据理想气体状态方程，
可得
从a到b，气体压强不变，温度升高，则体积变大；从b到c，气体压强减小，温度降低，而a、c处于同一等温线上，p——T图线c点与原点连线的斜率小于b点与原点连线的斜率，c态的体积大于b态体积。所以图像B正确。
11. （2023高考江苏学业水平选择性考试）在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是（ ）
A. 把柱塞快速地向下压
B. 把柱塞缓慢地向上拉
C. 在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞
D. 在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
【参考答案】B
【名师解析】
因为该实验是要探究气体等温变化的规律；实验中要缓慢推动或拉动活塞，目的是尽可能保证封闭气体在状态变化过程中的温度不变；为了方便读取封闭气体的体积不需要在橡胶套处接另一注射器。B正确。
2. （2023天津卷）如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体（　　）
A. 对外做功 B. 内能减小
C. 吸收热量 D. 压强不变
【参考答案】B
【名师解析】
由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故A错误；爬山过程中温度降低，则气体内能减小，故B正确；根据热力学第一定律可知
爬山过程中气体不做功，但内能见效，故可知气体放出热量，故C错误；
爬山过程中氧气瓶里的气体容积质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程有
可知气体压强减小，故D错误；
12. （2023高考江苏学业水平选择性考试）如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中（ ）
A. 气体分子的数密度增大
B. 气体分子的平均动能增大
C. 单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D. 单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
【参考答案】B
【名师解析】
．根据 ，可得
则从A到B为等容线，即从A到B气体体积不变，则气体分子的数密度不变，选项A错误；
从A到B气体的温度升高，则气体分子的平均动能变大，则选项B正确；
从A到B气体的压强变大，气体分子的平均速率变大，则单位时间内气体分子对单位面积的器壁的碰撞力变大，选项C错误；
气体的分子密度不变，从A到B气体分子的平均速率变大，则单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数变大，选项D错误。
13．（9分）（2023广东卷）在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的图像，气泡内气体先从压强为、体积为、温度为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，然后从状态绝热收缩到体积为、压强为、温度为的状态到过程中外界对气体做功为．已知和．求：
（1）的表达式；
（2）的表达式；
（3）到过程，气泡内气体的内能变化了多少？
【名师解析】（1）气体从压强为、体积为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，由玻意耳定律，p0V0= pB·5V0，解得：pB= 0.2p0。
（2）从状态B到状态C，由理想气体状态方程，=
解得：TC=1.9T0。
（3）由热力学第一定律，△U=W。
14. （2023高考山东高中学业水平等级考试）一定质量的理想气体，初始温度为，压强为。经等容过程，该气体吸收的热量后温度上升；若经等压过程，需要吸收的热量才能使气体温度上升。下列说法正确的是（ ）
A. 初始状态下，气体的体积为
B. 等压过程中，气体对外做功
C. 等压过程中，气体体积增加了原体积的
D. 两个过程中，气体的内能增加量都为
【参考答案】AD
【名师解析】
令理想气体的初始状态的压强，体积和温度分别为，
等容过程后为状态二，
等压过程后为状态三，
由理想气体状态方程可得
解得
体积增加了原来的，C错误；
等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律
两个过程的初末温度相同即内能变化相同，因此内能增加都为，D正确；
等压过程内能增加了，吸收热量为，由热力学第一定律可知气体对外做功为，即做功的大小为
解得 ，A正确B错误。
15. （2023学业水平等级考试上海卷）如图所示，一定质量的理想气体经历ab、bc、cd和da四个过程，期中ab和cd为双曲线的一部分，则下列温度大小关系正确的是
A. Ta＞Tb B. Tb＞Tc C. Tc＞Td D.Td＞Ta
【参考答案】B
【名师解析】根据玻意耳定律，气体等温变化时p—V图像是双曲线，且越靠上的温度越高，所以Ta=Tb＞Tc=Td，B正确。
16. （2023高考山东高中学业水平等级考试）利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强和体积（等于注射器示数与塑料管容积之和），逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。
回答以下问题：
（1）在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体___________。
A．与成正比 B．与成正比
（2）若气体被压缩到，由图乙可读出封闭气体压强为___________（保留3位有效数字）。
（3）某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了，则在计算乘积时，他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随的增大而___________（填“增大”或“减小”）。
【参考答案】 （1） B （2）. （3）. 增大
【名师解析】
（1）在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的气体，与成正比。故选B。
（2）若气体被压缩到，则有
由图乙可读出对应的封闭气体压强为
（3）某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了，则在计算乘积时，根据
可知他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随的增大而增大。
17. （2023高考海南卷）某饮料瓶内密封一定质量理想气体，时，压强
（1）时，气压是多大？
（2）保持温度不变，挤压气体，使之压强与（1）时相同时，气体体积为原来的多少倍？
【参考答案】（1）；（2）0.97
【名师解析】
（1）瓶内气体的始末状态的热力学温度分别为
，
温度变化过程中体积不变，故由查理定律有
解得
（2）保持温度不变，挤压气体，等温变化过程，由玻意耳定律有
解得
18. （2023高考湖南卷）汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成，连杆与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆上施加水平力推动液压泵实现刹车．助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力．每次抽气时，打开，闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，闭合，打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从排出，完成一次抽气过程．已知助力气室容积为，初始压强等于外部大气压强，助力活塞横截面积为，抽气气室的容积为．假设抽气过程中，助力活塞保持不动，气体可视为理想气体，温度保持不变．
（1）求第1次抽气之后助力气室内的压强；
（2）第次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小．
【参考答案】（1）；（2）
【名师解析】（1）第1次抽气后，由玻意耳定律，
解得：；
（2）第2次抽气后，由玻意耳定律，
解得：；
······
第次抽气后，由玻意耳定律，
解得：；
第次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小=（p0-pn）S=
19. （2023高考湖北卷） 如图所示，竖直放置在水平桌面上的左右两汽缸粗细均匀，内壁光滑，横截面积分别为S、，由体积可忽略的细管在底部连通。两汽缸中各有一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭，左侧汽缸底部与活塞用轻质细弹簧相连。初始时，两汽缸内封闭气柱的高度均为H，弹簧长度恰好为原长。现往右侧活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子，直至右侧活塞下降，左侧活塞上升。已知大气压强为，重力加速度大小为g，汽缸足够长，汽缸内气体温度始终不变，弹簧始终在弹性限度内。求
（1）最终汽缸内气体的压强。
（2）弹簧的劲度系数和添加的沙子质量。
【参考答案】（1）；（2）；
【名师解析】（1）初状态气体压强为p0，体积为V1=HS+2SH=3SH，
末状态体积为V2=1.5HS+4SH/3=SH，
由玻意耳定律，p0V1= p2V2，
解得：p2= p0。
（2）对左侧活塞，由平衡条件，p0S+k·= p2S，
解得：k=
对右侧活塞，由平衡条件，2p0S+mg= 2p2S，
解得：m=
20．（8分）（2023年6月高考浙江选考科目）如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积，质量的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度300K的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态A，其体积。缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积。固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C，此时压强。已知从状态A到状态C，气体从外界吸收热量；从状态B到状态C，气体内能增加；大气压。
（1）气体从状态A到状态B，其分子平均动能________（选填“增大”、“减小”或“不变”），圆筒内壁单位面积受到的压力________（选填“增大”、“减小”或“不变”）；
（2）求气体在状态C的温度Tc；
（3）求气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W。
【参考答案】（1）不变 增大 （2）Tc=346.5K （3）W=11J
【名师解析】（1）气体从状态A到状态B，做等温压缩变化，其气体内能不变，分子平均动能不变。体积减小，压强增大，圆筒内壁单位面积受到的压力增大。
（2）气体从状态A到状态B，做等温压缩变化，由玻意耳定律，p0VA= pBVB，
解得：pB=1.2p0=1.212×105Pa
气体从状态B到状态C，做等容变化，由查理定律=, TB=300K
解得：TC=346.5K
（3）由热力学第一定律，△U=W+Q，解得W=11J。
21. （2022天津学业水平选择性考试）采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率。将涡轮增压简化为以下两个过程，一定质量的理想气体首先经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度，则（ ）
A. 绝热过程中，气体分子平均动能增加
B. 绝热过程中，外界对气体做负功
C. 等压过程中，外界对气体做正功
D. 等压过程中，气体内能不变
【参考答案】AC
【命题意图】本题考查气体实验定律、热力学第一定律及其相关知识点。
【名师解析】
一定质量的理想气体经过绝热过程被压缩，可知气体体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体内能增加，则气体温度升高，气体分子平均动能增加，故A正确，B错误；
一定质量的理想气体经过等压过程回到初始温度，可知气体温度降低，气体内能减少；根据
可知气体体积减小，外界对气体做正功，故C正确，D错误。
22. （2022福建高考） 带有活塞的汽缸内封闭一定质量的理想气体，气体开始处于a状态，然后经过状态变化过程到达c状态。在V——T图中变化过程如图所示。
（1）气体从a状态经过到达b状态的过程中压强____________。（填“增大”、“减小”或“不变”）
（2）气体从b状态经过到达c状态的过程要____________。（填“吸收”或“放出”）热量。
【参考答案】 ①. 增大 ②. 放出
【命题意图】此题考查对V——T图像的理解，气体实验定律，热力学第一定律及其相关知识点。
【名师解析】
（1）[1]由V——T图像可知，气体从a状态经过到达b状态的过程中，气体的体积保持不变，温度升高，根据，可知气体的压强增大。
（2）[2]由V——T图像可知，气体从b状态经过到达c状态的过程，气体的温度保持不变，则气体的内能保持不变；气体的体积减小，则外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体对外放出热量。
23．（8分）（2023高考北京卷）（1）用油膜法估测油酸分子直径是一种通过测量宏观量来测量微观量的方法，已知1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V，在水面上形成的单分子油膜面积为S，则油酸分子的直径_________．
【参考答案】（1）V/S 【名师解析】（1）由V=Sd解得油酸分子直径d=V/S。
24．（2023高考北京卷）夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低．与白天相比，夜间轮胎内的气体（ ）
A．分子的平均动能更小 B．单位体积内分子的个数更少
C．所有分子的运动速率都更小 D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大
【参考答案】A
【名师解析】根据温度是分子平均动能的标志，可知夜间气温降低，与白天相比，夜间轮胎内的气体分子的平均动能更小，但不是所有分子的运动速率都更小，A正确C错误；由于轮胎容积不变，单位体积内分子的个数不变，C错误；根据压强的微观意义，可知汽车轮胎内的气体压强变低．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更小，D错误。
2. 如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体（　　）
A. 对外做功 B. 内能减小 C. 吸收热量 D. 压强不变
【参考答案】B
【名师解析】
．由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故A错误；
爬山过程中温度降低，则气体内能减小，故B正确；
．根据热力学第一定律可知
爬山过程中气体不做功，但内能见效，故可知气体放出热量，故C错误；
．爬山过程中氧气瓶里的气体容积质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程有
可知气体压强减小，故D错误；
13．（9分）（2023广东卷）在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的图像，气泡内气体先从压强为、体积为、温度为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，然后从状态绝热收缩到体积为、压强为、温度为的状态到过程中外界对气体做功为．已知和．求：
（1）的表达式；
（2）的表达式；
（3）到过程，气泡内气体的内能变化了多少？
【名师解析】（1）气体从压强为、体积为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，由玻意耳定律，p0V0= pB·5V0，解得：pB= 0.2p0。
（2）从状态B到状态C，由理想气体状态方程，=
解得：TC=1.9T0。
（3）由热力学第一定律，△U=W。
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