专题24分子动理论，固体和液体，热力学定律-2024高考物理真题分类汇编（全国版 含解析）

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2024高考物理真题分项解析
专题24分子动理论，固体和液体，热力学定律
1. （2024年6月浙江省物理选考）下列说法正确的是（　　）
A. 中子整体呈电中性但内部有复杂结构
B. 真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都相同
C. 增加接收电路的线圈匝数，可接收更高频率的电台信号
D. 分子间作用力从斥力变为引力的过程中，分子势能先增加后减少
【答案】AB
【解析】
中子靠弱相互作用结合成整体，则中子呈电中性但内部有复杂结构，故A正确；
根据爱因斯坦的相对论可知，真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都相同，故B正确；
根据可知，增加接收电路的线圈匝数，可减小振荡电路的固有频率，则可接收较低频率的电台信号，故C错误；分子间作用力从斥力变为引力的过程中，即分子距离从小于到大于的过程，分子力先做正功后做负功，则分子势能先减小后增大，故D错误。
2. （2024年高考海南卷） 一定质量的理想气体从状态a开始经ab、bc、ca三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过O点，下列说法正确的是（　　）
A. be过程外界对气体做功
B. ca过程气体压强不变
C. ab过程气体放出热量
D. ca过程气体内能减小
【答案】AC
【解析】
选项A：由理想气体状态方程
化简可得
由图像可知，图像的斜率越大，压强越小，故
bc过程为等压变化，体积减小，外界对气体做功，故A正确；
选项B．由A选项可知，ca过程压强减小，故B错误；
选项C．ab过程为等温变化，内能不变，故
根据玻意耳定律可知，体积减小，压强增大，外界对气体做功，故
根据热力学第一定律
解得
故ab过程气体放出热量，故C正确；
选项D．ca过程，温度升高，内能增大，故D错误。
3. （2024年6月浙江省物理选考）如图所示，测定一个形状不规则小块固体体积，将此小块固体放入已知容积为V0的导热效果良好的容器中，开口处竖直插入两端开口的薄玻璃管，其横截面积为S，接口用蜡密封。容器内充入一定质量的理想气体，并用质量为m的活塞封闭，活塞能无摩擦滑动，稳定后测出气柱长度为l1，将此容器放入热水中，活塞缓慢竖直向上移动，再次稳定后气柱长度为l2、温度为T2。已知S=4.0×10-4m2，m=0.1kg，l1=0.2 m，l2=0.3m，T2=350K，V0=2.0×10-4m3，大气压强p0=1.0×105Pa，环境温度T1=300K。
（1）在此过程中器壁单位面积所受气体分子的平均作用力________（选填“变大”“变小”或“不变”），气体分子的数密度_______（选填“变大”“变小”或“不变”）；
（2）求此不规则小块固体体积V；
（3）若此过程中气体内能增加10.3 J，求吸收热量Q。
【答案】（1）不变，变小；（2）4×10-5m3；（3）14.4J
【解析】
（1）[1][2]温度升高后，活塞缓慢上升，受力不变，故封闭气体的压强不变，根据可知器壁单位面积所受气体分子的平均作用力不变；由于体积变大，故气体分子的数密度变小。
（2）气体发生等压变化，根据盖—吕萨克定律
解得
（3）整个过程中外界对气体做功为
对活塞受力分析
解得
根据热力学第一定律
其中
解得
故气体吸收热量为14.4J。
4 （2024高考重庆卷）某救生手环主要由高压气罐密闭。气囊内视为理想气体。密闭气囊与人一起上浮的过程中。若气囊内气体温度不变，体积增大，则（ ）
A. 外界对气囊内气体做正功
B. 气囊内气体压强增大
C. 气囊内气体内能增大
D. 气囊内气体从外界吸热
【答案】D
【解析】
气囊上浮过程，密闭气体温度不变，由玻意耳定律pV = C
可知，体积变大，则压强变小，气体对外做功，故AB错误；
气体温度不变，内能不变，气体对外做功，W < 0，由热力学第一定律ΔU = Q＋W
则Q > 0，需要从外界吸热，故C错误，D正确。
5 （2024高考河北卷）如图，水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后（ ）
A. 弹簧恢复至自然长度
B. 活塞两侧气体质量相等
C. 与初始时相比，汽缸内气体的内能增加
D. 与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少
【答案】ACD
【解析】
初始状态活塞受到左侧气体向右的压力和弹簧向左的弹力处于平衡状态，弹簧处于压缩状态。因活塞密封不产，可知左侧气体向右侧真空漏出。左侧气体压强变小，右侧出现气体，对活塞有向左的压力，最终左、右两侧气体压强相等，且弹簧恢复原长，故A正确；
由题知活塞初始时静止在汽缸正中间，但由于活塞向左移动，左侧气体体积小于右侧气体体积，则左侧气体质量小于右侧气体质量，故B错误；
密闭的气缸绝热，与外界没有能量交换，但弹簧弹性势能减少了，可知气体内能增加，故C正确；
初始时气体在左侧，最终气体充满整个气缸，则初始左侧单位体积内气体分子数应该是最终左侧的两倍，故D正确。
6 . （2024高考山东卷）一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是（　　）
A. a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功
B. b→c过程，气体对外做功，内能增加
C. a→b→c过程，气体从外界吸收热量全部用于对外做功
D. a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量
【答案】C
【解析】
．a→b过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做功W<0，由盖-吕萨克定律可知
即内能增大，，根据热力学第一定律可知过程，气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内能，A错误；
B．方法一：过程中气体与外界无热量交换，即
又由气体体积增大可知，由热力学第一定律可知气体内能减少。
方法二：过程为等温过程，所以
结合分析可知
所以b到c过程气体的内能减少。故B错误；
C．过程为等温过程，可知
根据热力学第一定律可知过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，C正确；
D．根据热力学第一定律结合上述解析可知：一整个热力学循环过程，整个过程气体对外做功，因此热力学第一定律可得
故过程气体从外界吸收的热量不等于过程放出的热量，D错误。
。
7 （2024高考全国理综甲卷）. 如图，四个相同的绝热试管分别倒立在盛水的烧杯a、b、c、d中，平衡后烧杯a、b、c中的试管内外水面的高度差相同，烧杯d中试管内水面高于试管外水面。已知四个烧杯中水的温度分别为、、、，且。水的密度随温度的变化忽略不计。下列说法正确的是（　　）
A. a中水的饱和气压最小
B. a、b中水的饱和气压相等
C. c、d中水的饱和气压相等
D. a、b中试管内气体的压强相等
E. d中试管内气体的压强比c中的大
【答案】ACD
【解析】
同一物质的饱和气压与温度有关，温度越大，饱和气压越大，a中水的温度最低，则a中水的饱和气压最小，故A正确；同理，a中水的温度小于b中水的温度，则a中水的饱和气压小于b中水的饱和气压，故B错误；
c中水的温度等于d中水的温度，则c、d中水的饱和气压相等，故C正确；
设大气压强为，试管内外水面的高度差为，则a、b中试管内气体的压强均为
故D正确；
d中试管内气体的压强为
c中试管内气体的压强为
可知，故E错误。
8. （2024年1月浙江选考·19）如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为的左右两部分。面积为的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度、压强的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，气体内能增加。已知大气压强，隔板厚度不计。
（1）气体从状态1到状态2是___（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）；
（2）求水平恒力F的大小；
（3）求电阻丝C放出的热量Q。
【答案】（1）气体从状态1到状态2是不可逆过程，分子平均动能不变；（2）；（3）
【解析】
（1）根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板A的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不做功，又没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，分子平均动能不变。
（2）气体从状态1到状态2发生等温变化，则有
解得状态2气体的压强为
解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为对象，根据受力平衡可得
解得
（3）当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度的状态3，可知气体做等压变化，则有
可得状态3气体的体积为
该过程气体对外做功为
根据热力学第一定律可得
解得气体吸收的热量为
可知电阻丝C放出的热量为
9 ．（2024高考北京卷）一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变．在上浮过程中气泡内气体（ ）
A．内能变大 B．压强变大
C．体积不变 D．从水中吸热
【参考答案】．D
【考查知识点】内能、压强、玻意耳定律、热力学第一定律
【名师解析】上浮过程气泡内气体的温度不变，内能不变，A错误；气泡内气体压强，故上浮过程气泡内气体的压强减小，B错误；由玻意耳定律知，气体的体积变大，C错误；上浮过程气体体积变大，气体对外做功，由热力学第一定律知，气体从水中吸热，D正确．
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