高考物理二轮复习专题五光学热学近代物理初步第13讲热学课件（56页PPT）
文档属性
| 名称 | 高考物理二轮复习专题五光学热学近代物理初步第13讲热学课件（56页PPT） |
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| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 42.6MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-03-13 00:00:00 | ||
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文档简介
(共56张PPT)
[复习目标]
1.理解分子动理论,知道固体、液体和气体的特点。
2.能熟练应用气体实验定律和理想气体状态方程解决问题。
3.会分析热力学定律与气体实验定律结合的问题。
2.反映分子运动规律的两个实例
布朗运动 悬浮在液体或气体中的固体小颗粒做永不停息的无规则运动,颗粒越小、温度越高,运动越剧烈
扩散现象 分子永不停息地做无规则运动,温度越高,扩散越快
3.分子间作用力和分子势能
分子间作用力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图甲、乙所示(取无穷远处分子势能Ep=0)。
(1)当r>r0时,分子间作用力表现为引力,当r增大时,分子间作用力做负功,分子势能增加。
(2)当r(3)当r=r0时,分子势能最小。
4.气体压强的微观解释
5.晶体与非晶体
分类 晶体 非晶体
单晶体 多晶体
外形 规则 不规则
物理性质 各向异性 各向同性
熔点 确定 不确定
原子排列 有规则,但多晶体中每个小的单晶体间的排列无规则 无规则
联系 晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化
6.液体
(1)液体的表面张力具有使液体表面积收缩到最小的趋势。
(2)液晶既具有液体的流动性,又具有晶体的光学各向异性。
[例1] (2025·山东卷)分子间作用力F与分子间距离r的关系如图所示,若规定两个分子间距离r等于r0时分子势能Ep为零,则( )
A.只有r大于r0时,Ep为正
B.只有r小于r0时,Ep为正
C.当r不等于r0时,Ep为正
D.当r不等于r0时,Ep为负
C
解析 根据题图可知,当r=r0时,分子间作用力为0,当r>r0时,分子间作用力表现为引力,当0[例2] (多选)(2025·黑龙江哈尔滨二模)黑龙江的冬季,在特定温度下冰晶会形成规则的六边形结构,这种自然形成的完美六方晶体不仅是大气的艺术品,更为新型人工晶体制备提供了启示,比如在半导体晶圆生长工艺中,借鉴冰晶的稳态控制方法可将缺陷密度降低40%以上。下列说法正确的是( )
A.冰晶的规则排列表明分子间作用力具有方向性
B.冰晶熔化时,分子热运动的平均动能保持不变
C.温度升高时,冰晶内分子热运动平均速率增大
D.冰晶熔化过程中,内能增加但温度不变
BCD
解析 冰晶规则排列是晶体结构的特性,与分子间作用力的方向性无关,A错误;冰晶熔化时温度不变,温度是平均动能的标志,所以分子平均动能不变,B正确;温度升高时,分子热运动平均速率增大,C正确;冰晶熔化时吸热用于破坏分子间作用力,内能增加但温度保持不变,D正确。
模型1 “汽缸+活塞”模型
[例3] (2025·海南卷)竖直放置的汽缸内,活塞横截面积S=0.01 m2,活塞质量不计,活塞与汽缸无摩擦,最初活塞静止,缸内气体T0=300 K,V0=5×10-3 m3,大气压强p0=1×105 Pa,g取10 m/s2。
(1)若加热活塞缓慢上升,体积变为V1=7.5×10-3 m3,求此时的
温度T1;
(2)若往活塞上放m=25 kg的重物,保持温度T0不变,求稳定之后,
气体的体积V2。
答案 (1)450 K (2)4×10-3 m3
“汽缸+活塞”模型的解答方法
模型2 “液柱+管”模型
[例4] (2025·湖南卷)用热力学方法可测量重力加速度。如图所示,粗细均匀的细管开口向上竖直放置,管内用液柱封闭了一段长度为L1的空气柱。液柱长为h,密度为ρ。缓慢旋转细管至水平,封闭空气柱长度为L2,大气压强为p0。
(1)若整个过程中温度不变,求重力加速度g的大小;
(2)考虑到实验测量中存在各类误差,需要在不同实验参数下进
行多次测量,如不同液柱长度、空气柱长度、温度等。某次实验
测量数据如下,液柱长h=0.200 0 m,细管开口向上竖直放置时空气柱温度T1=305.7 K。水平放置时调控空气柱温度,当空气柱温度T2=300.0 K时,空气柱长度与竖直放置时相同。已知ρ=1.0×103 kg/m3,p0=1.0×105 Pa。根据该组实验数据,求重力加速度g的值。
“液柱+管”模型的解答方法
1.气体实验定律及选取原则
(1)三大实验定律
(2)选取原则:理想气体在质量一定的情况下,p、V、T中有一个量不发生变化,则选取对应的实验定律列方程求解。
2.应用热力学第一定律分析理想气体内能相关问题
(1)做功情况看体积
体积V减小→外界对气体做功→W>0;
体积V增大→气体对外界做功→W<0;
无阻碍地自由膨胀→W=0。
(2)内能变化看温度
温度T升高→内能增加→ΔU>0;
温度T降低→内能减少→ΔU<0。
(3)吸热还是放热,一般题目中会告知,或由热力学第一定律ΔU=Q+W,知道W和ΔU后确定Q。
[例6] (2025·四川南充三模)如图所示为一定质量理想气体从状态A→状态B→状态C的p-V图像,已知状态A的温度TA=600 K。结合图中数据求:
(1)状态B的温度TB和状态C的温度TC;
(2)从状态A到状态B的过程中,系统吸收的热量Q。
答案 (1)600 K 200 K (2)4×105 J
“等效法”分析气体“变质量”问题的方法
在处理“充气、抽气”问题时可以采用“等效法”,可以把“变质量”问题转化为“定质量”问题。
1.充气中的变质量问题:设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来,那么当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时,这些气体状态不管怎样变化,其总质量是不变的,即可把变质量的问题转化成定质量的问题。
2.抽气中的变质量问题:用抽气筒对容器抽气的过程中,对每一次抽气而言,容器中气体质量发生变化,如果假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始、末状态中,即可把变质量问题转化为定质量问题。
[例7] (2025·陕西安康三模)如图所示,蹦蹦球是一种儿童健身玩具,某同学在热力学温度T0=300 K的室内,用打气筒对蹦蹦球充气,充气前蹦蹦球内部空气的压强p0=1 atm,充气后蹦蹦球内部气体的压强增加到2.4 atm。已知蹦蹦球的容积V=2.5 L,打气筒每次充入ΔV=0.1 L、压强为1 atm的空气,忽略充气过程中气体温度及蹦蹦球容积的变化,空气可视为理想气体。
(1)求打气筒充气的次数n;
(2)将蹦蹦球拿到室外暴晒,一段时间后蹦蹦球内部空气的
热力学温度升高到T=325 K,求此时蹦蹦球内部空气的压强p。
[例8] 如图所示,A、B是两个容积为V的容器,C是用活塞密封的气筒,它的工作容积为0.5V,C与A、B通过两只单向进气阀a、b相连,当气筒抽气时a打开、b关闭,当气筒打气时b打
开、a关闭。最初A、B两容器内气体的压强均为大气压强p0,活塞位于气筒C的最右侧(气筒与容器间连接处的容积不计,气体温度保持不变)。求:
(1)活塞以工作容积完成第一次抽气后,气筒C内气体的压强p1;
(2)活塞以工作容积完成抽气、打气各2次后,A、B容器内的
气体压强之比。
[基础巩固练]
1.(2025·江苏卷)一定质量的理想气体,体积保持不变。在甲、乙两个状态下,该气体分子速率分布图像如图所示。与状态甲相比,该气体在状态乙时( )
C
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A.分子的数密度较大
B.分子间平均距离较小
C.分子的平均动能较大
D.单位时间内分子碰撞单位面积器壁的次数较少
解析 根据题意,一定质量的理想气体,甲、乙两个状态下气体的体积相同,所以分子数密度相同,分子的平均距离相同,故A、B错误;根据题图可知,乙状态下气体速率大的分子占比较多,则乙状态下气体温度较高,分子的平均动能较大,故C正确;乙状态下气体分子平均速率大,数密度相等,则单位时间内撞击容器壁次数较多,故D错误。
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2.(多选)(2025·云南大理二模)关于下列四幅图像的描述,说法正确的是( )
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A.图甲为同种大量气体分子热运动的速率分布图像,曲线②对应的温度较低
B.图乙为一定质量的理想气体在不同温度下的等温线,由图像可知T1C.图丙为分子间作用力F与分子间距离r的关系,由图可知分子间的距离从r0增大的过程中,分子力先减小后增大
D.图丁为一定质量的理想气体的p-V图像,则a→c→b过程比a→b过程气体对外界所做的功多
解析 题图甲中,曲线②对应速率大的分子占据的比例较大,则说明曲线②对应分子的平均动能较大,曲线②对应的温度较高,故A错误;题图乙中,一定质量的理想气体在不同温度下的等温线,由pV=CT结合图像可知T11
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3.(多选)(2025·江西景德镇二模)如图所示,一下端封闭、上端开口的粗细均匀的玻璃管竖直静置,长度L2=16 cm的水银柱封闭了一段空气(视为理想气体)柱,空气柱的长度L1=10 cm。外界大气压强恒为p0=76 cmHg。使玻璃管向上做加速度大小为a=5 m/s2的匀加速直线运动时,管内空气温度保持不变,重力加速度大小g取10 m/s2,和竖直静置时相比较,下列说法正确的有( )
A.管内空气的压强增加了16 cmHg
B.管内空气柱的长度减少了1.6 cm
C.管内空气的压强增加了8 cmHg
D.管内空气柱的长度减少了0.8 cm
CD
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解析 根据题意,设静止时管内空气的压强为p1,则有p1=p0+ρgL2=92 cmHg;设玻璃管向上加速时管内空气的压强为p2,管的横截面积为S,则有p2S-p0S-ρgL2S=ρL2Sa,解得p2=100 cmHg,可知管内空气的压强增加了Δp=p2-p1=8 cmHg,故A错误,C正确;由于空气温度保持不变,由玻意耳定律有p1L1S=p2L'1S,解得L'1=9.2 cm,可知,管内空气柱的长度减少了0.8 cm,故B错误,D正确。
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4.(2025·广东佛山二模)如图所示,导热良好的汽缸内封闭一定质量的理想气体,汽缸与活塞间的摩擦忽略不计。现缓慢向沙桶倒入细沙,下列关于密封气体的状态图像一定正确的是( )
A
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解析 由题意知,汽缸导热性能良好,由于热交换,汽缸内的气体温度不变,缓慢向沙桶倒入细沙,气体体积减小,压强增大,由玻意耳定律得知,气体压强与体积成反比,与体积倒数成正比。故选A。
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[能力提升练]
5.(多选)(2025·河南卷)如图,一圆柱形汽缸水平固置,其内部被活塞M、P、N密封成两部分,活塞P与汽缸壁均绝热且两者间无摩擦。平衡时,P左、右两侧理想气体的温度分别为T1和T2,体积分别为V1和V2,T14
AC
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A.固定M、N,若两侧气体同时缓慢升高相同温度,P将右移
B.固定M、N,若两侧气体同时缓慢升高相同温度,P将左移
C.保持T1、T2不变,若M、N同时缓慢向中间移动相同距离,P将右移
D.保持T1、T2不变,若M、N同时缓慢向中间移动相同距离,P将左移
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7.(多选)(2025·四川成都模拟)斯特林发动机是独特的热机,它的效率几乎等于理论最大效率。该发动机工作中经过由两个等容过程和两个等温过程组成的可逆循环,被称为斯特林循环。如图所示,一定质量的理想气体经ABCDA完成循环过程,其中AB和CD均为等温过程,BC和DA均为等容过程。对此气体,下列说法正确的是( )
A.T1>T2
B.A到B过程,气体放出热量
C.B到C过程,温度降低,每个气体分子运动速率都变小
D.经过如图所示的一个斯特林循环过程,气体从外界
吸收热量
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AD
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8.(2025·贵州贵阳二模)如图所示是一定质量的理想气体缓慢地由状态A经过状态B变为状态C再到状态D的V-T图像。已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。则对应的气体的p-T变化图像正确的是( )
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9.(2025·陕晋青宁卷)某种卡车轮胎的标准胎压范围为2.8×105 Pa~3.5×105 Pa。卡车行驶过程中,一般胎内气体的温度会升高,体积及压强也会增大。若某一行驶过程中胎内气体压强p随体积V线性变化如图所示,温度T1为300 K时,体积V1和压强p1分别为0.528 m3、3.0×105 Pa;当胎内气体温度升高到T2为350 K时,体积增大到V2为0.560 m3,气体可视为理想气体。
(1)求此时胎内气体的压强p2;
(2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为7.608×104 J,
求胎内气体的内能增加量ΔU。
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10.(2025·广东卷)如图是某铸造原理示意图,往气室注入空气增加压强,使金属液沿升液管进入已预热的铸型室,待铸型室内金属液冷却凝固后获得铸件。柱状铸型室通过排气孔与大气相通,大气压强p0=1.0×105 Pa,铸型室底面积S1=0.2 m2,高度h1=0.2 m,底面与注气前气室内金属液面高度差H=0.15 m,柱状气室底面积S2=0.8 m2,注气前气室内气体压强为p0,金属液的密度ρ=5.0×103 kg/m3,重力加速度g取10 m/s2,空气可视为理想气体,不计升液管的体积。
(1)求金属液刚好充满铸型室时,气室内金属液面下降的高度
h2和气室内气体压强p1;
(2)若在注气前关闭排气孔使铸型室密封,且注气过程中铸型
室内温度不变,求注气后铸型室内的金属液高度为h3=0.04 m时,
气室内气体压强p2。
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答案 (1)0.05 m 1.2×105 Pa (2)1.35×105 Pa
解析 (1)金属液刚好充满铸型室时,有
h1S1=h2S2
代入数据解得h2=0.05 m
则气室内气体的压强
p1=p0+ρg(h1+H+h2)
代入数据解得p1=1.2×105 Pa。
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(2)设注气后气室金属液液面下降的高度为h4,则有h3S1=h4S2
解得h4=0.01 m
由于注气过程中铸型室内温度不变,则对铸型室内气体,由玻意耳定律有
p0S1h1=p'S1(h1-h3)
解得注气后铸型室内气体的压强
p'=1.25×105 Pa
所以注气后气室内气体压强
p2=p'+ρg(h3+H+h4)
解得p2=1.35×105 Pa。
[拓展培优练]
11.(2025·安徽蚌埠二模)如图所示,U形玻璃管由截面积为10 cm2和截面积为20 cm2的两段玻璃管连接而成,管内有一段水银柱,左右两管中液面高度差为H=5 cm,右管中水银液面到粗玻璃管下端距离d=1 cm,左管中封闭的理想气体气柱长为L=10 cm,环境温度为300 K,大气压强为75 cmHg,现缓慢升高环境温度使左右两管中液面相平,右管足够长,求:
(1)升高后的温度;
(2)若温度升高后保持不变,再往右管中缓慢倒入水银,
使左管中气柱的长仍变为10 cm,求倒入的水银体积。
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[复习目标]
1.理解分子动理论,知道固体、液体和气体的特点。
2.能熟练应用气体实验定律和理想气体状态方程解决问题。
3.会分析热力学定律与气体实验定律结合的问题。
2.反映分子运动规律的两个实例
布朗运动 悬浮在液体或气体中的固体小颗粒做永不停息的无规则运动,颗粒越小、温度越高,运动越剧烈
扩散现象 分子永不停息地做无规则运动,温度越高,扩散越快
3.分子间作用力和分子势能
分子间作用力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图甲、乙所示(取无穷远处分子势能Ep=0)。
(1)当r>r0时,分子间作用力表现为引力,当r增大时,分子间作用力做负功,分子势能增加。
(2)当r
4.气体压强的微观解释
5.晶体与非晶体
分类 晶体 非晶体
单晶体 多晶体
外形 规则 不规则
物理性质 各向异性 各向同性
熔点 确定 不确定
原子排列 有规则,但多晶体中每个小的单晶体间的排列无规则 无规则
联系 晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化
6.液体
(1)液体的表面张力具有使液体表面积收缩到最小的趋势。
(2)液晶既具有液体的流动性,又具有晶体的光学各向异性。
[例1] (2025·山东卷)分子间作用力F与分子间距离r的关系如图所示,若规定两个分子间距离r等于r0时分子势能Ep为零,则( )
A.只有r大于r0时,Ep为正
B.只有r小于r0时,Ep为正
C.当r不等于r0时,Ep为正
D.当r不等于r0时,Ep为负
C
解析 根据题图可知,当r=r0时,分子间作用力为0,当r>r0时,分子间作用力表现为引力,当0
A.冰晶的规则排列表明分子间作用力具有方向性
B.冰晶熔化时,分子热运动的平均动能保持不变
C.温度升高时,冰晶内分子热运动平均速率增大
D.冰晶熔化过程中,内能增加但温度不变
BCD
解析 冰晶规则排列是晶体结构的特性,与分子间作用力的方向性无关,A错误;冰晶熔化时温度不变,温度是平均动能的标志,所以分子平均动能不变,B正确;温度升高时,分子热运动平均速率增大,C正确;冰晶熔化时吸热用于破坏分子间作用力,内能增加但温度保持不变,D正确。
模型1 “汽缸+活塞”模型
[例3] (2025·海南卷)竖直放置的汽缸内,活塞横截面积S=0.01 m2,活塞质量不计,活塞与汽缸无摩擦,最初活塞静止,缸内气体T0=300 K,V0=5×10-3 m3,大气压强p0=1×105 Pa,g取10 m/s2。
(1)若加热活塞缓慢上升,体积变为V1=7.5×10-3 m3,求此时的
温度T1;
(2)若往活塞上放m=25 kg的重物,保持温度T0不变,求稳定之后,
气体的体积V2。
答案 (1)450 K (2)4×10-3 m3
“汽缸+活塞”模型的解答方法
模型2 “液柱+管”模型
[例4] (2025·湖南卷)用热力学方法可测量重力加速度。如图所示,粗细均匀的细管开口向上竖直放置,管内用液柱封闭了一段长度为L1的空气柱。液柱长为h,密度为ρ。缓慢旋转细管至水平,封闭空气柱长度为L2,大气压强为p0。
(1)若整个过程中温度不变,求重力加速度g的大小;
(2)考虑到实验测量中存在各类误差,需要在不同实验参数下进
行多次测量,如不同液柱长度、空气柱长度、温度等。某次实验
测量数据如下,液柱长h=0.200 0 m,细管开口向上竖直放置时空气柱温度T1=305.7 K。水平放置时调控空气柱温度,当空气柱温度T2=300.0 K时,空气柱长度与竖直放置时相同。已知ρ=1.0×103 kg/m3,p0=1.0×105 Pa。根据该组实验数据,求重力加速度g的值。
“液柱+管”模型的解答方法
1.气体实验定律及选取原则
(1)三大实验定律
(2)选取原则:理想气体在质量一定的情况下,p、V、T中有一个量不发生变化,则选取对应的实验定律列方程求解。
2.应用热力学第一定律分析理想气体内能相关问题
(1)做功情况看体积
体积V减小→外界对气体做功→W>0;
体积V增大→气体对外界做功→W<0;
无阻碍地自由膨胀→W=0。
(2)内能变化看温度
温度T升高→内能增加→ΔU>0;
温度T降低→内能减少→ΔU<0。
(3)吸热还是放热,一般题目中会告知,或由热力学第一定律ΔU=Q+W,知道W和ΔU后确定Q。
[例6] (2025·四川南充三模)如图所示为一定质量理想气体从状态A→状态B→状态C的p-V图像,已知状态A的温度TA=600 K。结合图中数据求:
(1)状态B的温度TB和状态C的温度TC;
(2)从状态A到状态B的过程中,系统吸收的热量Q。
答案 (1)600 K 200 K (2)4×105 J
“等效法”分析气体“变质量”问题的方法
在处理“充气、抽气”问题时可以采用“等效法”,可以把“变质量”问题转化为“定质量”问题。
1.充气中的变质量问题:设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来,那么当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时,这些气体状态不管怎样变化,其总质量是不变的,即可把变质量的问题转化成定质量的问题。
2.抽气中的变质量问题:用抽气筒对容器抽气的过程中,对每一次抽气而言,容器中气体质量发生变化,如果假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始、末状态中,即可把变质量问题转化为定质量问题。
[例7] (2025·陕西安康三模)如图所示,蹦蹦球是一种儿童健身玩具,某同学在热力学温度T0=300 K的室内,用打气筒对蹦蹦球充气,充气前蹦蹦球内部空气的压强p0=1 atm,充气后蹦蹦球内部气体的压强增加到2.4 atm。已知蹦蹦球的容积V=2.5 L,打气筒每次充入ΔV=0.1 L、压强为1 atm的空气,忽略充气过程中气体温度及蹦蹦球容积的变化,空气可视为理想气体。
(1)求打气筒充气的次数n;
(2)将蹦蹦球拿到室外暴晒,一段时间后蹦蹦球内部空气的
热力学温度升高到T=325 K,求此时蹦蹦球内部空气的压强p。
[例8] 如图所示,A、B是两个容积为V的容器,C是用活塞密封的气筒,它的工作容积为0.5V,C与A、B通过两只单向进气阀a、b相连,当气筒抽气时a打开、b关闭,当气筒打气时b打
开、a关闭。最初A、B两容器内气体的压强均为大气压强p0,活塞位于气筒C的最右侧(气筒与容器间连接处的容积不计,气体温度保持不变)。求:
(1)活塞以工作容积完成第一次抽气后,气筒C内气体的压强p1;
(2)活塞以工作容积完成抽气、打气各2次后,A、B容器内的
气体压强之比。
[基础巩固练]
1.(2025·江苏卷)一定质量的理想气体,体积保持不变。在甲、乙两个状态下,该气体分子速率分布图像如图所示。与状态甲相比,该气体在状态乙时( )
C
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A.分子的数密度较大
B.分子间平均距离较小
C.分子的平均动能较大
D.单位时间内分子碰撞单位面积器壁的次数较少
解析 根据题意,一定质量的理想气体,甲、乙两个状态下气体的体积相同,所以分子数密度相同,分子的平均距离相同,故A、B错误;根据题图可知,乙状态下气体速率大的分子占比较多,则乙状态下气体温度较高,分子的平均动能较大,故C正确;乙状态下气体分子平均速率大,数密度相等,则单位时间内撞击容器壁次数较多,故D错误。
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2.(多选)(2025·云南大理二模)关于下列四幅图像的描述,说法正确的是( )
BD
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A.图甲为同种大量气体分子热运动的速率分布图像,曲线②对应的温度较低
B.图乙为一定质量的理想气体在不同温度下的等温线,由图像可知T1
D.图丁为一定质量的理想气体的p-V图像,则a→c→b过程比a→b过程气体对外界所做的功多
解析 题图甲中,曲线②对应速率大的分子占据的比例较大,则说明曲线②对应分子的平均动能较大,曲线②对应的温度较高,故A错误;题图乙中,一定质量的理想气体在不同温度下的等温线,由pV=CT结合图像可知T1
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3.(多选)(2025·江西景德镇二模)如图所示,一下端封闭、上端开口的粗细均匀的玻璃管竖直静置,长度L2=16 cm的水银柱封闭了一段空气(视为理想气体)柱,空气柱的长度L1=10 cm。外界大气压强恒为p0=76 cmHg。使玻璃管向上做加速度大小为a=5 m/s2的匀加速直线运动时,管内空气温度保持不变,重力加速度大小g取10 m/s2,和竖直静置时相比较,下列说法正确的有( )
A.管内空气的压强增加了16 cmHg
B.管内空气柱的长度减少了1.6 cm
C.管内空气的压强增加了8 cmHg
D.管内空气柱的长度减少了0.8 cm
CD
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解析 根据题意,设静止时管内空气的压强为p1,则有p1=p0+ρgL2=92 cmHg;设玻璃管向上加速时管内空气的压强为p2,管的横截面积为S,则有p2S-p0S-ρgL2S=ρL2Sa,解得p2=100 cmHg,可知管内空气的压强增加了Δp=p2-p1=8 cmHg,故A错误,C正确;由于空气温度保持不变,由玻意耳定律有p1L1S=p2L'1S,解得L'1=9.2 cm,可知,管内空气柱的长度减少了0.8 cm,故B错误,D正确。
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4.(2025·广东佛山二模)如图所示,导热良好的汽缸内封闭一定质量的理想气体,汽缸与活塞间的摩擦忽略不计。现缓慢向沙桶倒入细沙,下列关于密封气体的状态图像一定正确的是( )
A
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解析 由题意知,汽缸导热性能良好,由于热交换,汽缸内的气体温度不变,缓慢向沙桶倒入细沙,气体体积减小,压强增大,由玻意耳定律得知,气体压强与体积成反比,与体积倒数成正比。故选A。
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[能力提升练]
5.(多选)(2025·河南卷)如图,一圆柱形汽缸水平固置,其内部被活塞M、P、N密封成两部分,活塞P与汽缸壁均绝热且两者间无摩擦。平衡时,P左、右两侧理想气体的温度分别为T1和T2,体积分别为V1和V2,T1
AC
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A.固定M、N,若两侧气体同时缓慢升高相同温度,P将右移
B.固定M、N,若两侧气体同时缓慢升高相同温度,P将左移
C.保持T1、T2不变,若M、N同时缓慢向中间移动相同距离,P将右移
D.保持T1、T2不变,若M、N同时缓慢向中间移动相同距离,P将左移
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7.(多选)(2025·四川成都模拟)斯特林发动机是独特的热机,它的效率几乎等于理论最大效率。该发动机工作中经过由两个等容过程和两个等温过程组成的可逆循环,被称为斯特林循环。如图所示,一定质量的理想气体经ABCDA完成循环过程,其中AB和CD均为等温过程,BC和DA均为等容过程。对此气体,下列说法正确的是( )
A.T1>T2
B.A到B过程,气体放出热量
C.B到C过程,温度降低,每个气体分子运动速率都变小
D.经过如图所示的一个斯特林循环过程,气体从外界
吸收热量
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AD
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8.(2025·贵州贵阳二模)如图所示是一定质量的理想气体缓慢地由状态A经过状态B变为状态C再到状态D的V-T图像。已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。则对应的气体的p-T变化图像正确的是( )
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9.(2025·陕晋青宁卷)某种卡车轮胎的标准胎压范围为2.8×105 Pa~3.5×105 Pa。卡车行驶过程中,一般胎内气体的温度会升高,体积及压强也会增大。若某一行驶过程中胎内气体压强p随体积V线性变化如图所示,温度T1为300 K时,体积V1和压强p1分别为0.528 m3、3.0×105 Pa;当胎内气体温度升高到T2为350 K时,体积增大到V2为0.560 m3,气体可视为理想气体。
(1)求此时胎内气体的压强p2;
(2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为7.608×104 J,
求胎内气体的内能增加量ΔU。
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10.(2025·广东卷)如图是某铸造原理示意图,往气室注入空气增加压强,使金属液沿升液管进入已预热的铸型室,待铸型室内金属液冷却凝固后获得铸件。柱状铸型室通过排气孔与大气相通,大气压强p0=1.0×105 Pa,铸型室底面积S1=0.2 m2,高度h1=0.2 m,底面与注气前气室内金属液面高度差H=0.15 m,柱状气室底面积S2=0.8 m2,注气前气室内气体压强为p0,金属液的密度ρ=5.0×103 kg/m3,重力加速度g取10 m/s2,空气可视为理想气体,不计升液管的体积。
(1)求金属液刚好充满铸型室时,气室内金属液面下降的高度
h2和气室内气体压强p1;
(2)若在注气前关闭排气孔使铸型室密封,且注气过程中铸型
室内温度不变,求注气后铸型室内的金属液高度为h3=0.04 m时,
气室内气体压强p2。
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答案 (1)0.05 m 1.2×105 Pa (2)1.35×105 Pa
解析 (1)金属液刚好充满铸型室时,有
h1S1=h2S2
代入数据解得h2=0.05 m
则气室内气体的压强
p1=p0+ρg(h1+H+h2)
代入数据解得p1=1.2×105 Pa。
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(2)设注气后气室金属液液面下降的高度为h4,则有h3S1=h4S2
解得h4=0.01 m
由于注气过程中铸型室内温度不变,则对铸型室内气体,由玻意耳定律有
p0S1h1=p'S1(h1-h3)
解得注气后铸型室内气体的压强
p'=1.25×105 Pa
所以注气后气室内气体压强
p2=p'+ρg(h3+H+h4)
解得p2=1.35×105 Pa。
[拓展培优练]
11.(2025·安徽蚌埠二模)如图所示,U形玻璃管由截面积为10 cm2和截面积为20 cm2的两段玻璃管连接而成,管内有一段水银柱,左右两管中液面高度差为H=5 cm,右管中水银液面到粗玻璃管下端距离d=1 cm,左管中封闭的理想气体气柱长为L=10 cm,环境温度为300 K,大气压强为75 cmHg,现缓慢升高环境温度使左右两管中液面相平,右管足够长,求:
(1)升高后的温度;
(2)若温度升高后保持不变,再往右管中缓慢倒入水银,
使左管中气柱的长仍变为10 cm,求倒入的水银体积。
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