知識點十六熱學1.(2023·江蘇選擇考·T3)如圖所示,密閉容器內一定質量的理想氣體由狀態A變化到狀態B。該過程中 ()A.氣體分子的數密度增大B.氣體分子的平均動能增大C.單位時間內氣體分子對單位面積器壁的作用力減小D.單位時間內與單位面積器壁碰撞的氣體分子數減小【解析】選B。根據pVT=C,可得p=CVT,則從A到B為等容線,即從A到B氣體體積不變,則氣體分子的數密度不變,選項A錯誤;從A到B氣體的溫度升高,則氣體分子的平均動能變大,則選項B正確;從A到B氣體的壓強變大,氣體分子的平均速率變大,則單位時間內氣體分子對單位面積器壁的作用力變大,選項C錯誤;氣體分子的數密度不變,從A到B氣體分子的平均速率變大,則單位時間內與單位面積器壁碰撞的氣體分子數變大,選項2.(2023·江蘇選擇考·T9)在“探究氣體等溫變化的規律”的實驗中,實驗裝置如圖所示。利用注射器選取一段空氣柱為研究對象。下列改變空氣柱體積的操作正確的是 ()A.把柱塞快速地向下壓B.把柱塞緩慢地向上拉C.在橡膠套處接另一注射器,快速推動該注射器柱塞D.在橡膠套處接另一注射器,緩慢推動該注射器柱塞【解析】選B。因為該實驗是要探究氣體等溫變化的規律;實驗中要緩慢推動或拉動活塞,目的是盡可能保證封閉氣體在狀態變化過程中的溫度不變;為了方便讀取封閉氣體的體積,不需要在橡膠套處接另一注射器。3.(2023·遼寧選擇考·T5)“空氣充電寶”是一種通過壓縮空氣實現儲能的裝置,可在用電低谷時儲存能量、用電高峰時釋放能量。“空氣充電寶”某個工作過程中,一定質量理想氣體的p-T圖像如圖所示。該過程對應的p-V圖像可能是 ()【解析】選B。根據pVT=C,可得p=CVT,從a狀態到b狀態,氣體壓強不變,溫度升高,則體積變大;從b狀態到c狀態,氣體壓強減小,溫度降低,因c點與原點連線的斜率小于b點與原點連線的斜率,則c狀態的體積大于b狀態體積。故選4.(多選)(2023·山東等級考·T9)一定質量的理想氣體,初始溫度為300K,壓強為1×105Pa。經等容過程,該氣體吸收400J的熱量后溫度上升100K;若經等壓過程,需要吸收600J的熱量才能使氣體溫度上升100K。下列說法正確的是 ()A.初始狀態下,氣體的體積為6LB.等壓過程中,氣體對外做功400JC.等壓過程中,氣體體積增加了原體積的1D.兩個過程中,氣體的內能增加量都為400J【解析】選A、D。令理想氣體的初始狀態的壓強、體積和溫度分別為p1=p0,V1=V0,T1=300K,等容過程為狀態二p2=?,V2=V1=V0,T2=400K,等壓過程為狀態三p3=p0,V3=?,T3=400K,由理想氣體狀態方程可得p1V1T1整理解得p2=43p0,V3=43V0,則等壓過程中,體積增加了原來的13,故C錯誤;等容過程中氣體做功為零,由熱力學第一定律ΔU=W+Q,兩個過程的初末溫度相同,即內能變化相同,因此內能增加都為400J,故D正確;等壓過程內能增加了400J,吸收熱量為600J,由熱力學第一定律ΔU=W+Q可知,W=400J-600J=-200J,則氣體對外做功為200J,即做功的大小為W=p0(43V0-V0)=200J,代入數據解得V0=6×10-3m3=6L,故A5.(多選)(2023·浙江6月選考·T14)下列說法正確的是 ()A.熱量能自發地從低溫物體傳到高溫物體B.液體的表面張力方向總是跟液面相切C.在不同的慣性參考系中,物理規律的形式是不同的D.當波源與觀察者相互接近時,觀察者觀測到波的頻率大于波源振動的頻率【解析】選B、D。根據熱力學第二定律得,熱量不能自發地從低溫物體傳到高溫物體,故A錯誤;液體的表面張力方向總是跟液面相切,故B正確;在不同的慣性參考系中,物理規律的形式是相同的,故C錯誤;根據多普勒效應的原理可知,當波源與觀察者相互接近時,觀察者接收到波的頻率增大;反之,觀察者接收到波的頻率減小,故D正確。6.(多選)(2023·新課標全國卷·T21)如圖,一封閉著理想氣體的絕熱汽缸置于水平地面上,用輕彈簧連接的兩絕熱活塞將汽缸分為f、g、h三部分,活塞與汽缸壁間沒有摩擦。初始時彈簧處于原長,三部分中氣體的溫度、體積、壓強均相等。現通過電阻絲對f中的氣體緩慢加熱,停止加熱并達到穩定后 ()A.h中的氣體內能增加B.f與g中的氣體溫度相等C.f與h中的氣體溫度相等D.f與h中的氣體壓強相等【解題指南】解答本題注意以下三點:(1)通過電阻絲對f中的氣體緩慢加熱,f中氣體壓強增大;(2)f、g之間活塞為絕熱活塞;(3)由于活塞與汽缸壁間沒有摩擦,f與h中的氣體壓強相等。【解析】選A、D。當電阻絲對f中的氣體緩慢加熱時,f中的氣體內能增大,溫度升高,根據理想氣體狀態方程可知,f中的氣體壓強增大,會緩慢推動左邊活塞,可知h的體積也被壓縮,壓強變大,對活塞受力分析,根據平衡條件可知,彈簧彈力變大,則彈簧被壓縮。與此同時彈簧對右邊活塞有彈力作用,緩慢向右推動右邊活塞。故活塞對h中的氣體做正功,且是絕熱過程,由熱力學第一定律可知,h中的氣體內能增加,A正確;未加熱前,三部分中氣體的溫度、體積、壓強均相等,當系統穩定時,活塞受力平衡,可知彈簧處于壓縮狀態。對左邊活塞分析pfS=F彈+pgS,則pf>pg,分別對f、g內的氣體分析,根據理想氣體狀態方程有p0V0T0=pfVfTf,p0V0T0=pgVgTg,由題意可知,因彈簧被壓縮,則Vf>Vg,聯立可得Tf>Tg,B錯誤;在達到穩定過程中h中的氣體體積變小,壓強變大,f中的氣體體積變大。由于穩定時彈簧保持平衡狀態,故穩定時f、h中的氣體壓強相等,根據理想氣體狀態方程,對h中的氣體分析可知p0V0T0=phV7.(2023·全國乙卷·T33(1))對于一定量的理想氣體,經過下列過程,其初始狀態的內能與末狀態的內能可能相等的是。A.等溫增壓后再等溫膨脹B.等壓膨脹后再等溫壓縮C.等容減壓后再等壓膨脹D.等容增壓后再等壓壓縮E.等容增壓后再等溫膨脹【解析】選A、C、D。對于一定質量的理想氣體,內能由溫度決定,故等溫增壓和等溫膨脹過程溫度均保持不變,內能不變,故A正確;根據理想氣體狀態方程pVT=C8.(2023·全國甲卷·T33（1）)在一汽缸中用活塞封閉著一定量的理想氣體,發生下列緩慢變化過程,氣體一定與外界有熱量交換的過程是。

A.氣體的體積不變,溫度升高B.氣體的體積減小,溫度降低C.氣體的體積減小,溫度升高D.氣體的體積增大,溫度不變E.氣體的體積增大,溫度降低【解析】選ABD。氣體的溫度升高則氣體的內能升高,體積不變則氣體對外做功為零,由熱力學第一定律ΔU=W+Q,可知氣體吸收熱量,A正確;氣體的溫度降低則氣體的內能降低,體積減小則外界對氣體做功,由熱力學第一定律ΔU=W+Q,可知氣體對外放熱,B正確;氣體的溫度升高則氣體的內能升高,體積減小則外界對氣體做功,由熱力學第一定律ΔU=W+Q,可知Q可能等于零,即沒有熱量交換過程,C錯誤;氣體的溫度不變則氣體的內能不變,體積增大則氣體對外界做功,由熱力學第一定律ΔU=W+Q,可知Q>0,即氣體吸收熱量,D正確;氣體的溫度降低則氣體的內能降低,體積增大則氣體對外界做功,由熱力學第一定律ΔU=W+Q,可知Q可能等于零,即沒有熱量交換過程,E錯誤。9.(2023·山東等級考·T13)利用圖甲所示實驗裝置可探究等溫條件下氣體壓強與體積的關系。將帶有刻度的注射器豎直固定在鐵架臺上,注射器內封閉一定質量的空氣,下端通過塑料管與壓強傳感器相連。活塞上端固定一托盤,托盤中放入砝碼,待氣體狀態穩定后,記錄氣體壓強p和體積V(等于注射器示數V0與塑料管容積ΔV之和)。逐次增加砝碼質量,采集多組數據并作出擬合曲線如圖乙所示。回答以下問題:(1)在實驗誤差允許范圍內,圖乙中的擬合曲線為一條過原點的直線,說明在等溫情況下,一定質量的氣體。

A.p與V成正比B.p與1V(2)若氣體被壓縮到V=10.0mL,由圖乙可讀出封閉氣體壓強為Pa(保留3位有效數字)。

(3)某組同學進行實驗時,一同學在記錄數據時漏掉了ΔV,則在計算pV乘積時,他的計算結果與同組正確記錄數據同學的計算結果之差的絕對值會隨p的增大而(選填“增大”或“減小”)。

【解題提示】(1)由圖像進行分析,明確壓強p和體積V之間的關系;(2)由題設條件先求出1V(3)明確誤差情況,掌握實驗原理分析求解即可。【解析】(1)由圖乙可知,壓強p和體積的倒數1V(2)氣體被壓縮到10.0mL時,體積的倒數1V=110.0mL-1=100.0×10-3mL-1,由圖乙可知,壓強p=2.04×10(3)由于在測量中ΔV是保持不變的,設測量出的注射器示數為V0,則準確的表示應為p(V0+ΔV),他的計算結果與同組正確記錄數據同學的計算結果之差的絕對值為pΔV,所以隨著壓強的增大,ΔV不變,故pΔV增大。答案:(1)B(2)2.04×105(3)增大10.(2023·湖北選擇考·T13)如圖所示,豎直放置在水平桌面上的左右兩汽缸粗細均勻,內壁光滑,橫截面積分別為S、2S,由體積可忽略的細管在底部連通。兩汽缸中各有一輕質活塞將一定質量的理想氣體封閉,左側汽缸底部與活塞用輕質細彈簧相連。初始時,兩汽缸內封閉氣柱的高度均為H,彈簧長度恰好為原長。現往右側活塞上表面緩慢添加一定質量的沙子,直至右側活塞下降13H,左側活塞上升12H。已知大氣壓強為p0,重力加速度大小為g,汽缸足夠長,汽缸內氣體溫度始終不變,(1)最終汽缸內氣體的壓強;(2)彈簧的勁度系數和添加的沙子質量。【解析】(1)對左右汽缸內所封的氣體,初態壓強p1=p0體積V1=SH+2SH=3SH末態壓強p2,體積V2=S·32H+23H·2S=176SH根據玻意耳定律可得p1V1=p解得p2=1817p(2)對右側活塞受力分析可知mg+p0·2S=p2·2S解得m=2對左側活塞受力分析可知p0S+k·12H=p2解得k=2答案:(1)1817p0(2)2p11.(2023·全國乙卷·T33(2))如圖,豎直放置的封閉玻璃管由管徑不同、長度均為20cm的A、B兩段細管組成,A管的內徑是B管的2倍,B管在上方。管內空氣被一段水銀柱隔開,水銀柱在兩管中的長度均為10cm。現將玻璃管倒置使A管在上方,平衡后,A管內的空氣柱長度改變1cm。求B管在上方時,玻璃管內兩部分氣體的壓強。(氣體溫度保持不變,以cmHg為壓強單位)【解析】設B管在上方時上部分氣壓為pB,則此時下方氣壓為pA,此時有pA=pB+20cmHg倒置后A管氣體壓強變小,即空氣柱長度增加1cm,A管中水銀柱減小1cm,又由S=πr2,SA=4SB,可知B管水銀柱增加4cm,空氣柱減小4cm;設此時兩管的壓強分別為p'A、p'B,所以有p'B=p'A+23cmHg,倒置前后溫度不變,根據玻意耳定律對A管有pASALA=p'ASAL'A對B管有pBSBLB=p'BSBL'B其中L'A=10cm+1cm=11cm,LB'=10cm-4cm=6cm聯立以上各式解得pA=74.36cmHg,pB=54.36cmHg答案:(1)A、C、D(2)pA=74.36cmHgpB=54.36cmHg12.(2023·浙江6月選考·T18)如圖所示,導熱良好的固定直立圓筒內用面積S=100cm2、質量m=1kg的活塞封閉一定質量的理想氣體,活塞能無摩擦滑動。圓筒與溫度300K的熱源接觸,平衡時圓筒內氣體處于狀態A,其體積VA=600m3。緩慢推動活塞使氣體達到狀態B,此時體積VB=500m3。固定活塞,升高熱源溫度,氣體達到狀態C,此時壓強pC=1.4×105Pa。已知從狀態A到狀態C,氣體從外界吸收熱量Q=14J;從狀態B到狀態C,氣體內能增加ΔU=25J;大氣壓p0=1.01×105Pa。(1)氣體從狀態A到狀態B,其分子平均動能(選填“增大”“減小”或“不變”),圓筒內壁單位面積受到的壓力(選填“增大”“減小”或“不變”);

(2)求氣體在狀態C的溫度TC;(3)求氣體從狀態A到狀態B過程中外界對系統做的功W。【解析】(1)狀態A到狀態B的過程中,圓筒內氣體與熱源處于熱平衡狀態,則圓筒內氣體的溫度保持不變,其分子平均動能不變;根據一定質量的理想氣體狀態方程pV=CT可知,因為從狀態A到狀態B過程,氣體的溫度不變,體積減小,所以氣體的壓強增大,所以圓筒內壁單位面積受到的壓力增大;(2)從狀態A到狀態B的過程中,氣體的溫度保持不變,根據玻意耳定律可得:pAVA=pBVB在A狀態時,根據活塞的平衡狀態可得:p0S=mg+pAS其中,S=100cm2=0.01m2從狀態B到狀態C的過程中,氣體的體積保持不變,根據查理定律可得:pBTB聯立解得:TC=350K(3)因為狀態A到狀態B過程中氣體的溫度保持不變,則ΔUAB=0從狀態A到狀態C的過程中,根據熱力學第一定律可得:ΔUAC=Q+WAC因為狀態B到狀態C過程氣體的體積不變,則WAC=W根據題意可得:ΔUAC=ΔU聯立解得:W=11J答案:(1)不變增大(2)350K(3)11J13.(2023·全國甲卷·T33（2）)一高壓艙內氣體的壓強為1.2個大氣壓,溫度為17℃,密度為1.46kg/m3。①升高氣體溫度并釋放出艙內部分氣體以保持壓強不變,求氣體溫度升至27℃時艙內氣體的密度