2018年高考物理二轮复习-三道题经典专练5-气体及热力学定律

克兰河发源于阿尔泰山南坡，属额尔齐斯河的一条支流，随着全球气候变暖，流域升温明显，年降水量也呈增加趋势。读克兰河上游某水文站不同年代际（年代际变化指年代和年代之间的比较，每10年为一个年代）年内径流过程变化图气体及热力学定律内壁光滑且厚度不计的汽缸通过活塞封闭有压强为1.0×105Pa、温度为27℃的气体，初始活塞到汽缸底部的距离为50cm，现对汽缸加热，气体膨胀而活塞右移。已知汽缸横截面积为200cm2，总长为100cm，大气压强为1.0×105Pa。(ⅰ)当温度升高到927℃时，求缸内封闭气体的压强；(ⅱ)若在此过程中封闭气体共吸收了800J的热量，试计算气体增加的内能。【答案】(ⅰ)2×105Pa(ⅱ)－200J【解析】(ⅰ)由题意可知，在活塞移动到汽缸口的过程中，气体发生的是等压变化。设活塞未移动时封闭气体的温度为T1，当活塞恰好移动到汽缸口时，封闭气体的温度为T2，则由盖—吕萨克定律可知：L1ST1＝L2ST2，又T1＝300K解得：T2＝600K，即327℃，因为327℃927℃，所以气体接着发生等容变化，设当气体温度达到927℃时，封闭气体的压强为p，由查理定律可以得到：1.0×105PaT2＝p（927＋273）K，解得：p＝2×105Pa。(ⅱ)由题意可知，气体膨胀过程中活塞移动的距离Δx＝L2－L1＝0.5m，故大气压力对封闭气体所做的功为W＝－p0SΔx，解得：W＝－1000J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q解得：ΔU＝－200J。如图所示汽缸内壁光滑，敞口端通过一个质量为m、横截面积为S的活塞密闭一定质量气体，通电后汽缸内的电热丝缓慢加热气体，由于汽缸绝热，使得汽缸内的气体吸收热量Q后温度由T1升高到T2，加热前活塞到汽缸底部距离为h。大气压强用p0表示，求：(ⅰ)活塞上升的高度；(ⅱ)加热过程中气体的内能增加量。【答案】(ⅰ)T2－T1T1h(ⅱ)Q－(p0S＋mg)T2－T1T1h【解析】(ⅰ)由题意可知，气体发生等压变化，由盖—吕萨克定律可知hST1＝（h＋Δh）ST2一、（2018届高三·第一次全国大联考Ⅱ卷）二、(2018届高三·第二次全国大联考Ⅱ卷)克兰河发源于阿尔泰山南坡，属额尔齐斯河的一条支流，随着全球气候变暖，流域升温明显，年降水量也呈增加趋势。读克兰河上游某水文站不同年代际（年代际变化指年代和年代之间的比较，每10年为一个年代）年内径流过程变化图2好教育云平台——教育因你我而变2017年高考“最后三十天”专题透析解得Δh＝T2－T1T1h。(ⅱ)加热过程中气体对外做功为W＝pSΔh＝(p0S＋mg)T2－T1T1h由热力学第一定律知，气体内能的增加量为ΔU＝Q－W＝Q－(p0S＋mg)T2－T1T1h。如图所示，一定质量的理想气体在状态A时的温度为－3℃，从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p–V图象如图所示，求：(ⅰ)该气体在状态B时的温度；(ⅱ)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量。【答案】(ⅰ)－183℃(ⅱ)800J【解析】(ⅰ)对于理想气体：A→B的过程，由查理定律有pATA＝pBTBTA＝270K，解得TB＝90K，所以tB＝TB－273℃＝－183℃。(ⅱ)B→C的过程，由盖—吕萨克定律有VBTB＝VCTC解得TC＝270K，即tC＝TC－273℃＝－3℃由于状态A与状态C温度相同，气体内能相等，而A→B的过程是等容变化，气体对外不做功，B→C的过程中，气体体积膨胀对外做功，即从状态A到状态C气体对外做功，故气体应从外界吸收热量Q＝pΔV＝2×105×(6×10－3－2×10－3)J＝800J。如图所示，一竖直放置的薄壁汽缸，由截面积不同的两个圆筒连接而成，上端与大气相连，下端封闭，但有阀门K与大气相连。上侧圆筒内有一厚度不计、质量为m＝314kg的活塞A，它可以在筒内无摩擦地上下滑动且不漏气。圆筒的深度和直径数值如图所示(图中d＝0.2m)。开始时，活塞在如图位置，室温为27℃，现关闭阀门K，对密封气体进行加热，大气压强p0＝1.0×105Pa，重力加速度为g＝10m/s2，π＝3.14。则：(ⅰ)活塞A刚要运动时，密封气体的温度是多少？(ⅱ)活塞A升到圆筒最上端时，密封气体的温度是多少？【答案】(ⅰ)1500K(ⅱ)1875K三、(2018届高三·第三次全国大联考Ⅲ卷)四、(2018届高三·第三次全国大联考Ⅰ卷)克兰河发源于阿尔泰山南坡，属额尔齐斯河的一条支流，随着全球气候变暖，流域升温明显，年降水量也呈增加趋势。读克兰河上游某水文站不同年代际（年代际变化指年代和年代之间的比较，每10年为一个年代）年内径流过程变化图3【解析】(ⅰ)活塞A刚要运动时，活塞只受重力、大气对它向下的压力和密封气体对它向上的作用力，且合力为0，p0πd2＋mg＝p1πd22解得密封气体的压强p1＝5×105Pa活塞A运动前气体体积不变，由查理定律得：p0T0＝p1T1，T0＝(27＋273)K＝300K解得T1＝1500K。(ⅱ)当活塞A升到圆筒最上端时，满足p0πd2＋mg＝p2πd2解得密封气体的压强p2＝1.25×105Pa初状态：p0＝1.0×105Pa，V0＝12πd3，T0＝300K末状态：p2＝1.25×105Pa，V2＝52πd3，T2＝？由理想气体的状态方程p0V0T0＝p2V2T2解得T2＝1875K。如图所示，粗细均匀的U形管左端封闭、右端开口，一段空气柱将水银分为A、B两部分，水银柱A的长度h1＝25cm，位于封闭端的顶部，B部分位于U型管的底部。右管内有一轻活塞，活塞与管壁之间的摩擦不计。活塞自由静止时，底面与左侧空气柱的下端平齐，此时空气柱的长度L0＝12.5cm，B部分水银两液面的高度差h2＝45cm，外界大气压强p0＝75cmHg。保持温度不变，将活塞缓慢上提，当A部分的水银柱恰好对U形管的顶部没有压力时，活塞移动的距离为多少？【答案】9.4cm【解析】活塞自由静止时，右管内气体的压强：p1＝p0，左管内气体的压强：p2＝p1－ρgh2活塞上提后再平衡时，左管内气体的压强：p3＝ρgh1设此时B部分水银柱两端液面的高度差为h3，则右管中被封气体的压强为：p4＝p3＋ρgh3设左管中的气体长度为L，右管中被封气体的长度为l，管的横截面积为S，根据玻意耳定律：对右管中的被封气体：p1h2S＝p4lS对左管中的气体：p2L0S＝p3LS根据几何关系知：h3＝h2－2(L－L0)设活塞上移的距离为x，则：x＝(l－h2)＋(L－L0)解得：x≈9.4cm。五、(2018届高三·第三次全国大联考Ⅱ卷)克兰河发源于阿尔泰山南坡，属额尔齐斯河的一条支流，随着全球气候变暖，流域升温明显，年降水量也呈增加趋势。读克兰河上游某水文站不同年代际（年代际变化指年代和年代之间的比较，每10年为一个年代）年内径流过程变化图4好教育云平台——教育因你我而变2017年高考“最后三十天”专题透析如图所示，一竖直放置的、长为L的细管下端封闭，上端与大气(视为理想气体)相通，初始时管内气体温度为T1。现用一段水银从管口开始注入管内将气柱封闭，该过程中气体温度保持不变且没有气体漏出，平衡后管内上下两部分气柱长度比为1∶3。若将管内下部气体温度降至T2,在保持温度不变的条件下将管倒置，平衡后水银柱下端与管下端刚好平齐(没有水银漏出)。已知T1＝52T2，大气压强为p0，重力加速度为g。求水银柱的长度h和水银的密度ρ。【答案】215L105p026gL【解析】设管内截面面积为S，初始时气体压强为p0，体积为V0＝LS注入水银后下部气体压强为p1＝p0＋ρgh体积为V1＝34(L－h)S由玻意耳定律有：p0LS＝(p0＋ρgh)×34(L－h)S将管倒置后，管内气体压强为p2＝p0－ρgh体积为V2＝(L－h)S由理想气体状态方程有p0LST1＝p0－ρghL－hST2解得：h＝215L，ρ＝105p026gL。如图所示，用两个质量均为m、横截面积均为S的密闭活塞将开口向下竖直悬挂的导热汽缸内的理想气体分成Ⅰ、Ⅱ两部分，当在活塞A下方悬挂质量为2m的物体后，整个装置处于静止状态，此时Ⅰ、Ⅱ两部分气体的高度均为l0。已知环境温度、大气压强p0均保持不变，且满足5mg＝p0S，不计一切摩擦。当取走物体后，两活塞重新恢复平衡，求活塞A上升的高度。【答案】76l0【解析】对气体Ⅰ分析，初状态的压强为：p1＝p0－3mgS＝25p0末状态的压强为：p1′＝p0－mgS＝45p0由玻意耳定律有：p1l0S＝p1′l1S解得：l1＝12l0对气体Ⅱ分析，初状态p2＝p1－mgS＝15p0六、(2018届高三·岳阳摸底)七、(2018届高三·济宁八校联考)克兰河发源于阿尔泰山南坡，属额尔齐斯河的一条支流，随着全球气候变暖，流域升温明显，年降水量也呈增加趋势。读克兰河上游某水文站不同年代际（年代际变化指年代和年代之间的比较，每10年为一个年代）年内径流过程变化图5末状态p2′＝p1′－mgS＝35p0由玻意耳定律p2l0S＝p2′l2Sl2＝13l0A活塞上升的高度Δl＝(l0－l1)＋(l0－l2)＝76l0。克兰河发源于阿尔泰山南坡，属额尔齐斯河的一条支流，随着全球气候变暖，流域升温明显，年降水量也呈增加趋势。读克兰河上游某水文站不同年代际（年代际变化指年代和年代之间的比较，每10年为一个年代）年内径流过程变化图6好教育云平台——教育因你我而变2017年高考“最后三十天”专题透析本文档仅供文库使用。百度文库是百度发布的供网友在线分享文档的平台。百度文库的文档由百度用户上传，需要经过百度的审核才能发布，百度自身不编辑或修改用户上传的文档内容。网友可以在线阅读和下载这些文档。百度文库的文档包括教学资料、考试题库、专业资料、公文写作、法律文件等多个领域的资料。百度用户上传文档可以得到一定的积分，下载有标价的文档则需要消耗积分。当前平台支持主流的doc(.docx)、.ppt(.pptx)、.xls(.xlsx)、.pot、.pps、.vsd、.rtf、.wps、.et、.dps、.pdf、.txt文件格式。克兰河发源于阿尔泰山南坡，属额尔齐斯河的一条支流，随着全球气候变暖，流域升温明显，年降水量也呈增加趋势。读克兰河上游某水文站不同年代际（年代际变化指年代和年代之间的比较，每10年为一个年代）年内径流过程变化图7本文档仅供文库使用。百度文库是百度发布的供网友在线分享文档的平台。百度文库的文档由百度用户上传，需要经过百度的审核才能发布，百度自身不编辑或修改用户上传的文档内容。网友可以在线阅读和下载这些文档。百度文库的文档包括教学资料、考试题库、专业资料、公文写作、法律文件等多个领域的资料。百度用户上传文档可以得到一定的积分，下载有标价的文档则需要消耗积分。当前平台支持主流的doc(.docx)、.ppt(.pptx)、.xls(.xlsx)、.pot、.pps、.vsd、.rtf、.wps、.et、.dps、.pdf、.txt文件格式。