2021届高考物理热学专题5月冲刺满分突破16(含答案)

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2021届高考物理热学专题5月冲刺满分突破16(含答案)

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11468100118237002021届高考热学5月冲刺满分突破16
1.0 ℃的冰和100 ℃的水蒸气混合后:
(1)若冰刚好全部熔化,则冰和水蒸气的质量比是多少?
(2)若得到50 ℃的水,则冰和水蒸气的质量比是多少?
[已知水在100 ℃的汽化热L=2.25×106 J/kg,冰的熔化热λ=3.34×105 J/kg,水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)]
2.如图,圆柱状气缸倒扣后被竖直固定在铁架台上,活塞面积S=20cm2,通过轻杆与质量m=2kg的重物相连,当密闭理想气体的温度T1=330K时,活塞稳定后距缸底的距L1=54cm,活塞对轻杆的压力F=20N。当密闭气体的温度为T2时,活塞稳定后重物对地面的压为恰好为零。已知大气压p0=1.0×105Pa,不计活塞和轻杆的质量,不计活塞与气缸之间的摩擦,力加速度g取10m/s2,求:
①密闭气体的温度T2;
②当温度T3=260K时活塞与气缸底的距离L2;
③若从T2状态缓慢变化到T3状态,气体放热5J,此过程气体内能变化量。
3.如图所示,足够长的导热性能良好的气缸竖直放置,底部与一打气装置相连,每次均可打入压强P0=1.0×105 Pa,体积V0=1.0×10-5 m3的空气。在距气缸底部 h=0.25 m处用销钉固定一活塞A,封闭一部分压强也为P0=1.0×105 Pa的空气,活塞A可在气缸内无摩擦的滑动,其质量m=2 kg,横截面积S=4.0×10-4 m2。现向气缸内打气2次后,拔掉销钉,活塞缓慢移动,最终停在某个位置。整个过程中保持外界环境的大气压强和温度不变,大气压P0=1.0×105 Pa,重力加速度g=10 m/s2,求最终活塞与气缸底部的距离。
4.如图甲所示,U形气缸固定在水平地面上,用面积S=10cm2的活塞(该活塞重力不计)封闭着一定质量的气体,已知气缸不漏气,活塞移动过程无摩擦.外界大气压强为p0=1.0×105Pa,初始时活塞紧压小挡板.现缓慢升高缸内气体的温度.
①请在乙图中作出能反映气缸内气体的压强p随热力学温度T变化的图像;
②当温度缓慢升高到t1=27℃时,活塞与小挡板间恰好无作用力.现在活塞上加一质量为m=4kg的砝码,要使加砝码后的活塞与小挡板间恰好无作用力,则温度至少要升高到多少摄氏度?g取10N/kg.
5.轿车中设有安全气囊以保障驾乘人员的安全.轿车在发生一定强度的碰撞时,利用叠氮化钠(NaN3)爆炸产生气体(假设都是N2)充入气囊.若氮气充入后安全气囊的容积V=70 L,囊中氮气密度ρ=2 kg/m3,已知氮气摩尔质量M=0.028 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6×1023 mol-1.试估算(结果均保留1位有效数字):
(1)一个氮气分子的质量m0
(2)气囊中氮气分子的总个数N
(3)气囊中氮气分子间的平均距离。
6.如图所示,气缸中有一可自由滑动的活塞把气缸隔成两个密闭的气室,左室顶部有一个截面积为false的圆孔,初始时两个气室与外界大气相通,体积均为false。圆孔中塞上质量为false的橡皮塞,橡皮塞与圆孔间的最大静摩擦力为false,用打气筒向右侧气室打气,直至橡皮塞刚好上滑。气体温度均保持不变,室外空气密度为false,大气压强为false,重力加速度为false,求:
(1)橡皮塞刚好上滑时左室气体的体积;
(2)为了使橡皮塞刚好上滑,需要向右侧气室内打入的空气质量。
8.如图所示,U形管倒置于水银槽中,A端下部封闭,内封有10cm长的空气柱,在B管内也有一段空气柱,气柱长20cm,其余各段水银柱的长度如图所示,大气压强为75cmHg,气温为27℃.
(1)求B、A两部分气体的压强.
(2)如仅对A管加热,B管内气体温度不变,要使两管内上部水银面相平,求A管应升温多少.(U形管粗细均匀)
9.如图所示,封闭有一定质量理想气体的气缸固定在水平桌面上,开口向右放置,活塞的横截面积为S,活塞通过轻绳连接了以个质量为m的小物体,轻绳跨在定滑轮上.开始时汽缸内外压强相同,均为大气压p0(mg<p0S).汽缸内气体的温度T0,轻绳处在伸直状态.不计摩擦,缓慢降低汽缸内温度,最终使得气体体积减半,求:
①重物刚离地时气缸内的温度T1;
②气体体积减半时的温度T2;
③在下列坐标系中画出气体状态变化的整个过程.并标注相关点的坐标值.
10.如图所示,水平放置的汽缸内封闭一定质量的理想气体,活塞的质量m=10kg,横截面积S=100cm2,活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气,活塞到汽缸底部的距离L1=11cm,到汽缸口的距离L2=4cm。现将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置,待稳定后对缸内气体逐渐加热,使活塞上表面刚好与汽缸口相平。已知g=10m/s2,外界气温为27°C,大气压强为1.0×105Pa,活塞厚度不计,求:
(i)活塞上表面刚好与汽缸口相平时气体的温度是多少?
(ii)在对缸内气体加热的过程中,气体膨胀对外做功,同时吸收Q=350J的热量,则气体增加的内能?U多大?
2021届高考热学5月冲刺满分突破16
1.0 ℃的冰和100 ℃的水蒸气混合后:
(1)若冰刚好全部熔化,则冰和水蒸气的质量比是多少?
(2)若得到50 ℃的水,则冰和水蒸气的质量比是多少?
[已知水在100 ℃的汽化热L=2.25×106 J/kg,冰的熔化热λ=3.34×105 J/kg,水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)]
【答案】(1) false (2) false
【解析】若冰刚好全部熔化,则一定是冰熔化成水,而水蒸气也变成了0℃的水,根据吸热和放热相等列式求解.若得到50℃的水,解法与上相似.
(1)冰刚好全部熔化指的是混合后的温度恰好为0℃.设冰的质量为m1,水蒸气的质量为m2,则有m1λ=m2L+cm2Δt
所以false
(2)同(1)可得方程式如下:
m1λ+m1cΔt′=m2L+cm2Δt′
即false
2.如图,圆柱状气缸倒扣后被竖直固定在铁架台上,活塞面积S=20cm2,通过轻杆与质量m=2kg的重物相连,当密闭理想气体的温度T1=330K时,活塞稳定后距缸底的距L1=54cm,活塞对轻杆的压力F=20N。当密闭气体的温度为T2时,活塞稳定后重物对地面的压为恰好为零。已知大气压p0=1.0×105Pa,不计活塞和轻杆的质量,不计活塞与气缸之间的摩擦,力加速度g取10m/s2,求:
①密闭气体的温度T2;
②当温度T3=260K时活塞与气缸底的距离L2;
③若从T2状态缓慢变化到T3状态,气体放热5J,此过程气体内能变化量。
【答案】①270K②52cm③气体内能减少1.4J
【解析】①初状态封闭气体的压强
p1=p0+false =1.1×105Pa
当密闭气体的温度为T2时,活塞稳定后重物对地面的压为恰好为零,此封闭气体的压强
p2=p0+false =0.9×105Pa
根据理想气体的状态方程可得:
false
解得:
T2=270K
②当温度T3=260K时,根据气态方程可得:
false
解得活塞与气缸底的距离
L2=52cm
③从T2状态缓慢变化到T3状态,外界对气体做的功:
W=p2S(L1﹣L2)=0.9×105×0.002×(0.54﹣0.52)J=3.6J
根据热力学第一定律可得
△U=W﹣Q=﹣1.4J
3.如图所示,足够长的导热性能良好的气缸竖直放置,底部与一打气装置相连,每次均可打入压强P0=1.0×105 Pa,体积V0=1.0×10-5 m3的空气。在距气缸底部 h=0.25 m处用销钉固定一活塞A,封闭一部分压强也为P0=1.0×105 Pa的空气,活塞A可在气缸内无摩擦的滑动,其质量m=2 kg,横截面积S=4.0×10-4 m2。现向气缸内打气2次后,拔掉销钉,活塞缓慢移动,最终停在某个位置。整个过程中保持外界环境的大气压强和温度不变,大气压P0=1.0×105 Pa,重力加速度g=10 m/s2,求最终活塞与气缸底部的距离。
【答案】0.2 m
【解析】以气缸内气体与打入的气体整体为研究对象,根据题意求出气体的状态参量,应用玻意耳定律可以求出气体的体积,求出活塞到气缸底部的距离.
以气缸内气体与打入的气体整体为研究对象,气体的状态参量:
false,
false,
气体发生等温变化,由玻意耳定律得: false,
即: false,解得:L=0.2m;
4.如图甲所示,U形气缸固定在水平地面上,用面积S=10cm2的活塞(该活塞重力不计)封闭着一定质量的气体,已知气缸不漏气,活塞移动过程无摩擦.外界大气压强为p0=1.0×105Pa,初始时活塞紧压小挡板.现缓慢升高缸内气体的温度.
①请在乙图中作出能反映气缸内气体的压强p随热力学温度T变化的图像;
②当温度缓慢升高到t1=27℃时,活塞与小挡板间恰好无作用力.现在活塞上加一质量为m=4kg的砝码,要使加砝码后的活塞与小挡板间恰好无作用力,则温度至少要升高到多少摄氏度?g取10N/kg.
【答案】(1) (2)147℃
【解析】①因开始时活塞紧压小挡板,说明被封闭气体的压强要小于大气压,在活塞离开挡板之前,气体的体积不变,做等容变化,图线是过P-T图的坐标原点的,活塞离开挡板后,做等压变化,由此可知气缸内气体的压强p随热力学温度T变化的图像如图:
②对气缸内气体:T1=300K,p1=p0=1.0×105Pa
T2=(t+273)K,falsePa
根据查理定律得:false
解得:t=147℃
5.轿车中设有安全气囊以保障驾乘人员的安全.轿车在发生一定强度的碰撞时,利用叠氮化钠(NaN3)爆炸产生气体(假设都是N2)充入气囊.若氮气充入后安全气囊的容积V=70 L,囊中氮气密度ρ=2 kg/m3,已知氮气摩尔质量M=0.028 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6×1023 mol-1.试估算(结果均保留1位有效数字):
(1)一个氮气分子的质量m0
(2)气囊中氮气分子的总个数N
(3)气囊中氮气分子间的平均距离。
【答案】(1)m=5×10-26kg(2)N=3×1024个(3)a=3×10?9m
【解析】(1)一个氮气分子的质量为 m0=MNA,得m=5×10-26kg
(2)气体物质的量n=ρVM,
所以气体分子的总个数为N=nNA=ρVMNA,解得N=3×1024个
(3)把每个气体分子看成立方体,立方体的边长作为气体分子间的距离,a=3V=3VN
代入得a=3×10?9m
6.如图所示,气缸中有一可自由滑动的活塞把气缸隔成两个密闭的气室,左室顶部有一个截面积为false的圆孔,初始时两个气室与外界大气相通,体积均为false。圆孔中塞上质量为false的橡皮塞,橡皮塞与圆孔间的最大静摩擦力为false,用打气筒向右侧气室打气,直至橡皮塞刚好上滑。气体温度均保持不变,室外空气密度为false,大气压强为false,重力加速度为false,求:
(1)橡皮塞刚好上滑时左室气体的体积;
(2)为了使橡皮塞刚好上滑,需要向右侧气室内打入的空气质量。
【答案】(1) false ;(2) false
【解析】(1)对橡皮塞,有
false
对左室气体,等温变化,有
false
解得
false
(2)对于右室气体,充气后,等温膨胀到压强为false,有
false
解得
false
需要向右侧气室内打入的空气质量
false
7.已知地球半径为R,大气层的厚度为h,h远小于R。空气平均摩尔质量为M,阿伏伽德罗常数为false,地面大气压强为false,重力加速度大小为g。估算地球大气层空气分子总数。
【答案】false
【解析】大气压是由地球大气层的重力产生,设大气层质量为m地球表面积为S可知
mg=p0S
S=4πR2

false
大气分子数
false
8.如图所示,U形管倒置于水银槽中,A端下部封闭,内封有10cm长的空气柱,在B管内也有一段空气柱,气柱长20cm,其余各段水银柱的长度如图所示,大气压强为75cmHg,气温为27℃.
(1)求B、A两部分气体的压强.
(2)如仅对A管加热,B管内气体温度不变,要使两管内上部水银面相平,求A管应升温多少.(U形管粗细均匀)
【答案】(1)求B、A两部分气体的压强分别为:40cmHg、60cmHg;(2)如仅对A管加热,B管内气体温度不变,要使两管内上部水银面相平,A管应升温170K.
【解析】(1)根据图示分析A、B两部分气体的状态
加热前false ,false ,false
false ,false ,false
(2)加热后由于两管内上部水银面相平,可得两部分气体的压强相等,即false ,设此时水银槽内水银面与B气柱下端水银面的高度差为x,
则false ,false
false ,false ,false?
分别对A部分气体由理想气体状态方程得:false,即false=false①
对B部分气体根据玻意耳定律得:
false ,即false ②
解②式false 得false ,将此结果代入①,解得false
false
9.如图所示,封闭有一定质量理想气体的气缸固定在水平桌面上,开口向右放置,活塞的横截面积为S,活塞通过轻绳连接了以个质量为m的小物体,轻绳跨在定滑轮上.开始时汽缸内外压强相同,均为大气压p0(mg<p0S).汽缸内气体的温度T0,轻绳处在伸直状态.不计摩擦,缓慢降低汽缸内温度,最终使得气体体积减半,求:
①重物刚离地时气缸内的温度T1;
②气体体积减半时的温度T2;
③在下列坐标系中画出气体状态变化的整个过程.并标注相关点的坐标值.
【答案】(1)(2)T2=p0?mgs2p0T0(3)如图所示
【解析】①P1=P0,(1分)
等容过程:(2分)
(1分)
②等压过程:(2分)
(1分)
③如图所示(共1分)
10.如图所示,水平放置的汽缸内封闭一定质量的理想气体,活塞的质量m=10kg,横截面积S=100cm2,活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气,活塞到汽缸底部的距离L1=11cm,到汽缸口的距离L2=4cm。现将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置,待稳定后对缸内气体逐渐加热,使活塞上表面刚好与汽缸口相平。已知g=10m/s2,外界气温为27°C,大气压强为1.0×105Pa,活塞厚度不计,求:
(i)活塞上表面刚好与汽缸口相平时气体的温度是多少?
(ii)在对缸内气体加热的过程中,气体膨胀对外做功,同时吸收Q=350J的热量,则气体增加的内能?U多大?
【答案】(i)450K;(ii) 295J
【解析】(i)当汽缸水平放置时,p0=1.0×105Pa,V0=L1S,T0=(273+27)K=300K。当汽缸口朝上,活塞到达汽缸口时,活塞的受力分析如图所示
根据平衡条件有
p1S=p0S+mg
V1=(L1+L2)S
由理想气体状态方程得
false
解得T1=450K
(ii)当汽缸口向上,未加热稳定时:由玻意耳定律得
p0L1S=p1LS
加热后,气体做等压变化,外界对气体做功为
W=-p0(L1+L2-L)S-mg(L1+L2-L)
根据热力学第一定律
false
解得false

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