高考热点45热力学定律和液柱模型教师版.docx
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高考热点45热力学定律和液柱模型教师版
教师
学生
上课时间
学科
物理
年fl
高三
课题名称
二模复习
教学目标
重点难点
热点45热力学定律和液柱模型
高考真题
1.(2019全国理综III卷33)
(2)(10分)如图,一粗细均匀的细管开口向上竖直放置,管内有一段髙度为2.0cm的水银柱,水银柱下密封了一左量的理想气体,水银柱上表而到管口的距离为2.0cmo若将细管倒巻,水银柱下表而恰好位于管口处,且无水银滴落,管内气体温度与环境温度相同。
已知大气压强为76cmHg,环境温度为296K.
(i)求细管的长度:
(i)若在倒置前,缓慢加热管内被密封的气体,直到水银柱的上表而恰好与管口平齐为止,求此时密封气体的温度。
【解析】(i)设细管的长度为/,横截面的而积为S,水银柱高度为力:
初始时,设水银柱上表而到管口的距离为儿被密封气体的体积为V,压强为卩:
细管倒豊时,气体体积为压强为卩。
由玻意耳泄律有
pV=piVi①
由力的平衡条件有
p=p旷pgh③
式中,p、g分别为水银的密度和重力加速度的大小,內为大气圧强。
由题总有
V=S(L-h\-h)④
Vi=5(L-h)⑤
由①②®④⑤式利题给条件得
L=41cm⑥
(ii)设气体被加热前后的温度分别为几和几由盖-吕萨克左律有
(iii)
L=!
i
ToT
1=312K⑧
2.(10分)(2018•高考全国卷III)
(2)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一股水银柱,水银柱的两端各封闭有一段空气。
当U形管两端竖直朝上时,左、右两边空气柱的长度分別为/尸1&0cm和/2=12.0cm,左边气体的压强为12.0cniHgo现将U形管缓慢平放在水平桌而上,没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。
求U形管平放时两边空气柱的长度。
在整个过程中,气体温度不变。
【命题意图】本题考查玻意耳左律、液柱模型、关联气体及英相关的知识点©
【解题思路】设U形管两端竖直朝上时,左、右两边气体的压强分别为门和"2。
u形管水平放置时,两边气体
压强相等,设为P,此时原左、右两边气体长度分别变为f和&。
由力的平衡条件有
—//—
Pi=P2+pgq—Q①
式中。
为水银密度,g为重力加速度大小。
由玻意耳立律有
P\l\^pl\®
Plll-pll③
斤一心1④
由①②③④式和题给条件得
/r=22.5cm⑤
li-1.5cm@
3.(2017海南高考)
(2)(8分)一粗细均匀的U形^ABCD的A端封闭,D端与大气相通。
用水银将一泄质量的理想气体封闭在U形管的AB-侧,并将两端向下竖直放置,如图所示。
此时AB侧的气体柱长度/尸25cm。
管中AB、
CD两侧的水银而髙度差A,=5cm.现将U形管缓慢旋转180。
,使A、D两端在上,在转动过程中没有水银漏岀。
已知大气压强內=76cmHg。
求旋转后,AB.CD两侧的水银而髙度差。
【命题意图】本题考查气体实验左律及苴相关的知识点。
【解题思路】对封闭在U形管的AB一侧的理想气体,初状态压强P1=Pu+phl=81cinHg.
体积V1=/1S=25S
若将U形管垂直纸而缓慢旋转90。
,封闭气体斥强等于大气压强,气体体积为v2=/2S,
2025由玻意耳定律,piV|=p0V2,解得:
V2=一S=26.64S,
76
此时U形管两侧的水银面之间沿管方向距离为A/»=5cm-2xl.64cm=1.72cm
继续缓慢旋转至180%气体压强小于大气压强,设A3、CD两侧的水银而高度差为加,末状态压强P3=po-ph2,
体积Vs=V2.(/!
2-A/l)S
由玻意耳圧律,测3=辭,
(P0-Ph2)(^2-(力2-△力)S)=p()V2
代入数据化简得:
/b2-51.08/i2+130.72=0
解得:
/i2=1.23cm
4.
(1)(5分)(2017全国II卷33・1)如图,用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与
绝热活塞之间是真空。
现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个汽缸。
待气体达到稳左后,缓慢推压活塞,将气体压回
到原来的体积。
假设整个系统不漏气。
下列说法正确的是(选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得
5分:
每选错1个扣3分,最低得分为0分)。
A.气体自发扩散前后内能相同
B.气体在被压缩的过程中内能增大
C.在自发扩散过程中,气体对外界做功
D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功
E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变
【答案】ABD
【解析】:
由于隔板右侧与绝热活塞之间是真空,气体在真空中自发扩散,不对外界做功,又由于绝热汽缸,与外界无热量交换,根据热力学第一左律,所以气体自发扩散前后内能相同,选项A正确C错误;气体被压缩时,体积减小,外界对气体做功W>0,而Q=0,根据热力学第--怎律.•则△t/>0,即气体在被床缩的过程中内能增大,选项BD正确:
根据理想气体的内能只与温度有关,内能增大,温度升髙;又温度是分子平均动能的标志,所以,气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能增大,选项E错渓。
5.(2018-高考全国卷II)
(1)(5分)对于实际的气体,下列说法正确的是。
(填正确答案标号。
选对1个得2
分,选对2个得4分,选对3个得5分。
没选错1个扣3分,最低得分为0分)
A.气体的内能包括气体分子的重力势能
B.气体的内能包括分子之间相互作用的势能
C.气体的内能包括气体整体运动的动能
D.气体体积变化时,其内能可能不变
E.气体的内能包括气体分子热运动的动能
【答案】ABC
【命题意图】本题考查气体内能及苴相关的知识点。
【解题思路】气体的内能等于所有分子热运动动能和分子之间势能的总和,故AC错,BE对:
根据热力学第一左律,△U=W+Q,知道,改变内能的方式有做功和热传递,所以体积发生变化时,内能可能不变,故
D正确:
最新模拟题
1.(2020四川泸州市泸县一中月考)下列说法正确的是()
A.当分子间距离增大时,分子间引力增大,分子间斥力减小
B.一立量io(rc的水变成io(rc的水蒸气,其分子之间的势能增加
c.对于一左疑的气体,如果压强不变,体积增大,那么它一左从外界吸热
D.物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度有关
E.一立质量的理想气体,在等压膨胀过程中,气体分子的平均动能不变
【答案】BCD
【解析】分子间距离增大时,分子间的引力和斥力都减小,故A错误。
一定量lOOt的水变成100°C的水蒸气,由液态变成了气态,水吸收热量而分子的平均动能不变,所以其分子之间的势能增加,故B正确。
对于一圮量的气体,根拯状态方程:
PV=nRT可知,如果压强不变,体积增大,那么它的温度一沱升高,同时又在对外做功,从能量守恒可知需要从外界吸收热量,选项C正确。
温度是分子的平均动能的标志,物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度有关,故D正确。
理想气体在等压膨胀的过程中,根据PV=nRT可知,等压膨胀的过程中温度升高,气体分子的平均动能增加,故E错误。
【关键点拨】。
分子力随分子间距离的增加而减小.100'C的水变成100C的水蒸气的过程中吸收的热量转化为分子势能:
气体分子之间的作用力可以忽略不计,所以气体的分子势能可以忽略不计;温度是分子的平均动能的标志:
根据理想气体的状态方程分析气体的状态参量的变化.本题考査分子力、温度的微观意义、分子势能以及理想气体的状态方程等热力学的一些基本知识,平时要加强基本知识的学习,注重积累,难度不大.
2.(2019-四川诊断)(多选)如图所示,一演示用的“永动机"转轮由5根轻杆和转轴构成,轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。
轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展而“划水“,推动转轮转动。
藹开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此能较长时间转动。
下列说法正确的是°
『形状记忆合金
---------AX-------
»••■・・•■■•■•
':
二二二二N二二二二二二二):
A.转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界能疑
B.转轮转动所需能虽来自形状记忆合金从热水中吸收的热虽
C.转动的叶片不断搅动热水,水温升高
D.叶片在热水中吸收的热量一泄大于在空气中释放的热疑
E.叶片在热水中吸收的热量一左大于水和转轮获得的动能
【答案】BDE
【解析】
根拯能虽守恒泄律知,形状记忆合金从热水中吸收热量后,一部分能量在伸展划水时转变为水和转轮的动能,知一部分释放到空气中。
转轮转动的过程中克服摩擦力做功,转轮的速度越来越小,所以要维持转轮转动需要外力做功。
故A错误,B正确。
转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程,同时水会向四周放出热虽:
,根据热力学第一泄律可知水的内能减小,故水温降低,故C错误。
根据热力学第二上律,物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起貝变化,故叶片在热水中吸收的热量一泄大于在空气中释放的热量,也一沱大于水和转轮获得的动能。
故D、E正确。
3.[2019-河北衡水联考](多选)下列说法正确的是。
A.单晶体在不同方向上的导热性、导电性、机械强度等物理性质不一样
B.热量不可能从低温物体向高温物体传递
C.一泄质量的理想气体,保持气体的压强不变,温度越髙,体积越大
D.功可以完全转化为热量,而热量不能完全变为功,即不可能从单一热源吸热使之全部变为有用的功
E.若气体的温度不变,压强增大,说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多
【答案】ACE
【解析】
单晶体具有各向异性,A项正确;热力学第二沱律是说热量不能自发地从低温物体传到高温物体,但是通过外力做功是可以把热量从低温物体传到高温物体,B项错误:
根据理想气体状态方程(或者査理怎律)可知C项正确:
在引起英他变化的情况下,是可以从单一热源吸热使之全部变为有用的功,D项错误:
根据气体压强的微观含义可知E项正确。
4.(2019-湖北武汉模拟](多选)如图所示,在一立质量的理想气体压强随体积变化的p-V图象中,气体先后经历了"、
bc.cd.da四个过程,其中ab垂直于ccLah垂直于V轴且与p轴平行,%、血是两条等温线。
下列判断正确的是。
A.气体在状态“时的温度低于在状态c时的温度
B.从“-b的过程,气体分子密集程度不变,分子平均动能增加
C.从a-bTc的过程,气体密度不断减小,温度先升高后不变
D.从c-d的过程,气体放岀的热量大于外界对气体做的功
E.从的过程,设气体对外做功为叫,外界对气体做功为肥,气体吸热为0,放热为@,则皿一肥<0
【答案】ABD
【解析】
根拯题图可知,气体在状态"和状态方时体积相同,气体的压强越大,温度越高,故状态b的温度比状态“的温度高,又处为等温线,所以状态c的温度比状态“的温度高,A正确。
气体在状态“和状态〃时体积相同,故分子密集程度不变,状态方的压强大,温度高,分子平均动能更大,B正确。
由c到〃,气体体枳减小,外界对气体做正功,且温度降低,内能减小,由热力学第一上律可得D正确。
从"到〃,气体体积不变,密度不变,从b到c,气体体积变大,温度不变,C错误。
“、〃等温,内能相等,故外界对气体做的功与气体放出的热屋相等,E错误。
5.
(10分)(2019广东深圳二模)某同学设讣了测量液体密度的装置。
如图,左侧容器开口:
右管竖直,上端封闭,导热良好,管长Lo=lm,粗细均匀,底部有细管与左侧连通,初始时未装液体。
现向左侧容器缓慢注入某种液体,当左侧液而髙度为hi=0.7m时,右管内液柱高度h2=0.2mo己知右管横截而积远小于左侧横截而积,大气压强pu=1.0xl05Pa,取g=10ni/s2o
⑴求此时右管内气体压强及该液体的密度:
(ii)若此时右管内气体温度T=260K,再将右管内气体温度缓慢升髙到多少K时,刚好将右管中液体全部挤出?
(不计温度变化对液体密度的影响)
【解析】(Q对右侧管气体,由玻意耳定律,
PoVo=P\V\
其中:
Vo=LoS,Vi=(Lo-h2)S,
解得:
pi=1.25x1(^Pa,
又,Pi=Pu+Pg(力r力2)
解得:
p=5xlO3kg/m3
(ii)对右侧管气体,由理想气体状态方程,
t""r"
中:
pi=po+pghi
解得:
T=351K6・(2019河南中原名校联盟模拟5)如图所示为一水平放宜的导热性能良好的"型玻璃管,左端封闭,右端开口,左端竖直管与水平管的粗细相同,右端竖直管与水平管的横截而积之比为2:
1.—段长为12c,”的水银柱位于图中所示位置且封闭一段空气柱,周用环境的温度2TC,大气压强为15cmH^求:
①若周闹环境的温度缓慢降到・3°C时空气柱长度是多少?
②若周用环境的温度缓慢上升到119°C时空气柱长度是多少?
【解析】:
状态1:
pi=75cmHg,Vi=80Si,r=273+27=300K
1若周用环境的温度缓慢降到-3t时,即7>270K・V2=L2Si,
根据¥=¥町得L2=72cm>30cm,说明是等压变化;
1\‘2
故空气柱长度是12cm;
2当温度为119CH卩392K时,假设水银仍在水平管中,则气体压强不变,做等圧变化
代入数据V2=104.55i>88S1,不合理
故有部分水银已经到达右端竖直管,设右端竖直管中水银柱髙为•“"「,则力二(75+.1)cmHf>此时空气柱的体积为V3=(88+2a)Si.
得:
x=5cm
所以此时空气柱长度为:
L=88c/n+2x5c7M=98c/nc
答:
①若周用环境的温度缓慢降到-3°C时空气柱长度是72o”:
②当温度为119°C时空气柱长度是9&枷。
7.(10分)(2019河南开封三模)如图为“研究一左质就气体在体积不变的条件下,压强变化与温度变化的关系“的实验装宜示意图。
粗细均匀的弯曲玻璃管A臂插入烧瓶中,B臂与玻璃管C下部用橡胶管连接,C管开口向上,一泄质量的理想气体被水银封闭于烧瓶内。
开始时,烧瓶中气体温度为300K.B.C内的水银而等高。
已知大气压强Po=75cmHg
且保持不变,现对烧瓶中气体缓慢加热使英温度变为360K,
1为保证气体体积不变,C管应该向哪移动?
移动距离是多少?
2为保证气体压强不变,C管应该向哪務动?
说明理由。
【解析】①由条件可知,气体做等容变化。
解得:
P=90cmHg因此最终稳宦后,左侧液柱应该比右侧液柱高15cm.即C端上移15cm②若气体做等压变化,则气体体积膨胀,B端液面下移,稳左后C与B液而相平,即C端应向卜•移动。
答:
1向上移动,移动距离为15cm:
2若气体做等侏变化,则气体体积膨胀,B端液面下移,稳左后C与B液而相平,即C端应向下移动。
8.(2019・山东淄博三模)(10分)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的长度九=25cm,位于封闭端的顶部,B部分位于U形管的底部。
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I匕时,玻璃管右侧空气柱的长度厶=39cm,左侧空气柱的长度Lo=12.5cm,B部分水银两液而的髙度差/n=45cm,外界大气压强Po=75cmHg,耙两段空气柱视为理想气体。
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,求:
1左侧空气柱的长度:
2活塞移动的距离。
【答案】
(2)®15cm®8.5cm
【解析】
(2)®设玻璃管的横截而积为S,对左侧被封闭气体:
初态:
p\=(75—45)cmHg=3OcmHgt比=厶$
末态:
“2=25cmHg,V2=L2S
由玻意耳定律piVj
得:
厶2=15cm。
②对右侧被封闭气体:
初态:
“i'=75cmHg,Vi'=LS
末态:
处'=(25+45—2x2.5)cmHg=65cmHg,
Vi=LiS
由玻意耳定律”W=P2V2‘
得:
Li=45cm
由几何关系可知,活塞上升的髙度为
△〃=厶2‘一丄+(厶2—厶))=45cm—39cm+(15cm—12.5cm)=8.5cm。
9.(2019-河南六市高三第二次联考)(10分)如图所示,水平放苣的密闭、导热汽缸通过一段不计体积的导管和上端开口玻璃管相连,汽缸被一不计厚度的隔热轻活塞隔成体积相同的两部分气体,气体压强均等于大气压强內,长度均为L
=10cm(上部分汽缸中接有一段体积不计的电阻丝),玻璃管内装有一段长为A=40cm的水银,导管处阀门关闭。
已知汽缸横截而积为S,玻璃管横截面积为》外界温度为r=27°C,p0=75cmHg,封闭气体可视为理想气体。
1打开阀门,求稳龙后玻璃管内水银柱长度/门
2给活塞上部分气体用电阻丝加热,直至水银柱回到初始液而,求此时上部分气体的温度厂。
【答案】
(2)①30cm②620K
【解析】
(2)@汽缸内两部分气体可看成一个整体,进行等温变化。
假设打开阀门,稳左后水银柱下降髙度为川以汽缸内封闭的气体为研究对象,则有
po-2LS=
320
解得xi=10cm,cm(舍去)
即稳宦后玻璃管内水银柱的长度:
/r=/?
-x=30cma②汽缸下部分气体进行等温变化,
满足內LS=(po+pgh)L'S解得厶'=韦"cm
对汽缸上部分气体,由理想气体状态方程,有poLS("u+pg/rX2L—L、S
~=T
解得上部分气体的温度r=620Ko
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