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1、1 高考领航 2016 届高考物理大一轮复习气体实验定律热力学定 律的应用热点集训 十一 热点一气体实验规律 三大气体实验定律和理想气体状态方程的应用 是每年高考热学中的重点 1 三大气体实验定律 1 玻意耳定律 等温变化 p1V1 p2V2或pV C 常数 2 查理定律 等容变化 p 1 T1 p2 T2或 p T C 常数 3 盖 吕萨克定律 等压变化 V1 T1 V 2 T2 或V T C 常数 2 基本解题思路 1 选取研究对象 它可以是由两个或多个物体组成的系统 也可以是全部气体和某一部 分气体 状态变化时质量必须一定 2 确定状态参量 找出状态变化前后的p V T数值或表达式 3
2、认识变化过程 除题设条件已指明外 常需通过研究对象跟周围环境的相互关系来确 定 4 列出相关方程 1 如右图所示 上端开口的圆柱形汽缸竖直放置 截面积为5 10 3m2 一定质量的气体被质量为2 0 kg的光滑活塞封闭在汽缸内 其压强 为 Pa 大气压强取1 0 1 10 5Pa g取 10 m s 2 若从初温 27 开始加热气体 使活塞离汽缸底部的高度由0 50 m缓慢地变为 0 51 m 则此时气体的温度为 解析 以活塞为研究对象 p1 F S mg S 2 10 5 10 3Pa 0 04 10 5 Pa 所以p p1 p0 0 04 10 5 Pa 1 01 105 Pa 1 05
3、105 Pa 由盖 吕萨克定律得V1 T1 V2 T2 即 0 5S 273 27 0 51S 273 t 所以t 33 答案 1 05 10 5 33 2 2 如图 长L 100 cm 粗细均匀的玻璃管一端封 闭 水平放置时 长L0 50 cm 的空气柱被水银 柱封住 水银柱长h 30 cm 将玻璃管缓慢地转 到开口向下的竖直位置 然后竖直插入水银槽 插入后有 h 15 cm 的水银柱进入玻璃管 设 整个过程中温度始终保持不变 大气压强p0 75 cmHg 求 1 插入水银槽后管内气体的压强p 2 管口距水银槽液面的距离H 解析 1 设当转到竖直位置时 水银位于管口而恰好未从管 中流出 由玻
4、意耳定律p p 0L0 l 53 6 cmHg 由于p gh 83 6 cmHg 大于p0 水银必有流出 设管内此时水银柱长为 x 由玻意耳定律p0SL0 p0 gx S L x 解得x 25 cm 设插入槽内后管内空气柱长为L L L x h 60 cm 插入后压强p p0L0 L 62 5 cmHg 2 设管内外水银面高度差为h h 75 cm 62 5 cm 12 5 cm 管口距槽内水银面 距离H L L h 27 5 cm 答案 1 62 5 cmHg 2 27 5 cm 3 带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体 气体开始处于状 态A 由过程AB到达状态B 后又经过程BC到达状态C
5、如 图所示 设气体在状态A时的压强 体积和温度分别为pA VA和TA 在状态B时的体积为VB 在状态C时的温度为TC 1 求气体在状态B时的温度TB 2 求气体在状态A的压强pA与状态C的压强pC之比 解析 1 由题图知 A B过程为等压变化 由盖 吕萨克定律有 VA TA VB TB 解得TB TA VB VA 2 由题图知 B C过程为等容变化 由查理定律有 pB TB pC TC A B过程为等压变化 压强相等 有pA pB 3 由以上各式得 pA pC TA VB TC VA 答案 1 TA VB VA 2 TA VB TC VA 4 如图所示 一上端开口 下端封闭的细长玻璃管竖直放置
6、 玻璃管的下部封 有长l1 25 0 cm 的空气柱 中间有一段长l2 25 0 cm 的水银柱 上部空 气柱的长度l3 40 0 cm 已知大气压强为p0 75 0 cmHg 现将一活塞 图中 未画出 从玻璃管开口处缓慢往下推 使管下部空气柱长度变为l1 20 0 cm 假设活塞下推过程中没有漏气 求活塞下推的距离 解析 以cmHg为压强单位 在活塞下推前 玻璃管下部空气柱的压强为 p1 p0 l2 设活塞下推后 下部空气柱的压强为p1 由玻意耳定律得 p1l1 p1 l1 设活塞下推距离为 l 则此时玻璃管上部空气柱的长度为 l3 l3 l1 l1 l 设此时玻璃管上部空气柱的压强为p3
7、则 p3 p1 l2 由玻意耳定律得p0l3 p3 l3 由 至 式及题给数据解得 l 15 0 cm 答案 15 0 cm 热点二热力学定律的应用 热力学定律是高考的热点内容 特别是热力学第一定律 题型以选择形式为主 也有热 力学定律与理想气体实验定律相结合的计算或填空题目 重在考查应用定律定性分析做 功 吸 放 热及内能的变化关系 应用时一定注意各符号的意义及正 负号的选取 4 5 景颇族的祖先发明的点火器如图所示 用牛角做套筒 木制推 杆前端粘着艾绒 猛推推杆 艾绒即可点燃 对筒内封闭的气 体 在此压缩过程中 A 气体温度升高 压强不变 B 气体温度升高 压强变大 C 气体对外界做正功
8、气体内能增加 D 外界对气体做正功 气体内能减少 解析 选 B 由理想气体状态方程可知温度升高 体积减小 则压强一定变大 A错误 B 正确 对于一定质量的理想气体 内能仅与温度有关 在猛推推杆的过程中 外界对气 体做功 由于时间极短 认为气体与外界无热量交换 内能增加 温度升高 所以C D 错误 6 如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图 M N两筒间密闭了一定质量的气体 M可 沿N的内壁上下滑动 设筒内气体不与外界发生热交换 在M向下滑动的过程中 A 外界对气体做功 气体内能增大 B 外界对气体做功 气体内能减小 C 气体对外界做功 气体内能增大 D 气体对外界做功 气体内能减小 解析 选
9、A 由于筒内气体不与外界发生热交换 因此只有做功改变物体的内能 在M向 下滑动的过程中 外界压缩气体对气体做功 根据热力学第一定律可知 气体的内能增 5 加 7 带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体 气体开始处于状 态a 然后经过过程ab达到状态b或经过过程ac达到状态 c b c状态温度相同 如图所示 设气体在状态b和状态 c的压强分别为pb和pc 在过程ab和ac中吸收的热量分别 为Qab和Qac 则 A pb pc Qab Qac B pb pc Qab Qac C pb pc Qab QacD pb pc Qab Qac 解析 选C 因为b c温度相同 体积不同 由 pV T 恒量可知
10、 体积越大 压强越小 即b状态压强小 由a到c体积不变 不对外做功 而由a到b体积增大 对外做功 两个过程内能的增加量相同 由热力学第一定律可得Qab Qac C正确 8 如图所示 一根两端开口 横截面积为S 2 cm 2 足够长的玻璃管竖直插 入水银槽中并固定 插入水银槽中的部分足够深 管中有一个质量不计 的光滑活塞 活塞下封闭着长L 21 cm的气柱 气体的温度为t1 7 外界大气压取p0 1 0 10 5 Pa 相当于 75 cm 高的汞柱的压强 1 若在活塞上放一个质量为m 0 1 kg的砝码 保持气体的温度t1不 变 则平衡后气柱为多长 g 10 m s 2 2 若保持砝码的质量不变
11、 对气体加热 使其温度升高到t2 77 此时气柱为多长 3 若在 2 过程中 气体吸收的热量为10 J 则气体的内能增加多少 解析 1 被封闭气体的初状态为p1 p0 1 0 10 5 Pa V1 LS 42 cm 3 T1 280 K 末状态压强p2 p0 mg S 1 05 10 5 Pa V2 L2S T2 T1 280 K 根据玻意耳定律 有p1V1 p2V2 即p1L p2L2 得L2 p1 p2L 20 cm 2 对气体加热后 气体的压强不变 p3 p2 V3 L3S T3 350 K 根据盖 吕萨克定律 有 V2 T2 V3 T3 即 L2 T2 L3 T3 得L3 T3 T2L 2 25 cm 6 3 气体对外做的功W p2Sh p2S L3 L2 1 05 J 根据热力学第一定律得 U W Q 1 05 J 10 J 8 95 J 答案 1 20 cm 2 25 cm 3 8 95 J
