高考物理 板块三 　气体实验定律和热力学定律的综合应用.docx

板块三　气体实验定律和热力学定律的综合应用 考向一　气体实验定律的综合应用【真题研磨】典例 (2024·甘肃选择考)如图,刚性容器内壁光滑、盛有一定量的气体,被隔板分成A、B两部分,隔板与容器右侧用一根轻质弹簧相连(忽略隔板厚度和弹簧体积)容器横截面积为S、长为2l开始时系统处于平衡态,A、B体积均为Sl,压强均为p0,弹簧为原长现将B中气体抽出一半①,B的体积变为原来的34②整个过程系统温度保持不变,气体视为理想气体求:(1)抽气之后A、B的压强pA、pB2)弹簧的劲度系数k审题思维 题眼直击信息转化①可以先假定体积不变,则压强变为原来的一半②A的体积变为原来的四分之五,弹簧压缩l4模型转化　活塞受力平衡pAS=pBS+F弹【解析】(1)设抽气前两部分体积为V=Sl,对气体A分析:抽气后VA=2V-34V=54Sl根据玻意耳定律得p0V=pA54V解得pA=45p0对气体B分析,若体积不变的情况下抽去一半的气体,则压强变为原来的一半即12p0,则根据玻意耳定律得12p0V=pB34V解得pB=23p0(2)由题意可知,弹簧的压缩量为l4,对活塞受力分析有pAS=pBS+F根据胡克定律得F=kl4联立得k=8p0S15l答案:(1)45p0　23p0　(2)8p0S15l【答题要素】利用气体实验定律解决问题的基本思路【多维演练】维度:变质量类目前国内最大的单体冷库规划容量为四十六万吨。

夏季某天外界气温为37 ℃,冷库内的温度为-23 ℃,冷库与外界之间有一个穿堂,温度为10 ℃一辆货车在冷库内时轮胎内压强值为2.6 atm,到外界后为避免温度高时胎内压强过高造成爆胎,必须及时放气,使轮胎内压强降至2.2 atm已知轮胎的容积恒为30 L,轮胎内气体可视为理想气体,气体温度和外界温度相同,计算结果均保留两位小数1)货车离开冷库的过程中,轮胎内气体压强升高,请从微观角度解释气体压强升高的原因;(2)求货车在穿堂内行驶时轮胎内气体的压强;(3)求离开冷库后放出气体的质量与轮胎内原有气体的质量比解析】(1)货车离开冷库的过程中,温度升高,气体平均分子动能增大,气体体积不变,单位时间对轮胎单位面积平均碰撞次数增加,与轮胎壁碰撞时对轮胎壁的冲击力变大,则气体的压强增大2)货车在冷库内时,压强和温度分别为p1=2.6 atm,T1=(-23+273) K=250 K,货车在穿堂内行驶时,有T2=(10+273) K=283 K,气体做等容变化,则有p1T1=p2T2,解得货车在穿堂内行驶时轮胎内气体的压强为p2≈2.94 atm3)离开冷库后,温度和压强分别为T3=(37+273) K=310 K,p3=2.2 atm,设放出压强为2.2 atm的气体的体积为ΔV,根据理想气体状态方程p1VT1=p3(ΔV+V)T3解得放出气体的质量与轮胎内原有气体的质量比为ΔVΔV+V≈0.32。

答案:(1)见解析　(2)2.94 atm　(3)0.32考向二　气体实验定律和热力学定律的综合应用【真题研磨】典例 (2024·湖北选择考)如图所示,在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体,活塞横截面积为S,能无摩擦地滑动初始时容器内气体的温度为T0,气柱的高度为h当容器内气体从外界吸收一定热量后,活塞缓慢上升15h①再次平衡②已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为ΔU=CΔT,C为已知常数,大气压强恒为p0,重力加速度大小为g,所有温度为热力学温度求(1)再次平衡时容器内气体的温度2)此过程中容器内气体吸收的热量审题思维 题眼直击信息转化①气体体积增大,对外做正功②由受力平衡得压强不变,气体发生等压变化模型转化　等压膨胀对外做功W=p·ΔV失分警示注意判断气体做功的正负解析】(1)气体进行等压变化,则由盖吕萨克定律得V0T0=V1T1即hST0=(h+15h)ST1解得T1=65T0(2)此过程中气体内能增加量ΔU=CΔT=15CT0气体对外做功W=pSΔh=15h(p0S+mg)此过程中容器内气体吸收的热量Q=ΔU+W=15h(p0S+mg)+15CT0答案:(1)65T0　(2)15h(p0S+mg)+15CT0【答题要素】热力学定律的解题流程【多维演练】维度:液体类某课外兴趣小组用试管制作温度计,把上端A封闭、下端B开口的玻璃管插入水中,放掉适当的空气后放手,让玻璃管竖直地浮在水中,A端露出水面,如图所示。

室温为T0时,水面上方的空气柱长度为x0,水面下方空气柱长度为h,室温升高至Tx时,水面以上空气柱长度变为x已知空气柱横截面积为S,大气压强为p0,水的密度为ρ,重力加速度为g,试管足够长且保持竖直1)求Tx;(2)已知升温过程中气体内能增加了ΔU,求气体吸收的热量Q解析】(1)气体在升温过程中做等压变化,初态V1=(x0+h)ST1=T0末态V2=(x+h)ST2=Tx根据盖-吕萨克定律可得V1T1=V2T2解得Tx=x+hx0+hT0(2)温度升高,气体膨胀对外做功,则有W=-pΔV=-(p0+ρgh)(x-x0)S根据热力学第一定律ΔU=W+Q可得气体吸收的热量Q=ΔU+(p0+ρgh)(x-x0)S答案:(1)x+hx0+hT0　(2)ΔU+(p0+ρgh)(x-x0)S1.☆☆☆(汽缸类)油气混合车汽油发动机燃烧室的结构如图a,汽油机工作过程中在一个冲程内燃烧室内气体的p-V曲线如图b所示,其中B→C和D→A为两个绝热过程燃烧室内的气体可看作理想气体一定质量的油气混合气体进入燃烧室,初始状态A点处混合气体的温度为T1=300 K,压强约为p1=100 kPa火花塞点火瞬间,燃料燃烧使得燃烧室内的压强迅速增大到p2=300 kPa,然后,活塞被推动向下移动,在经历B→C的绝热膨胀过程中,由于气体对外做功驱动汽车前进,使得汽缸内温度降低了300 K,膨胀结束到达状态C时,燃烧室内压强降低到125 kPa,求:(1)在一个冲程内燃烧室内能达到的最高温度;(2)汽缸内气体的最大体积V2与最小体积V1之比被称为压缩比γ,是汽油机动力大小的一个标志。

根据题目中条件,计算该汽油机的压缩比解析】(1)从A→B过程气体发生等容升压,气体温度升高;从B→C过程,气体绝热膨胀,气体对外界做功,根据热力学第一定律可知气体内能减少,温度降低;从C→D过程气体发生等容降压,气体温度降低;从D→A过程,气体绝热压缩,外界对气体做功,气体内能增加,温度升高;可知在一个冲程内燃烧室内,B状态的温度最高,根据p1T1=p2TB解得在一个冲程内燃烧室内能达到的最高温度为TB=p2T1p1=300×300100 K=900 K(2)在经历B→C的绝热膨胀过程中,由于气体对外做功驱动汽车前进,使得汽缸内温度降低了300 K,膨胀结束到达状态C时,燃烧室内压强降低到125 kPa,可知TC=TB-300 K=600 K,pC=125 kPa根据理想气体状态方程可得p1V1T1=pCV2TC可得该汽油机的压缩比为γ=V2V1=p1TCpCT1=100×600125×300=85答案:(1)900 K　(2)852.☆☆☆(图像类)在驻波声场作用下,水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化,使小气泡周期性膨胀和收缩,气泡内气体可视为质量不变的理想气体,其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的p-V图像,气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为pB的状态B,然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C,状态B到状态C过程中外界对气体做功为W。

已知p0、V0、T0和W求:(1)pB的表达式;(2)TC的表达式;(3)状态B到状态C过程中,气泡内气体的内能变化了多少解析】(1)封闭气体从A→B过程中发生等温变化,根据玻意耳定律可得:p0V0=pB×5V0,解得:pB=15p0(2)封闭气体从A→C的过程中,根据查理定律可得:p0T0=1.9p0TC解得:TC=1.9T0(3)从B到C过程中,气体绝热收缩,则Q=0根据热力学第一定律可得:ΔU=Q+W解得:ΔU=W答案:(1)pB=15p0　(2)TC=1.9T0　(3)W。