2025高考物理冲刺 板块三 气体实验定律和热力学定律的综合应用.docxVIP

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3

(1)抽气之后A、B的压强pA、pB。

(2)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

②

A的体积变为原来的四分之五,弹簧压缩l

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=5

根据玻意耳定律得p0V=pA54

解得pA=45p

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=pB

解得pB=23p

(2)由题意可知,弹簧的压缩量为l4,对活塞受力分析有pAS=pBS+

根据胡克定律得F=kl

联立得k=8

答案:(1)45p023p0

【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2.6atm,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2.2atm。已知轮胎的容积恒为30L,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=2.6atm,

T1=(-23+273)K=250K,货车在穿堂内行驶时,有

T2=(10+273)K=283K,气体做等容变化,则有p1T1

解得货车在穿堂内行驶时轮胎内气体的压强为p2≈2.94atm。

(3)离开冷库后,温度和压强分别为T3=(37+273)K=310K,p3=2.2atm,设放出压强为2.2atm的气体的体积为ΔV,根据理想气体状态方程p1VT1=p3(

答案:(1)见解析(2)2.94atm(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,

(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

V0T

即hST0

解得T1=65T

(2)此过程中气体内能增加量ΔU=CΔT=15CT

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)+15

答案:(1)65T0(2)15h(p0S+mg)+1

【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)S

T1=T0

末态V2=(x+h)S

T2=