（13）热学——2022年高考物理真题模拟试题专项解析

试题PAGE1guomeng2014（13）热学——2022年高考物理真题模拟试题专项汇编1.【2022年全国甲卷】[物理——选修3-3]（1）一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如图上从a到b的线段所示。在此过程中________。A.气体一直对外做功B.气体的内能一直增加C.气体一直从外界吸热D.气体吸收的热量等于其对外做的功E.气体吸收的热量等于其内能的增加量（2）如图，容积均为、缸壁可导热的两汽缸放置在压强为、温度为的环境中；两汽缸的底部通过细管连通，A汽缸的顶部通过开口C与外界相通；汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为和。环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦。（i）将环境温度缓慢升高，求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度；（ii）将环境温度缓慢改变至，然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体，求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后，B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。2.【2022年全国乙卷】[物理——选修3-3]（1）一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如图上的两条线段所示，则气体在________。A.状态a处的压强大于状态c处的压强B.由a变化到b的过程中，气体对外做功C.由b变化到c的过程中，气体的压强不变D.由a变化到b的过程中，气体从外界吸热E.由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能（2）如图，一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成，汽缸中活塞I和活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体，两活塞用一轻质弹簧连接，汽缸连接处有小卡销，活塞Ⅱ不能通过连接处。活塞I、Ⅱ的质量分别为，面积分别为，弹簧原长为l。初始时系统处于平衡状态，此时弹簧的伸长量为，活塞I、Ⅱ到汽缸连接处的距离相等，两活塞间气体的温度为。已知活塞外大气压强为，忽略活塞与缸壁间的摩擦，汽缸无漏气，不计弹簧的体积。（i）求弹簧的劲度系数;（ⅱ）缓慢加热两活塞间的气体，求当活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，活塞间气体的压强和温度。3.【2022年湖南卷】[物理——选修3-3]（1）利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是________。A.A端为冷端，B端为热端B.A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的C.A端流出的气体内能一定大于B端流出的D.该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律E.该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律（2）如图，小赞同学了一个液体拉力测量仪。一个容积的导热汽缸下接一圆管，用质量、横截面积的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与圆管壁间摩擦不计。活塞下端用轻质细绳悬挂一质量的U形金属丝，活塞刚好处于A位置。将金属丝部分浸入待测液体中，缓慢升起汽缸，使金属丝从液体中拉出，活塞在圆管中的最低位置为B。已知间距离，外界大气压强，重力加速度取，环境温度保持不变。求（i）活塞处于A位置时，汽缸中的气体压强；（ii）活塞处于B位置时，液体对金属丝拉力F的大小。4.【2022年山东卷】如图所示，内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时气缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将气缸缓慢转动90°过程中，缸内气体()A.内能增加，外界对气体做正功B.内能减小，所有分子热运动速率都减小C.温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少D.温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加5.【2022年山东卷】某些鱼类通过调节体内鱼鳔的体积实现浮沉。如图所示，鱼鳔结构可简化为通过阀门相连的两个密闭气室，A室壁厚，可认为体积恒定，B室壁簿，体积可变；两室内气体视为理想气体，可通过阀门进行交换。质量为M的鱼静止在水面下H处。B室内气体体积为V，质量为m；设B室内气体压强与鱼体外压强相等、鱼体积的变化与B室气体体积的变化相等，鱼的质量不变，鱼鳔内气体温度不变。水的密度为ρ，重力加速度为g，大气压强为。求：（1）鱼通过增加B室体积获得大小为a的加速度需从A室充入B室的气体质量；（2）鱼静止于水面下处时，B室内气体质量。6.【2022年广东卷】[选修3-3]（1）利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过程__________（选填“是”或“不是”）自发过程。该过程空调消耗了电能，空调排放到室外环境的热量__________（选填“大于”“等于”或“小于”）从室内吸收的热量。（2）玻璃瓶可作为测量水深的简易装置。如图所示，潜水员在水面上将水装入容积为的玻璃瓶中，拧紧瓶盖后带入水底，倒置瓶身，打开瓶盖，让水进入瓶中，稳定后测得瓶内水的体积为。将瓶内气体视为理想气体，全程气体不泄漏且温度不变。大气压强取，重力加速度g取，水的密度ρ取。求水底的压强p和水的深度h。7.【2022年河北卷】【选修3-3】（1）如图，绝热密闭容器中装有一定质量的某种理想气体和一个充有同种气体的气球。容器内温度处处相同。气球内部压强大于外部压强。气球慢慢漏气后，容器中气球外部气体的压强将______（填“增大”“减小”或“不变”）；温度将______（填“升高”“降低”或“不变”）。（2）水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分，“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强。活塞面积为S，隔板两侧气体体积均为，各接触面光滑。连杆的截面积忽略不计。现将整个装置缓慢旋转至竖直方向，稳定后，上部气体的体积为原来的，设整个过程温度保持不变，求：（i）此时上、下部分气体的压强；（ii）“H”型连杆活塞的质量（重力加速度大小为g）。8.【2022年辽宁卷】一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统()A.对外界做正功B.压强保持不变C.向外界放热D.内能减少答案以及解析1.答案：（1）BCE（2）见解析解析：（1）根据理想气体状态方程可知，过原点的图像的斜率与体积V有关，一定量的理想气体从状态a到状态b，体积不变，对外不做功，选项AD错误；理想气体的内能只与温度有关，又一定量理想气体从状态a到状态b，温度一直升高，则气体内能一直增加，选项B正确；由热力学第一定律可知，气体一直从外界吸热，气体吸收的热量等于其内能的增加量，选项CE正确。（2）（i）封闭气体做等压变化，对Ⅳ部分气体，由盖-吕萨克定律有解得（ii）Ⅱ和Ⅲ部分封闭气体，初状态体积,温度为；Ⅳ部分气体，初状态体积，温度为从开口C向汽缸中注入气体，设末状态Ⅳ部分气体压强为，体积为V，则原Ⅱ、Ⅲ部分气体最终总体积为，对这两部分理想气体分别有解得2.答案：（1）ABD（2）见解析解析：（1）由得图线上的点与坐标原点连线的斜率越大，气体压强越大，易知状态a对应的压强大于状态c的，A选项正确；状态a到状态b为等压变化过程，体积增大，气体对外做功，B选项正确；由上述分析可知，气体在b状态的压强大于在c状态的压强，C选项错误；气体由状态a到状态b的过程中体积增大，对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，且吸收的热量大于其内能的增加量，D选项正确，E选项错误。（2）（i）设初始状态汽缸内气体的压强为，对两活塞整体有对Ⅱ活塞有解得（ii）设活塞Ⅱ刚到汽缸连接处时内部气体压强为，对两活塞整体有解得对活塞Ⅱ有气体体积为初始时气体的体积由盖-吕萨克定律有解得3.答案：（1）ABE（2）（i）；（ii）解析：（1）本题考查温度与分子平均速率的关系、气体的内能、热力学第二定律。由于从A端流出的气体分子的热运动速率较小，从B端流出的气体分子的热运动速率较大，所以A端为冷端，B端为热端，因此A端流出的气体分子热运动的平均速率小于B端流出的气体分子的平均速率，A、B项正确；由于不知道从A端流出的气体分子数与从B端流出的气体分子数的大小关系，故无法确定A端流出的气体内能与从B端流出的气体内能的大小关系，C项错误；该装置气体进出的过程通过外力做功实现冷热气体的分离，满足能量守恒定律和热力学第二定律，D项错误，E项正确。（2）（i）将活塞与金属丝视为一整体，因平衡则有代入数据解得（ii）当活塞在B位置时，汽缸内压强为，则有代入数据解得将活塞与金属丝视为一整体，因平衡则有联立解得4.答案：C解析：本题考查热力学第一定律和分子热运动。初始时活塞处于平衡状态，设气缸内、外的压强分别为和，活塞的面积为S，气缸壁与竖直方向的夹角为θ，则初始时，根据力的平衡可知，，气缸在缓慢转动过程中，θ增大，则减小，故气缸内气体缓慢地将活塞往外推，最后气缸水平时，，则，则，即缸内气压等于大气压。因为活塞和气缸是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，而缸内气体将活塞往外推，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体的内能减小，A项错误；理想气体的内能只由温度决定，故理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，但不是每个分子的速率都减小，只是速率大的分子数占总分子数比例减少，B、D项错误，C项正确。5.答案：（1）（2）解析：本题考查牛顿第二定律和等温气体变化定律。（1）设开始时鱼的体积为室气体密度为，对鱼根据平衡条件得①开始时B室气体质量②B室体积增大后，设增大的体积为，对鱼根据牛顿第二定律得③联立①②③解得A室充入B室的气体质量④（2）开始时B室内气体体积为V，气体压强为⑤鱼静止于水面下处时，B室内气体体积也为V，气体压强为⑥设鱼静止于水面下处时，B室内气体在压强为时的体积为，根据玻意耳定律得⑦联立⑤⑥⑦解得⑧此时B室内气体质量⑨6.答案：（1）不是；大于（2）10m解析：（1）本题考查热力学第二定律。利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境，这个过程通过空调的压缩机做功，消耗了能量，不是自发过程，由于空调消耗了电能，根据热力学第二定律，不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响，因此空调排放到室外环境的热量大于从室内吸收的热量。（2）本题考查玻意耳定律的应用。瓶内的气体发生等温变化，遵循玻意耳定律，则①其中②③联立①②③解得⑤由联立④⑤解得⑥7.答案：（1）增大；升高（2）见解析解析：（2）（i）旋转前后，上部分气体发生等温变化，根据玻意耳定律可知解得旋转后上部分气体压强为旋转前后，下部分气体发生等温变化，下部分气体体积增大为，则解得旋转后下部分气体压强为（ii）对“H”型连杆活塞整体受力分析，活塞的重力竖直向下，上部分气体对活塞的作用力竖直向上，下部分气体对活塞的作用力竖直向下，大气压力上下部分抵消，根据平衡条件可知解得活塞的质量为8.答案：A